基于OPC通信的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

□ 李紀(jì)濤

一、前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)智能化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟發(fā)展，廣電技術(shù)領(lǐng)域的智能化及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平也在不斷提高，智慧廣電、互聯(lián)網(wǎng)+電臺(tái)也已逐漸成為該行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜业难芯繜狳c(diǎn)和主要議題。因此，為了順應(yīng)智能科技的發(fā)展潮流，更為了進(jìn)一步提高電臺(tái)發(fā)射機(jī)安全播音的技術(shù)保障水平，提高電臺(tái)的智能化技術(shù)水平勢(shì)在必行。電臺(tái)的所有工作都是以發(fā)射機(jī)安全播音為中心，為了確保發(fā)射機(jī)安全播音任務(wù)的完成，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的不良運(yùn)行狀態(tài)，以盡早排除隱患，避免發(fā)射機(jī)因出現(xiàn)故障而停播。為此，就需要對(duì)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。目前，很多電臺(tái)對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控采取的是人工定時(shí)巡視查看并結(jié)合靠有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)，人工巡視不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)控且容易有遺漏部位，靠有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)傳輸因信號(hào)線(xiàn)多、走線(xiàn)長(zhǎng)而不便布線(xiàn)和走線(xiàn)，更不便后期的維護(hù)和擴(kuò)展，且隨著投入使用年限的增加，信號(hào)線(xiàn)表皮出現(xiàn)老化趨勢(shì)，連接處也易接觸不良而導(dǎo)致信號(hào)傳遞中斷，時(shí)常導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)不能持續(xù)穩(wěn)定可靠地對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行有效監(jiān)控。所以，為了進(jìn)一步解決目前的這些弊端和問(wèn)題，本文提出了一種基于PLC技術(shù)和OPC通信的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)該系統(tǒng)可以更加持續(xù)有效地對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示和監(jiān)控，并具有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、查詢(xún)、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)警的功能。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)采用目前較為成熟穩(wěn)定的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)主要由上位機(jī)和無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理和顯示；第二級(jí)主要由下位機(jī)、PLC、無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備等組成；第三級(jí)是傳感器和所需采集數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)。第二、三級(jí)主要用于數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集和控制，其總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖1中，以工控機(jī)為上位機(jī)的核心，并在工控機(jī)上安裝西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件作為平臺(tái)，通過(guò)WinCC組態(tài)軟件設(shè)置與無(wú)線(xiàn)設(shè)備的通信接口，配置OPC組態(tài)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與第二級(jí)的PLC和下位機(jī)的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。為了避免布線(xiàn)的不便、確保后期檢修的方便，尤其是避免信號(hào)的串干擾和傳統(tǒng)網(wǎng)線(xiàn)接線(xiàn)端口容易松動(dòng)所帶來(lái)的信號(hào)傳輸不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確的問(wèn)題，在上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在下位機(jī)設(shè)置了與PLC控制器相連接的觸摸屏，可以顯示上位機(jī)人機(jī)界面上一些主要的數(shù)據(jù)和操作控制通道，通過(guò)該觸摸屏也可以實(shí)時(shí)查看發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的操控。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

三、通信及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）通信數(shù)據(jù)的需求

本文以某電臺(tái)的DX600發(fā)射機(jī)為研究對(duì)象，影響該發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的主要數(shù)據(jù)信息有外電的高/低壓、功放電壓/電流、射頻功率、阻隔功率、阻隔零點(diǎn)、水溫水壓等，所以需要實(shí)時(shí)監(jiān)控這些數(shù)據(jù)信息，為了日后查詢(xún)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)掌握其運(yùn)行規(guī)律信息，也需要記錄和存儲(chǔ)所監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息。為了提高發(fā)射機(jī)的智能化水平，監(jiān)控系統(tǒng)中還需要對(duì)下位機(jī)中的傳感器設(shè)置上下限安全數(shù)據(jù)信息的報(bào)警閾值，當(dāng)?shù)陀谡７秶蹬R界點(diǎn)時(shí)就會(huì)觸發(fā)低限報(bào)警指示，高于正常范圍值臨界點(diǎn)時(shí)就會(huì)觸發(fā)高限報(bào)警指示。為了保護(hù)設(shè)備安全，觸發(fā)報(bào)警時(shí)限可以依據(jù)設(shè)備情況設(shè)置3-5分鐘的報(bào)警時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)報(bào)警時(shí)長(zhǎng)超過(guò)設(shè)定時(shí)間后，引發(fā)報(bào)警的故障未消除，則會(huì)觸發(fā)保護(hù)操作，斷開(kāi)或關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備。

（二）通信協(xié)議的選擇

OPC(OLE for Process Control)是自動(dòng)控制領(lǐng)域用于通信的一個(gè)工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)為類(lèi)似工控機(jī)上的Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息之間建立了聯(lián)系，且允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等數(shù)據(jù)信息，是一種具有高效性、可靠性、開(kāi)放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使不同廠(chǎng)商的硬件設(shè)備或軟件系統(tǒng)可以相互進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了OPC協(xié)議進(jìn)行通訊。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出，本系統(tǒng)的核心部分是接口程序，接口程序是上位機(jī)中的WinCC和下位機(jī)中的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的橋梁，它通過(guò)PLC OPC Server訪(fǎng)問(wèn)PLC，通過(guò)WinCC OPC Server訪(fǎng)問(wèn)WinCC，也可以將處理后的數(shù)據(jù)信息直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息流程如圖3所示，PLC在接收到傳感器采集到的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息后經(jīng)過(guò)處理，將處理后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)通信接口存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)還會(huì)把這些數(shù)據(jù)傳送到Wincc，在Wincc組態(tài)軟件程序中與設(shè)定好的發(fā)射機(jī)非正常工作運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)警閥值相比較，當(dāng)觸發(fā)報(bào)警閥值時(shí)，就會(huì)通過(guò)通信接口程序反饋給PLC，執(zhí)行該報(bào)警狀態(tài)下相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流程圖

四、下位機(jī)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的下位機(jī)需要滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)射機(jī)的常規(guī)操作控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的采集、上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、非正常運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警的功能。下位機(jī)的主要硬件部分由市場(chǎng)上性?xún)r(jià)較高且工業(yè)應(yīng)用較廣的西門(mén)子S7-300PLC、西門(mén)子TP-700觸摸屏、傳感器、指示燈、蜂鳴器等組成。下位機(jī)的軟件程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程常規(guī)操控、數(shù)據(jù)采集、上傳數(shù)據(jù)、故障報(bào)警等功能。

五、Wincc程序界面設(shè)計(jì)

西門(mén)子 Wincc（Windows Control Center）是工業(yè)控制領(lǐng)域人機(jī)視窗控制中心，它是西門(mén)子最經(jīng)典的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開(kāi)放性和靈活性，所以本系統(tǒng)的上位機(jī)選用此軟件進(jìn)行系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)組態(tài)，其組態(tài)后的主要界面如圖4所示。該平臺(tái)通過(guò)通信接口程序?qū)崟r(shí)獲取發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并在工控機(jī)的人機(jī)操控界面上顯示出來(lái)。通過(guò)Wincc組態(tài)界面程序可以對(duì)下位機(jī)所連接的設(shè)備控制參數(shù)進(jìn)行編輯和修改，后期如需要擴(kuò)展一些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)窗口和操控通道，也可以通過(guò)組態(tài)進(jìn)行修改和完善。最終可以在WinCC中實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)、故障數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)警顯示等功能，能夠很好地滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。

圖4 Wincc程序界面圖

六、結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹和分析目前發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的情況，針對(duì)所存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前智能控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，提出并設(shè)計(jì)了一種基于PLC和OPC通信技術(shù)的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，采用目前應(yīng)用較為廣泛和成熟穩(wěn)定的三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)模式，以PLC為系統(tǒng)的整個(gè)控制中心，通過(guò)工控機(jī)的人機(jī)界面實(shí)時(shí)查看發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和操控發(fā)射機(jī)的常規(guī)操作，在上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信部分采用了目前技術(shù)較為穩(wěn)定成熟的網(wǎng)線(xiàn)網(wǎng)橋進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)和準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)自運(yùn)用以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確連續(xù)，人機(jī)操控界面良好，達(dá)到了預(yù)期的監(jiān)控目的。通過(guò)該系統(tǒng)可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)可靠穩(wěn)定的監(jiān)控，能夠提高發(fā)射機(jī)的智能化水平，有效降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)發(fā)射機(jī)的安全播出具有重要作用。

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