大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭大川

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局七二四臺(tái)）

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大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭大川

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局七二四臺(tái)）

摘 要：本文介紹了大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾措施。該系統(tǒng)已投入運(yùn)行，軟、硬件均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的負(fù)荷試驗(yàn)，穩(wěn)定性高，確保對(duì)設(shè)備精確、無(wú)誤操作。

關(guān)鍵詞：PLC；短波發(fā)射機(jī)；自動(dòng)控制

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)在各行各業(yè)已經(jīng)普遍使用，大功率短波發(fā)射機(jī)本身也已實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)控制。為了提高大功率短波發(fā)射機(jī)房的自動(dòng)化水平，急需對(duì)現(xiàn)有環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)化改造，為最終實(shí)現(xiàn)“有人留守、無(wú)人值班”的工作模式打好基礎(chǔ)。所以，對(duì)發(fā)射機(jī)房環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的思考勢(shì)在必行。

本系統(tǒng)綜合利用PLC技術(shù)、組態(tài)王技術(shù)、高精度數(shù)據(jù)采樣和處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)發(fā)射機(jī)和機(jī)房環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，可取代人工操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)控制，保證大功率短波發(fā)射機(jī)安全、高效地運(yùn)行。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)（PLC）及附屬硬件電路3部分組成。上位機(jī)遠(yuǎn)程讀取并處理下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、日志記錄與歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。同時(shí)，負(fù)責(zé)向下位機(jī)發(fā)送系統(tǒng)控制指令。用戶可以在上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)管理、參數(shù)設(shè)置、模式切換等操作。下位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集（如水溫、水壓、室溫和開(kāi)關(guān)量等），并對(duì)控制對(duì)象（如冷凝器風(fēng)機(jī)、室內(nèi)（室外）風(fēng)閥電機(jī)、水洗風(fēng)機(jī)/水泵等）進(jìn)行半/自動(dòng)控制，同時(shí)負(fù)責(zé)向上位機(jī)傳送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。自動(dòng)化改造中保留了原有手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制功能，自動(dòng)/手動(dòng)模式可切換。采用手動(dòng)模式時(shí)，使PLC自動(dòng)控制失效。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王Kingview6.55編程，該軟件提供了良好的人機(jī)交互界面。以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提供了功能強(qiáng)大，方便易用的報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、報(bào)表和圖庫(kù)系統(tǒng)等。擁有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的數(shù)據(jù)鏈接功能。該軟件將所有下位機(jī)分別看作不同的外部設(shè)備。運(yùn)行過(guò)程中，該軟件通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。工作人員在上位機(jī)界面進(jìn)行操作時(shí)，直接發(fā)出控制指令，PLC接到指令信號(hào)后，控制相應(yīng)繼電器動(dòng)作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。同時(shí)，PLC將接收到的操作完成信號(hào)和實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)送到上位機(jī)系統(tǒng)顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQLServer 2000。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及半自動(dòng)/自動(dòng)控制。主要功能如下。

3.1 監(jiān)控功能

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為半自動(dòng)/自動(dòng)兩種控制模式進(jìn)行監(jiān)控，可點(diǎn)擊切換按鈕在兩種模式下進(jìn)行切換。自動(dòng)控制狀態(tài)下，由下位機(jī)（PLC）進(jìn)行控制；同時(shí)，向上位機(jī)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。半自動(dòng)控制時(shí)，可通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行操作。監(jiān)控界面見(jiàn)圖2。

3.2 報(bào)警功能

當(dāng)采集數(shù)據(jù)與設(shè)置的報(bào)警閾值相符合，即系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)屏幕顯示報(bào)警和本地語(yǔ)音報(bào)警發(fā)出告警信號(hào)，提示用戶進(jìn)行人為干預(yù)。

3.3 報(bào)表統(tǒng)汁和查詢功能

系統(tǒng)能按預(yù)先規(guī)定的格式和內(nèi)容，定時(shí)進(jìn)行日、月、年各種報(bào)表的統(tǒng)計(jì)處理。工作人員可隨時(shí)查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。

圖2 監(jiān)控界面

圖3 下位機(jī)自動(dòng)恒溫控制流程

3.4 用戶管理功能

系統(tǒng)對(duì)不同層次和職責(zé)的使用人員，分別設(shè)置不同的訪問(wèn)操作使用權(quán)限，避免未授權(quán)的人員隨意修改參數(shù)設(shè)置或者查看。而授權(quán)需要進(jìn)行分級(jí)控制，不同級(jí)別的用戶只能進(jìn)行自己這個(gè)級(jí)別內(nèi)所允許的操作，防止越權(quán)操作，保障系統(tǒng)的安全性。

3.5 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

用戶可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況及環(huán)境參數(shù)的變化對(duì)相關(guān)設(shè)置進(jìn)行修改，以達(dá)到設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的目的。

4 下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序使用CX—Programmer 5.0編寫(xiě)。

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括以下3個(gè)功能模塊，分別是控制模塊、故障告警模塊、顯示模塊。各模塊功能如下?？刂颇K：在手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)3種狀態(tài)下均可實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)、室外風(fēng)閥，卷閘門(mén)，水洗風(fēng)水泵，水洗風(fēng)風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)等的精確控制。故障告警模塊：當(dāng)發(fā)生主、備水泵互倒，水位過(guò)低，室內(nèi)、室外風(fēng)閥開(kāi)、關(guān)超時(shí)，卷閘門(mén)開(kāi)關(guān)超時(shí)等狀況，系統(tǒng)發(fā)出告警指示。顯示模塊：將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確顯示在監(jiān)控界面。具體包括發(fā)射機(jī)水溫，冷凝器室溫濕度，后廳溫、濕度，前廳溫度，室外溫度，室內(nèi)、室外風(fēng)閥運(yùn)行狀態(tài)，水洗風(fēng)風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)射機(jī)水泵運(yùn)行狀態(tài)，軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，配電室溫、濕度，排風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，PLC時(shí)間顯示，系統(tǒng)時(shí)間顯示等。

下位機(jī)自動(dòng)恒溫控制流程見(jiàn)圖3。

4.2 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

考慮到本系統(tǒng)工作在大功率、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下，對(duì)于硬件選型和設(shè)備安裝要求很高。為了減小強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行帶來(lái)的干擾影響，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時(shí)，要根據(jù)相關(guān)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果在線路的電氣設(shè)計(jì)、線路敷設(shè)、接地設(shè)計(jì)、器件安裝等方面優(yōu)選出最佳方案。下位機(jī)硬件選型見(jiàn)表1。下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

表1 下位機(jī)硬件選型

5 抗干擾措施

由于短波發(fā)射機(jī)房處于高頻環(huán)境，本系統(tǒng)調(diào)試及試運(yùn)行期間，信號(hào)的干擾問(wèn)題尤為突出，通過(guò)分析解決，已經(jīng)正常運(yùn)行，現(xiàn)將采取的抗干擾措施總結(jié)如下。

5.1 開(kāi)關(guān)量抗干擾措施

上/下位機(jī)采用RJ45網(wǎng)絡(luò)通訊方式，數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。使用帶隔離、抗干擾能力強(qiáng)的PLC數(shù)據(jù)采集模塊并將其置于屏蔽機(jī)箱內(nèi)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)就近采集并做數(shù)字化處理，在遠(yuǎn)程實(shí)施控制的“分布式采集-集中控制”模式。

5.2 模擬量抗干擾措施

采樣數(shù)據(jù)中發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)干擾最為嚴(yán)重，通過(guò)示波器可以看出有明顯的高頻干擾。通過(guò)使用帶屏蔽層雙芯線纜，屏蔽層與地連接。并且在PLC模塊端和取樣端分別加裝高頻濾波器及幅度濾波器后正常。

對(duì)發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)水位傳感器所在的水箱外殼用寬銅皮進(jìn)行高頻接地，徹底解決水位傳感器被干擾嚴(yán)重的問(wèn)題。

5.3 電源抗干擾措施

PLC和24VDC開(kāi)關(guān)電源來(lái)自大型UPS供電，有效排除來(lái)自電源的干擾。從模塊端到取樣端直接用雙芯屏蔽線連接，觀察數(shù)據(jù)，效果良好，干擾明顯減少。

對(duì)于長(zhǎng)距離供電線路，其中寄生的射頻干擾不能忽視。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的供電電路，盡量縮短線纜，有效降低了干擾的存在。

6 總結(jié)

本系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PLC技術(shù)、組態(tài)王技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。與傳統(tǒng)控制方式相比較，本系統(tǒng)解決了在惡劣天氣條件下溫差變化較大和人為操作失誤而造成的停播事故，為發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行提供了最佳工作環(huán)境。自2015年6月投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)安全可靠，無(wú)重大故障記錄，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。