贵州省广播电视局８５４台自动控制的设想

2022-03-22 09:12:02 | 浏览次数：

摘要：以贵州省广播电视局854台的发射机为设想，设计了通过PLC与工控计算机如何对各种型号的中波广播发射机进行自动控制，以及自动控制系统的开发与使用。

关键词：全固态PDM中波广播发射机；发射机自动控制；可编程逻辑控制器(PLC)工控计算机；上位机；下位机

1 概述

贵州省广播电视局854台隶属于贵州省广播电视局建于1985年，从事中波广播发射的任务。现有发射机5台，发射频率5个，为了支持当地城市建设，于2003年从市开发区搬迁到市交，通过这次的重建，我台对发射设备机进行了全面的改造，除了保留一台TS-10C10KW PDM全固态发射机外，购进了4台TS-1B 1KW全固态PDM发射机。发射机房装修整齐，发射机与值班室以用12mm的浮法玻璃隔离。

鉴于此，对我台发射机系统的自动监测进行了遐想，实现它的意义在于：提高我台监测管理水平，缩短停播率提高播音质量。加强对发射机的监管力度，减少人为的停播，及时发现机器运行中的故障情况，同时，值班人员的劳动强度大为减轻，由于发射机是全封闭隔离；设备卫生大为改善，而且中波广播发射机自动化是今后发展的方向。

系统设计应遵循了以下原则：

(1)可靠性。监控系统必须安全可靠，绝对避免由于监控系统失灵而引发的不安全因素。必须保证系统稳定、控制可靠、取样准确。

(2)先进性。系统设计有一定的超前性，采用先进技术和先进设备，确保系统整体先进性。

(3)准确性。采集参数的误差小于2%。

(4)实时性。数据刷新时间小于0.5秒，故障报警时间小于1秒，控制命令执行时间小于1秒。

(5)可扩展性。系统必须适应事业发展和设备更新增加的需求，在硬件和软件上应保留一定的扩展接口。

(6)易操作性。系统具有友好的人机界面，采用图形界面技术，利用鼠标和菜单可方便地实现各种功能。对于仅有计算机基础知识的用户，借助软件说明书即可方便地操作。

(7)经济性。在满足设计要求的前提下，追求经济实用，实现最优性能价格比。

2 系统数据的采集和抗干扰

我台发射机生产厂家相同，仅有2种机型， 1台TS-10C10KW PDM全固态机，4台TS-1B 1KW全固态PDM机。

2.1 模拟量的转换

发射机外部扩展接口上，模拟量之间电平差异很大，最小的仅有几十毫伏。为了保证取样精度，必须用信号调理器将它们转换成0~5V或0~20mA的标准信号。由于高频干扰的内阻很大，带负载能力弱，所以可以用低输入阻抗的模拟量采集模块来采集电流信号。数据的采集要注意以下几点：

①处理好接地系统，对所有开关量的取样点全部使用光电隔离，还有PLC自身隔离，保证计算机输入信号线不与发射机共地，避免共地引起的干扰。特殊情形使用信号全隔离措施。

②模拟量信号采用平衡传输方式，使干扰信号在平衡传输线上差模最小，达到干扰信号同相位抵消的作用。

③信号连接采用双芯屏蔽线，对干扰信号起屏蔽作用。

④输入电路增加滤波电路，对高频干扰信号进行滤波，减少干扰成份。

2.2 抗干扰措施

机房内的干扰方式有：①辐射干扰；②传导干扰。采用屏蔽双绞线可有效地消除辐射干扰。由于传导干扰对模拟量的影响较大，需要采用多种隔离措施，如光电隔离、PLC自身隔离等。在布线过程中，不仅要使传输线尽可能短，还要注意传输线的走向，尽量避开干扰源。由于干扰的不确定性，屏蔽、隔离、滤波、接地、变换、布线、软件抗干扰等多种技术措施需要在具体实施过程中进行组合实验。

3 网络拓扑结构

3.1 系统硬件选择

在发射台实现实时监控系统，首先应配备集数据采集和控制功能为一体的计算机设备，我们这里简称下位机。目前技术成熟、较实用的下位机有三类，可编程控制器PLC下位机、STD下位机和工控PC下位机。

构建实时监控系统的另一个关键，就是要配备1套人机接口制备，这里简称它为上位机。上位机是整个系统的枢纽，一旦出现故障就可能导致整个系统的瘫痪，丢失数据，因而要采用工作稳定可靠的工控PC机。但可靠性再高，故障也是难免的，所以应采用双上位机热备份。双机热备份系统中，两台上位机同时收集下位机采集的数据，但只有1只上位机向下位机发送控制命令，一旦出现故障，立即实现自动无扰切换。

3.2 网络拓扑结构

系统采用了现场分布、集中管理的网络结构。系统由两台上位机、1台前置通信机和5台下位机组成。

下位机完成系统对发射机的监控，包括发射机的模拟信号的采集、开关信号的采集以及向发射机发出控制信号等。前置通信机通过总线，一方面与5台下位机同时通讯另一方面又与两台上位机同时通讯，从而间接保证了系统实现两台上位机同时与5台下位机的通讯。

正常情况下，两台上位机始终保持并联运行，其中一台作为主机，可以接收下位机的数据，也可以向下位机发送指令；另一台上位机作为备份，只可接收下位机的数据，但不能向下位机发送指令。每台上位机都有自己的数据库，WiuCC自动完成两个数据库的相互匹配。

如果主上位机发生故障，备用上位机立即接管理所有工作并控制整个系统。可见，整个系统具有以下特点：

(1)集中管理，分散控制。以两台高档的工控PC机为上位机，指挥若干面向控制的下位机，下位机直接监控现场各路设备，并向上位机发送数据，上位机则完成系统的综合控制、调度，这样就使系统的负载分散、功能分散、所承担的风险也分散。

(2)网上任何一个子系统都是独立自主运行的，不受其它子系统的约束。因此，系统中任何子系统发生故障，都可在线隔离与切换。

(3)系统的数据采集速度高，实时性强。

(4)扩充性能好，可根据实际需要部份或分阶段扩充。

(5)多机热备份技术使全系统无故障时间无限延长，数据不会丢失。

4 实时监控系统软件设计

4.1 软件开发平台

下位机PLC工作站底层编程，采用西门子公司的STEP 7编程软件。该软件在上位机中运行，用梯形图(LAD)、等简单直观的方式生成监控程序，再将监控程序下载到下位机的存贮器中，实现各个输入/输出点的基本动作。

4.2 程序主要模块的功能及设计思想

(1)工况图模块。

图1 层次结构图

每部发射机在上位机上都设置了工况图，如图(1)。工况图与发射击机控制面板上的内容相同，并增加了模拟量表头批示，显示各个设备的详细动态工作状况及数据的变化。模拟量用数字、模拟表头或棒图的形式表现出来，并随着数值的大小改变颜色：绿色-正常、黄色-越限、红色-故障。开关量显示状态信息，一般用方块图表示，用色彩表示状态：绿色-正常、红色-故障。

一旦设备发生故障，会自动跳转到发生故障设备的工况图，以便能引起值班员的注意，方便观察。

(2)开关机、倒机控制模块。

每套节目都设有3张自动开关机时间表，一是定时开头机时间表，以一个星期为周期，每天可以设定3次开关机时间表，当有临时播出时间时，可用此表来设定。

自动机关机的条件有两个：一是已经超过关机时间，二是发射机的调幅度连续20秒小于10%，只有当这两个条件都满足时，才能执行关机动作。所有开关机、倒机、复位等操作都可在工况图界面中手动完成。

(3)故障报警模块。

任何开关状态量的变化都会引起系统的报警，而对模拟量设置了两组界限，当模拟量值越上下限1时，则报警；系统越上下限2时，则关机。由于语音信号的不连续性，对调幅度报警考虑了时间的延续，当调幅度连续25秒小于下限时才能报警。

(4)信息查询模块。

信息查询模块主要完成事件记录、报警记录、曲线图、参数表等数据的查询与打印工作。

(5)系统管理模块。

系统管理模块主要完成值班员操作权限和密码管理、开关机时间表的修改、模拟量上下限的设定以及系统维护等功能。

(6)远程监控模块。

有了WEB服务器，经过授权的用户可通过局域网，利用支持Active控件的WEB浏览器就可以访问实时监控系统，在局域网内特定的计算机上，拥有授权的上级领导可直接控制发射设备的工作状态。