基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统的制作方法

本实用新型涉及有源电力滤波器控制板的自动编址技术领域，具体地说涉及一种基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统。

背景技术：

当前对采用RS485通讯的模块化有源电力滤波器控制板的编址方法大体可分为两种方案：方案一是对不同的功率模块的控制板烧写含有不同地址信息的程序。该方案不同模块的控制板都需要有一个对应的程序，使得程序版本较多，尤其是有源电力滤波器的功率模块数量较多时，增加了生产过程的工作量。而且该方案控制板每次更换地址还需要重新对控制板进行程序烧写，非常不灵活；方案二是烧写相同的程序，通过昆仑通态组态屏人工的一个个修改控制板的地址。这种方案降低了程序版本的数量，同时，产品在使用过程中，如果需要更换控制板，在现场就可以直接通过昆仑通态组态屏修改控制板地址，灵活性大大提升。但控制板批量生产时，增大了工人调试的工作量，不利于生产效率的提升。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型提供一种基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，用于解决模块化低压有源电力滤波器控制板的自动编址问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，包括一个批量生产自动编制系统和一个后期维护自动编制系统；

所述批量生产自动编制系统包括昆仑通态组态屏、继电控制板、电源板和若干个待编号控制板；继电器控制板上设置有单片机、若干个继电器；该电源板设置有若干个电源；所述待编号控制板有若干个，每一个待编号控制板内置有嵌入式处理器；所述单片机与若干个继电器分别连接并相继依次分别连接电源和待编号控制板；所述昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，所述继电器控制板设置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与单片机连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接；所述待编号控制板内置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与嵌入式处理器连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接；

所述后期维护自动编制系统包括昆仑通态组态屏、电源控制板、电源板和若干个已编址控制板；电源控制板上设置有总电源、若干个空气开关；该电源板设置有若干个电源；所述已编址控制板有若干个，每一个已编址控制板内置有嵌入式处理器；所述总电源与若干个空气开关分别连接并相继依次分别连接电源和已编址控制板；所述昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，所述已编址控制板内置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与嵌入式处理器连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接。

作为对上述技术方案的改进，所述RS485的通讯线缆均为双绞线且串联连接在一起。

作为对上述技术方案的改进，每一个所述待编号控制板、已编址控制板还内置有存储器，待编号控制板的存储器与本待编号控制板内的嵌入式处理器相连接；已编址控制板的存储器与本已编址控制板内的嵌入式处理器相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述电源板上的电源为5V直流电源。

本实用新型的基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统在产品的批量生产时，用继电控制板配合电源板替代原来人工一个个的修改控制板地址的操作。如此一来，既可保障批量生产的工作效率，又在后期产品维护时保留了方案二的优势。

（1）批量生产时自动编制系统：

该系统包括：昆仑通态组态屏、继电控制板、电源板。

昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，可运行标准的Modbus RTU协议。昆仑通态组态屏作为本系统的上位监控系统，是整个系统RS485总线上的主机。昆仑通态组态屏中制作的组态软件要求可以和N+2个下位机进行通讯。

继电控制板包括RS485通讯模块、单片机、继电器组。继电控制板通过单片机运行标准的Modbus RTU协议。继电控制板在RS485总线上的地址为N+1，N为本系统可自动编号控制板的个数。继电控制板的主要作用为控制电源板中各个电源的输出。

继电器组由N个继电器组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。继电器组中的每个继电器对应控制着电源板中电源的开断。继电器组中的每个继电器的控制线圈连接到单片机的IO口上，输出侧串入电源板对应的5V电源的正极出线中。

电源板由N个5V电源组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。电源板中的N个5V独立电源对应连接到待编号控制板的供电电路上，作为待编号控制板的供电电源使用。

待编号控制板需至少包括三个核心模块：与继电控制板中RS485通讯模块相同RS485通讯模块、存储器、嵌入式处理器。

昆仑通态组态屏、继电控制板、所有的待编号控制板中的RS485通讯线缆均采用双绞线串联连接在一起。

在进行自动编址前，所有的控制板需烧写好相同的程序，程序中的地址均为N+2，N为待编号控制板的个数。Modbus RTU的通讯程序中包含M个32位无符号二进制数。M为整数，M≥N+2/16。将这M个数定义为编址标志数，按照编址标志数的通讯顺序，最先发送的编址标志数定义为最小的编址标志数，最后发送的编址标志数定义为最大的编址标志数。每一个编址标志数都对应着32个地址号，最小的编址标志数的第1位对应着控制板地址1，第2位对应着控制板地址2，以此类推。当最小的编址标志数的第1位为0时，表示待编号控制板的地址1没有采用；当最小的编址标志数的第1位为1时，表示待编号控制板的地址1已经采用。当最小的编址标志数的第2位为0时，表示待编号控制板的地址2没有采用；当最小的编址标志数的第2位为1时，表示待编号控制板的地址2已经采用，以此类推，可建立起编址标志数与待编号控制板地址的对应关系。

控制实现：

继电控制板、待编号控制板均运行与昆仑通态组态屏相同的MODBUS RTU协议。

控制板批量生产时，系统的运行具体步骤如下：

第一步：将电源板中的电源依次接到对应的待编号控制板上，将继电控制板中所有的继电器全部断开，此时，RS485总线上仅存在昆仑通态组态屏与继电控制板两个设备；

第二步：继电控制板通过RS485总线向昆仑通态组态屏中的M个编址标志数写“0”；

第三步：继电控制板通过的第k个继电器开通（k为自然数），其他继电器关闭，即此时只给第k个待编号控制板供电，其他待编号控制板不供电。由于RS485总线上从机地址仅有N+2、N+1，RS485总线上的地址不会冲突，第k个待编号控制板可与昆仑通态组态屏通讯成功；

第四步：第k个待编号控制板查询昆仑通态组态屏上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板的存储器中；

第五步：第k个待编号控制板将昆仑通态组态屏中最小的编址标志数的不为“1”位置“1”；

第六步：继电控制板查询昆仑通态组态屏中最小的编址标志数的不为“1”位是否为“1”。如果为“1”执行第七步，如果为“0”执行第五步；

第七步：断开第k个继电器，令k=k+1；

第八步：判断k是否大于等于N，如果k大于等于N，执行第九步；若k小于N执行第三步；

第九步：结束编址。

（2）后期维护时自动编制系统：

基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统包括：昆仑通态组态屏、电源控制板、电源板。

昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，可运行标准的Modbus RTU协议。昆仑通态组态屏作为本系统的上位监控系统，是整个系统RS485总线上的主机。昆仑通态组态屏中制作的组态软件要求可以和N+2个下位机进行通讯。

电源控制板包括：总电源、空气开关组。电源控制板的主要作用为：保证电源板中各个电源的电压输出。现场使用中，通过人工打开或关闭空气开关组中的一个或多个空气开关来实现对电源的控制。空气开关组由N个空气开关组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。空气开关组中的每个空气开关，输出侧串入电源板对应的5V电源的正极出线中。

电源板由N个5V电源组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。电源板中的N个5V独立电源对应连接到已编号控制板的供电电路上，作为已编号控制板的供电电源使用。

已编址控制板，需至少包括三个核心模块：RS485通讯模块、存储器、嵌入式处理器。

昆仑通态组态屏、所有的已编号控制板中的RS485通讯线缆均采用双绞线串联连接在一起。

在后期维护时，假如第k个控制板出现故障，只需人工断掉第k个控制板的电源连接的空气开关进行断电，然后把故障已编号控制板k从原位置卸载掉，然后把烧写好程序的地址为N+2的正常待编号控制板k安装在刚才的位置。然后合上第k个空气开关给第k个待编号控制板供电。由于新装上的控制板的原先地址是N+2，RS485总线上的地址不会冲突，第k个正常待编号控制板可与昆仑通态组态屏通讯成功。此时只需通过第k个正常待编号控制板查询昆仑通态组态屏上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板的存储器中；并将昆仑通态组态屏中最小的编址标志数的不为“1”位置“1”，从而重新建立起编址标志数与控制板地址的对应关系。

控制实现：

现场维护时，更换故障控制板的具体步骤如下：

第一步：将第k个地方出现故障控制板的对应空气开关组中的空气开关断掉，把故障已编号控制板k从原位置卸载下来；

第二步：把烧写好程序的地址为N+2的正常待编号控制板k安装在刚才的位置，然后合上空气开关组中的空气开关。由于新装上的控制板的原先地址是N+2，RS485总线上的地址不会冲突，第k个正常待编号控制板可与昆仑通态组态屏通讯成功；

第三步：第k个正常待编号控制板查询昆仑通态组态屏上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板的存储器中；

第四步：第k个正常待编号控制板将昆仑通态组态屏中最小的编址标志数的不为“1”位置“1” ；

第五步：若还存在其它出故障的控制板执行第一步；否则执行第六步；

第六步：结束。

和现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，用于解决模块化低压有源电力滤波器控制板的自动编址问题。模块化低压有源电力滤波器为快速丰富产品的系列，便于产品的后期维护与更换，常采用模块化设计，用相同或不同容量规格的功率模块并联构成大功率系统运行。要实现模块化低压有源电力滤波器的正常工作，要保障每个功率模块之间，以及功率模块与上位系统之间有顺畅的通讯，且每个功率模块以及上位系统要有自身的地址。模块化低压有源电力滤波器的功率模块大都采用相同的控制板，控制板之间以及控制板与上位组态屏之间的通讯大都采用RS485串行通讯，所有的RS485通讯线都串联在一起。由于RS485总线自身的限制，当控制板烧写相同的程序时，会导致控制板的地址相互冲突，从而导致通讯失败。昆仑通态组态屏是当前国内最为流行的上位控制器之一，通常作为模块化有源电力滤波器的上位人机交互系统，通过RS485总线与各功率模块控制板串联在一起，在RS485通讯总线上作为主机存在。本专利将MCGS组态屏作为上位机，配合继电控制板、供电电源板，解决了模块化有源电力滤波器控制板烧写相同程序后的自动编址问题。

附图说明

图1为批量生产自动编制系统的组成示意图。

图2为基于Modbus RTU的自动编址系统通讯协议进行编址的示意图；

图3为批量生产时控制板自动编址的流程图；

图4为后期维护时自动编制系统的组成示意图；

图5为控制板故障维护编址流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1-5所示，本实用新型的基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，包括一个批量生产自动编制系统和一个后期维护自动编制系统；

所述批量生产自动编制系统包括昆仑通态组态屏、继电控制板、电源板和若干个待编号控制板；继电器控制板上设置有单片机、若干个继电器；该电源板设置有若干个电源；所述待编号控制板有若干个，每一个待编号控制板内置有嵌入式处理器；所述单片机与若干个继电器分别连接并相继依次分别连接电源和待编号控制板；所述昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，所述继电器控制板设置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与单片机连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接；所述待编号控制板内置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与嵌入式处理器连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接；

所述后期维护自动编制系统包括昆仑通态组态屏、电源控制板、电源板和若干个已编址控制板；电源控制板上设置有总电源、若干个空气开关；该电源板设置有若干个电源；所述已编址控制板有若干个，每一个已编址控制板内置有嵌入式处理器；所述总电源与若干个空气开关分别连接并相继依次分别连接电源和已编址控制板；所述昆仑通态组态屏内置RS485总线接口，所述已编址控制板内置有RS485通讯模块，该RS485通讯模块一端与嵌入式处理器连接，另一端通过RS485总线接口与昆仑通态组态屏连接。

作为对上述技术方案的改进，所述RS485的通讯线缆均为双绞线且串联连接在一起。

作为对上述技术方案的改进，每一个所述待编号控制板、已编址控制板还内置有存储器，待编号控制板的存储器与本待编号控制板内的嵌入式处理器相连接；已编址控制板的存储器与本已编址控制板内的嵌入式处理器相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述电源板上的电源为5V的直流电源。

本实用新型的基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统在产品的批量生产时，用继电控制板2配合电源板6替代原来人工一个个的修改控制板地址的操作。如此一来，既可保障批量生产的工作效率，又在后期产品维护时保留了方案二的优势。

（1）批量生产时自动编制系统：

该系统包括：昆仑通态组态屏1、继电控制板2、电源板6。

昆仑通态组态屏1内置RS485总线接口，可运行标准的Modbus RTU协议。昆仑通态组态屏1作为本系统的上位监控系统，是整个系统RS485总线上的主机。昆仑通态组态屏1中制作的组态软件要求可以和N+2个下位机进行通讯。

继电控制板2包括：RS485通讯模块3、单片机4、继电器组5。继电控制板2通过单片机4运行标准的Modbus RTU协议。继电控制板2在RS485总线11上的地址为N+1，N为本系统可自动编号控制板的个数。继电控制板2的主要作用为：控制电源板6中各个电源的输出。

继电器组5由N个继电器组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。继电器组5中的每个继电器对应控制着电源板6中电源的开断。继电器组5中的每个继电器的控制线圈连接到单片机4的IO口上，输出侧串入电源板6对应的5V电源12的正极出线中，如图1所示。

电源板6由N个5V电源12组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。电源板6中的N个5V独立电源对应连接到待编号控制板7的供电电路上，作为待编号控制板7的供电电源使用。

待编号控制板7，需至少包括三个核心模块：与继电控制板2中RS485通讯模块3相同RS485通讯模块10、存储器9、嵌入式处理器8。

昆仑通态组态屏1、继电控制板2、所有的待编号控制板7中的RS485通讯线缆均采用双绞线串联连接在一起。

在进行自动编址前，所有的控制板需烧写好相同的程序，程序中的地址均为N+2，N为待编号控制板7的个数。Modbus RTU的通讯程序中包含M个32位无符号二进制数。M为整数，M≥N+2/16。将这M个数定义为编址标志数，按照编址标志数的通讯顺序，最先发送的编址标志数定义为最小的编址标志数，最后发送的编址标志数定义为最大的编址标志数，如图2所示。每一个编址标志数都对应着32个地址号，最小的编址标志数的第1位对应着控制板地址1，第2位对应着控制板地址2，以此类推。当最小的编址标志数的第1位为0时，表示待编号控制板7的地址1没有采用；当最小的编址标志数的第1位为1时，表示待编号控制板7的地址1已经采用。当最小的编址标志数的第2位为0时，表示待编号控制板7的地址2没有采用；当最小的编址标志数的第2位为1时，表示待编号控制板7的地址2已经采用，以此类推，可建立起编址标志数与控制板7地址的对应关系。

控制实现：

继电控制板5、待编号控制板7均运行与昆仑通态组态屏1相同的MODBUS RTU协议。

控制板批量生产时，系统的运行过程如图3所示，具体步骤如下：

第一步：将电源板6中的电源依次接到对应的待编号控制板7上，将继电控制板2中所有的继电器全部断开，此时，RS485总线11上仅存在昆仑通态组态屏1与继电控制板2两个设备；

第二步：继电控制板2通过RS485总线11向昆仑通态组态屏1中的M个编址标志数写“0”；

第三步：继电控制板2通过的第k个继电器开通（k为自然数），其他继电器关闭，即此时只给第k个待编号控制板7供电，其他待编号控制板7不供电。由于RS485总线11上从机地址仅有N+2、N+1，RS485总线11上的地址不会冲突，第k个待编号控制板7可与昆仑通态组态屏1通讯成功；

第四步：第k个待编号控制板7查询昆仑通态组态屏1上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板7的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板7的存储器中9；

第五步：第k个待编号控制板7将昆仑通态组态屏1中最小的编址标志数的不为“1”位置“1”；

第六步：继电控制板2查询昆仑通态组态屏1中最小的编址标志数的不为“1”位是否为“1”。如果为“1”执行第七步，如果为“0”执行第五步；

第七步：断开第k个继电器，令k=k+1；

第八步：判断k是否大于等于N，如果k大于等于N，执行第九步；若k小于N执行第三步；

第九步：结束编址。

（2）后期维护时自动编制系统：

基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统包括：昆仑通态组态屏1、电源控制板17、电源板6。

昆仑通态组态屏1内置RS485总线接口，可运行标准的Modbus RTU协议。昆仑通态组态屏1作为本系统的上位监控系统，是整个系统RS485总线上的主机。昆仑通态组态屏1中制作的组态软件要求可以和N+2个下位机进行通讯。

电源控制板17包括：总电源13、空气开关组14。电源控制板17的主要作用为：保证电源板6中各个电源的电压输出。现场使用中，通过人工打开或关闭空气开关组14中的一个或多个空气开关来实现对电源的控制。空气开关组14 由N个空气开关组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。空气开关组14中的每个空气开关，输出侧串入电源板6对应的5V电源12的正极出线中，如图4所示。

电源板6由N个5V电源12组成，N为本系统可自动编号控制板的个数。电源板6中的N个5V独立电源对应连接到已编号控制板7的供电电路上，作为已编号控制板18的供电电源使用。

已编址控制板7，需至少包括三个核心模块：RS485通讯模块10、存储器9、嵌入式处理器8。

昆仑通态组态屏1、所有的已编号控制板18中的RS485通讯线缆均采用双绞线串联连接在一起。

在后期维护时，假如第k个控制板出现故障，只需人工断掉第k个控制板的电源连接的空气开关进行断电，然后把故障已编号控制板k15从原位置卸载掉，然后把烧写好程序的地址为N+2的正常待编号控制板k安装在刚才的位置。然后合上第k个空气开关给第k个待编号控制板供电。由于新装上的控制板的原先地址是N+2，RS485总线11上的地址不会冲突，第k个正常待编号控制板16可与昆仑通态组态屏1通讯成功。此时只.需通过第k个正常待编号控制板16查询昆仑通态组态屏1上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板16的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板16的存储器中9；并将昆仑通态组态屏1中最小的编址标志数的不为“1”位置“1”，从而重新建立起编址标志数与控制板地址的对应关系。

控制实现：

现场维护时，更换故障控制板的过程如图5所示，具体步骤如下：

第一步：将第k个地方出现故障控制板的对应空气开关组14中的空气开关断掉，把故障已编号控制板k15从原位置卸载下来；

第二步：把烧写好程序的地址为N+2的正常待编号控制板k安装在刚才的位置，然后合上空气开关组14中的空气开关。由于新装上的控制板的原先地址是N+2，RS485总线11上的地址不会冲突，第k个正常待编号控制板16可与昆仑通态组态屏1通讯成功；

第三步：第k个正常待编号控制板16查询昆仑通态组态屏1上的最小的编址标志数的不为“1”位，用该位对应的地址改写第k个待编号控制板16的地址，并将该地址存入第k个待编号控制板16的存储器中9；

第四步：第k个正常待编号控制板16将昆仑通态组态屏1中最小的编址标志数的不为“1”位置“1” ；

第五步：若还存在其它出故障的控制板执行第一步；否则执行第六步；

第六步：结束。

和现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的基于昆仑通态组态屏RS485串口的自动编址系统，用于解决模块化低压有源电力滤波器控制板的自动编址问题。模块化低压有源电力滤波器为快速丰富产品的系列，便于产品的后期维护与更换，常采用模块化设计，用相同或不同容量规格的功率模块并联构成大功率系统运行。要实现模块化低压有源电力滤波器的正常工作，要保障每个功率模块之间，以及功率模块与上位系统之间有顺畅的通讯，且每个功率模块以及上位系统要有自身的地址。模块化低压有源电力滤波器的功率模块大都采用相同的控制板，控制板之间以及控制板与上位组态屏之间的通讯大都采用RS485串行通讯，所有的RS485通讯线都串联在一起。由于RS485总线自身的限制，当控制板烧写相同的程序时，会导致控制板的地址相互冲突，从而导致通讯失败。昆仑通态组态屏是当前国内最为流行的上位控制器之一，通常作为模块化有源电力滤波器的上位人机交互系统，通过RS485总线与各功率模块控制板串联在一起，在RS485通讯总线上作为主机存在。本专利将MCGS组态屏作为上位机，配合继电控制板、供电电源板，解决了模块化有源电力滤波器控制板烧写相同程序后的自动编址问题。

以上显示了和描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。