PLC在天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

巫建江

摘 要 本文簡要介紹可編程控制器PLC工作原理，以及PLC在天線自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用的可行性和可靠性。針對(duì)我臺(tái)乙機(jī)房發(fā)射機(jī)原互代時(shí)因需要人工倒換操作，存在既不安全、又不準(zhǔn)確等問題進(jìn)行了分析;論述了應(yīng)用PLC技術(shù)，對(duì)天線交換控制開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制改造，使本機(jī)房各發(fā)射機(jī)之間，機(jī)房與機(jī)房之間的發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)、互通、互代。

關(guān)鍵詞 可編程控制器PLC 發(fā)射天線 天線自動(dòng)交換開關(guān)

中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.01.077

Application of PLC in Automatic Antenna Switching Control System

WU Jianjiang

（State Press and Publication Administration of Radio Qiliuyi Station， Yong'an， Fujian 366000）

Abstract This article briefly describes the working principle of PLC programmable logic controller， and PLC in automatic control system uses an antenna feasibility and reliability. B room for my station transmitter when the original cross-generation due to the need for manual switching operation， there are neither safe nor accurate problem analysis; discusses the application of PLC technology， the antenna switching control switch for automatic control transformation， so that the engine room between the transmitter， the transmitter and transmitting antenna between the engine room and the room to achieve the interconnection， interoperability， mutual generations.

Key words programmable logic controller PLC; transmitting antenna; automatic antenna switching

0 引言

我臺(tái)乙機(jī)房裝備了多部SW-100FPSM短波發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線，配備的天線交換開關(guān)控制系統(tǒng)是上世紀(jì)末產(chǎn)品?；诋?dāng)時(shí)技術(shù)條件，雖然發(fā)射機(jī)相互代播只要條件許可就可使用其它發(fā)射天線，但這一切都必須依靠人工倒換操作。這對(duì)于實(shí)驗(yàn)工作來說是很不方便的，與其高速發(fā)展的信息化、自動(dòng)化差距甚遠(yuǎn)。為此，選用高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)用性能好的可編程控制器PLC，對(duì)發(fā)射天線交換開關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，既整合提高了發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線資源的使用率，也極大減輕了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了安全傳輸發(fā)射任務(wù)的完成。在此，筆者簡要介紹了PLC可編程序控制器工作原理，討論了運(yùn)用PLC技術(shù)對(duì)發(fā)射天線開關(guān)交換控制系統(tǒng)改造的可行性，并就PLC在天線自動(dòng)控制系統(tǒng)改造的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述。

1 PLC工作原理

PLC可編程序控制器，英文全稱Programmable Logic Controller，它采用的可編程存儲(chǔ)器，運(yùn)用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序、邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程，屬于單片機(jī)系列，亦可稱小型、集成的計(jì)算機(jī)。PLC工作方式為“順序掃描、不斷循環(huán)”，它的每一次掃描過程都是一次對(duì)輸入信號(hào)采樣、程序執(zhí)行和輸出信號(hào)刷新過程;每一次掃描周期的時(shí)長均由內(nèi)部CPU執(zhí)行指令的速度、指令本身占有的時(shí)間、指令數(shù)量決定;在PLC按照順序循環(huán)掃描過程中，當(dāng)輸入端口關(guān)閉，程序一旦處于執(zhí)行階段，此時(shí)輸入端即使有新狀態(tài)，新狀態(tài)也不能被讀入，只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)新狀態(tài)才能被讀入，既按順序循環(huán)不斷地掃描。

1.1PLC組成

PLC控制器主要由CPU（中央處理器）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口電路、電源、外設(shè)接口、輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展接口等部分組成。在此，著重介紹PLC控制器中的CPU和存儲(chǔ)器及輸入/輸出接口電路。

CPU，中央處理器是將控制器、運(yùn)算器、寄存器等電路集成在一塊芯片上，與I/O接口電路相連接是通過它的地址總線、數(shù)據(jù)總線。

存儲(chǔ)器，分別為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，由只讀存儲(chǔ)器、ROM等組成，由廠方設(shè)計(jì)使用不能更改，斷電不消失;用戶存儲(chǔ)器，由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM組成，存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)容由于用戶決定，通常分程序和數(shù)據(jù)兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。

輸入接口電路主要由兩個(gè)發(fā)光二極管和光電三極管組成光電耦合器，通過輸入接口電路把開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)。工作中，當(dāng)開關(guān)合上時(shí)二極管發(fā)光，光電三極管在光作用下導(dǎo)通，電路有信號(hào)輸入;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通電路無輸入信號(hào)。

輸出接口電路是當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1時(shí)，電流流經(jīng)繼電器線圈，繼電器常開接點(diǎn)閉合為負(fù)載提供導(dǎo)通電流和電壓IA;當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0時(shí)，繼電器線圈則沒有電流流過，繼電器常開接點(diǎn)斷開，負(fù)載沒有電流和電壓IA。既通過輸出接口電路把內(nèi)部數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。

1.2 PLC功能

首先，把編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中;其次，是PLC中的CPU根據(jù)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器具有的解釋編譯程序功能，把用戶程序翻譯成PLC認(rèn)可的程序，它的過程是當(dāng)輸入狀態(tài)指示和輸入信息從輸入接口端輸入，CPU先將此信息存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或輸入映象寄存器中，再將該數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起，得出結(jié)果再存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，最后經(jīng)輸出接口控制外部驅(qū)動(dòng)器。

1.3 PLC優(yōu)特點(diǎn)

PLC可編程控制器具有可靠性能高、抗干擾強(qiáng)，通用性能好，控制程序可變，使用方便、功能強(qiáng)大、適應(yīng)面廣;不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還有數(shù)/模、輸入/輸出，功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能;運(yùn)用方面由于采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，編程簡單，便于使用者接受和掌握;由于采用軟件取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，因此，具有故障率低以及極強(qiáng)的監(jiān)視功能;由于高集成模塊化等等，具有體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便等諸多有特點(diǎn)。

2 PLC在廣播發(fā)射臺(tái)天線交換控制系統(tǒng)的應(yīng)用

直屬各發(fā)射臺(tái)如何充分利用發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線資源完成安全傳輸發(fā)射任務(wù)。天線交換控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化是不可缺的設(shè)備。發(fā)射天線交換系統(tǒng)只要實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制、智能切換，就能夠使各機(jī)房的發(fā)射機(jī)，機(jī)房與機(jī)房之間的發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互代。我臺(tái)乙機(jī)房多部SW-100FPSM短波發(fā)射機(jī)的天線交換控制系統(tǒng)，原每當(dāng)機(jī)房發(fā)射機(jī)之間互代都必須依靠人工倒換操作，不但效率低也不安全。應(yīng)用PLC控制器對(duì)天線交換控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，由PLC擔(dān)任系統(tǒng)主控任務(wù)，通過臺(tái)局域網(wǎng)使全臺(tái)所有發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)、互通、互代。

3 天線交換系統(tǒng)存在的問題

我臺(tái)有多部發(fā)射機(jī)和多付發(fā)射天線，其中乙機(jī)房發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線是2000年投產(chǎn)的。介于當(dāng)時(shí)諸多原因，天線轉(zhuǎn)換開關(guān)是室外型的，經(jīng)過十幾年來風(fēng)吹、雨淋、日曬，許多地方出現(xiàn)銹蝕;加上實(shí)驗(yàn)臺(tái)頻繁倒頻、倒天線，天線交換開關(guān)觸頭位置磨損嚴(yán)重，由偏離造成天線開關(guān)切換不到位和折斷磁棒等故障，再加上產(chǎn)品已十幾年了，備品備件不在生產(chǎn)，難以購買，嚴(yán)重影響正常的運(yùn)行與維護(hù)。此外，該機(jī)型與另兩個(gè)發(fā)射機(jī)房不一樣，也沒有天線交換通路，再則與本臺(tái)安裝的備機(jī)天線交換通路調(diào)配的不是很理想，許多頻率無法開出?？傊?，由于種種原因原轉(zhuǎn)換開關(guān)不能滿足現(xiàn)有自臺(tái)代播要求。

4 天線交換開關(guān)自動(dòng)控制改造

4.1 改造思路

綜上所述，PLC可編程控制器作為工業(yè)自動(dòng)控制所具有的先進(jìn)性、靈活性，很適應(yīng)作為發(fā)射臺(tái)天線自動(dòng)交換控件。為此，我臺(tái)將PLC作為天線開關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控件核心，將多部發(fā)射機(jī)的天線交換系統(tǒng)組成一組既可獨(dú)立，又可互通的天線自動(dòng)交換系統(tǒng)，將原室外的天線交換開關(guān)改造安裝到室內(nèi)，既可有效提高了傳輸效率，又可降低故障率，大大減輕運(yùn)維勞動(dòng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)方面在天線控制系統(tǒng)增加了手動(dòng)操作、電動(dòng)控制和自動(dòng)控制三種模式，使本機(jī)房不但可以單獨(dú)控制自己的天線交換控制系統(tǒng)，同時(shí)預(yù)留天線切換總控功能與備機(jī)和其它機(jī)房天線交換控制系統(tǒng)具有互代通路;如天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)通路圖1所示。

4.2 硬件系統(tǒng)

根據(jù)改造思路如何運(yùn)用PLC技術(shù)，將原天線交換開關(guān)控制系統(tǒng)改造成為天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)。首先是上位機(jī)IPC必須為系統(tǒng)提供人機(jī)交互界面，必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印，對(duì)天線交換開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示功能;其次是OMRON PLC作為下位機(jī)必須保證對(duì)天線自動(dòng)交換開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的高壓證實(shí)、動(dòng)力信號(hào)確認(rèn)、開關(guān)到位確認(rèn)等信號(hào)開關(guān)量的采集運(yùn)算;再次是OMRON PLC與IPC通過RS-232C通信提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面，通過上位機(jī)對(duì)OMRON PLC數(shù)據(jù)的讀寫進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳送，按頻率運(yùn)行圖控制“動(dòng)力控制單元”驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，使天線交換開關(guān)自動(dòng)切換到指定位置，實(shí)現(xiàn)天線交換開關(guān)的自動(dòng)切換;為了實(shí)現(xiàn)以上功能，硬件方面還應(yīng)具開關(guān)控制單元、動(dòng)力控制單元、手動(dòng)控制電路、高壓證實(shí)電路、高壓聯(lián)鎖電路、天線開關(guān)和故障報(bào)警等電路。

4.3 軟件系統(tǒng)

根據(jù)我臺(tái)乙機(jī)房實(shí)際情況，軟件系統(tǒng)應(yīng)用PLC可編程控制器作為天線自動(dòng)交換控制開關(guān)核心控件，由于篇幅有限在此將主要控制操作加以介紹，程序設(shè)計(jì)等在此不做敘述。

（1）發(fā)射機(jī)工控機(jī)上下位機(jī)人機(jī)界面程序采用Visual Basic6.0編寫。上位機(jī)主控功能為：監(jiān)測(cè)和控制天線交換開關(guān)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，開關(guān)切換過程，遠(yuǎn)程通信以及GPS同步系統(tǒng)時(shí)鐘等;下位機(jī)操作方式與上位機(jī)相同，同樣可對(duì)天線交換開關(guān)的切換、工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但必天線交換控制系統(tǒng)須是在“本地控制”的工作模式下。

（2）PLC是系統(tǒng)控制核心，系統(tǒng)邏輯運(yùn)算、天線開關(guān)的切換執(zhí)行、運(yùn)行圖執(zhí)行等均在PLC中完成，它的外圍電路由繼電器、開關(guān)電源、UPS電源連線等組成。

（3）系統(tǒng)中上下位機(jī)和PLC之間，本機(jī)房與其它兩個(gè)機(jī)房天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)的上、下位機(jī)的PLC的通信均由連接網(wǎng)絡(luò)完成;這部分包括上下位機(jī)網(wǎng)卡、PLC網(wǎng)絡(luò)模塊、網(wǎng)線、光通信模塊、光纜和交換機(jī)等。

4.4 主要菜單操作

圖2是乙機(jī)房天控系統(tǒng)上位機(jī)主界面，界面包括：用戶管理、運(yùn)行時(shí)間表、開關(guān)操作、通道操作、系統(tǒng)值設(shè)定、查看日志、退出等等;每個(gè)界面打開后下拉還有子菜單，用戶可以根據(jù)菜單提示進(jìn)行各項(xiàng)功能操作。以下對(duì)界面主要菜單簡要介紹：

用戶管理：用戶登陸后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行圖控制方式，按照設(shè)定的發(fā)射機(jī)頻率運(yùn)行圖自動(dòng)倒換天線開關(guān);修改密碼時(shí)，必須正確輸入用戶的原密碼，否則將無法修改;添加用戶和刪除用戶為增加或者減少發(fā)射機(jī)播音而設(shè);當(dāng)點(diǎn)擊“注銷”以后，系統(tǒng)的某些菜單將不能操作。

運(yùn)行時(shí)間表：單擊“編輯運(yùn)行時(shí)間表”進(jìn)入后按提示逐項(xiàng)編輯，首先窗口顯示一個(gè)數(shù)據(jù)框，按運(yùn)行圖進(jìn)行選擇錄入;在數(shù)據(jù)框中錄入如時(shí)間00：00等，單擊“添加”按鈕;“修改”或“刪除”時(shí)要先選擇要修改的數(shù)據(jù);全部添加完成后單擊“退出”既退出該窗口。

通道操作：點(diǎn)擊“通道操作”菜單，系統(tǒng)自動(dòng)彈出相對(duì)應(yīng)界面，而后在先后點(diǎn)擊發(fā)射機(jī)和天線圖標(biāo)，界面上顯示出綠色通道，當(dāng)確定是任務(wù)所需通路后既可點(diǎn)擊“確定”，系統(tǒng)即按用戶所選通路使相對(duì)應(yīng)天線開關(guān)執(zhí)行切換;當(dāng)執(zhí)行“單開關(guān)操作”之前，系統(tǒng)必須確認(rèn)是否在“遠(yuǎn)程操作”工作模式。根據(jù)無線電臺(tái)管理局的天線交換自動(dòng)控制系統(tǒng)的協(xié)議規(guī)范，系統(tǒng)必須有一個(gè)閥值，用戶在校時(shí)時(shí)，所輸入的時(shí)間與當(dāng)前的時(shí)間差，若超過系統(tǒng)設(shè)定閥值，系統(tǒng)將拒絕執(zhí)行本次校時(shí);天線頻段閥值設(shè)定打開主界面系統(tǒng)值設(shè)定菜單既可進(jìn)入操作。

查看日志：單擊日志菜單將顯示用戶對(duì)該系統(tǒng)操作全部詳細(xì)記錄供查詢。在“用戶名”或“日期”中填入內(nèi)容，點(diǎn)擊“查詢”既可按要求查詢操作日志;當(dāng)點(diǎn)擊“全部顯示”可查看到全部數(shù)據(jù);在輸入框輸入時(shí)間，點(diǎn)擊“條件刪除”即可刪除該時(shí)間之前所有數(shù)據(jù);點(diǎn)擊“全部刪除”可刪除全部數(shù)據(jù);當(dāng)點(diǎn)擊“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”可將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)到excel文檔中;當(dāng)雙擊打開“我的文檔”可查詢以日期為標(biāo)題的excel文檔，文檔中存儲(chǔ)著所有歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的數(shù)目條數(shù)均可詳實(shí)顯示和提供拷貝。同理當(dāng)用戶單擊菜單，系統(tǒng)彈出故障操作日志窗口時(shí)，用戶可查詢本系統(tǒng)執(zhí)行故障錄入的歷史記錄全過程;在日期框中填入內(nèi)容，點(diǎn)擊“查詢”可按照要求內(nèi)容查詢數(shù)據(jù)庫;系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)“我的文檔、全部顯示、條件刪除、全部刪除、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、文檔拷貝”等功能，用戶可根據(jù)對(duì)話框進(jìn)行錄入、查詢、拷貝。

此外，系統(tǒng)控制柜本地部分觸摸屏的控制大部分是手動(dòng)控制，使用手動(dòng)點(diǎn)擊按鈕后，系統(tǒng)運(yùn)行，運(yùn)行完畢后讀取數(shù)據(jù)完成界面顯示，因?yàn)橄到y(tǒng)與PLC讀寫通信需要一定時(shí)間，因此只有當(dāng)系統(tǒng)完成用戶第一項(xiàng)操作后才能執(zhí)行下一步操作。各項(xiàng)操作流程和功能實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的對(duì)話框既可執(zhí)行，由于篇幅所限在此不作一一介紹。

5 結(jié)束語

以上是我臺(tái)乙機(jī)房應(yīng)用PLC技術(shù)對(duì)天線交換控制開關(guān)改造實(shí)例。系統(tǒng)投入使用以來，手動(dòng)和自動(dòng)操作簡便，天線開關(guān)倒換既準(zhǔn)確無誤，又可防誤操作。通過該項(xiàng)目改造的應(yīng)用，既提高發(fā)射機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，也為工程技術(shù)人員在學(xué)習(xí)掌握新技術(shù)方面，提供了拓展知識(shí)和提升專業(yè)能力的平臺(tái)。

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