馬志勇

（福建省民建人防建筑設(shè)計有限公司　福建省　福州市　350001）

基于RS-485總線通信技術(shù)的可編程邏輯控制器（PLC）在人防工程三種通風(fēng)方式信號系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬志勇

（福建省民建人防建筑設(shè)計有限公司福建省福州市350001）

RS485總線通信技術(shù)是一種國際通用的標(biāo)準(zhǔn)2線制通信技術(shù)，采用差分工作方式，半雙工或全雙工傳輸數(shù)據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）是一種基于單片機技術(shù)的可儲存邏輯程序以及其它數(shù)字、模擬量數(shù)據(jù)并執(zhí)行預(yù)置程序命令的一種成熟的工業(yè)控制器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用的電氣系統(tǒng)控制中。本文主要就可編程邏輯控制器結(jié)合RS485通信總線技術(shù)來應(yīng)用于人防工程中的三種通風(fēng)信號燈系統(tǒng)中的方案進行技術(shù)及經(jīng)濟性上的可行性進行討論。

RS485通信；總線技術(shù)；可編程邏輯控制器（PLC）

引言

1983年，國際電子工業(yè)協(xié)會（EIA）在串口通信技術(shù)RS232，RS422的基礎(chǔ)上制定了RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，后命名TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)，即后來俗稱的RS-485標(biāo)準(zhǔn)。

RS-485總線具有電路設(shè)計簡單、軟件設(shè)計方便、成本低等優(yōu)點，在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中已經(jīng)有非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)RS485總線結(jié)構(gòu)理論，在理想環(huán)境的前提下，RS485總線的傳輸距離可以達到1200m；總線傳輸采用2線制，差分工作方式，半雙工或全雙工的數(shù)據(jù)傳輸方式，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達到10Mbps/s。

1987年，國際電工委員會（EIA）制定了PLC的標(biāo)準(zhǔn)草案，可編程邏輯控制器（本文中以下部分均簡稱∶PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入（I）和輸出（O）接口，控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。并且可以通過擴展各種通信接口，如∶以太網(wǎng)，RS485（MODBUS），PROFIBUS，CC-LINK等，將各個可編程邏輯控制器模塊互聯(lián)組網(wǎng)，形成一整套的集中控制網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一監(jiān)控分散在各地的設(shè)備；提高了整個電氣控制系統(tǒng)的運行及維護的效率。

1　研究背景

福州××公園地下人防工程建筑面積為10萬m2，工程總長度達到1251m，呈馬蹄狀分布；共設(shè)有43個人防單元，其中人防物資庫6個，二等人員掩蔽部31個，一等人員掩蔽部6個，專業(yè)隊掩蔽部1個，專業(yè)隊物資掩蔽部1個，人防固定電站3個。為福州市建設(shè)規(guī)模最為大型的地下人防工程之一，該工程中設(shè)計的人防口部有129個，按照人防工程設(shè)計規(guī)范，每個人防單元的各個口部密閉通道最里面一套防護密閉門內(nèi)側(cè)及進風(fēng)機房，戰(zhàn)時值班室及各人防單元連通口部之間應(yīng)設(shè)置三種通風(fēng)方式信號指示燈系統(tǒng)；若按傳統(tǒng)設(shè)計采用從每個戰(zhàn)時值班室內(nèi)的三種通風(fēng)方式信號燈控制箱引出控制電纜KVV-500/750V-7×1.0至各個終端的信號燈箱，則需要耗費大量的金屬線纜、套管以及安裝人工；并且指示人防單元內(nèi)的通風(fēng)方式需要到設(shè)置于三防值班室內(nèi)的通風(fēng)方式信號燈控制箱上操作機械按鈕開關(guān)，操作不便繁瑣，系統(tǒng)后期無法擴展，無法集中管理以及統(tǒng)一監(jiān)控。

2　研究思路

如果在每個現(xiàn)場的通風(fēng)信號燈箱中采用帶有RS485通信接口的繼電器輸出控制模塊，由該控制模塊來控制三種通風(fēng)方式指示信號燈的點亮與熄滅；信號燈電源由就近插座或照明電源獲取，或由每個分區(qū)的通風(fēng)信號燈控制箱統(tǒng)一供電；則來自分區(qū)通風(fēng)信號燈控制箱的控制信號只要引出一根2芯屏蔽雙絞電纜RVSP-2×1.0即可連接本分區(qū)內(nèi)所有的就地控制模塊與分區(qū)控制主機，從而控制分區(qū)內(nèi)每個通風(fēng)信號燈點亮，指示系統(tǒng)處于何種通風(fēng)模式；這樣就可以節(jié)省大量的金屬線纜、管材以及安裝人工。

每個分區(qū)的通風(fēng)方式控制箱中控制主機采用可編程邏輯控制器模塊（PLC），利用PLC本身帶有的RS485通信接口，連接就地信號燈控制模塊，再利用可編程邏輯控制器本身的擴展性能，擴展一組RS485通信接口，與相鄰分區(qū)的控制主機之間實現(xiàn)通信互聯(lián)，各個分區(qū)的控制主機作為控制子站互相連接后，再通過一根2芯屏蔽雙絞電纜連接至設(shè)置在本工程專業(yè)隊掩蔽部內(nèi)的監(jiān)控主機（工業(yè)PC機），連接后各個分區(qū)的設(shè)備運行狀況均可通過RS485通信總線傳輸至監(jiān)控主機，在監(jiān)控主機上顯示出來，并可以在監(jiān)控主機上直接操作各個分區(qū)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，見圖1所示。

3　組網(wǎng)

在每個現(xiàn)場的信號燈箱里安裝1塊研華ADAM總線控制模塊，該模塊可以輸出4個繼電器開關(guān)量信號，由自帶的RS485接口與本分區(qū)的控制主機進行通信；每個分區(qū)的控制主機安裝在分區(qū)三防值班室的通風(fēng)方式控制箱內(nèi)，控制主機采用臺達的EH系列PLC模塊，此模塊帶1個RS485通信接口，并可擴展1個RS485通信接口；利用本機自帶的RS485通信接口與現(xiàn)場通風(fēng)信號燈箱內(nèi)的總線控制模塊通信，每個分區(qū)只需要從控制主機引出一根RVSP2×1.0的通信電纜即可連接分區(qū)內(nèi)所有的信號等現(xiàn)場控制模塊，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場通風(fēng)信號燈點亮的控制。

圖1　485工作站接線示意圖

各個分區(qū)內(nèi)的通風(fēng)信號控制系統(tǒng)組網(wǎng)后，還可以利用PLC主機的擴展通信模塊RTU-485進行各個分區(qū)之間的控制主機通信互聯(lián)，把各個分區(qū)的控制主機分別作為整個人防工程通風(fēng)信號控制系統(tǒng)的控制子站，控制子站下與分區(qū)內(nèi)的通風(fēng)信號燈箱現(xiàn)場控制模塊通信，上與其它分區(qū)的各個子站通信，各個子站之間采用RVSP2×1.0屏蔽雙絞電纜互相級聯(lián)，并最終連接至中央監(jiān)控主機（工業(yè)PC機）。另外，由于基于RS485通信總線的通信距離理論最大值為1200m，而本工程全長可達到1251m，所以，在本工程中部的通風(fēng)信號燈系統(tǒng)子站內(nèi)設(shè)置一個RS485的信號中繼器，起到485信號的放大和中繼作用；使得整個RS485通信系統(tǒng)不會因為傳輸距離過長而導(dǎo)致整個系統(tǒng)通信癱瘓。中央監(jiān)控主機設(shè)于本工程專業(yè)隊人員掩蔽單元內(nèi)；中央監(jiān)控主機采用一臺研華的IPC610工業(yè)PC機，該機帶有RS232串行通信接口，利用RS232轉(zhuǎn)RS485的通信轉(zhuǎn)接模塊以及組態(tài)軟件，即可將監(jiān)控主機與各個分區(qū)子站內(nèi)的PLC控制模塊通信，接收各個分區(qū)的設(shè)備狀態(tài)信號，并可以在中央監(jiān)控主機上直接對各個分區(qū)的通風(fēng)信號設(shè)備進行控制。

采用總線通信方式，不但可以節(jié)省系統(tǒng)的造價，而且可以將整個系統(tǒng)互聯(lián)，既可以在分區(qū)內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)備，也可以在中央控制主機監(jiān)控整個通風(fēng)信號系統(tǒng)，而且更可以通過分區(qū)內(nèi)PLC控制模塊的擴展功能，進一步監(jiān)控各個分區(qū)的電氣設(shè)備以及照明系統(tǒng)，提高了整個電氣系統(tǒng)的靈活性，可擴展性。

采用RS-485通信的方式也有缺點，例如∶通信距離受限制，最大理論通信距離不能超過1200m，同一通信總線上掛載設(shè)備不能超過32個；通信總線容易受到強電電磁干擾和感應(yīng)雷電流干擾，通信速率較慢以及容易掉線等。

解決方案可以采用如下∶

（1）將RS485通信總線電纜與強電電源電纜嚴格分開，避免強電對通信信號的電磁干擾；

（2）在通信線引入端加裝RS485通信防雷器，在設(shè)備電源端加裝電源浪涌保護器，最大限度避免感應(yīng)雷電流對通信線路和設(shè)備電源的干擾；

（3）通信線路采用屏蔽雙絞電纜RVSP-2×1.0，利用雙絞電纜抵消共模干擾，通信電纜的屏蔽層在控制箱一側(cè)單點接地，可以有效消除外界電磁干擾；

（4）在整個系統(tǒng)的線路中段增加RS485通信中繼設(shè)備，既有效延長通信距離，增大通信穩(wěn)定可靠性，又可以增加線路掛載的設(shè)備。

4　結(jié)語

綜上所述，采用以上解決方案以后，由分區(qū)控制主機PLC模塊結(jié)合RS485通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方案組成的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)性和經(jīng)濟性上可靠有效，并有較好的擴展性能，方便對整個工程的電氣系統(tǒng)進行現(xiàn)代化的監(jiān)控改造，提升了整個工程電氣系統(tǒng)監(jiān)控的集成度，從而有利于項目的電氣節(jié)能及用電效率提升。

[1]劉濤，馬積勛，廉海濤.利用RS485通信技術(shù)實現(xiàn)PC機與單片機的多點通信[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2002.

[2]張德泉.集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京∶電子工業(yè)出版社，2012.

[3]蔡杏山.PLC技術(shù)及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[4]林穎，等.基于RS485總線的PC機與多單片機系統(tǒng)的串行通信[J].機械與電子期刊，2006，1.

TP273.5

A

1673-0038（2015）11-0117-02

∶2015-2-20

∶馬志勇（1977-），男，福建漳州人，中級電氣工程師，本科，從事電氣設(shè)計工作。