貴州省廣播電視局８５４臺自動控制的設想

摘 要：以貴州省廣播電視局854臺的發射機為設想，設計了通過PLC與工控計算機如何對各種型號的中波廣播發射機進行自動控制，以及自動控制系統的開發與使用。

關鍵詞：全固態PDM中波廣播發射機；發射機自動控制；可編程邏輯控制器(PLC)工控計算機；上位機；下位機

1 概述

貴州省廣播電視局854臺隸屬于貴州省廣播電視局建于1985年，從事中波廣播發射的任務。現有發射機5臺，發射頻率5個，為了支持當地城市建設，于2003年從市開發區搬遷到市交，通過這次的重建，我臺對發射設備機進行了全面的改造，除了保留一臺TS-10C10KW PDM全固態發射機外，購進了4臺TS-1B 1KW全固態PDM發射機。發射機房裝修整齊，發射機與值班室以用12mm的浮法玻璃隔離。

鑒于此，對我臺發射機系統的自動監測進行了遐想，實現它的意義在于：提高我臺監測管理水平，縮短停播率提高播音質量。加強對發射機的監管力度，減少人為的停播，及時發現機器運行中的故障情況，同時，值班人員的勞動強度大為減輕，由于發射機是全封閉隔離；設備衛生大為改善，而且中波廣播發射機自動化是今后發展的方向。

系統設計應遵循了以下原則：

(1)可靠性。監控系統必須安全可靠，絕對避免由于監控系統失靈而引發的不安全因素。必須保證系統穩定、控制可靠、取樣準確。

(2)先進性。系統設計有一定的超前性，采用先進技術和先進設備，確保系統整體先進性。

(3)準確性。采集參數的誤差小于2%。

(4)實時性。數據刷新時間小于0.5秒，故障報警時間小于1秒，控制命令執行時間小于1秒。

(5)可擴展性。系統必須適應事業發展和設備更新增加的需求，在硬件和軟件上應保留一定的擴展接口。

(6)易操作性。系統具有友好的人機界面，采用圖形界面技術，利用鼠標和菜單可方便地實現各種功能。對于僅有計算機基礎知識的用戶，借助軟件說明書即可方便地操作。

(7)經濟性。在滿足設計要求的前提下，追求經濟實用，實現最優性能價格比。

2 系統數據的采集和抗干擾

我臺發射機生產廠家相同，僅有2種機型， 1臺TS-10C10KW PDM全固態機，4臺TS-1B 1KW全固態PDM機。

2.1 模擬量的轉換

發射機外部擴展接口上，模擬量之間電平差異很大，最小的僅有幾十毫伏。為了保證取樣精度，必須用信號調理器將它們轉換成0~5V或0~20mA的標準信號。由于高頻干擾的內阻很大，帶負載能力弱，所以可以用低輸入阻抗的模擬量采集模塊來采集電流信號。數據的采集要注意以下幾點：

①處理好接地系統，對所有開關量的取樣點全部使用光電隔離，還有PLC自身隔離，保證計算機輸入信號線不與發射機共地，避免共地引起的干擾。特殊情形使用信號全隔離措施。

②模擬量信號采用平衡傳輸方式，使干擾信號在平衡傳輸線上差模最小，達到干擾信號同相位抵消的作用。

③信號連接采用雙芯屏蔽線，對干擾信號起屏蔽作用。

④輸入電路增加濾波電路，對高頻干擾信號進行濾波，減少干擾成份。

2.2 抗干擾措施

機房內的干擾方式有：①輻射干擾；②傳導干擾。采用屏蔽雙絞線可有效地消除輻射干擾。由于傳導干擾對模擬量的影響較大，需要采用多種隔離措施，如光電隔離、PLC自身隔離等。在布線過程中，不僅要使傳輸線盡可能短，還要注意傳輸線的走向，盡量避開干擾源。由于干擾的不確定性，屏蔽、隔離、濾波、接地、變換、布線、軟件抗干擾等多種技術措施需要在具體實施過程中進行組合實驗。

3 網絡拓撲結構

3.1 系統硬件選擇

在發射臺實現實時監控系統，首先應配備集數據采集和控制功能為一體的計算機設備，我們這里簡稱下位機。目前技術成熟、較實用的下位機有三類，可編程控制器PLC下位機、STD下位機和工控PC下位機。

構建實時監控系統的另一個關鍵，就是要配備1套人機接口制備，這里簡稱它為上位機。上位機是整個系統的樞紐，一旦出現故障就可能導致整個系統的癱瘓，丟失數據，因而要采用工作穩定可靠的工控PC機。但可靠性再高，故障也是難免的，所以應采用雙上位機熱備份。雙機熱備份系統中，兩臺上位機同時收集下位機采集的數據，但只有1只上位機向下位機發送控制命令，一旦出現故障，立即實現自動無擾切換。

3.2 網絡拓撲結構

系統采用了現場分布、集中管理的網絡結構。系統由兩臺上位機、1臺前置通信機和5臺下位機組成。

下位機完成系統對發射機的監控，包括發射機的模擬信號的采集、開關信號的采集以及向發射機發出控制信號等。前置通信機通過總線，一方面與5臺下位機同時通訊另一方面又與兩臺上位機同時通訊，從而間接保證了系統實現兩臺上位機同時與5臺下位機的通訊。

正常情況下，兩臺上位機始終保持并聯運行，其中一臺作為主機，可以接收下位機的數據，也可以向下位機發送指令；另一臺上位機作為備份，只可接收下位機的數據，但不能向下位機發送指令。每臺上位機都有自己的數據庫，WiuCC自動完成兩個數據庫的相互匹配。

如果主上位機發生故障，備用上位機立即接管理所有工作并控制整個系統?？梢?，整個系統具有以下特點：

(1)集中管理，分散控制。以兩臺高檔的工控PC機為上位機，指揮若干面向控制的下位機，下位機直接監控現場各路設備，并向上位機發送數據，上位機則完成系統的綜合控制、調度，這樣就使系統的負載分散、功能分散、所承擔的風險也分散。

(2)網上任何一個子系統都是獨立自主運行的，不受其它子系統的約束。因此，系統中任何子系統發生故障，都可在線隔離與切換。

(3)系統的數據采集速度高，實時性強。

(4)擴充性能好，可根據實際需要部份或分階段擴充。

(5)多機熱備份技術使全系統無故障時間無限延長，數據不會丟失。

4 實時監控系統軟件設計

4.1 軟件開發平臺

下位機PLC工作站底層編程，采用西門子公司的STEP 7編程軟件。該軟件在上位機中運行，用梯形圖(LAD)、等簡單直觀的方式生成監控程序，再將監控程序下載到下位機的存貯器中，實現各個輸入/輸出點的基本動作。

4.2 程序主要模塊的功能及設計思想

(1)工況圖模塊。

圖1 層次結構圖

每部發射機在上位機上都設置了工況圖，如圖(1)。工況圖與發射擊機控制面板上的內容相同，并增加了模擬量表頭批示，顯示各個設備的詳細動態工作狀況及數據的變化。模擬量用數字、模擬表頭或棒圖的形式表現出來，并隨著數值的大小改變顏色：綠色-正常、黃色-越限、紅色-故障。開關量顯示狀態信息，一般用方塊圖表示，用色彩表示狀態：綠色-正常、紅色-故障。

一旦設備發生故障，會自動跳轉到發生故障設備的工況圖，以便能引起值班員的注意，方便觀察。

(2)開關機、倒機控制模塊。

每套節目都設有3張自動開關機時間表，一是定時開頭機時間表，以一個星期為周期，每天可以設定3次開關機時間表，當有臨時播出時間時，可用此表來設定。

自動機關機的條件有兩個：一是已經超過關機時間，二是發射機的調幅度連續20秒小于10%，只有當這兩個條件都滿足時，才能執行關機動作。所有開關機、倒機、復位等操作都可在工況圖界面中手動完成。

(3)故障報警模塊。

任何開關狀態量的變化都會引起系統的報警，而對模擬量設置了兩組界限，當模擬量值越上下限1時，則報警；系統越上下限2時，則關機。由于語音信號的不連續性，對調幅度報警考慮了時間的延續，當調幅度連續25秒小于下限時才能報警。

(4)信息查詢模塊。

信息查詢模塊主要完成事件記錄、報警記錄、曲線圖、參數表等數據的查詢與打印工作。

(5)系統管理模塊。

系統管理模塊主要完成值班員操作權限和密碼管理、開關機時間表的修改、模擬量上下限的設定以及系統維護等功能。

(6)遠程監控模塊。

有了WEB服務器，經過授權的用戶可通過局域網，利用支持Active控件的WEB瀏覽器就可以訪問實時監控系統，在局域網內特定的計算機上，擁有授權的上級領導可直接控制發射設備的工作狀態。

5 系統硬件配置

5.1 下位機

CPU模塊選用CPU224，自帶14點開關量輸入，10點開關量輸出，模擬量輸入模塊選用EM231；通信模塊選用EM227。

5.2 上位機

上位機硬件必需為下列清單以上配置：研華Pm866工控機、128M內存、40G硬盤、10M/100M網卡、CP5611ProfiBUS適配卡等。

5.3 前置通訊機

前置通信機硬件配置為西門子公司的S7-300系列的中檔PLC可編程序控制器，CPU采用的是315-2DP模塊。