基于RS-485总线通信技术的可编程逻辑控制器（PLC）在人防工程三种通风方式信号系统中的应用

2015-10-31马志勇

建材与装饰 2015年11期

关键词：子站信号灯人防

马志勇

（福建省民建人防建筑设计有限公司　福建省　福州市　350001）

基于RS-485总线通信技术的可编程逻辑控制器（PLC）在人防工程三种通风方式信号系统中的应用

马志勇

（福建省民建人防建筑设计有限公司福建省福州市350001）

RS485总线通信技术是一种国际通用的标准2线制通信技术，采用差分工作方式，半双工或全双工传输数据。可编程逻辑控制器（PLC）是一种基于单片机技术的可储存逻辑程序以及其它数字、模拟量数据并执行预置程序命令的一种成熟的工业控制器，广泛应用于工业及民用的电气系统控制中。本文主要就可编程逻辑控制器结合RS485通信总线技术来应用于人防工程中的三种通风信号灯系统中的方案进行技术及经济性上的可行性进行讨论。

RS485通信；总线技术；可编程逻辑控制器（PLC）

引言

1983年，国际电子工业协会（EIA）在串口通信技术RS232，RS422的基础上制定了RS485通信标准，后命名TIA/EIA-485-A标准，即后来俗称的RS-485标准。

RS-485总线具有电路设计简单、软件设计方便、成本低等优点，在火灾自动报警系统中已经有非常广泛的应用。根据RS485总线结构理论，在理想环境的前提下，RS485总线的传输距离可以达到1200m；总线传输采用2线制，差分工作方式，半双工或全双工的数据传输方式，最大数据传输速率可达到10Mbps/s。

1987年，国际电工委员会（EIA）制定了PLC的标准草案，可编程逻辑控制器（本文中以下部分均简称∶PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入（I）和输出（O）接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。并且可以通过扩展各种通信接口，如∶以太网，RS485（MODBUS），PROFIBUS，CC-LINK等，将各个可编程逻辑控制器模块互联组网，形成一整套的集中控制网络，统一监控分散在各地的设备；提高了整个电气控制系统的运行及维护的效率。

1　研究背景

福州××公园地下人防工程建筑面积为10万m2，工程总长度达到1251m，呈马蹄状分布；共设有43个人防单元，其中人防物资库6个，二等人员掩蔽部31个，一等人员掩蔽部6个，专业队掩蔽部1个，专业队物资掩蔽部1个，人防固定电站3个。为福州市建设规模最为大型的地下人防工程之一，该工程中设计的人防口部有129个，按照人防工程设计规范，每个人防单元的各个口部密闭通道最里面一套防护密闭门内侧及进风机房，战时值班室及各人防单元连通口部之间应设置三种通风方式信号指示灯系统；若按传统设计采用从每个战时值班室内的三种通风方式信号灯控制箱引出控制电缆KVV-500/750V-7×1.0至各个终端的信号灯箱，则需要耗费大量的金属线缆、套管以及安装人工；并且指示人防单元内的通风方式需要到设置于三防值班室内的通风方式信号灯控制箱上操作机械按钮开关，操作不便繁琐，系统后期无法扩展，无法集中管理以及统一监控。

2　研究思路

如果在每个现场的通风信号灯箱中采用带有RS485通信接口的继电器输出控制模块，由该控制模块来控制三种通风方式指示信号灯的点亮与熄灭；信号灯电源由就近插座或照明电源获取，或由每个分区的通风信号灯控制箱统一供电；则来自分区通风信号灯控制箱的控制信号只要引出一根2芯屏蔽双绞电缆RVSP-2×1.0即可连接本分区内所有的就地控制模块与分区控制主机，从而控制分区内每个通风信号灯点亮，指示系统处于何种通风模式；这样就可以节省大量的金属线缆、管材以及安装人工。

每个分区的通风方式控制箱中控制主机采用可编程逻辑控制器模块（PLC），利用PLC本身带有的RS485通信接口，连接就地信号灯控制模块，再利用可编程逻辑控制器本身的扩展性能，扩展一组RS485通信接口，与相邻分区的控制主机之间实现通信互联，各个分区的控制主机作为控制子站互相连接后，再通过一根2芯屏蔽双绞电缆连接至设置在本工程专业队掩蔽部内的监控主机（工业PC机），连接后各个分区的设备运行状况均可通过RS485通信总线传输至监控主机，在监控主机上显示出来，并可以在监控主机上直接操作各个分区设备的运转状态，见图1所示。

3　组网

在每个现场的信号灯箱里安装1块研华ADAM总线控制模块，该模块可以输出4个继电器开关量信号，由自带的RS485接口与本分区的控制主机进行通信；每个分区的控制主机安装在分区三防值班室的通风方式控制箱内，控制主机采用台达的EH系列PLC模块，此模块带1个RS485通信接口，并可扩展1个RS485通信接口；利用本机自带的RS485通信接口与现场通风信号灯箱内的总线控制模块通信，每个分区只需要从控制主机引出一根RVSP2×1.0的通信电缆即可连接分区内所有的信号等现场控制模块，从而实现对现场通风信号灯点亮的控制。

图1　485工作站接线示意图

各个分区内的通风信号控制系统组网后，还可以利用PLC主机的扩展通信模块RTU-485进行各个分区之间的控制主机通信互联，把各个分区的控制主机分别作为整个人防工程通风信号控制系统的控制子站，控制子站下与分区内的通风信号灯箱现场控制模块通信，上与其它分区的各个子站通信，各个子站之间采用RVSP2×1.0屏蔽双绞电缆互相级联，并最终连接至中央监控主机（工业PC机）。另外，由于基于RS485通信总线的通信距离理论最大值为1200m，而本工程全长可达到1251m，所以，在本工程中部的通风信号灯系统子站内设置一个RS485的信号中继器，起到485信号的放大和中继作用；使得整个RS485通信系统不会因为传输距离过长而导致整个系统通信瘫痪。中央监控主机设于本工程专业队人员掩蔽单元内；中央监控主机采用一台研华的IPC610工业PC机，该机带有RS232串行通信接口，利用RS232转RS485的通信转接模块以及组态软件，即可将监控主机与各个分区子站内的PLC控制模块通信，接收各个分区的设备状态信号，并可以在中央监控主机上直接对各个分区的通风信号设备进行控制。

采用总线通信方式，不但可以节省系统的造价，而且可以将整个系统互联，既可以在分区内控制系统设备，也可以在中央控制主机监控整个通风信号系统，而且更可以通过分区内PLC控制模块的扩展功能，进一步监控各个分区的电气设备以及照明系统，提高了整个电气系统的灵活性，可扩展性。

采用RS-485通信的方式也有缺点，例如∶通信距离受限制，最大理论通信距离不能超过1200m，同一通信总线上挂载设备不能超过32个；通信总线容易受到强电电磁干扰和感应雷电流干扰，通信速率较慢以及容易掉线等。

解决方案可以采用如下∶

（1）将RS485通信总线电缆与强电电源电缆严格分开，避免强电对通信信号的电磁干扰；

（2）在通信线引入端加装RS485通信防雷器，在设备电源端加装电源浪涌保护器，最大限度避免感应雷电流对通信线路和设备电源的干扰；

（3）通信线路采用屏蔽双绞电缆RVSP-2×1.0，利用双绞电缆抵消共模干扰，通信电缆的屏蔽层在控制箱一侧单点接地，可以有效消除外界电磁干扰；

（4）在整个系统的线路中段增加RS485通信中继设备，既有效延长通信距离，增大通信稳定可靠性，又可以增加线路挂载的设备。