作者 平川 無錫昊陽新能源科技有限公司(江蘇 無錫 214200)

　　平川 (1976-)，男，工程師，研究方向：負責光伏物聯網產品研發

摘要：雙485通訊系統應用于農光互補光伏發電站，打破了傳統系統無通訊功能的框架，或單一485通訊功能模式。通過硬件整合，軟件上通過信道獨立分開方式完成兩路485通訊，物理上獨立，互不干涉。硬件上模塊化設計，軟件上統一管理控制。在斜單和連推平單上已經大批量使用。一路用于支架轉動信息獲取，提高了安全和可靠性，另外一路主要用于電站管理中心數據交互，控制指令下發，當前支架運行主要信息上傳。實時把數據和信息上傳，完成整個光伏電站前端和后臺數據交互，信息傳遞，控制指令及時下發，為光伏電站的智能化、網絡化、自動化提供基本的技術保障。

0 引言

　　在目前的光伏電站系統構建中，信息網絡化，智能化管理，物聯網已經越來越受到重視，被使用大范圍使用，光伏電站建設也不例外，涉及到系統中各個功能模塊信息共享和管理，光伏電站前端的控制終端信息的傳遞有無線、有線、光纖等方式，本系統通過兩路485通訊實現，控制信息的上傳下達。其中一路用于支架運轉控制，另一路用于電站后臺控制，區別于傳統無線通信方式或單路通信模式，使整個系統信息傳遞更完善、更智能化，為整個電站物聯網建設提供了基本的技術保障。

1 網絡系統架構

　　該網絡系統包括組件支架，驅動電機，角度儀傳感器及跟蹤控制盒，PLC集中控制箱、箱變、光交換機及電站管理、無線發射站，如圖1所示。跟蹤控制盒采集角度儀傳感器信號，控制電機驅動及兩路485通訊，實現了與光伏電站管理中心和無線發射站之間數據交互。第一路無線485通訊鏈路接收無線發射站信號結合已經設置的經、緯度和時間芯片提供的時間，啟動電機驅動組件支架運行。太陽能電池板組件自動跟隨太陽高度角和方位角而運行，停止角度設置由角度傳感器獲取。第二路有線485通訊鏈路經過PLC集中控制箱、光交換機、光纖與電站管理數據中心數據的交互。在一晝夜的時間周期內，白天實現自動跟蹤，夜晚自動夜返，完成一個周期后再等待下一個自動跟蹤周期的開始。如果異常情況發生，電站管理中心通過有線通訊鏈路下發控制指令，實現網絡智能管理。跟蹤控制盒把當前支架運行數據信息實時上傳至電站管理中心^[2,3]。系統如圖1。

2 跟蹤控制原理架構

　　跟蹤控制系統采用AVR處理器，該處理器資源豐富，性價比高，完全滿足實際功能需求。低功耗AVR 處理器，先進的RISC結構， 精簡指令集;16 MIPS指令速度，兩路可編程的USART串口，可工作于主機/從機模式的SPI串口接口，鑒于該處理器具有適用于兩路485通訊的USART串口，不再需要軟件方式模擬串口通訊，可以滿足光伏電站前端光伏組件跟蹤控制盒物聯網組網的物理需求。跟蹤控制盒分別控制兩路485通訊，采集角度儀傳感器，人機交互參數設置，及界面參數實時顯示，電機驅動控制信息的輸出，兩路485通訊功能主要實現與無線發射站，與電站管理中心數據交互，完成自動控制功能，完成物聯網組網功能^[3]。前端跟蹤控制盒外圍功能結構如圖2。

3 技術創新點

　　3.1　兩路485通訊，硬件上相互獨立，模塊化，最大限度增強抗干擾性能。創造性選用具備兩路UART硬件的處理器及有針對性的外設電路設計：兩路UART硬件全雙工操作，波特率可設置，具備硬件支持的奇偶檢驗，幀錯誤檢測，噪聲濾波，硬件中斷方式。AVR處理器具備兩路UART硬件串口，并具備上述功能，進而簡化了過去需要軟件模擬串口通訊的工作量和工作難度;外設電路的匹配負載阻抗的設計，收發端與控制端口的整合^[1,2]，相關電路設計在下文的原理設計中再做具體分析。所有這些都使得通訊的可靠性得到很大提高，遠遠優于軟件模擬通訊方式。雙硬件UART通訊口處理器的選用和外設電路的簡化設計為實現雙485通訊提供了可靠的硬件技術保障。

　　3.2　兩路485通訊，通訊數據須分開處理，須執行兩套不同協議，基于這樣的需求，創造性的開發出兩路通訊協議，軟件上配合硬件完成兩路通訊。一路是基于目前行業內的ModBus協議，用于行業內數據通訊，兼容只要遵守ModBus協議的所有設備終端，可與不同廠家設備終端之間進行數據傳遞。與光伏發電站中的通訊柜，逆變器、數據采集系統相連接。對于其他特殊需求可以基于其軟件高兼容性做適當擴展。另外一路為企業內部自定義協議，主要用于系統內部數據通訊傳輸，具體協議制定，規則可以自由定義，通訊模式有很大的自由度。比如，首字節為設備地址，可選擇數據累計方式來效驗，摒棄復雜的CRC效驗，幀結束符可固定為某個數據。其中可以由多組數據串組成，只要滿足數據累加和即可，在本系統中使用了太陽的高度角和方位角這兩個數據，可組裝成兩對數據，編入通訊幀中。主、從機按既定的規則進行傳輸、解析，即可完成數據交互，完成控制信息的傳遞和采集，為整個系統的自動化、智能化處理提供了必要的信息支持。

4 原理設計

　　4.1 第一路無線485通訊鏈路

　　通過光耦隔離，處理器與485通訊芯片進行數據交換，485芯片的A、B接口與外界無線通訊模塊對接。A/B 兩端雙向TVS管，瞬態抑制高壓，保護通訊線路的異常電壓。在本系統中采用120歐姆負載匹配阻抗，如圖三中電阻R8所示。485通訊芯片與處理器之間收發端經過光耦隔離，可以增強抗干擾能力。在本系統中，控制收發端RE/DE，并聯到芯片的發送端，受控于三極管Q1，確保收發狀態切換。三路整合到兩路光耦隔離，減少PCB板空間和節省元器件。收發數據經光耦傳輸至處理器相應的UART端口。處理器在中斷機制的觸發下，完成數據的接收和發送。

　　4.2 第二路有線485通訊鏈路

　　第二路485通訊基于第一路485電路基礎上如圖4，做適當簡化，去除光耦隔離部分，其他保持不變，唯一區別是控制收發端直接受控于處理器的端口，采用4.7 K電阻上拉確保電平平穩。這路通訊鏈路用于系統內部數據通訊，獨立于外界，干擾相對少些，故去掉光耦隔離，簡化電路，降低成本。其他元器件作用如上述第一路485電路。

　　4.3 軟件上兩套通訊協議并行運作

　　軟件上采用中斷加查詢方式完成兩路485通訊。中斷方式負責接收單個數據，采用查詢方式負責數據包的解析和數據裝載處理。處理流程如圖5。

5 結論

　　該雙485通訊系統目前已經成功運行于山東新泰農光互補領跑者光伏電站，系統功能運行情況良好，智能跟蹤支架通過雙485通訊系統實時把數據上傳至光伏電站的數據管理中心，光伏電站的控制指令及時傳遞到前端智能跟蹤支架，完成對智能跟蹤支架的智能化操作，尤其是對智能跟蹤支架故障信息的獲取，進而為后續故障的排除提供了有力的保障。在特殊天氣情況下，實時地操作智能跟蹤支架的運行，規避了惡劣天氣情況下運行的風險。該雙485通訊系統在智能跟蹤支架信息的上傳下達通訊組網中提供必要的技術基礎，基于這樣的兩個通訊鏈路，前端的跟蹤器支架與后臺電站管理中心和無線發射站形成了一個完整的智能物聯網系統，實現了整個電站管理系統的智能化、網絡化、自動化;同樣為今后的云技術、大數據提供了基本數據通訊鏈路。

　　參考文獻：

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　　[3]李英姿.太陽能光伏發電系統設計施工與應用[M].北京：機械工業出版社, 2014.

　　本文來源于《電子產品世界》2018年第11期第54頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。