大功率短波發(fā)射機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

呂斌

摘要：本文主要介紹了短波發(fā)射機(jī)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅度減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高了發(fā)射機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī)房；智能監(jiān)控；PLC

中圖分類號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0155-02

1 前言

隨著現(xiàn)代大功率廣播發(fā)射系統(tǒng)核心設(shè)備的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，形成了分散控制集中管理的運(yùn)行模式，發(fā)射系統(tǒng)的環(huán)境控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造也成為迫切需要。近年來(lái)，發(fā)射機(jī)房都安裝了通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；發(fā)射機(jī)冷凝器排風(fēng)設(shè)備也進(jìn)行了升級(jí)改造。所有這些設(shè)備的操作全部依賴值班人員手動(dòng)完成，僅僅依靠人工控制的方法不但人力成本高，更關(guān)鍵的是還會(huì)因?yàn)槿藶槭д`造成重大事故，為了解決這一問(wèn)題，我們研發(fā)了機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2 基礎(chǔ)設(shè)施介紹

發(fā)射機(jī)房分為前后2個(gè)大廳；前廳為控制區(qū)，后廳為設(shè)備區(qū)；共有6部大功率短波發(fā)射機(jī)；2部大功率水洗風(fēng)設(shè)備；設(shè)有2個(gè)冷凝器室，分別裝有3部風(fēng)冷式冷凝器。6部冷凝器為發(fā)射機(jī)冷卻散熱，并分別裝有排風(fēng)閥和回風(fēng)閥，2部蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組，為整個(gè)后廳提供進(jìn)風(fēng)。發(fā)射機(jī)房的前后廳之間裝有3臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣交換。

發(fā)射機(jī)房環(huán)境涉及的設(shè)備多，且控制分散，需要控制的設(shè)備主要有：

（1）2部蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組，1部排風(fēng)機(jī)。（2）6部冷凝器的排風(fēng)閥和回風(fēng)閥。（3）2間冷凝器室的進(jìn)風(fēng)卷簾門。（4）前后廳進(jìn)行空氣交換的3部軸流風(fēng)機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

3.1.1 環(huán)境溫濕度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等實(shí)時(shí)采集監(jiān)控功能

（1）對(duì)室外、發(fā)射機(jī)房前、后廳、冷凝器室等環(huán)境溫/濕度進(jìn)行采集。（2）對(duì)發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵器件和節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集。（3）對(duì)發(fā)射機(jī)的入水溫度進(jìn)行采集。

3.1.2 發(fā)射機(jī)房環(huán)境溫度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)功能

系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)變化自動(dòng)控制機(jī)房環(huán)境動(dòng)力設(shè)備，達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)房環(huán)境溫濕度的目的。對(duì)各發(fā)射機(jī)的水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集監(jiān)控，通過(guò)控制邏輯自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉冷凝器排風(fēng)閥，使發(fā)射機(jī)出水溫度穩(wěn)定在一定范圍，保證發(fā)射機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

由于需要控制的設(shè)備多且比較分散，所以采用PLC作為下位機(jī)，并采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳輸?shù)桨l(fā)射機(jī)房監(jiān)控端及中控機(jī)房客戶端。上位機(jī)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行故障報(bào)警和下發(fā)操作指令。下位機(jī)完成發(fā)射機(jī)溫度、環(huán)境溫度、濕度以及各控制閥門的狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，并按照控制邏輯控制輸出設(shè)備的啟停，達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)房環(huán)境運(yùn)行溫濕度的目的。系統(tǒng)框圖1如下。

3.2.1 下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)

下位機(jī)使用兩套歐姆龍CS系列PLC，配合相關(guān)硬件電路，對(duì)發(fā)射機(jī)冷卻設(shè)備和機(jī)房通風(fēng)設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)和設(shè)定值進(jìn)行比較來(lái)控制輸出設(shè)備的運(yùn)行與停止。按照設(shè)備控制流程編制梯形圖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和信號(hào)調(diào)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的半/自動(dòng)控制，負(fù)責(zé)向上位機(jī)傳送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。考慮到環(huán)境溫濕度值會(huì)在設(shè)備動(dòng)作閥值臨界點(diǎn)上下變化而造成設(shè)備頻繁動(dòng)作的可能性，采取動(dòng)作閥值分區(qū)間設(shè)置的方法，達(dá)到設(shè)備的起停動(dòng)作分區(qū)間運(yùn)行。

PLC編程按照控制設(shè)備分為卷簾門控制、冷凝器風(fēng)閥控制、蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組、軸流風(fēng)機(jī)控制、水泵互倒、校時(shí)、故障形成和故障報(bào)警八個(gè)段分別編程，增加程序可讀性，簡(jiǎn)單明了方便調(diào)試。

各主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制流程：

（1）冷凝器風(fēng)閥控制流程：1）根據(jù)室外溫度確定開(kāi)啟排風(fēng)閥或回風(fēng)閥，冷凝器排風(fēng)閥與回風(fēng)閥不能同時(shí)關(guān)閉；2）發(fā)射機(jī)出水溫度低于5度或高于50度進(jìn)行聲光報(bào)警；3）排風(fēng)閥與回風(fēng)閥只開(kāi)啟一個(gè)時(shí)，開(kāi)啟一個(gè)閥時(shí)應(yīng)延遲3分鐘后再關(guān)閉另一個(gè)閥。（2）通風(fēng)冷卻設(shè)備（蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組）控制流程：蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組包含兩個(gè)送風(fēng)機(jī)及1個(gè)排風(fēng)機(jī)，是發(fā)射機(jī)房后廳的主要送風(fēng)降溫設(shè)備。在溫度高于25℃時(shí)，開(kāi)啟機(jī)組的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)；再高于30℃時(shí)。開(kāi)啟機(jī)組的水泵，進(jìn)行降溫。當(dāng)室內(nèi)濕度較高時(shí)，關(guān)閉機(jī)組的水泵。開(kāi)啟蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組時(shí)，先開(kāi)啟兩個(gè)送風(fēng)機(jī)，延遲5分鐘后開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)；關(guān)機(jī)時(shí)順序相反，先關(guān)閉排風(fēng)機(jī)，延遲5分鐘關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，保持機(jī)房大廳正壓。（3）冷凝器室進(jìn)風(fēng)卷簾門控制流程：冷凝器室卷簾門是發(fā)射機(jī)冷凝器的主要進(jìn)風(fēng)口，通過(guò)控制卷簾門的開(kāi)啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)冷凝器室的溫度，保證發(fā)射機(jī)冷凝器的冷卻效果。在室外溫度較低時(shí)關(guān)閉卷簾門，防止冷凝器凍裂。

以上流程中涉及的溫度參數(shù)，均可在上位機(jī)界面中進(jìn)行設(shè)定，發(fā)射機(jī)房值班人員可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況和室外溫度變化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。

3.2.2 發(fā)射機(jī)房監(jiān)控端實(shí)現(xiàn)的功能

發(fā)射機(jī)房監(jiān)控端作為整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī)，主要功能有：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度、發(fā)射機(jī)出水水溫以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)；（2）設(shè)定系統(tǒng)的工作模式，并在半自動(dòng)模式下，遠(yuǎn)程控制通風(fēng)冷卻設(shè)備、風(fēng)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（3）對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的溫度過(guò)高、過(guò)低、操作超時(shí)等異態(tài)進(jìn)行報(bào)警。

4 記錄系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等

上位機(jī)監(jiān)控程序采用組態(tài)王軟件編程，可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。上位機(jī)在遠(yuǎn)程讀取并處理下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)。用戶可以在上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)置、模式切換。當(dāng)上位機(jī)工作在半自動(dòng)操作模式時(shí)，用戶可遠(yuǎn)程向下位機(jī)發(fā)出控制指令，由下位機(jī)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組、卷簾門、軸流風(fēng)機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)水溫、室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)閥和卷簾門狀態(tài)，以及發(fā)射機(jī)主備水泵運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并顯示。控制界面可以分為以下幾個(gè)模塊：

（1）主界面：對(duì)冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組、卷簾門、軸流風(fēng)機(jī)、發(fā)射機(jī)水泵等設(shè)備以動(dòng)畫形式顯示其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示水溫、環(huán)境溫濕度，同時(shí)對(duì)PLC運(yùn)行狀態(tài)、時(shí)鐘、通訊狀態(tài)、登錄人員信息進(jìn)行監(jiān)控。自動(dòng)校時(shí)和通訊狀態(tài)檢測(cè)：每分鐘自動(dòng)同步上位機(jī)和PLC時(shí)鐘，上位機(jī)檢測(cè)到與PLC通訊中斷時(shí)數(shù)據(jù)清零。（2）自動(dòng)控制界面：自動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)監(jiān)控界面不顯示控制設(shè)備開(kāi)或者關(guān)按鈕，通過(guò)程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行自動(dòng)操作控制。（3）半自動(dòng)控制界面：半自動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)監(jiān)控界面顯示控制設(shè)備開(kāi)或者關(guān)按鈕，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。（4）手動(dòng)控制界面：手動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)監(jiān)控界面不顯示控制設(shè)備開(kāi)或者關(guān)按鈕，可通過(guò)手動(dòng)直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。（5）參數(shù)設(shè)置界面：對(duì)控制輸出設(shè)備的溫濕度參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。（6）報(bào)警界面：根據(jù)發(fā)射機(jī)運(yùn)行實(shí)際和設(shè)備需求，顯示各設(shè)備高低溫、超時(shí)等報(bào)警信息。對(duì)水泵互倒報(bào)警信息進(jìn)行解除復(fù)位。（7）數(shù)據(jù)查詢界面：可按照設(shè)定自動(dòng)保存數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期查詢，作為維護(hù)資料。（8）操作查看界面：可以對(duì)人員登陸、設(shè)備操作信息進(jìn)行查看。

智能監(jiān)控系統(tǒng)也保留了原有的手動(dòng)控制功能，對(duì)冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組原有手動(dòng)控制線路進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)，在PLC控制柜加裝手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，既能滿足自動(dòng)控制要求、使PLC能夠準(zhǔn)確的監(jiān)控各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并保證原有的手動(dòng)功能不受影響。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）該系統(tǒng)把發(fā)射機(jī)房通風(fēng)冷卻系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)冷凝器的排風(fēng)系統(tǒng)以及冷凝器室的進(jìn)風(fēng)三者的控制統(tǒng)一管理起來(lái)，根據(jù)發(fā)射機(jī)的出水溫度、室外環(huán)境溫度以及室內(nèi)溫度，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉冷卻設(shè)備及通風(fēng)風(fēng)閥，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫濕度的目的。（2）抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)采取多種軟硬件預(yù)防措施解決系統(tǒng)在復(fù)雜高頻環(huán)境下運(yùn)行可能出現(xiàn)的干擾問(wèn)題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。（3）人機(jī)交互界面采用立體圖形動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)。將監(jiān)控對(duì)象設(shè)備實(shí)物化，用立體圖形界面代替平面文字界面，力求界面簡(jiǎn)潔、直觀、接近實(shí)物，方便用戶操作。（4）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與其他技術(shù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享。（5）強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)管理功能，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)和管理。

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