基于PLC的發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭帥

摘 要：本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)發(fā)信機(jī)控制方式進(jìn)行自動(dòng)化改造，通過(guò)PLC軟硬件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)信機(jī)的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，解決了以往依靠人工開(kāi)關(guān)機(jī)等操作存在弊端的問(wèn)題，提高了發(fā)信機(jī)的可靠性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：PLC 發(fā)信機(jī) 自動(dòng)監(jiān)控

1.引言

信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，使各行業(yè)自動(dòng)化水平得到了顯著提升。海岸電臺(tái)作為公益性事業(yè)單位，承擔(dān)海上航行安全信息播發(fā)，提供遇險(xiǎn)搜救通信和船岸之間常規(guī)通訊等業(yè)務(wù)。發(fā)信機(jī)作為承擔(dān)信號(hào)發(fā)射的關(guān)鍵設(shè)備，其可靠性直接關(guān)系到通信任務(wù)能否順利完成。目前針對(duì)發(fā)信機(jī)種類多，輸出頻率信道復(fù)雜，工作時(shí)間各異的現(xiàn)狀，電臺(tái)采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)，人工巡機(jī)換頻，抄表記錄的常規(guī)控制方式。這種方式存在發(fā)生漏播誤播等人為錯(cuò)誤的概率，發(fā)信機(jī)在發(fā)生故障時(shí)也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，為此通過(guò)采用在工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的自控技術(shù)，對(duì)電臺(tái)發(fā)信設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)信機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控，提高運(yùn)行可靠性，是很有必要的。

2.監(jiān)控系統(tǒng)功能

發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合電臺(tái)工作實(shí)際，具體設(shè)計(jì)功能有：對(duì)不同頻率發(fā)信機(jī)定時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)，遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)機(jī)，工作頻率信道選擇和發(fā)射功率的調(diào)節(jié)；對(duì)發(fā)信機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)的各參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)視，發(fā)生故障實(shí)時(shí)記錄并采取切斷高壓等方式對(duì)發(fā)信機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

設(shè)置本地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。系統(tǒng)正常運(yùn)行于自動(dòng)控制狀態(tài)，對(duì)各發(fā)信機(jī)集中監(jiān)控管理。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)信機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢修時(shí)，切換本地手動(dòng)控制。本地手動(dòng)控制與遠(yuǎn)程自動(dòng)控制相互獨(dú)立互不干擾，且優(yōu)先級(jí)高于遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，一旦發(fā)生問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)可以及時(shí)采取措施，避免事故發(fā)生。

3.監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能，需采用上、下位機(jī)相結(jié)合的方式來(lái)構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)通過(guò)人機(jī)界面HMI集中顯示發(fā)信機(jī)運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)視和控制發(fā)信機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警和記錄。下位機(jī)用于采集現(xiàn)場(chǎng)發(fā)信機(jī)運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行上位機(jī)下達(dá)的動(dòng)作指令，邏輯控制發(fā)信機(jī)?？紤]到發(fā)信機(jī)機(jī)房相對(duì)封閉，頻率波段復(fù)雜，電磁輻射干擾大，而PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定性高，操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，故選用PLC作為自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)。

3.1監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1PLC基本原理

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎(chǔ)的用作自動(dòng)控制的專用電子計(jì)算機(jī)，通過(guò)圖形化等編程方式編寫(xiě)控制程序，執(zhí)行程序處理模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù)并依程序輸出相應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制。

3.1.2系統(tǒng)硬件組成

整個(gè)發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件連線如圖1所示，由于電臺(tái)發(fā)信機(jī)分別布置在東、西兩側(cè)機(jī)房，故將PLC的I/ O模塊分別安裝在各現(xiàn)場(chǎng)機(jī)房，CPU與通訊模塊安裝在電磁干擾相對(duì)較小的中控臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集中控制，分散管理。

發(fā)信機(jī)功放電壓、電流，輸出功率、反射功率等信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量模擬量變送器轉(zhuǎn)換成5～20mA PLC輸入信號(hào)，送到模擬量輸入AI模塊中；發(fā)信機(jī)工作面板上開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、功率等級(jí)、工作模式、報(bào)警等信號(hào)，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)送入PLC的DI輸入模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；PLC的DO數(shù)字量輸出模塊通過(guò)24V中間繼電器，將開(kāi)關(guān)機(jī)信號(hào)送入發(fā)信機(jī)電源柜內(nèi)接口板，將功率選擇、頻率選擇等控制信號(hào)送入發(fā)信機(jī)激勵(lì)器內(nèi)相應(yīng)接口板。CPU控制主站通過(guò)光纖或Modbus通訊與分布在現(xiàn)場(chǎng)的各I/O子站連接，采集發(fā)信機(jī)運(yùn)行狀態(tài)各個(gè)模擬量和數(shù)字量信號(hào)，CPU運(yùn)行預(yù)設(shè)程序并通過(guò)輸出模塊發(fā)送相應(yīng)指令到各發(fā)信機(jī)，依靠中間繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)發(fā)信機(jī)的控制。

PLC與上位機(jī)監(jiān)控電腦之間的通訊選用RJ45以太網(wǎng)連接，選用施耐德Twido等具有以太網(wǎng)接口的小型PLC，實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊，可直接與上位機(jī)人機(jī)監(jiān)控界面各變量建立連接，操作便捷性好。

3.2監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.2.1PLC程序

發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯功能主要是通過(guò)下位機(jī)PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC對(duì)從各輸入模塊采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，通過(guò)PLC程序的順序執(zhí)行，將結(jié)果輸出到各輸出模塊，再通過(guò)中間繼電器控制發(fā)信機(jī)工作狀態(tài)。同時(shí)PLC程序與上位機(jī)通訊，一方面將采集到的各發(fā)信機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送到上位機(jī)人機(jī)界面，方便值班人員監(jiān)視，另一方面接受上位機(jī)指令，依值班人員上位機(jī)操作結(jié)果來(lái)控制發(fā)信機(jī)運(yùn)行。

PLC程序根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，主要設(shè)計(jì)以下程序：

①定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)與常規(guī)開(kāi)關(guān)機(jī)程序：為滿足電臺(tái)四個(gè)頻率FEC廣播每天定時(shí)7次播發(fā)的要求，設(shè)計(jì)定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)程序，程序定時(shí)器與計(jì)數(shù)器動(dòng)作后，執(zhí)行開(kāi)關(guān)機(jī)程序輸出相應(yīng)指令，控制發(fā)信機(jī)按時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。設(shè)計(jì)各發(fā)信機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)程序，值班員通過(guò)人機(jī)界面對(duì)各發(fā)信機(jī)發(fā)起開(kāi)關(guān)機(jī)指令，指令通過(guò)子程序?qū)ο鄳?yīng)發(fā)信機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)操作。

②激勵(lì)器控制程序：該程序用于預(yù)設(shè)頻率選擇，播發(fā)方式選擇，發(fā)射功率等級(jí)選擇等對(duì)發(fā)信機(jī)激勵(lì)器進(jìn)行相關(guān)操作，當(dāng)值班員通過(guò)人機(jī)界面遠(yuǎn)程操控發(fā)信機(jī)時(shí)該程序被調(diào)用。

③動(dòng)作檢測(cè)反饋程序：在開(kāi)關(guān)機(jī)及激勵(lì)器子程序調(diào)用后，該程序啟用，檢測(cè)相應(yīng)動(dòng)作是否完成，若未完成則停止執(zhí)行下面的操作并故障報(bào)警。

④故障監(jiān)測(cè)程序：此程序在發(fā)信機(jī)開(kāi)機(jī)后啟用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)信機(jī)各運(yùn)行參數(shù)，一旦發(fā)生運(yùn)行參數(shù)大于或小于預(yù)設(shè)參數(shù)，則生成故障信號(hào)上報(bào)人機(jī)界面并報(bào)警，值班人員發(fā)現(xiàn)報(bào)警后做下一步處理。

3.2.2人機(jī)監(jiān)控界面

人機(jī)界面（HMI）又稱用戶界面，它是人與計(jì)算機(jī)信息傳遞、對(duì)話的接口。發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)監(jiān)控界面主要功能有：狀態(tài)監(jiān)視、控制操作、數(shù)據(jù)記錄查詢、故障報(bào)警。通過(guò)組態(tài)王、MCGS等組態(tài)軟件建立的人機(jī)界面，值班人員可以直觀的對(duì)各發(fā)信機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；通過(guò)設(shè)置OPC服務(wù)，將上位人機(jī)界面與下位PLC建立數(shù)據(jù)連接，將PLC動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反映在人機(jī)界面上，值班員可對(duì)各發(fā)信機(jī)進(jìn)行設(shè)置調(diào)控；采用組態(tài)軟件自帶數(shù)據(jù)庫(kù)功能，對(duì)各發(fā)信機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的如頻率、功率等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)記錄并創(chuàng)建記錄表，對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立發(fā)信機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)信機(jī)的遠(yuǎn)程值守，值班人員無(wú)需經(jīng)常在值班中控室與各機(jī)房之間巡檢，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度；各發(fā)信機(jī)在自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)里按計(jì)劃的啟停，避免了漏播誤播現(xiàn)象的發(fā)生，提高了發(fā)信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)記錄并統(tǒng)計(jì)成表，實(shí)現(xiàn)了值班日志的無(wú)紙化，提高了工作效率。

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