嚴航明

（國家新聞出版廣電總局 八三一臺，浙江　金華　321100）

基于網(wǎng)絡的硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

嚴航明

（國家新聞出版廣電總局 八三一臺，浙江金華321100）

文章對基于網(wǎng)絡的硅膠電加熱膜衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)的設計原理進行了詳細闡述，提出了采用發(fā)熱效率高、壽命長的柔性硅膠發(fā)熱膜作為發(fā)熱體，通過網(wǎng)絡遠程實時監(jiān)控衛(wèi)星天線融雪裝置。該裝置極大地提高了在雨雪冰凍天氣下，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)對抗雪衰的能力，極大地增強了節(jié)目傳輸?shù)陌踩浴?/p>

硅膠加熱膜；衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)；PLC；遠程監(jiān)控

1　概述

衛(wèi)星通信具有覆蓋區(qū)域廣泛、傳輸速率高特點，是廣播、電視、電信等領(lǐng)域不可或缺的傳輸覆蓋手段，在全國乃至全球都有著廣泛的應用。在我國東北地區(qū)，冬季溫度可降至-40℃低溫極端天氣，衛(wèi)星通信天線反射面會覆蓋一層厚度不等的積雪，且長時間難以融化最終導致結(jié)冰。我國南方地區(qū)，也會遭遇特大冰雪災害。產(chǎn)生的雪衰會嚴重影響衛(wèi)星通信質(zhì)量，使信號質(zhì)量降低或通信中斷。一般的人工除雪除冰作業(yè)不僅十分困難和不便，還會有人身傷害的危險；而常規(guī)的熱風機吹掃和電熱絲加熱的除雪除冰方式，不僅功耗大、熱效率低，由于加熱不均勻，也無法保證衛(wèi)星通信的最佳效果。為了確保衛(wèi)星通信的安全，消除冬季冰雪對衛(wèi)星通信傳輸領(lǐng)域造成的危害，我們設計了具有網(wǎng)絡遠程控制和實時數(shù)據(jù)采集功能的衛(wèi)星天線加熱融雪系統(tǒng)。

2　硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能

基于網(wǎng)絡的硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)能夠?qū)崟r全天候監(jiān)測天線周圍環(huán)境狀況，當系統(tǒng)監(jiān)測到天線表面上存在積雪、結(jié)冰現(xiàn)象時，系統(tǒng)能夠快速啟動，使天線面上積雪或薄冰迅速融化，可以通過網(wǎng)絡實時查看衛(wèi)星天線每個區(qū)域溫度和硅膠電加熱膜工作情況。實現(xiàn)主要功能有：

（1）自動識別、檢測雨、雪、寒冷天氣等自然條件，啟動/停止加熱。

（2）支持本地控制方式（Local）和遠程控制方式（TCP/IP），能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制、監(jiān)測運行狀態(tài)。

（3）天線每個加熱扇區(qū)獨立控制、運行，具有過流、過載防護功能。

（4）硅膠發(fā)熱膜上有溫度保護器，當溫度超過設定值（設定值為60℃）時自動斷開。

（5）用戶可設定溫度告警范圍，當溫度超過或者低于設置范圍，會有故障告警。

（6）對于每個衛(wèi)星天線加熱扇區(qū)都有溫度記錄曲線，可以實時查看。

（7）具有簡單人機界面，易于操作、維護和管理。

（8）配電柜要有防電涌裝置系統(tǒng)有防雷擊、過載和錯誤防護功能 。

3　硬件系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)由可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller，PLC）系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，供電系統(tǒng)組成，主要安裝在控制柜和配電柜兩個箱體內(nèi)。在每個衛(wèi)星天線表面分為12個扇區(qū)即30°為一個扇區(qū)，每個扇區(qū)安裝有硅膠加熱膜和PT100鉑熱電阻溫度傳感器，同時在衛(wèi)星天線區(qū)安裝一個雨雪傳感器。

3.1PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)由絕緣型熱電偶輸入單元、開關(guān)量輸入輸出模塊、CPU模塊、電源模塊、IO接口單元、現(xiàn)場控制觸摸屏、溫度傳感器、雨雪傳感器組成。PLC控制系統(tǒng)通過溫度傳感器和雨雪傳感器傳送的信號，進行自動加熱控制，可以通過上位機界面或者現(xiàn)場觸摸屏界面進行參數(shù)設置和手動控制。

3.2供電系統(tǒng)

整個供電系統(tǒng)采用AC 3P 380V±10%，50Hz±5%（五線制）為工作電壓。每個衛(wèi)星天線加熱區(qū)域分為12區(qū)，每30°為一區(qū)，通過AC 3P 380V的每一相為每個衛(wèi)星天線的4個區(qū)加熱，12區(qū)剛好分為3組，從而達到負載均衡。每個衛(wèi)星天線的加熱額定功率可以達到3.7m天線功率>16.8kW；4.5m天線功率 > 23kW。同時專用24V開關(guān)電源為溫度傳感器、雨雪傳感器、現(xiàn)場觸摸屏供電。

3.3衛(wèi)星天線加熱體

衛(wèi)星天線采用硅橡膠加熱膜作為加熱體，具有很好的柔軟性，可以與被加熱物體完全緊密接觸，能夠讓熱量傳遞到任何所需的地方。硅橡膠發(fā)熱膜很薄，份量輕盈兼有靈活性，有熱傳遞作用，改善熱傳遞，加速升溫和減少功率需要，效率高的特點。同時在硅橡膠發(fā)熱膜背面貼有橡塑保溫海綿（B1級），作為保溫材料，兼具絕緣和密封的作用。還在保溫海綿后面安裝有鋁合金面板，在每個面板縫隙間涂上防水膠水可以起到防水密封的作用。加熱系統(tǒng)的使用壽命大于3年，防護等級符合EN-IP54標準，絕緣性能達到擊穿電壓20～50kV/mm2。加熱體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　加熱體架構(gòu)

4　軟件設計

上位機人機界面和現(xiàn)場觸摸屏人機界面通過FINS通訊協(xié)議與歐姆龍PLC系統(tǒng)進行通訊，可以查看每個衛(wèi)星天線每個區(qū)域的溫度，工作狀態(tài)；也可以進行參數(shù)設置和手動控制。

4.1現(xiàn)場觸摸屏人機界面的設計

首先，可以通過現(xiàn)場觸摸屏界面對加熱啟動溫度（設置溫度）進行參設置（通過上位機界面也可設置），當實際溫度低于設置溫度時，PLC輸出控制信號使加熱片工作，當溫度高于設置溫度5℃后，PLC無輸出控制信號使加熱片停止工作。從而使衛(wèi)星天線表面溫度保持在“設置溫度+5℃”的范圍內(nèi)。當自動控制有故障時，可以切到手動控制模式。當在手動控制模式時是直接加熱與設置溫度無關(guān)，因此加熱完畢后要手動關(guān)閉加熱?，F(xiàn)場觸摸屏界面，可以對每個衛(wèi)星天

線區(qū)域溫度，設置溫度，工作狀態(tài)，控制狀態(tài)都有實時的顯示，便于實際維護、故障處理時查看和臨時控制。

4.2上位機人機界面設計

上位機軟件系統(tǒng)由加熱控制監(jiān)視系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，共由兩套軟件組成。

（1）加熱控制監(jiān)視模塊負責硬件信息采集、數(shù)據(jù)存儲、硬件設置等功能。當PLC通訊中斷時主界面會有告警提示，通訊正常時會有每個衛(wèi)星天線區(qū)域溫度顯示，溫度會以不同顏色顯示（溫度從低變高時顏色從冷綠色逐漸變熱紅色），以提示操作人員注意。自動加熱狀態(tài)下，加熱片會在檢測到有雨雪冰凍時，當溫度低于預設的溫度下限時自動加熱，并保持在預置溫度+5℃的溫度范圍。手動加熱模式是直接強制進入加熱狀態(tài)。

（2）歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。本模塊主要用于對檢測的歷史溫度進行查詢，用戶可以選擇查看每個衛(wèi)星天線每個區(qū)域，以選擇時間開始后的24h內(nèi)數(shù)據(jù)，每個衛(wèi)星天線共12條曲線，用戶可將鼠標放入圖表區(qū)內(nèi)，滾動滾輪進入放大縮小查看更多細節(jié)。

5　結(jié)語

衛(wèi)星天線硅膠加熱膜融雪系統(tǒng)的應用，極大地提高了在雨雪冰凍天氣災害下，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)對抗雪衰的能力，極大地提高了節(jié)目傳輸?shù)陌踩院途W(wǎng)絡安全性，降低雪衰造成的停播概率，有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。真正實現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保、實用。

［1］李文科.基于網(wǎng)絡的電加熱道融雪系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.成都：西南交通大學，2011.

Design and implementation of silicone membrane electric heating system based on snowmelt

Yan Hangming
（831 Station of State Press and Publication Administration of Film， Radio and Television， Jinhua 321100， China）

In this paper， the design principles of network-based silicone membrane electric heating satellite antenna snowmelt system was elaborated， it proposed the use of high heat effciency， energy saving， long life， fexible silicone rubber heating flm as a heat generator，you can monitor real-time satellite antenna means snowthrough the network. This device greatly improved in the freezing rain and snow weather disasters， satellite transmission systems ability to fght bad snow， which greatly improves the security program transmission.

silicone rubber heating flm； satellite antenna snow melting system； PLC； remote control

嚴航明（1977— ），男，浙江龍游，本科，副主任，高級工程師；研究方向：自動化控制。