專利名稱：一種基于profibus的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)。
背景技術：
PROFIBUS起源于歐洲，目前在國內(nèi)得到了快速的發(fā)展，技術已經(jīng)成熟，已大量應用于各種領域。隨著PROFIBUS在國內(nèi)的廣泛應用與技術的開放性，儀表采用PROFIBUS通信越來越為市場所需求。市場調(diào)查確認，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40%，截止2008年底，超過2800萬個設備節(jié)點被安裝。在2006年，PROFIBUS成為中國第一個工業(yè)通訊領域現(xiàn)場總線技術國家標準GB/T 20540-2006，也是目前唯一批準的現(xiàn)場總線國家標準。但現(xiàn)在國內(nèi)儀表行業(yè)在這方面的應用較少，有長足的發(fā)展空間和市場前景。
目前電表主要采用MODBUS協(xié)議和645協(xié)議通信，一般通信速率最大為38400bps，速率不高，不利于大量數(shù)據(jù)的抄讀。PROFIBUS通信速率可以達到12Mbps，可顯著提高電表的通信速率。為此本發(fā)明提出了基于PROFIBUS的智能電表通信模塊的設計，以實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的快速抄讀。在作為PROFIBUS主站的西門子PLC和主站網(wǎng)卡CP5611大量應用的趨勢下，具有PROFIBUS通信功能的電表作為從站，連接到PLC主站中，提高了電表通信速率和實用性，可滿足市場和用戶的需求。PROFIBUS是唯一全集成Hl (過程)和H2 (工廠自動化)的現(xiàn)場總線解決方案，是國際性的、開放的、完整的、與制造商無關的現(xiàn)場總線標準；它經(jīng)過優(yōu)化的高速通信連接，是專為自動控制和設備級分散1/0之間的通信設計的，用于分布式控制系統(tǒng)的高速傳輸；它也遵循IS0/0SI模型，其通信模型由三層構成物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。PROFIBUS主站周期性地讀取從站的輸入，并周期性地向從站發(fā)送輸出數(shù)據(jù)，總線循環(huán)時間必須小于主站循環(huán)時間；此外，PR0FIBUSDP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數(shù)的確定；它在總線訪問協(xié)議、本征安全性和硬件支持等方面具有突出的優(yōu)點。PR0FIBUS-DP主站有一類主站和二類主站，一類主站完成總線通信控制和管理，完成周期性數(shù)據(jù)訪問，包括PLC、PC、CP5611或可做一類主站的控制器；二類主站完成非周期性數(shù)據(jù)訪問，如數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等，包括操作員工工作站、編程器等；PROFIBUS從站主要進行輸入、輸出信號的采集與發(fā)生，包括分散式1/0，智能現(xiàn)場設備等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)，該基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)易于實施，數(shù)據(jù)傳輸快。發(fā)明的技術解決方案如下一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀系統(tǒng)，包括基于PROFIBUS通信的主站和從站，所述的主站和從站基于PROFIBUS總線通信連接；所述的從站包括智能電表和PROFIBUS模塊；PR0FIBUS模塊與智能電表中的微處理器單元(MCU)通信連接。所述的主站為PLC、CP5611主站網(wǎng)卡和PC機，主站作為PROFIBUS系統(tǒng)控制設備，向從站發(fā)送控制命令，并獲取從站的應答。所述的智能電表為支持MODBUS協(xié)議或者645協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄茈姳?。一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法，建立PROFIBUS地址與MODBUS地址的映射關系；如果原智能電表支持645協(xié)議，則保留原來的645協(xié)議不變。表I、表2、表3中表示的是PROFIBUS協(xié)議與MODBUS協(xié)議的地址映射關系。將電表中的MODBUS協(xié)議打包放在PROFIBUS協(xié)議幀的數(shù)據(jù)區(qū)中；·
組網(wǎng)時，在組態(tài)配置中將輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)配置為5字節(jié)的全部輸入輸出，第一字節(jié)為命令字，第二、三字節(jié)為寄存器地址數(shù)據(jù)，最后兩字節(jié)為讀取的寄存器的值。例如一幀PROFIBUS 數(shù)據(jù)68 05 05 68 8A 9F 08 03 00 6C 00 044B 16其中03 00 6C 00 04為PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)，03為命令字，006CH為寄存器地址，0004H為寄存器的值。智能電表數(shù)據(jù)抄讀的過程如下主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令；從站的PROFIBUS模塊收到數(shù)據(jù)請求命令后，將數(shù)據(jù)請求命令解析為MODBUS命令并發(fā)給智能電表；智能電表根據(jù)所述的MODBUS命令獲取一幀電表數(shù)據(jù)以MODBUS格式發(fā)送給PROFIBUS 模塊；PROFIBUS模塊將MODBUS格式的電表數(shù)據(jù)打包放入PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)并上傳，(上傳的數(shù)據(jù)為打包好的PROFIBUS數(shù)據(jù)，打包好后會自動上傳)作為對主站的響應，完成一次數(shù)據(jù)抄讀過程。有益效果本發(fā)明的基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)，主要特點在于三相智能電表PROFIBUS通信模塊的設計，可將原來以MODBUS協(xié)議或者645協(xié)議傳輸?shù)碾姳頂?shù)據(jù)轉換成PROFIBUS協(xié)議高速傳輸，從而使電表具有PROFIBUS通信功能，能在以PLC或者CP5611網(wǎng)卡為主站的組態(tài)網(wǎng)絡中利用PROFIBUS總線快速抄讀數(shù)據(jù)。該抄讀方法設計新穎，能使用戶在PROFIBUS主站中(PLC或者CP5611網(wǎng)卡)做很少配置且可自由選擇配置內(nèi)容的情況下，通過PROFIBUS總線快速有效地讀取到電表的信息。本發(fā)明有別于其它的PROFIBUS從站，在對原來以MODBUS協(xié)議通信的電表沒有進行很大改動基礎上，使三相智能電表具有PROFIBUS通信功能，具有很好的實用性。(I)建立PROFIBUS 了地址與MODBUS地址的映射關系，數(shù)據(jù)變量配置方便；(2)五字節(jié)的輸入輸出配置，將MODBUS協(xié)議打包放在PROFIBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)區(qū)，協(xié)議解析方便；(3)主站配置中方便靈活，數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，不僅可以選擇具有大量數(shù)據(jù)的模塊，也可以根據(jù)起始地址和數(shù)據(jù)長度在三個模塊中自由選擇任意的一個或多個(輸入輸出字節(jié)數(shù)不大于244字節(jié))需要配置的數(shù)據(jù)變量，這對于用戶來說相當?shù)姆奖闱覍嵱?，實時性也好；(4)組態(tài)一個模塊時包含很多數(shù)據(jù)，使得STEP 7組態(tài)簡單，操作方便，且通信速率可以達到12Mbps,實現(xiàn)快速抄讀?？梢姳景l(fā)明提出的智能電表快速數(shù)據(jù)抄讀方法比傳統(tǒng)MODBUS通信的智能電表抄讀速率要快很多，且實用性強、實時性好，方法構思新穎，操作方便，能夠廣泛應用于工業(yè)自動化、工業(yè)通訊、過程控制、交通電力等領域。


圖I為本發(fā)明的PROFIBUS系統(tǒng)原理框圖；圖2為PROFIBUS從站原理框圖； 圖3為PROFIBUS模塊原理框圖；圖4為本發(fā)明中PROFIBUS模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)抄讀時的總體流程圖。
具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明實施例I :如圖I所示，CP5611/PLC作為系統(tǒng)PROFIBUS主站，嵌入有PROFIBUS模塊的電表作為PROFIBUS從站，主站和從站之間采用主-從方式通信。一個主站可以有126個從站。圖I中輸入輸出均是相對于PROFIBUS主站而言，PROFIBUS主站向PROFIBUS從站發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令，作為PROFIBUS主站的輸出數(shù)據(jù)；PR0FIBUS從站收到數(shù)據(jù)請求命令后，解析命令內(nèi)容，根據(jù)命令內(nèi)容，從電表中獲取電表參數(shù)，作為PROFIBUS輸入數(shù)據(jù)，傳輸給主站。PROFIBUS主站與三相智能電表中的PROFIBUS模塊由DP總線相連。如圖2，PROFIBUS從站采用了高精度的采樣計量，高速的MCU進行數(shù)據(jù)處理，帶有豐富的液晶顯示屏，非易失存儲器。具有三路電壓、電流采樣輸入接口 ；一路PROFIBUS通信接口，一路電量脈沖輸出接口 ；開關量輸入、輸出(數(shù)字信號接口)。如圖3，在PROFIBUS模塊原理框圖中，PROFIBUS網(wǎng)絡中主站的數(shù)據(jù)通過PROFIBUS總線連接器，在光耦隔離下傳送至SPC3協(xié)議芯片，SOC芯片通過總線對協(xié)議芯片的操作，轉換成串口信號，經(jīng)過光耦隔離通過TXD/RXD串口輸出給電表CPU處理。電表CPU處理數(shù)據(jù)后，生成的新的數(shù)據(jù)經(jīng)過TXD/RXD串口，在光耦隔離下傳給SOC芯片，SOC芯片收到數(shù)據(jù)后對SPC3協(xié)議芯片的操作，轉換成PR0FIBUS-DP協(xié)議的數(shù)據(jù)格式，然后經(jīng)過光耦到PROFIBUS總線連接器傳輸給PROFIBUS網(wǎng)絡中的主站。圖3中PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)收發(fā)，需采用光耦隔離保護，RAM作為PROFIBUS的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，PROFIBUS主站接收、發(fā)送和轉換的數(shù)據(jù)都存儲在RAM中。PROFIBUS模塊電路中光耦采用10M的6N137，協(xié)議芯片采用SPC3，用于PROFIBUS的485接口芯片采用SN75176，SOC芯片采用瑞薩的R8C/L38B。一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法，包括以下主要實現(xiàn)過程(I)根據(jù)設計要求定義PROFIBUS應用層協(xié)議，將PROFIBUS緩沖字節(jié)地址與儀表MODBUS字節(jié)地址映射。根據(jù)三相智能電表的數(shù)據(jù)類型，將通信數(shù)據(jù)分為瞬時量、電能量、參數(shù)寫三個模塊。瞬時量和電能量模塊作為數(shù)據(jù)輸入，參數(shù)寫模塊作為數(shù)據(jù)輸出，如表I、表2、表3所示。
表I為瞬時量模塊，主要包括三相智能電表的常用數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率、功率因素、頻率、電壓電流比；表2為電能量模塊，電能量是一些常用電能數(shù)據(jù)，包括分相和總正向、反向有功電能、分相和總正向、反向無功電能、四象限電能，還加一個開關量狀態(tài)；表3為參數(shù)寫模塊，參數(shù)寫中可以寫入繼電器的開關狀態(tài)，電壓電流變比，此外還設置一個寫標識，當寫標識為I時，寫才有效。表I瞬時量模塊
權利要求
1.一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀系統(tǒng)，其特征在于，包括基于PROFIBUS通信的主站和從站，所述的主站和從站基于PR0FIBUS總線通信連接；所述的從站包括智能電表和PROFIBUS模塊；PR0FIBUS模塊與智能電表中的微處理器單元(MCU)通信連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀系統(tǒng)，其特征在于，所述的主站為PLC、CP5611主站網(wǎng)卡和PC機，主站作為PROFIBUS系統(tǒng)控制設備，向從站發(fā)送控制命令，并獲取從站的應答。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀系統(tǒng)，其特征在于，所述的智能電表為支持MODBUS協(xié)議或者645協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄茈姳怼?br> 4.一種基于權利要求3所述的基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀系統(tǒng)的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法，其特征在于， 建立PROFIBUS地址與MODBUS地址的映射關系； 將電表中的MODBUS協(xié)議打包放在PROFIBUS協(xié)議幀的數(shù)據(jù)區(qū)中； 組網(wǎng)時，在組態(tài)配置中將輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)配置為5字節(jié)的全部輸入輸出，第一字節(jié)為命令字，第二、三字節(jié)為寄存器地址數(shù)據(jù)，最后兩字節(jié)為讀取的寄存器的值。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法，其特征在于，智能電表數(shù)據(jù)抄讀的過程如下 主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令； 從站的PROFIBUS模塊收到數(shù)據(jù)請求命令后，將數(shù)據(jù)請求命令解析為MODBUS命令并發(fā)給智能電表； 智能電表根據(jù)所述的MODBUS命令獲取一幀電表數(shù)據(jù)以MODBUS格式發(fā)送給PROFIBUS模塊； PROFIBUS模塊將MODBUS格式的電表數(shù)據(jù)打包放入PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)并上傳，作為對主站的響應，完成一次數(shù)據(jù)抄讀過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括基于PROFIBUS通信的主站和從站，所述的主站和從站基于PROFIBUS總線通信連接；所述的從站包括智能電表和PROFIBUS模塊；PROFIBUS模塊與智能電表中的微處理器單元(MCU)通信連接。該基于PROFIBUS的智能電表數(shù)據(jù)抄讀方法及系統(tǒng)易于實施，數(shù)據(jù)傳輸快。
文檔編號G08C19/00GK102722975SQ201210209859
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者何杰, 張志生, 張 杰, 張林山, 曹一家, 曹敏, 曹時偉, 朱青, 李友光, 羅學禮, 羅杰, 黃小慶 申請人:云南電網(wǎng)公司, 湖南大學