带Profibus(DP协议)端口数显智能电表

Profibus-DP协议智能电表张小莉第一章Profibus-DP协议概述本章节简要介绍了Profibus-DP协议，用户若熟悉本节内容，可以直接阅读第二章节仪表的通讯配置。1.1Profibus-DP简介Profibus是唯一集成H1(过程)和H2（工厂自动化）的现场总线解决方案，是一种国际化的、开放的现场总线标准，它也是国际标准IEC61158中8种现场总线之一。Profibus可以将数字自动化设备从低级（传感器/执行器）到中间级执行级（单元级）分散开来。根据应用特点和用户不同的需要，Profibus提供了3种兼容版本通信协议：FMS、PA和DP。Profibus-DP用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通讯。Profibus-DP使用第1层、第2层和用户接口层、第3~7层未使用，这种精简的结构确保了高速数据传输。直接数据链路映像程序DDLM提供对第2层的访问。用户接口规定了设备的应用功能、Profibus-DP系统和设备的行为特性。Profibus-DP特别适合于PLC与现场分级式I/O设备之间的通讯。主站之间的通讯为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的混合。1.2Profibus-DP物理层1.2.1传输介质PROFIBUS-DP传输技术采用的是RS485传输，其传输介质可以选择型式A和型式B两种导线，A为屏蔽双绞线，B为普通双绞线。但在EN50170标准中规定为型式A导线，型式A比型式B有较大的扩展长度，见表1。表1：LineALineB说明电缆参数A型B型特征阻抗（Ω）135~165Ω（f＝3MHz~20MHz）100~130Ω（f＞100kHz）单位长度的电容（PF/m）＜30pF/m＜60pF/m回路电阻（Ω/km）≤110Ω/km-线芯截面积（mm2）≥0.34mm2（22AWG）≥0.22mm2（22AWG）1.2.2传输距离标准Profibus-DP支持以下传输速率：（单位：kbps）9.6、19.2、31.25、45.45、93.75、187.5、500、1500、3000、6000、12000。每个DP从站的输入数据和输出数据最大为244B，使用屏蔽双绞电缆时最长通讯距离为9.6km（需要增加中继），使用光缆时最长为90km。Profibus-DP每段的电缆最大长度与传输速率有关，不同的介质，不同的波特率，信号可传输的距离也不同，如表2所示。表2：传输速率与距离关系表波特率kbps/s9.619.293.75187.550015003000600012000（LineA）电缆长度m1200120012001000400200200100100（LineB）电缆长度m120012001200600200不推荐不推荐不推荐不推荐注意：该传输距离指不加重复器（中继器）的距离。此外，该传输距离是理论值，实际传输距离也会受到现场环境的影响。1.2.2PROFIBUS-DP总线网络结构PROFIBUS支持总线型、星型和树型拓扑结构。一个总线型拓扑结构，如图1所示。标准Profibus-DP系统最多可连接127个站（站号从0～126，不包含中继器）。PROFIBUS支持中继器连接，若采用中继器，可增加电缆长度和所连的站数。图1DP总线型拓扑根据EIARS485标准，为了最小化电缆反射并确保在数据线上所定义的噪声等级，在数据传输电缆的两端，必须使用如下连接的终端电阻器来终止一个网段。总线终端器如图2所示。图2PROFIBUS电缆的电缆终端器（9针D型连接器的针脚号）Profibus的总线终端器包含一个上拉电阻和一个下拉电阻，当总线上没有站发送数据时（即空闲时间），这两个电阻迫使不同的状态电压趋于一个确定值，从而保证在总线上有一个确定的空闲电位。被指定为终止总线的站（与总线终端器共态），需要加入“终端器”，也称为有源终端。以达到阻抗匹配，增强抗干扰能力。对于A型电缆接220Ω有源终端电阻。以上资料仅供参考，由于Profibus-DP内容较多，详细资料请查阅PROFIBUS安装相关规范。第二章PZ系列Profibus通讯功能配置本章节主要介绍PZ系列（三相功率、三相电能部分）通讯变量表及其通讯值与实际值如何换算。2.1PZ-Profibus通讯接口接线图3PZ-Profibus通讯接口图3是PZ仪表的Profibus通讯接口。其它接线及其端口定义，请阅读PZ《安装使用说明书V1.1》。图3中的A和B是PROFIBUS通讯接口接线端子，与PROFIBUS通讯网络相接，其中，A为“RS485+”，B为“RS485-”，COM2为通讯电缆屏蔽接线端子。★Profibus总线上，定义B为“RS485+”,A为“RS485-”，接线时应请务必注意A、B接线，否则会导致无法正常通讯。通讯接口ABCOM2Profibus总线定义A(RS485-)Profibus总线定义B(RS485+)接屏蔽线2.2Profibus通讯变量表PZ系列可编程智能电测表采用Profibus协议通讯时，需阅读本文档。《安装使用说明书V1.1》中通讯指南章节无效。PZ系列多功能电测仪表（Profibus通讯）,其通讯协议是依据DPV0开发。DPV0为是周期性数据交换，即在每个DP循环中,交换的数据是周期性数据。输入数据为：多功能电测仪表反馈给DP主站的响应数据（PZ仪表→DP主站）。输出数据为：DP主站发送至多功能电测仪表（DP主站→PZ仪表），无开关量输出功能的仪表（即无DO功能），无输出数据。在PLC中通过对输入数据和输出数据编程来完成循环数据的处理。输入、输出交换数据的长度取决于硬件组态GSD文件类型。（1）Profibus输入数据地址表，如表3所示。其高字节在前，低字节在后。如[2][3]，[2]是高字节（高8位），[3]是低字节（低8位），其它类推。（2）若要设置PZ仪表参数，需参考PZ系列（三相功率、三相电能部分）《安装使用说明书V1.1》进行手动设定，而不可以通过远程操作设置。（3）仪表上电后,若改变了仪表从站地址（地址设定值范围1～126），仪表需要重新上电，更改的从站地址才能有效（此功能遵循PROFIBUS-DP规约）。（4）采用Profibus通讯后波特率为自适应9.6kbit/s～12000kbit/s，仪表菜单中波特率设置功能无效，即无需设置。表3.PZ-Profibus变量表用户使用公司内部调试专用输入数据地址表参数名称数值范围数据类型参数取地址表第x个字[0]小数点U3～7word0023H1（DPT）[1]小数点I（DCT）1～5[2]小数点PQ（DPQ）4～10word0024H2[3]符号PQBit7→QBit6→QcBit5→QbBit4→QaBit3→PBit2→PcBit1→PbBit0→Pa0为正，1为负[4][5]A相电压（UA）0～9999word0025H3[6][7]B相电压（UB）0～9999word0026H4[8][9]C相电压（UC）0～9999word0027H5[10][11]A相电流（IA）0～9999word002BH6[12][13]B相电流（IB）0～9999word002CH7[14][15]C相电流（IC）0～9999word002DH8[16][17]总有功功率（P总）0～9999word0031H9[18][19]总无功功率（Q总）0～9999word0035H10[20][21]总功率因数（PF总）0～9999word0039H11[22][23]总视在功率（S总）0～9999word003DH12[24][25]频率（FR）4500～6500word003EH13[26[27]吸收有功电能一次侧Fword0047H～0048H14[28][29]15[30][31]释放有功电能一次侧Fword0049H～004AH16[32][33]17[34][35]感性无功电能一次侧Fword004BH～004CH18[36][37]19[38][39]容性无功电能一次侧Fword004DH～004EH20[40][41]212.3通讯值与实际值之间的换算关系通讯值与实际值之间的对应关系如下：（约定:Valt为通讯读出值，Vals为实际值）★请根据Profibus变量表的参数，选择相应的换算公式进行换算。适用参量对应关系单位电压值UA、UB、UCVal_s＝（Val_t/10000）*（10^DPT）伏V电流值IA、IB、ICVal_s＝（Val_t/10000）*（10^DCT）安培A功率值PA、PB、PC、P总、QA、QB、QC、Q总Val_s＝（Val_t/10000）*（10^DPQ）瓦W乏var功率因数值PFA、PFB、PFC、PFSVal_s＝Val_t/1000无单位频率FRVal_s＝Val_t/100赫兹Hz电度量二次侧值Val_s＝Val_t瓦时Wh乏时varh电度一次侧时的值采用浮点变量数据类型。它用符号位表示数的符号，用阶码和尾数表示数的大小。仪表采用的数据格式为IEEE754数据格式具有24位精度，尾数的高位始终为“1”，因而不保存，位的分布如下：1位符号位、8位指数位、23位尾数，符号位是最高位，尾数为最低的23位。具体举例如下：读出数：01000111010010111010110000000000b符号位S=0，（“1”为负，“0”为正）；计算指数E=10001110，化为10进制数142；计算尾数M=10010111010110000000000，化为10进制数4959232。计算公式：一次侧电量=(127)23(1)212SEM上例计算结果为：0(142127)234959232(1)215214052.142WhkWh2.4关于GSD文件说明GSD文件获取途径：（1）仪表的GSD文件可从公司网站下载，或向我们的客服索取。（2）光盘方式随产品发送。在进行PROFIBUS主站组态时，装载PZ仪表的GSD文件后，其用户参数采用默认值，无需更改，如下图所示。第三章仪表选型型号功能特性PZ80-AIPZ80L-AIPZ80-AI3PZ80L-AI3PZ80-AVPZ80L-AVPZ80-AV3PZ80L-AV3PZ80-FPZ80L-FPZ80-PPZ80L-PPZ80-P3(4)PZ80L-P3(4)PZ80-EPZ80L-EPZ80-E3(4)PZ80L-E3(4)测量参数单相电流■■■三相电流■■■单相电压■■■三相电压■■■电网频率■■■■■单相(有功功率、无功功率、功率因数)■■三相(有功功率、无功功率、功率因数)■■单相(有功电能、无功电能)■三相(有功电能、无功电能)■选配功能(任C□□□□□□□□□CP（DP协议）□(限LED显示)□(限LED显示)M□□□□□选其一)J□□□□□□□MC□□□□□JC□□□□□□□JM□□□JMC□□□KC(2DI/2DO)□□□□□□□□□KCP(2DI/2DO)□(限LED显示)KC(4DI/2DO)□□KC(4DI)□□KCP(4DI)□(限LED显示)注：1、J(继电器越限报警输出)与第二路开关量输出复用；2、PZ80(L)-E在选配KC(2DI/2DO)功能时无脉冲信号输出端口；3、PZ80(L)-E3(4)在选配KC(4DI)功能时具备1路有功电能脉冲信号输出端口，在选配KC(2DI/2DO、5DI/2DO)功能时无脉冲信号输出端口；4、PZ80(L)-AI3、AV3最多可带3路模拟量输出。5、■---表示标配功能6、□---表示选配功能外形及尺寸(mm)作者简介：张小莉女本科供职于安科瑞电气股份有限公司13918924310Email：[e-mail]