基于PLC的大功率短波轉動天線遠程控制系統的設計與實現

摘 要：本文對轉動天線的遠程控制系統的系統總體設計思路進行闡述，重點介紹了基于AB slc500處理模塊的系統硬件設計思路，采用RSLogix500、RSView32、SCADA等方法的軟件結構結構。

關健詞：轉動天線；遠程控制；slc500

1 前言

我臺安裝了1副湯姆遜公司生產的全方位、全波段、多組態、大功率短波發射轉動天線，該套設備是當前世界上較先進的短波發送設備。為保障該套設備的穩定、高效工作的運行，實現全局總體信息化平臺建設，我臺的遠程控制系統技術方案提出了在轉動天線發射系統臺區按照有人留守、無人值班的工作模式進行建設，在1.5公里外的主臺區建立監控機房，運行遠程控制系統，遠程控制和監測轉動天線發射系統的運行狀況。

2 遠程控制系統設計

轉動天線遠程控制系統要實現的目標：通過遠程監控系統對發射機和轉動天線實行控制，即要按照節目運行圖，發布指令，實現發射機換頻、換天線、切換天線程式、變換天線方向等，原發射機和天線的本地控制兩系統間必須有連鎖，以確保高壓閉合的安全。系統要開放通信接口協議，具備很好的擴展性，實現在主臺區的中心監控機房集成包括主臺區、轉動天線發射系統臺區的發射機及天線自動控制系統在內的所有自動化系統。

2.1 硬件結構

遠程控制系統的硬件架構框圖如圖1所示，包括遠程控制終端、發射機本地控制系統、轉動天線控制系統、音頻開關及室內環境監控系統四部分。

遠程控制終端位于主臺區的中心監控機房，用來監控機房的發射機、轉動天線、音頻開關及室內環境，可以選擇自動或手動模式，自動模式能夠按照運行圖實現發射機、轉動天線的自動運行，手動模式可以根據發射機、天線的狀態反饋信息手動控制。遠程控制終端采用熱備份冗余方式，包括主用工控機和熱備用工控機，主、備工控機同時連接數據采集網絡和計算機網絡，在主用工控機崩潰的情況下，熱備用工控機自動被激活，并且接管所有的自動控制操作，同時還會將數據輸送到計算機網絡中。

轉動天線本地控制系統硬件均使用一個型號為SLC500系列的Allen-Bradlery設計的處理器模塊，以及相應的數字和模擬的輸入輸出模塊，用戶操作界面是安裝在控制柜前面的觸摸屏PanelView 1000。

遠程控制系統使用工業級工控機為上位機管理平臺，通過MicroLogix 1000完成控制任務 ，同時，利用以太網與發射機自動化系統進行數據通信，提取關鍵信息，作為整個發送系統遠程控制系統工作的依據。

遠程控制終端通過光貓及光纖分配器，利用一根長2.5公里的8芯光纜連接機房的控制系統，實現RS-232接口間點對點的通信。其中三對芯分別連接控制發射機、轉動天線、音頻開關及室內環境的計算機或PLC，另外一對芯備用。

2.2 軟件結構

遠程控制系統的軟件結構如圖2所示，該系統軟件設計為采用RSLogix500編程語言、RSView32、 SCADA系統等作為軟件的主要開發工具；遠程控制終端與機房的本地控制系統之間采用AB公司的DF1協議、通過串口通訊，符合工業標準，兼顧了效率及可靠性；通過光貓及光纖分配器轉成光信號傳輸，有效解決了主臺區與機房臺區之間利用串口協議傳輸距離過遠以及電磁干擾的問題，保證了傳輸的可靠性；中心監控機房與機房之間的通訊出現故障時，機房的發射機、天線、室內環境等本地監控系統能夠切換到本地模式獨立運行，保證了設備運行的獨立性及安全性。

系統采用模塊分級結構，可以實現控制系統的逐步設計及實施。從一個簡單的數據采集單元開始，上升到全臺中央自動控制網絡，采用層次化的模塊分級結構，有利于我們根據電臺的實際情況靈活地增減、修改系統功能、系統配置等。

2.2.1 StationMaster（plus）及SCADA系統

圖3為遠程控制系統主界面，為了控制系統，可以通過StationMaster plus系統的HMI以各種方式來存取它。

StationMaster Plus控制系統可以被分為兩個部分：低級別的基本單元和StationMaster Plus應用。多任務和多用戶的操作系統屬于最低級別，它執行基本的輸入和輸出操作以及用戶和運行程序的管理。

SCADA系統屬于一個高的級別，它是負責實時數據的采集以及對所要控制的設備進行命令輸出。SCADA系統裝有一個數據庫，在通信線路操作正確的情況下，這個數據庫還包含一個設備的任何時間的真實狀態圖象。除此以外，SCADA系統還控制低級別數據庫的存取、數據庫定義和取樣比率。這個DBC級別還用做SCADA系統外部與自動控制模塊Station Master Plus之間的雙向數據接口。TCP-服務器用于通信連接，將數據從數據庫傳送到StationMaster Plus，反之亦然。圖形工具SLGMS作為一個HMI，充當一個可理解的、人類工程學的中間階層，負責在用戶和控制系統之間交換命令和信息。

從TCP-服務器上接收到的數據是在StationMaster Plus中被處理的，然后通過圖形模塊系統被顯示在屏幕上。在處理過程中，輸入的數據被自動地記錄在列表中，一個負責所有輸入事件的后臺demon模塊會檢查是否傳輸時間表的自動執行受到任何影響。StationMaster Plus的自動控制模塊會同時向發射機、天線控制系統以及音頻matrix發送必要的命令。

圖形模型系統不僅顯示信息，而且也可以獲得鼠標指示器的運動，鼠標點擊以及鍵盤的輸入。這些數據被送到StationMaster Plus并被核查。同此，錯誤操作絕大部分都被排除在。圖形模型系統和StationMaster程序都是獨立于所使用的操作系統的，因此，當操作系統或計算機平臺被改變時，能夠對所投入的資本提供高程度的保護。

2.2.2 RTU的數據采集

RTU是一個自給自足的計算機系統，它具有一個程序接口。各自的軟件包可以根據自己的思想對系統的功能進行改變和擴展。該方式可以使主計算機被安置地盡可能遠，而且還可以接收大部分已經被處理的數據。RTU程序可以獲得低級別的一致性，使發射機、天線控制系統、綜合報告都在一個中央控制系統中被合并，然后以一個基本相同的函數在操作屏幕上顯示給操作者。

數據采集和程序控制原理：MicroLogix1000程序邏輯控制器被設定為帶有自動控制功能的“智能”遠程終端單元。其中：BI 為二進制輸入，BO 二進制輸出，SI為系列接口。

3 結束語

我臺遠程控制系統的應用，改變了大功率短波發射機傳統的運行、操作模式，在減輕值班人員工作強度，降低人為操作故障，在提高設備的穩定和可靠性方面起到了很好的效果，為電臺實現有人留守，無人值班奠定基礎。