基于RS-485總線通信技術的可編程邏輯控制器（PLC）在人防工程三種通風方式信號系統中的應用

馬志勇

（福建省民建人防建筑設計有限公司　福建省　福州市　350001）

基于RS-485總線通信技術的可編程邏輯控制器（PLC）在人防工程三種通風方式信號系統中的應用

馬志勇

（福建省民建人防建筑設計有限公司福建省福州市350001）

RS485總線通信技術是一種國際通用的標準2線制通信技術，采用差分工作方式，半雙工或全雙工傳輸數據。可編程邏輯控制器（PLC）是一種基于單片機技術的可儲存邏輯程序以及其它數字、模擬量數據并執行預置程序命令的一種成熟的工業控制器，廣泛應用于工業及民用的電氣系統控制中。本文主要就可編程邏輯控制器結合RS485通信總線技術來應用于人防工程中的三種通風信號燈系統中的方案進行技術及經濟性上的可行性進行討論。

RS485通信；總線技術；可編程邏輯控制器（PLC）

引言

1983年，國際電子工業協會（EIA）在串口通信技術RS232，RS422的基礎上制定了RS485通信標準，后命名TIA/EIA-485-A標準，即后來俗稱的RS-485標準。

RS-485總線具有電路設計簡單、軟件設計方便、成本低等優點，在火災自動報警系統中已經有非常廣泛的應用。根據RS485總線結構理論，在理想環境的前提下，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據傳輸方式，最大數據傳輸速率可達到10Mbps/s。

1987年，國際電工委員會（EIA）制定了PLC的標準草案，可編程邏輯控制器（本文中以下部分均簡稱∶PLC）是一種數字運算操作的電子系統，專門為在工業環境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字或模擬的輸入（I）和輸出（O）接口，控制各種類型的機械設備或生產過程。并且可以通過擴展各種通信接口，如∶以太網，RS485（MODBUS），PROFIBUS，CC-LINK等，將各個可編程邏輯控制器模塊互聯組網，形成一整套的集中控制網絡，統一監控分散在各地的設備；提高了整個電氣控制系統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，專業隊掩蔽部1個，專業隊物資掩蔽部1個，人防固定電站3個。為福州市建設規模最為大型的地下人防工程之一，該工程中設計的人防口部有129個，按照人防工程設計規范，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側及進風機房，戰時值班室及各人防單元連通口部之間應設置三種通風方式信號指示燈系統；若按傳統設計采用從每個戰時值班室內的三種通風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的通風方式需要到設置于三防值班室內的通風方式信號燈控制箱上操作機械按鈕開關，操作不便繁瑣，系統后期無法擴展，無法集中管理以及統一監控。

2　研究思路

如果在每個現場的通風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，或由每個分區的通風信號燈控制箱統一供電；則來自分區通風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即可連接本分區內所有的就地控制模塊與分區控制主機，從而控制分區內每個通風信號燈點亮，指示系統處于何種通風模式；這樣就可以節省大量的金屬線纜、管材以及安裝人工。

每個分區的通風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，與相鄰分區的控制主機之間實現通信互聯，各個分區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置在本工程專業隊掩蔽部內的監控主機（工業PC機），連接后各個分區的設備運行狀況均可通過RS485通信總線傳輸至監控主機，在監控主機上顯示出來，并可以在監控主機上直接操作各個分區設備的運轉狀態，見圖1所示。

3　組網

在每個現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個繼電器開關量信號，由自帶的RS485接口與本分區的控制主機進行通信；每個分區的控制主機安裝在分區三防值班室的通風方式控制箱內，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通信接口與現場通風信號燈箱內的總線控制模塊通信，每個分區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內所有的信號等現場控制模塊，從而實現對現場通風信號燈點亮的控制。

圖1　485工作站接線示意圖

各個分區內的通風信號控制系統組網后，還可以利用PLC主機的擴展通信模塊RTU-485進行各個分區之間的控制主機通信互聯，把各個分區的控制主機分別作為整個人防工程通風信號控制系統的控制子站，控制子站下與分區內的通風信號燈箱現場控制模塊通信，上與其它分區的各個子站通信，各個子站之間采用RVSP2×1.0屏蔽雙絞電纜互相級聯，并最終連接至中央監控主機（工業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信號燈系統子站內設置一個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通信系統不會因為傳輸距離過長而導致整個系統通信癱瘓。中央監控主機設于本工程專業隊人員掩蔽單元內；中央監控主機采用一臺研華的IPC610工業PC機，該機帶有RS232串行通信接口，利用RS232轉RS485的通信轉接模塊以及組態軟件，即可將監控主機與各個分區子站內的PLC控制模塊通信，接收各個分區的設備狀態信號，并可以在中央監控主機上直接對各個分區的通風信號設備進行控制。

采用總線通信方式，不但可以節省系統的造價，而且可以將整個系統互聯，既可以在分區內控制系統設備，也可以在中央控制主機監控整個通風信號系統，而且更可以通過分區內PLC控制模塊的擴展功能，進一步監控各個分區的電氣設備以及照明系統，提高了整個電氣系統的靈活性，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備不能超過32個；通信總線容易受到強電電磁干擾和感應雷電流干擾，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，在設備電源端加裝電源浪涌保護器，最大限度避免感應雷電流對通信線路和設備電源的干擾；

（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單點接地，可以有效消除外界電磁干擾；

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

4　結語

綜上所述，采用以上解決方案以后，由分區控制主機PLC模塊結合RS485通信網絡互聯的方案組成的控制系統網絡在技術性和經濟性上可靠有效，并有較好的擴展性能，方便對整個工程的電氣系統進行現代化的監控改造，提升了整個工程電氣系統監控的集成度，從而有利于項目的電氣節能及用電效率提升。

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[2]張德泉.集散控制系統原理及其應用[M].北京∶電子工業出版社，2012.

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[4]林穎，等.基于RS485總線的PC機與多單片機系統的串行通信[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，從事電氣設計工作。