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摘要：电能作为主要经济能源，努力降低电能消耗，节约成本，得到各行各业高度重视，电能管理系统开发应用能有效科学进行电能管理。DCS系统作为现代化控制系统，其自身具有良好控制性能和系统拓展性，可通过PROFIBUS等现场总线和组态编程进行系统拓展集成。因此DCS系统被广泛应用到工业生产系统中。本文基于西门子PCS7系统平台的电能抄表系统控制的分析，其意义在于利用现有西门子PCS7系统平台，按照PROFIBUS现场总线协议和智能电表通讯协议进行系统组态，实现电能自动抄表管理，提升企业电能管理的科学性。
关键词：电能管理系统；DCS系统；PROFIBUS现场总线；组态编程
一、DCS系统的应用
Distributed Control System简称DCS系统，又叫集散控制系统。DCS系统结合计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）4C技术，发展起来的新型控制系统。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS系统在电力、石化等各行各业得到广泛应用。近年来，工业控制设备的数字化、智能化、网络化发展促使DCS系统过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制；工控软件先进控制与优化技术提升DCS综合性能；系统架构向FCS方向发展等。未来DCS系统更着重于全系统信息综合管理，“综合”将成为DCS系统关键字，向实现控制体系、能源体系、管理体系等的综合自动化方向发展，实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，形成一个具有柔性、高度自动化的管控一体化系统。
二、基于西门子PCS7系统平台的电能抄表系统控制的几个关键问题
现阶段，我国自动化控制的发展中，不同智能设备和系统存在兼容性问题，通讯兼容性成为自动化控制系统发展中的关键技术，解决系统兼容性问题是系统集成关键，关系到系统间稳定性和安全性。文章介绍基于西门子PCS7系统平台的电能抄表系统控制的四个关键问题，具体如下分析：
2.1自动控制系统的开放式平台
在自动化控制系统中，通过OPC平台和Windows技术实现信息统统无缝集成开发。OPC技术平台结合电气控制技术让信息在不同的平台间实现畅通无阻的交换， 让平台之间实现零成本零耗时的无缝对接，节省的软件开发时间。 目前已有超过4200家供应商在1700多万个应用领域里生产了超过35000种不同类型的OPC产品，单在工程资源方面就节省了数十亿美元。OPC开发需根据技术规范开发认证， OPC UA是一个独立于平台的、面向服务的架构规范，集成了所有来自现有的OPC Classic规范的功能，为更安全和可扩展的解决方案提供了迁移路径，该规范兼容OPC Classic规范。
2.2自动控制系统接口标准化
世界上的智能仪表、PLC、DCS系统生产企业达数千家。PLC/DCS的产品种类已经超过400种，各个PLC/DCS产品的组态编程具有很大的差异，不同品牌产品之间的兼容性存在一定困难，这种困难随着IEC61131的颁布得到了很好地解决。其中最主要的就是，在IEC61131中对编程的语法和语义做出了很明确的解释，促进了编程接口的标准化,得到大部分开发生产商高度认可，已经形成以一种国际化的标准，成为PLC/DCS的生产标准和系统集成依据，在很大程度上简化了生产工序，减少了组态编程所需要的时间，大大提高了生产效率，促进智能仪表和DCS系统集成的发展。
2.3自动化控制系统的Windows标准平台
在自动化控制领域，微软技术为其提供了运行平台的同时为其制定了一定的标准，在信息时代，各行各业的发展都离不开PC与网络系统智能技术，其应用范围广泛，最常见的人机交互界面的普及等等。Windows系统操作简单，与办公管理系统平台和DCS系统的集成相对容易，非常利于自动化系统DCS系统集成控制运行。
2.4 DCS控制系统的现场总线以及控制系统
现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。现场总线是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。IEC61158 Ed.3现场总线标准成为国际标准，规定10种类型的现场总线，现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。目前的工业总线网络可归为三类：485网络、HART网络、FieldBus现场总线网络。PROFIBUS以Siemens公司为主要支持，并成立了PROFIBUS国际用户组织，西门子PCS7系统现场总线为Profibus。
三、基于西门子PCS7系统平台电能管理系统的具体实现
3.1基于西门子PCS7系统平台电能管理系统架构
电能管理系统采用分层分布式设计思想，整个系统大体分为三层：现场设备层，PLC数据处理层和运行监控层。系统架构如下图所示。
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3.1.1现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。
3.1.2PLC数据处理层位于现场设备层和运行监控中心层之间，主要完成上下层之间的网络连接转换和信息的处理交换。通过PROFIBUS现场总线和组态编程，把采集的数据传送到PLC数据处理层，对数据作规范化预处理，处理的数据与时标相对应，并把数据储存在服务器中。
3.1.3操作与监控中心硬件配置根据用户的实际需求，可以配置出灵活丰富、功能强大的系统 。监控中心软件由WinCC开发出友好的人机界面。用电实时工况信息以曲线、表格以及参数化处理后的数据进行显示，系统对重要的信息进行存盘归档，管理人员、操作人员在办公室或中控室利用透明化的能源管理来进行有效地分析和决策，实现节能、省电、降低运行成本。
3.2电能管理系统与DCS系统的集成基本原理
电能管理系统基于西门子PCS7现场总线系统开发集成，PCS7现场总线系统开放式和模块化结构，系统的集成、组态、扩展灵活。电能管理系统结合智能电表RS485总线协议与Profibus总线系统平台功能组态编程开发，实现系统间无缝链接，在DCS系统平台嵌入电能管理系统，DP转接头与西门子plc的CPU模块的MPI/PROFIBUS口连接，智能电表采用4芯屏蔽双绞线连接实行PB-B-MODBUS485 MM功能连接多台电度表RS485通讯，两种总线之间通过PB-B-MM总线转换器实现无缝通讯，实现通讯内容有电流、有功功率、功率因数、 电度累计量等，通过组态生产实时电能报表、曲线等信息，便于统计、控制和决策分析。电能管理系统能分析电能分配及各类负载消耗电能的全过程。分析目的就是从能源消费的观点管理用电系统和设备，降低运行费用，追求的目标是合理、有效和经济地使用电能，减少电能的消耗，最大限度地降低电能的费用，最终实现系统成本最低。
四、结语
电能管理系统以Profibus总线将现场各类电表采集的信息上传到PLC，同时，PLC和控制中心之间通过Profinet实现通信，快速交换信息，这样就构成了一个完整的分层分布式配电电能管理系统。本电能管理系统基于西门子PCS7平台集成开发，系统采用Siemens WinCC作为上位监控软件，在监控中心实现电能管理功能。Siemens PLC作为各个监控分区的中央控制器，通过Profibus总线通信采集电能数据，从而全面实现对高低压系统电表的一体化综合监控，具有远程抄表、实时数据采集、曲线棒图、报表打印及与上级计算机联网等基本功能，最大限度的实现电能资源优化配置，实现系统设备稳定经济运行。
参考文献：
[1] 《西门子自动化系统实战S7和PCS7应用实例》人民邮电出版社 2007年10月.
[2] 《工业以太网技术》科学出版社 2007年.
[3] 《PB-B-MM/232/485/V3x 产品手册》北京鼎实创新科技有限公司 2010年3月.
[4] 《多功能电力仪表产品手册》天水长开电子科技有限公司.
[5]西门子 PowerManager 电能管理系统。