無線計量儀表實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量
瀏覽次數：1072更新時間：2024-10-09
無線計量儀表主要用于計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。
隨著工業自動化和網絡技術的迅速發展，監控系統出現了多種新的實現方式，與此同時，我國經濟的迅速發展，能源需求不斷增長與能源相對不足的矛盾日益嚴重，節能成為了全社會共同關注的話題。利用無線計量儀表將車間內的電能數據采集出來，以Modbus協議與PLC進行通訊，使得車間內不同位置的無線計量儀表組成一個無線網絡，省去了傳統網絡布線環節，節約成本，提高效率，方便操作人員利用上位監控系統即可對整個車間內的用電量使用情況進行采集，處理，實現綜合分析的目的。
無線計量儀表組成：
無線計量儀表主要由無線通訊轉換器和無線計量模塊組成。
(1)無線通訊轉換器
本文中以安科瑞電子商務(上海)有限公司的產品AEW110-L無線通訊轉換器為例，其主要用于輔助RS485設備進行無線組網，通過將通訊數據在RS485信號與無線信號之間互轉，完成普通RS485設備的無線通訊。降低用戶通訊組網的施工成本與改造時間，產品具有體積小、通訊穩定、傳輸距離遠、安裝方便等點。可與RS485通訊設備靈活安裝，實現局部通訊的無線組網。
無線通訊轉換器工作方式介紹：
AEW110-L通過內部RS485接口與無線接口之間的數據轉換實現輔助，“主站”與“終端設備”無線組網的功能，數據為*透傳，因此可支持以RS485接口為硬件的各種通訊協議(如Modbus協議、DL/T645電力規約等)。
AEW110-L分為兩種工作模式：主站模式與從站模式，可短接多功能口進行切換，也可由通訊進行設置，具體寄存器地址見7通訊說明，兩種工作模式具體介紹如下。
主站模式：
一般用于通訊的主站端，“主站”燈亮。AEW110-L先等待RS485信號輸入，接收到的RS485信號之后，會將其轉成無線信號發出，在超時時間內，將接收到的無線信號轉成RS485信號發出，完成數據處理流程。
從站模式：
一般用于通訊的從站端，“主站”燈熄滅。AEW110-L先等待無線信號輸入，接收到的無線信號之后，會將其轉成RS485信號發至自身的串口上，然后等待回送，在超時時間內，將收到的RS485回送信號通過無線轉發出去，完成數據處理流程。
由以上介紹可知，普通的RS485設備，若需無線組網，至少需要兩臺AEW110-L，并且一臺需為主站模式與通訊管理機或其他集抄設備連接，一臺為從站模式與普通的RS485設備連接。若設備本身支持無線通訊(如AEW100無線計量模塊)，則只需要一臺主站模式的AEW110-L與通訊管理機或其他集抄設備連接即可完成無線組網。
AEW110-L內置透傳數據的超時時間為傳輸250字節所用時間(RS485傳輸時間加無線傳輸時間)，因此在使用AEW110-L輪詢終端設備時，要注意輪詢的間隔時間需大于內置超時時間，超時時間可由當前RS485接口波特率與擴頻因子對應無線傳輸速率算出，如AEW110-L為出廠默認參數時：
RS485接口波特率為9600bps：傳輸250字節時間約為T1=250ms。
無線傳輸速率為4500bps：傳輸250字節時間約為T2=540ms。
因此內置超時時間應為T=T1+T2=250ms+540ms=790ms。
由此可知，在使用默認參數輪詢終端設備時，輪詢的間隔時間應大于790ms，若使用其他參數，均應按照此法算出內置超時時間，并且使輪詢間隔時間大于內置超時時間。
注意：一組AEW110-L通訊時，需要擴頻因數與頻道均相同才可正常通訊。在無線通訊距離內，從站接入數量由主站的特性(如個別通訊管理機單個串口接入設備的數量有限制)與通訊協議的規定決定(如Modbus協議要求從站的通訊地址小于255)，但基于穩定性與數據實時性的考慮，從站少于30個。
(2)無線計量模塊
本文中以安科瑞電子商務(上海)有限公司的產品無線計量模塊主要用于計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。產品具有精度高、體積小、安裝方便等點。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。
無線計量模塊與其相配套的互感器進行連接，互感器分別將電壓、電流信號通過信號連接線傳輸給計量模塊，計量模塊通過無線方式將測試數據傳輸至后臺終端(AEW110-L無線通訊轉換器)。連接方式和安裝效果圖如圖1、圖2所示。
無線計量模塊采用MODBUS-RTU協議規約。Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。不同廠商生產的控制設備可以通過該協議連接成一個工業網絡，來完成集中監控。使用Modbus協議進行通訊時，讀數據命令功能碼為03H，寫數據命令功能碼為10H。
3 系統的整體設計
本系統主要由一臺PLC、一臺上位PC監控系統、一臺AEW110-L無線通訊轉換器，多臺AEW100無線計量模塊組成，系統結構圖如圖3所示。
PLC經過RS-485網線與AEW110-L無線通訊轉換器相連，通過無線網絡控制和接收AEW100無線計量模塊分別采集各自的電力能耗數據，為了避免無線通訊競爭以及沖突，系統采用Modbus協議的主從通訊控制方法，即在每一個無線通訊系統中，每一臺AEW100無線計量模塊都擁有wei一的地址碼，采用的通訊方式是PLC進行輪詢經AEW110-L無線通訊轉換器將信號通過無線進行傳送，每一臺AEW100無線計量模塊應答。然后PLC再將收集上來的數據進行相應的處理， PC監控系統通過網線與PLC進行連接，顯示PLC處理后的數據。
4 系統的硬件設備
本系統所需的硬件設備中PLC采用西門子公司S7-1200，PC監控系統采用工業電腦并安裝工控軟件，無線計量儀表采用安科瑞電氣股份有限公司的AEW110-L無線通訊轉器和AEW100無線計量模塊。
S7-1200是一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單邏輯控制、高級邏輯控制、HMI和網絡通信等任務。S7-1200 PLC實現了模塊化和緊湊型設計，功能強大、可擴展性強、靈活度高的設計，可實現zui高標準工業通信的通信接口以及一整套強大的集成技術功能，使該控制器成為完整、的自動化解決方案的重要組成部分。
5 系統的軟件設計
5.1 通訊程序
PLC采用Modbus協議的主從通訊控制方法來接收各個無線計量儀表數據，由PLC作為主站，各個無線計量模塊作為從站，為了避免通訊競爭以及沖突，PLC向各個無線計量模塊從站進行輪詢來接收數據，避免了數據通訊錯誤的發生。具體方法是PLC向無線計量模塊發送Modbus協議報文，通過無線計量模塊的反應，判斷無線計量模塊是否存在，確認無線計量模塊的存在后，向無線計量模塊發送信息查詢命令，具體流程如圖4所示，然后無線計量模塊返回反饋信息，PLC對返回的Modbus協議報文進行分析，經過報文分析以后，PLC提取出相應的數據，然后存入內存中。
5.2 電力數據監控顯示
PLC通過與無線計量儀表的數據通訊，獲得了由無線計量儀表采集而來的數據，并將這些數據存入數據庫，之后可以對采集而來的數據進行統計，整理，分析，本系統可運用數據統計程序，可以將這些數據歸類整理，zui終在電力監控系統中進行顯示，方便相關人員進行查詢。
6 結束語
無線計量儀表在工業現場中獲得了廣泛的應用，本文基于Modbus協議設計了一套電力能耗監控系統，通過對Modbus協議，設計了系統硬件之間的通訊連接和程序，通訊簡便。本系統對不同廠商的硬件具有較高兼容性，擴展性，不僅能完成對電力設備的能耗監控，還可拓展應用于其他智能設備，具有不錯的推廣前景。
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