萬學軍

摘要：在我國廣播傳媒運行的初期，使用的是需要人工操作的系統(tǒng)，容易出現(xiàn)故障且維護困難，屬于分立元件邏輯控制方式?，F(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，這種方式已經(jīng)開始改變，大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)開始PLC進行設計管理，在PLC基礎上對大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的設計研究將成為其發(fā)展的趨勢。本文從整個控制系統(tǒng)的組成和工作原理開始介紹，進一步分析了其軟硬件設計結(jié)構(gòu)與層次。

關鍵詞：PLC 大功率 短波 轉(zhuǎn)動天線 遠程控制系統(tǒng) 設計研究

中圖分類號：TN820 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

PLC（Programmable Logic Controller即可編程邏輯控制器）是一種可進行編輯的儲存控制器，用于內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算操作等面向用戶的指令，并能輸入和輸出各類型機械和生產(chǎn)的過程。基于它的大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的設計使我國的遠程控制系統(tǒng)技術方案實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的遠程控制和運行，以及監(jiān)控機房的無人值班、有人留守工作模式。

1 PLC基礎上大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的組成和工作原理

天線遠程控制系統(tǒng)主要依據(jù)廣播的運行圖對天線的轉(zhuǎn)動和高低頻轉(zhuǎn)換進行控制，利用工業(yè)控制計算機和PLC可以對其進行實時的監(jiān)督和控制。在進行系統(tǒng)的信號處理過程中，主要依據(jù)天線運行要求開展，再依據(jù)系統(tǒng)處理信號的主要特點對整個系統(tǒng)進行總體框架的設計。而整個系統(tǒng)是出于短波頻段，采用大功率射頻信號進行傳輸?shù)南到y(tǒng)，在發(fā)射機房共有5部大功率的短波發(fā)射機、1套假負載以及10副短波發(fā)射天線[1]。

大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)一般以遠程監(jiān)控的方式對轉(zhuǎn)動天線和發(fā)射機實行控制來實現(xiàn)其目標。在這個過程中會按照節(jié)目的運行方式，對指令進行發(fā)布，實現(xiàn)發(fā)射機換天線、變換天線方向、切換天線程式以及換頻等原本的天線與發(fā)射機之間的本地控制。這兩個系統(tǒng)之間必須要有連鎖情況，從而使整個高壓閉合安全系統(tǒng)得以開放其進行通信的接口協(xié)議，同時具備一定的較好的擴展性，使其實現(xiàn)主臺區(qū)中心監(jiān)控機房進行集成的所有自動化控制系統(tǒng)。其中包括轉(zhuǎn)動天線的發(fā)射系統(tǒng)臺區(qū)的使用的發(fā)射機、主臺區(qū)以及天線的自動化控制系統(tǒng)等主要和次要的系統(tǒng)組成在內(nèi)。

系統(tǒng)整體上的組成及結(jié)構(gòu)目標是形成兩級控制：上位機使用工控機進行控制，主要目的是使上位機的各項功能得以順利完成，其中包括：編輯整體的節(jié)目運行圖、系統(tǒng)節(jié)目狀態(tài)的實時顯示、遠程控制的把握、數(shù)據(jù)的存儲、進行預警報警、制作和提交報表等功能；下位機基于OMRON的CJ1H-CPU45H的PLC方式，主要負責完成高低頻數(shù)據(jù)以及天線角度的采集和控制等功能。

此外，大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)采用了兩套獨立的控制系統(tǒng)以保證整個系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定。這兩套獨立的控制系統(tǒng)為手動控制系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)；手動控制系統(tǒng)中，上位機上系統(tǒng)中具有人機界面的控制按鈕，控制人員通過對其的控制操作，使PLC接收到其指令，隨后進行高低頻轉(zhuǎn)換以及天線轉(zhuǎn)動起停等的自動控制；自動控制系統(tǒng)中，控制人員通過對上位機的操作可以下載PLC運行圖，實現(xiàn)高低頻轉(zhuǎn)換和天線轉(zhuǎn)動起停等的自動控制。

2 PLC基礎上大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設計

2.1 PLC硬件設計

轉(zhuǎn)動天線是電臺進行廣播發(fā)送的基本設備，它一般均以廣播運行圖編輯的要求來進行高低頻段的倒換以及在給定廣播方向的倒轉(zhuǎn)中發(fā)送相關廣播。整個系統(tǒng)使用了屬于CJ1H系列的輔助PLC控制，硬件為模塊化的設計方式，同時配合多項控制功能，使基于此PLC控制的系統(tǒng)具有配置相對靈活、抗干擾能力較強、反應迅速的優(yōu)勢?；诖薖LC控制的系統(tǒng)硬件的配置主要包括以下四個部分：第一CJ1H-CPU45H系列的PLC為真不改革系統(tǒng)進行控制的核心，以此來進行相關的程序執(zhí)行任務；第二，通信部分使用CJ1W-SCU2-V1單元硬件配置，以此保持和上位機進行通信；第三，模擬量輸入的部分使用了CJ1W-AD081-V1單元硬件配置，它具有8個輸入信號點的范圍，分別是4～20mA 、1～5V、0～10V和-10～10V；第四，模擬量輸出的部分使用CJ1W-AD08C單元硬件配置，它同樣具有8個信號點的范圍，并與上述模擬量輸入的部分的信號點范圍完全相同[2]。

2.2 遠程控制系統(tǒng)的硬件設計

整個大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的硬件設置主要包括以下四部分：發(fā)射機進行本地控制的主體系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境和音頻開關的監(jiān)控系統(tǒng)、進行遠程控制的終端以及轉(zhuǎn)動天線的監(jiān)控系統(tǒng)。其中，進行遠程控制的終端是整個硬件設施的監(jiān)控主體，其在中心監(jiān)控機房即時對發(fā)射機、室內(nèi)環(huán)境和音頻開關、轉(zhuǎn)動天線等任意選擇自動或手動的模式進行終端控制。同時，進行遠程控制的終端以熱備份冗余的方式進行主用和熱備用的工控機數(shù)據(jù)連接，實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集。熱備用工控機是主用工控機的備用設備，在其發(fā)生故障影響使用時會被自動激活，接管所有自動控制并將相關數(shù)據(jù)信息傳輸至計算機網(wǎng)絡中備份保存。進行遠程控制的終端系統(tǒng)使用的上位機平臺是工業(yè)級的工控機，其一般使用以太網(wǎng)進行與發(fā)射機的自動系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信連接，并提取其中的重要信息，作為自身進行遠程控制工作的根本依據(jù)。它用8芯光纜（長約2.5公里）進行機房控制系統(tǒng)的連接，同時使用光纖分配器和光貓來實現(xiàn)系統(tǒng)接口之間點對點的連接通信。其中有3對芯分別與室內(nèi)環(huán)境和音頻開關的計算機、轉(zhuǎn)動天線、發(fā)射機進行連接，另留一對芯作為備用[3]。轉(zhuǎn)動天線的控制系統(tǒng)硬件使用的是SLC500系列型號的處理器及其相應的模擬和數(shù)據(jù)的傳輸模塊，同時使用在控制柜前方進行安裝的觸摸屏作為人機交互的操作界面。

3 PLC基礎上大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計

3.1 PLC軟件設計

轉(zhuǎn)動天線的遠程控制系統(tǒng)進行軟件設計時，往往根據(jù)其進行遠程控制的操作流程來對其進行編寫，并形成具有一定規(guī)范的梯形圖，在此過程中需要先給出數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂返姆峙浔?。?和表2即為為PLC的I/O地址傳輸分配表：

大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的自動工作程序通常以系統(tǒng)設計的整體要求為主要依據(jù)。PLC在現(xiàn)場進行高、低頻開關角度和位置數(shù)據(jù)的讀取，并將讀取的數(shù)據(jù)和最開始的廣播運行圖在高、低頻和角度進行比較，當PLC讀取的相關數(shù)據(jù)與廣播運行圖在高、低頻位置和角度上的數(shù)據(jù)有差異時，便可以自動對天線轉(zhuǎn)動的差異之處進行相對應的控制。大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)高低頻的選擇過程是對處于自動控制狀態(tài)下的系統(tǒng)，將PLC實際的運行圖和最初的廣播運行圖在天線的角度和高、低頻上進行比較，當PLC實際的運行圖和廣播運行圖有差異時會自動進行高、低頻的切換。如在實際的運行圖處于高頻狀態(tài)，而廣播運行圖顯示需要低頻狀態(tài)時，機器將自動落高壓5秒，隨后在4009.08控制下，高、低頻馬達重新轉(zhuǎn)到低頻的狀態(tài)，同時，W29.06會斷開使馬達停止轉(zhuǎn)動。大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的天線方位轉(zhuǎn)動遠程控制是在天線高、低頻的切換完成后，首先比較實際運行與廣播運行圖的角度，并對其顯示出的差異，以廣播運行圖為準，進行天線轉(zhuǎn)動控制，同時控制系統(tǒng)將對需要轉(zhuǎn)動的方向進行優(yōu)化分析，從而選取最佳轉(zhuǎn)動路徑，隨后轉(zhuǎn)動天線角度，使其與廣播運行圖的方向一致。

3.2 遠程控制系統(tǒng)的軟件設計

大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計一般以SCADA、RSView32系統(tǒng)以及RSLogix500的編程語言等工具進行軟件的開發(fā)。本地機房進行控制的系統(tǒng)和進行遠程控制的終端間一般采用DF1協(xié)議和串口通訊，達到國家規(guī)定的工業(yè)標準，同時兼顧熊德可靠性及其效率。光纖分配器和光貓可以將需要傳達的信息轉(zhuǎn)成光信號進行傳輸，從而有效地解決由于使用串口協(xié)議傳輸造成的機房臺區(qū)和主臺區(qū)間地電磁干擾和距離過遠問題，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?、可靠。這也在一定程度上解決了機房和中心監(jiān)控機房間通訊故障的情況，在二者通訊故障時，機房的室內(nèi)環(huán)境、天線和發(fā)射機等自動監(jiān)控系統(tǒng)均能自主切換成為本地模式繼續(xù)運行，從而確保了設備整體運行的安全性和獨立性[4]。

模塊分級結(jié)構(gòu)下的控制系統(tǒng)，使自動控制系統(tǒng)進行逐步設計和實施成為可能。模塊分級結(jié)構(gòu)均是由最簡單、原始的數(shù)據(jù)采集模塊單元開始，逐步上升至全臺的中央自動遠程控制網(wǎng)絡，其牢靠的層次性有利于工作人員在進行手動控制中靈活地應用電臺的實際情況進行系統(tǒng)系統(tǒng)功能的修改或增減以及系統(tǒng)配置等。

遠程控制系統(tǒng)的主界面是采用各種方式通過StationMaster plus系統(tǒng)的HMI對它進行存取。StationMaster Plus系統(tǒng)有兩個組成部分，分別是級別較低的基本單元以及StationMaster Plus應用單元。一般情況下，多用戶、多任務的操作系統(tǒng)均屬于低級別單元，它們用以對基本的用戶、運行程序以及輸入/輸出的操作進行基本的控制和管理。而SCADA系統(tǒng)為較高級別的單元，它負責對其所控制的設備輸出命令以及各項數(shù)據(jù)的實時采集。在通信線路整體穩(wěn)定、操作無誤的情況下，SCADA系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)庫會對任何時間設備的真實狀態(tài)進行圖象保存。此外，SCADA系統(tǒng)還可以對更低級別數(shù)據(jù)庫進行定義、取樣比率和信息的存取。而SLGMS圖形工具則充當人類工程學與人之間可理解的中間階層，在控制系統(tǒng)和用戶之間進行信息和命令的交換、傳輸。

StationMaster Plus應用單元處理的數(shù)據(jù)可以被TCP-服務器直接接收，并通過TCP-服務器的圖形模塊系統(tǒng)顯示出來。在StationMaster Plus處理數(shù)據(jù)的過程中，系統(tǒng)會自動記錄輸入的數(shù)據(jù)與列表當中，而demon模塊負責系統(tǒng)所有的輸入事件，它會檢查傳輸時間表上自動執(zhí)行的項目與是否會受到影響，并進行先關的提示。StationMaster Plus應用單元的自動控制模塊則可以同時向音頻matrix、天線控制系統(tǒng)以及發(fā)射機等發(fā)送其需要執(zhí)行的命令。圖形模型系統(tǒng)具有顯示信息和獲得鼠標點擊、其運動軌跡以及鍵盤輸入信息的功能。它獲取的全部數(shù)據(jù)都將送到StationMaster Plus核查并儲存，其出現(xiàn)的錯誤操作在核查后都將被排除。StationMaster應用單元和圖形模型系統(tǒng)均獨立于其相應的操作系統(tǒng)，當計算機平臺或操作系統(tǒng)發(fā)生變化時，這兩者可以對其投入資本提供一定的保護。RTU程序同樣屬于一個獨立的計算機系統(tǒng)程序，它有唯一的程序接口，自帶的各種軟件包在應用于不同的系統(tǒng)時，會依據(jù)自身的思想模式在一定程度上擴展或改變系統(tǒng)功能。RTU程序的應用使控制系統(tǒng)的遠程操作功能增強，而且可以利用它接受并處理一些被處理過的數(shù)據(jù)。此外，RTU程序還有助于系統(tǒng)低級別具備一致性，使天線控制系統(tǒng)、發(fā)射機和綜合報告能夠合并于一個控制系統(tǒng)中，并以較為簡單基本的函數(shù)形式顯示出來，有助于操作人員的辨識。RTU程序的程序控制和數(shù)據(jù)采集的基礎是具備自動控制功能，并被MicroLogix1000邏輯程序控制的遠程終端單元。此外，這個遠程終端的SI為系列接口，BO為二進制輸出，BI為二進制輸入。

4 結(jié)語

基于PLC的大功率短波轉(zhuǎn)動天線遠程控制系統(tǒng)是最新的遠程控制應用系統(tǒng)，它極大地改善了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的操作和運行模式，并在一定程度上減輕了操作人員的工作負擔，降低了由于人為操作產(chǎn)生的故障和事故。在此技術在我國應用后，其高效穩(wěn)定的自動化控制方式使操作人員的工作效率得到了較大的提升，促進了廣播、電臺等行業(yè)領域的發(fā)展。對其設計的研究探討有助于對其的學習和應用，使我國遠程控制系統(tǒng)的建設得以繼續(xù)進步發(fā)展，為其在進一步的發(fā)展和應用奠定了理論和技術基礎。

參考文獻

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[4] 周厚福.基于PLC和組態(tài)軟件的轉(zhuǎn)動天線控制系統(tǒng)[J].信息與電腦（理論版），2011（08）：31-32.