雙485通訊系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電站，打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)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(dú)立分開方式完成兩路485通訊，物理上獨(dú)立，互不干涉。硬件上模塊化設(shè)計(jì)，軟件上統(tǒng)一管理控制。在斜單和連推平單上已經(jīng)大批量使用。一路用于支架轉(zhuǎn)動(dòng)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(shù)據(jù)交互，部分控制指令下發(fā)，當(dāng)前支架運(yùn)行主要信息上傳。實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)和信息上傳，完成整個(gè)光伏電站前端和后臺(tái)數(shù)據(jù)交互，信息傳遞，控制指令及時(shí)下發(fā)，為光伏電站的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化提供基本的技術(shù)保障。

一、硬件系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)包括鋼架結(jié)構(gòu)(斜單、平單、連推平單)，驅(qū)動(dòng)部分(三相電機(jī)(380V AC)、直流電機(jī)(24V DC)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24V DC))，角度儀傳感器及控制模塊，PLC集中控制箱，箱變，光交換機(jī)及電站管理，無線發(fā)射站。角度儀傳感器及控制模塊在處理器的軟件驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)與光伏電站管理中心和無線發(fā)射站數(shù)據(jù)交互。第一路無線485通訊鏈路接收無線發(fā)射站信號(hào)結(jié)合已經(jīng)設(shè)置的經(jīng)、緯度和時(shí)間芯片提供的時(shí)間，啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼架結(jié)構(gòu)運(yùn)行。太陽能電池板組件在鋼架結(jié)構(gòu)的運(yùn)行下自動(dòng)跟隨太陽高度角和方位角而運(yùn)行，停止角度設(shè)置由角度傳感器獲取。第二路有線485通訊鏈路經(jīng)過PLC集中控制箱、光交換機(jī)、光纖與電站管理數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的交互。在一晝夜的時(shí)間周期內(nèi)，白天實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，夜晚自動(dòng)夜返，完成一個(gè)周期后再等待下一個(gè)自動(dòng)跟蹤周期的開始。如果異常情況發(fā)生，電站管理中心通過有線通訊鏈路下發(fā)控制指令，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能管理。跟蹤控制盒把當(dāng)前支架運(yùn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)上傳至電站管理中心。系統(tǒng)如圖一



圖一

二、ATmega 處理器系統(tǒng)

基于ATmega 處理器系統(tǒng)，可以省略高成本的PLC控制系統(tǒng)。ATmega 處理器系統(tǒng)資源豐富，性價(jià)比高，完全滿足農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站的智能處理需求。 ATmega 處理器高性能、低功耗AVR 處理器，先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，高達(dá)16MIPS指令速度，只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器，高達(dá)128K 字節(jié)系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash,4K 字節(jié)的EEPROM，壽命：100,000次寫/擦除周期，4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM;SPI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，JTAG支持片內(nèi)調(diào)試，可對(duì)Flash，EEPROM等定位編程，兩個(gè)具有預(yù)分頻的器和比較器的8位定時(shí)器/計(jì)算器，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兩路8位PWM，6路分辨可編程的PWM，輸出比較調(diào)制器，8路10位ADC，面向字節(jié)的兩路接口，兩路可編程的USART串口，可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串口接口，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，片內(nèi)模擬比較器，上電復(fù)位及可編程掉電監(jiān)測(cè)。片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器，片內(nèi)/片外中斷源，6種睡眠模式，可以通過軟件進(jìn)行選擇的系統(tǒng)主頻時(shí)鐘。鑒于該處理器功能全面、處理能力強(qiáng)大，可以滿足光伏電站前端光伏組件運(yùn)行的智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)要求。

三、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1、兩路485通訊，物理上相互獨(dú)立，模塊化，最大限度增強(qiáng)抗干擾性能。需選用具備兩路UART硬件的處理器，且全雙工操作，波特率可設(shè)置，具備硬件支持的奇偶檢驗(yàn)，幀錯(cuò)誤檢測(cè)，噪聲濾波，硬件中斷方式。ATmega 處理器具備兩路UART硬件串口，并具備上述功能，進(jìn)而簡化了過去需軟件模擬串口通訊的工作量和工作難度，所以通訊的可靠性得到很大提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于軟件模擬通訊方式。雙硬件UART通訊口為實(shí)現(xiàn)雙485通訊提供了可靠的硬件保障。

2、兩路485通訊，通訊數(shù)據(jù)須分開處理，須執(zhí)行兩套不同協(xié)議，基于這樣的需求，創(chuàng)造性的開發(fā)出兩路通訊協(xié)議，配合硬件完成兩路通訊。一路是基于目前行業(yè)內(nèi)的Modbus協(xié)議，用于行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)通訊，兼容只要遵守Modbus協(xié)議的所有設(shè)備終端，可與不同廠家設(shè)備終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。與光伏發(fā)電站中的通訊柜，逆變器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。對(duì)于其他特殊需求可以基于其高兼容性做適當(dāng)擴(kuò)展。另外一路為企業(yè)內(nèi)部自定義協(xié)議，主要用于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊傳輸，具體協(xié)議制定，規(guī)則可以自由定義，通訊模式有很大的自由度。比如，首字節(jié)為設(shè)備地址，可選擇數(shù)據(jù)累計(jì)方式來效驗(yàn)，摒棄復(fù)雜的CRC效驗(yàn)，幀結(jié)束符可固定為某個(gè)數(shù)據(jù)。其中可以由多組數(shù)據(jù)串組成，只要滿足數(shù)據(jù)累加和即可，在本系統(tǒng)中使用了太陽的高度角和方位角這兩個(gè)數(shù)據(jù)，可組裝成兩對(duì)數(shù)據(jù)，編入通訊幀中。主、從機(jī)按既定的規(guī)則進(jìn)行傳輸、解析，即可完成數(shù)據(jù)交互，控制太陽能組件實(shí)時(shí)跟蹤太陽而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而提供發(fā)電效率。

四、原理解析

1、硬件原理圖——第一路無線485通訊鏈路


圖二

通過光耦隔離，處理器與485通訊芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，485芯片的A、B接口與外界無線通訊模塊對(duì)接。A/B 兩端雙向TVS管，瞬態(tài)抑制高壓，保護(hù)通訊線路的異常電壓。在本系統(tǒng)中采用120歐姆負(fù)載匹配阻抗，如圖二中電阻R8所示。485通訊芯片與處理器之間收發(fā)端經(jīng)過光耦隔離，可以增強(qiáng)抗干擾能力。在本系統(tǒng)中，控制收發(fā)端RE/DE，并聯(lián)到芯片的發(fā)送端，受控于三極管Q1，確保收發(fā)狀態(tài)切換。三路整合到兩路光耦隔離，減少PCB板空間和節(jié)省元器件。收發(fā)數(shù)據(jù)經(jīng)光耦傳輸至處理器相應(yīng)的UART端口。處理器在中斷機(jī)制的觸發(fā)下，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

2、第二路有線485通訊鏈路

圖三

第二路485通訊基于第一路485電路基礎(chǔ)上，做適當(dāng)簡化，去除光耦隔離部分，其他保持不變，唯一區(qū)別是控制收發(fā)端直接受控于處理器的端口，采用4.7K電阻上拉確保電平平穩(wěn)。這路通訊鏈路用于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊，獨(dú)立于外界，干擾相對(duì)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。

五、總結(jié)：

該雙485通訊系統(tǒng)目前已經(jīng)成功運(yùn)行于山東、青海等農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電站，該系統(tǒng)功能運(yùn)行情況良好，智能跟蹤支架通過雙485通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)上傳至光伏電站的數(shù)據(jù)管理中心，光伏電站的控制指令及時(shí)傳遞到前端智能跟蹤支架，完成對(duì)智能跟蹤支架的智能化操作，尤其對(duì)智能跟蹤支架故障信息的獲取，進(jìn)而為后續(xù)故障的排除提供了有力的保障。在特殊天氣情況下，實(shí)時(shí)地操作智能跟蹤支架的運(yùn)行，規(guī)避了惡劣天氣情況下運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。該雙485通訊系統(tǒng)在智能跟蹤支架信息的上傳下達(dá)通訊組網(wǎng)中提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)，基于這樣的兩個(gè)通訊鏈路，前端的跟蹤器支架與后臺(tái)電站管理中心形成了一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電站管理系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化;同樣為今后的云技術(shù)、大數(shù)據(jù)提供了基本數(shù)據(jù)通訊鏈路。