吳艷明

(國家廣電總局953 臺，吉林 蛟河 132521)

0 引言

DX 系列發(fā)射機(jī)是當(dāng)今世界上較成熟的中波發(fā)射機(jī)，它擁有一套完備的本地監(jiān)控系統(tǒng)，對機(jī)器各個重要部位均能實(shí)時檢測和控制，是一套設(shè)計(jì)較為完備的本地監(jiān)控系統(tǒng)。但近幾年隨著發(fā)射機(jī)大量采用自動化技術(shù)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、PLC、局域網(wǎng)等自動化控制相關(guān)的設(shè)備均出現(xiàn)在發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)中，各種新技術(shù)、新方法、新工藝、新儀器都在發(fā)射機(jī)中得到了應(yīng)用，目的是通過提高發(fā)射機(jī)自動化程度，減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，減少人為出錯的幾率。另外由于設(shè)計(jì)上過于復(fù)雜DX 發(fā)射機(jī)的TCU 機(jī)柜一旦出現(xiàn)故障，特別是PLC 死機(jī)故障需要進(jìn)行長時間處理后，方可播出。以及本地監(jiān)控系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量和種類上的不足，無法適應(yīng)現(xiàn)階段對安全播出工作的要求。對與這些變化與不足為DX 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)一種新的發(fā)射機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，就成了當(dāng)務(wù)之急。

1 本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)介紹

圖1 本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

DX－400 發(fā)射機(jī)的本地監(jiān)控系統(tǒng)中三臺PLC 分別位于PB(功率單元)單元、水冷系統(tǒng)以及TCU(發(fā)射機(jī)控制單元)單元中。PB－PLC，負(fù)責(zé)控制PB的運(yùn)行狀態(tài)，接收PB 內(nèi)部的數(shù)據(jù)，通過DCM(直接通信模塊)模塊完成與TCU－PLC的通信;水冷系統(tǒng)PLC是一個小型PLC，監(jiān)控水冷系統(tǒng)中冷卻循環(huán)設(shè)備的狀態(tài)并將狀態(tài)傳送給TCU－PLC、接收TCU－PLC 發(fā)送的開啟/關(guān)閉水冷系統(tǒng)的控制指令;TCU－PLC 承擔(dān)的任務(wù)是接收TCU 內(nèi)部以及其它PLC 發(fā)送的數(shù)據(jù)從而完成對發(fā)射機(jī)整體控制功能，由于TCU PLC 在接收、分析、判斷數(shù)據(jù)的同時，也接收HMI(人機(jī)接口)觸摸屏發(fā)送來的控制命令。HMI 提供了人機(jī)接口的界面，工作人員通過觸摸屏可以很方便地查詢到發(fā)射機(jī)各種數(shù)據(jù)也能很迅速地通過TCU 向發(fā)射機(jī)發(fā)出控制指令。從上面的介紹，我們可以知道DX－400 發(fā)射機(jī)的本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就是以TCU－PLC為核心，PLC 通過遠(yuǎn)程I/O 網(wǎng)絡(luò)與PB PLC、水冷PLC 相連接在接收、分析、判斷數(shù)據(jù)的同時也向它們發(fā)出指令完成對整個發(fā)射機(jī)的監(jiān)控。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

結(jié)合本地監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)維需求，遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)三個目標(biāo)。

(1)增加一臺備用TCU 柜處于熱備狀態(tài)，當(dāng)主用TCU柜出現(xiàn)故障時迅速通過切換板切換主用柜上所有I/O 信號到備用柜上，縮短故障處理時間。

(2)增加一臺輔助PLC 擴(kuò)大采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量和種類，主要是發(fā)射機(jī)附屬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時數(shù)據(jù)。

(3)增加上位機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備，通過將主用TCU－PLC、備用TCU－PLC、輔助PLC 組成的DH+網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程I/O 網(wǎng)的另一端的設(shè)備相連接實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動控制和數(shù)據(jù)共享的功能。

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要由三個層次組成:設(shè)備層、控制層、信息層，如圖2 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。

2.1.1 設(shè)備層

設(shè)備層是面向現(xiàn)場設(shè)備的一層，也是整個自動化網(wǎng)絡(luò)的最低層，它可以將操作信息送到現(xiàn)場設(shè)備，也可以將現(xiàn)場設(shè)備的情況反饋到操作者。其中遠(yuǎn)程I/O 網(wǎng)絡(luò)是由兩個PB 單元的5/01 PLC和水冷系統(tǒng)的PLC 通過數(shù)據(jù)線連接組成的，它的主要功能是將兩個PB 單元、水冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)共享，并可通過切換板直接與主/備TCU 柜中的PLC 5/04 PLC相連，實(shí)現(xiàn)更上一級的控制。

圖2 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 控制層

這是操作所在的一層，它將處理器與處理器之間的信息交流、處理器與輸入/輸出接口之間的信息交流集成在這一層。切換板是整個網(wǎng)絡(luò)的核心器件，它既是遠(yuǎn)程I/O 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)出DH+網(wǎng)絡(luò)的接口，又是實(shí)現(xiàn)主/備TCU 柜切換的執(zhí)行器件，可以說是通信與控制的重要器件。DH+網(wǎng)絡(luò)是更高一個層次的控制網(wǎng)絡(luò)，它實(shí)現(xiàn)了主/備TCU 柜中的PLC 及輔助PLC 三個SLC 5/04 PLC 數(shù)據(jù)與狀態(tài)共享，同時又可向上和向下兩個方向交換數(shù)據(jù)。向上可以與HMI和上位機(jī)組成人機(jī)交互的控制體系，向下可通過切換板與遠(yuǎn)程I/O 網(wǎng)絡(luò)對接直接控制兩個PB 單元的狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)控相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.1.3 信息層

信息層主要由系統(tǒng)服務(wù)器、運(yùn)維管理系統(tǒng)終端通過局域網(wǎng)與上位機(jī)組成，是整個網(wǎng)絡(luò)的最高層。該層向下可以通過DH+網(wǎng)絡(luò)直接與發(fā)射機(jī)進(jìn)行控制，又因?yàn)榫哂胸S富的軟件資源可以擴(kuò)展發(fā)射機(jī)所不具備的功能;向上可以連接到Internet/Intranet 實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸與遠(yuǎn)程控制的功能。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)硬件施工

3.1.1 設(shè)計(jì)制作切換板

DX－400 中波發(fā)射機(jī)TCU 柜TCU 接口板及PLC 串口(需要56個點(diǎn))、CCU 接口板(需要111個點(diǎn))、CCU 電源小盒供給并機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜射頻開關(guān)操作220VAC 交流電源(需要9個點(diǎn))。根據(jù)以上切換量，設(shè)計(jì)繪制TCU 接口與CCU 接口切換板PCB 圖，制作模板。具體參考圖3 切換板PCB 圖。

3.1.2 安裝DH+卡組成DH+網(wǎng)絡(luò)

首先將1784－ PKTX 通訊卡上的地址跳線帽(JP3)拔掉，打開工控機(jī)機(jī)箱，將通訊卡插入PCI 插槽內(nèi)，固定螺絲，蓋好蓋板。啟動工控機(jī)，系統(tǒng)檢測到硬件。安裝RSLogix500軟件后，系統(tǒng)將自動提示為通訊卡安裝驅(qū)動程序。然后用DH+數(shù)據(jù)線將主用TCU－PLC、備用TCU－PLC、輔助PLC連接組成DH+網(wǎng)。

圖3 切換版PCB 圖

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)共分三層，層與層之間設(shè)備不同、接口不同、通訊協(xié)議也不同，這些都制約了網(wǎng)絡(luò)間信息的傳遞。為了解決這個問題，針對各層間的具體情況采取不同的方法來實(shí)現(xiàn)相互之間的通訊。

3.2.1 設(shè)備層與控制層之間的通訊實(shí)現(xiàn)

設(shè)備層間的通訊是基于遠(yuǎn)程I/O 通信網(wǎng)絡(luò)的，該網(wǎng)絡(luò)支持控制信息的高速傳輸，它由安裝掃描模塊的TCU－PLC和兩個安裝有DCM 模塊PB－PLC和水冷PLC 組成。一根屏蔽雙絞線把掃描模塊和所有的DCM 模塊連接在一起。掃描模塊在一個掃描周期內(nèi)依次分別與每個DCM 通信，掃描模塊的一次遠(yuǎn)程I/O 掃描周期包括掃描模塊向網(wǎng)絡(luò)中所有DCM的數(shù)據(jù)讀寫操作和所有DCM的響應(yīng)操作，一次完整的掃描周期內(nèi)的數(shù)據(jù)應(yīng)包括掃描模塊發(fā)送到DCM的輸出數(shù)據(jù)、通信命令以及DCM 響應(yīng)的數(shù)據(jù)。這樣設(shè)備層與控制層之間就實(shí)現(xiàn)了通訊，無需進(jìn)行接口與協(xié)議的設(shè)置。

3.2.2 控制層與信息層之間的通訊實(shí)現(xiàn)

這兩層的通訊實(shí)質(zhì)就是DH+網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)之間的通訊，AB 公司的SLC 5/04 PLC 組成DH+網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議特別，使得第三方的軟件都不能很好與其連接。經(jīng)過長時間的摸索試驗(yàn)，終于找到一種采用OPC 技術(shù)與DH+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方法。OPC 提出了一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采用Client/Server 模式，針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序由硬件廠商或?qū)ｉT的公司完成，提供具有統(tǒng)一OPC 接口的Server 程序，軟件廠商按照OPC 標(biāo)準(zhǔn)訪問Server 程序，即可實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信。下面具體介紹實(shí)現(xiàn)過程:

(1)RSLinx 配置:運(yùn)行RSLinx Classic 軟件。點(diǎn)擊菜單中“通信”選項(xiàng)，在下拉列表中選擇“配置驅(qū)動程序”，在下拉列表中選擇1784－ KT/KTX (D)/PKTX (D)/PCMK for DH+ /DH485 devices后，單擊“新增…”按鈕，出現(xiàn)“新增RSLINX CLASSIC 驅(qū)動程序”對話框，選擇系統(tǒng)默認(rèn)值按“確定”出現(xiàn)“配置1784－PKTX/PKTXD”對話框，在“值”下拉列表中選擇PKTX(D)選項(xiàng)，點(diǎn)擊“確定”后，關(guān)閉對話框(此時程序回最小化并沒有關(guān)閉)RSLinx 配置完成。

(2)OPC 服務(wù)的配置:在菜單欄中打開“DDE/OPC”菜單并選擇“主題組態(tài)”對話框，在“DDE/OPC 主題組態(tài)對話框”中點(diǎn)擊右側(cè)PLC 列表，選擇PLC 在“主題列表”中找到與之對應(yīng)的程序名，并單擊確定。點(diǎn)開“數(shù)據(jù)采集”欄，在“處理器類型”下拉菜單中選擇“PLC－503+”項(xiàng)，為通信打下基礎(chǔ)。點(diǎn)開“高級通信”欄在“通信驅(qū)動程序”中選擇“AB DF1－1 DH485 工作站”項(xiàng)，點(diǎn)擊“完成”，這樣在RSLinx 軟件中對AB－PLC DH+網(wǎng)絡(luò)的OPC 通信配置就完成了。

(3).NET 編譯環(huán)境應(yīng)用:.NET 作為Microsoft 公司軟件產(chǎn)品的重要一員，理所當(dāng)然的對Windows 操作系統(tǒng)下的OPC技術(shù)給予支持。通過RILINX 軟件的應(yīng)用與設(shè)置，上位機(jī)與DH+網(wǎng)絡(luò)建立了OPC 連接。以此為基礎(chǔ)我們利用.NET 編譯環(huán)境中相關(guān)控件OPC 功能，很容易實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的實(shí)時通訊，在此就不再贅述了。

3.2.3 信息層之間的網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)

信息層間的通訊是以B/S(Browser/Server)為通訊架構(gòu)B/S(Browser/Server)以Web 服務(wù)器為核心層，下層為數(shù)據(jù)服務(wù)層，上層是與Web 瀏覽層。通過OPC 接口實(shí)現(xiàn)OPC DA與現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊，以COM/DCOM 通訊方式實(shí)現(xiàn)OPC DA 服務(wù)器和OPC XML－DA 之間通訊方式。然后通過HTTP、TCP/IP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶與OPC XML－DA 服務(wù)器間的通訊，這樣用戶可以在客戶端利用瀏覽器(Browser)實(shí)時監(jiān)控發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程訪問控制現(xiàn)場獲得數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制目的。

具體架構(gòu)圖如圖4 B/S 架構(gòu)示意圖所示。

圖4 B/S 架構(gòu)示意圖

圖5是基于遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的機(jī)房運(yùn)維管理系統(tǒng)主界面。

圖5 機(jī)房運(yùn)維管理系統(tǒng)主界面

4 結(jié)束語

DX 發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為發(fā)射機(jī)提供了一種新的發(fā)射機(jī)監(jiān)控模式，它既解決現(xiàn)有發(fā)射機(jī)存在的問題，同時也能很好地增強(qiáng)對機(jī)器的控制能力，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的機(jī)房運(yùn)維管理系統(tǒng)一年以來運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大大降低了值機(jī)人員的勞動強(qiáng)度和人為出錯幾率的同時，進(jìn)一步縮短了故障處理時間，為安全播出增加了安全籌碼，希望通過此文能對廣大DX 發(fā)射機(jī)運(yùn)維人員有所幫助。

［1］范逸之，陳立元..NET 與RS－232 串行通信控制［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010:92－130.

［2］李玉東，李剛..NET 中文版控件大全［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:36－64.

［3］ALLEN－ BRADLEY.PLC500 AND MICROLOGIX1000指令集參考手冊［M］.ALLEN－BRADLEY 公司內(nèi)部資料，2005.