董浩

摘 要： 結(jié)合RS485和Modbus通信協(xié)議，基于網(wǎng)絡(luò)平臺，采用PLC及數(shù)字溫度采集模塊，對廣播發(fā)射機(jī)房冷凝器室通排風(fēng)系統(tǒng)實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，利用組態(tài)軟件實現(xiàn)直觀的終端監(jiān)控界面，實時的異態(tài)報警和歷史溫度數(shù)據(jù)分析能力，系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和實用性。

關(guān)鍵詞： 發(fā)射機(jī)；冷凝器；PLC；組態(tài)王

隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，以可編程邏輯控制器為核心的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。這種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)同樣適用于對廣播發(fā)射機(jī)房冷凝器室輔助設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。冷凝器是發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，對發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要影響。發(fā)射機(jī)冷凝器的穩(wěn)定運(yùn)行對冷凝器室溫度及冷卻風(fēng)循環(huán)有很高要求。

本文根據(jù)發(fā)射機(jī)房冷凝器室日常維護(hù)需要，設(shè)計并實現(xiàn)了一套發(fā)射機(jī)房冷凝器室通排風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PLC（可編程控制器）、數(shù)字溫度采集模塊、計算機(jī)、串口服務(wù)器等設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)冷凝器室的實時監(jiān)控，告警管理，配置管理，數(shù)據(jù)管理。

一、機(jī)房冷凝器室工作方式

發(fā)射機(jī)房冷凝器室通常分為三個部分，除了放置冷凝器設(shè)備的冷凝器室外，還有沉降室和排風(fēng)室。沉降室內(nèi)安裝進(jìn)風(fēng)百葉窗和除塵裝置，負(fù)責(zé)將室外冷卻風(fēng)送到冷凝器。排風(fēng)室安裝排風(fēng)百葉窗，負(fù)責(zé)將熱風(fēng)排出。在排風(fēng)室和沉降室之間有混風(fēng)百葉窗連接。各百葉窗的開關(guān)可以由電動執(zhí)行器控制開關(guān)。

當(dāng)冷凝器室溫度高了，值班人員打開進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)百葉窗，使室外冷空氣進(jìn)入冷凝器室，此時通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)為外循環(huán)；當(dāng)室溫低了，值班人員關(guān)閉進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)百葉窗，并打開混風(fēng)百葉窗，此時通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)為內(nèi)循環(huán)。同時如果循環(huán)水溫度過低，可在冷凝器易凍壞部位加裝電加熱帶，降低凍壞概率。

機(jī)房每天播出情況復(fù)雜多變，夏天冷凝器室溫度過高時，如果值班人員沒有及時倒換通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)會造成發(fā)射機(jī)高溫保護(hù)；冬天冷凝器室溫度過低時，如果值班人員沒有及時倒換通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)會造成冷凝器凍壞。這兩種情況都會造成較長時間停播。因此，安裝一套監(jiān)測功能全、采集精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、報警靈敏的冷凝器室通排風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤其重要。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件組成如圖所示，其監(jiān)控系統(tǒng)的核心是PLC控制器，溫度采集模塊作為溫度取樣設(shè)備，采用工控機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)視冷凝器室的運(yùn)行狀態(tài)，并對其進(jìn)行管理與控制。

（1）系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)立在和發(fā)射機(jī)房分開的“監(jiān)控室”內(nèi)，方便值班人員操作。在冷凝器室本地使用PLC作為下位機(jī)對設(shè)備狀態(tài)、溫度數(shù)值及通風(fēng)百葉窗等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。形成上位機(jī)、下位機(jī)和傳感器這種分布式系統(tǒng)架構(gòu)，使結(jié)構(gòu)清晰，管理方便，而且易于擴(kuò)展。

在系統(tǒng)通訊方面，一般PLC都支持RS232、RS485等串口通訊，因此在冷凝器室內(nèi)部PLC和溫度采集模塊的通訊可采用1000米內(nèi)穩(wěn)定快速的RS485通訊方式。考慮到從機(jī)房到“監(jiān)控室”的距離較遠(yuǎn)，環(huán)境較惡劣，因此可以通過串口服務(wù)器，將PLC的串口通訊搭建到廣播發(fā)射臺站原有的信息化平臺上，可以用最少的用線量和最低的施工成本實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)不僅子系統(tǒng)接入方便，而且上位機(jī)可以設(shè)置在任意一個網(wǎng)絡(luò)終端，靈活方便。

（2）PLC系統(tǒng)配置

PLC作為系統(tǒng)的下位機(jī)是聯(lián)系冷凝器室監(jiān)控設(shè)備和上位機(jī)的紐帶。PLC應(yīng)用范圍廣泛，因此種類也繁多。本發(fā)系統(tǒng)選擇三菱公司的FX2N系列的PLC。FX2N 是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，本機(jī)自帶內(nèi)置電源、I/O接口和通信擴(kuò)展接口。FX2N不但自身支持多個輸入輸出點，還支持多種擴(kuò)展控制方式，用途多樣化。

本系統(tǒng)PLC的I/O模塊主要承擔(dān)開關(guān)量輸入輸出的作用。輸入開關(guān)量主要包括進(jìn)風(fēng)閥、排風(fēng)閥、混風(fēng)閥的百葉窗執(zhí)行器到位信號，冷凝器風(fēng)機(jī)開關(guān)信號，冷凝器加熱帶開關(guān)信號。同時PLC通過自身的輸出模塊控制冷凝器室各輔助設(shè)備的繼電器開關(guān)，包括各百葉窗和加熱帶的控制。I/O模塊數(shù)量根據(jù)I/O數(shù)據(jù)表統(tǒng)計和實際情況作適當(dāng)調(diào)整，但必須有30%的備用點數(shù)，以便擴(kuò)展。

（3）溫度傳感器的選擇

本系統(tǒng)采用DS18B20型傳感器。DS18B20尺寸微型，耗能低，準(zhǔn)確性高，抗干擾能力強(qiáng)，容易和各種溫度采集處理器搭配，是數(shù)字溫度測量采集系統(tǒng)常用的溫度傳感器。測量的溫度范圍是—55～125℃，測溫誤差0.5℃。其精度較高，可編程分辨率高達(dá)9-12位，和傳統(tǒng)電偶式傳感器的測量精度比起來有了巨大的提高。DS18B20數(shù)字溫度傳感器只有三條簡單的接線端子，有多種封裝如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，可以根據(jù)能用場合的不同而改變其外觀。且DS18B20傳輸線的距離在30m 以內(nèi)都有效，可以滿足冷凝器室所有測溫點的布線。

市面上有較多種適應(yīng)DS18B20的數(shù)字溫度采集模塊，多個DS18B20并聯(lián)在一根總線上與溫度采集模塊連接，采用碼分多址、串行方式進(jìn)行訪問。然后通過RS485 MODBUS協(xié)議通訊，可以實現(xiàn)將溫度模塊采集的數(shù)據(jù)上傳到下位機(jī)PLC中。

三、軟件設(shè)計

系統(tǒng)下位機(jī)編程使用PLC的專用梯形圖語言編寫，主要實現(xiàn)PLC與上位機(jī)和溫度采集模塊的通信、冷凝器室各設(shè)備的狀態(tài)采集、以及輔助設(shè)備的控制等功能。

上位機(jī)的軟件使用組態(tài)軟件實現(xiàn)。組態(tài)軟件是一類專門應(yīng)用于工業(yè)自動控制設(shè)計的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境?？梢詫⒊Ｓ脭?shù)據(jù)采集設(shè)備和設(shè)備控制設(shè)備，通過簡單組網(wǎng)的方式，實現(xiàn)快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)，并自建簡單的工業(yè)控制單元，儀表等軟件開發(fā)工具，實現(xiàn)人機(jī)交互界面的設(shè)計開發(fā)工作。

上圖為上位機(jī)人機(jī)交互頁面的主界面。通過整個軟件的設(shè)計開發(fā)，系統(tǒng)可以通過四個頁面實現(xiàn)如下幾個功能：

（1）實時監(jiān)測頁面

實時監(jiān)測頁面是本系統(tǒng)的主界面，當(dāng)用戶開啟系統(tǒng)軟件后，上位機(jī)顯示直接跳轉(zhuǎn)到實時監(jiān)測頁面，在本頁面中，顯示出一個完整的機(jī)房冷凝器室示意圖。圖中標(biāo)注出各設(shè)備及監(jiān)測點位置和實時狀態(tài)，用戶可以通過可視化界面查看到目前的機(jī)房狀態(tài)，各種環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)。主要包括：冷凝器風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，冷凝器水溫，冷凝器室室溫，百葉窗開關(guān)狀態(tài)，時鐘顯示。

（2）遠(yuǎn)程控制頁面

遠(yuǎn)程控制頁面類似一個操作臺，用戶通過選擇頁面中的按鈕，向PLC發(fā)送指令，PLC再通過輸出模塊控制冷凝器室設(shè)備的開關(guān)。同時，被操作的設(shè)備狀態(tài)在操作臺界面上用指示燈的形式顯示出來。主要包括：手動/自動切換、百葉窗控制，加熱帶控制。

（3）設(shè)定頁面

設(shè)定頁面主要提供一些后臺數(shù)據(jù)的在線配置和修改功能。主要包括系統(tǒng)的自動控制條件設(shè)定和溫度報警的門限值設(shè)定。主要包括：百葉窗開關(guān)設(shè)定，加熱帶開關(guān)設(shè)定，溫度報警門限設(shè)定。

（4）溫度曲線頁面

溫度趨勢曲線頁面主要提供溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及數(shù)據(jù)分析功能。實時溫度趨勢曲線頁面包含兩個溫度曲線圖表：冷凝器水溫實時曲線和冷凝器室室溫實時曲線。歷史溫度趨勢曲線頁面包含一個歷史趨勢曲線圖表，用戶可以根據(jù)圖表下拉菜單，選擇查看系統(tǒng)所有溫度取樣點歷史趨勢曲線。

四、系統(tǒng)設(shè)計中的需要注意的幾個問題

廣播發(fā)射機(jī)房多為大功率發(fā)射機(jī)，工作頻率從幾MHz到幾十MHz，系統(tǒng)實現(xiàn)過程中出現(xiàn)的一些問題大多數(shù)和高頻干擾有關(guān)，以下列舉幾個問題：

（1）設(shè)備布局

對于溫度傳感器的布局，在可以檢測到溫度的前提下，盡量遠(yuǎn)離高功率的高頻器件，如交換開關(guān)、天饋線；下位機(jī)的布局要考慮離網(wǎng)絡(luò)接入端盡可能近些，最好安裝在帶有高頻屏蔽的柜子里。

（2）器件選擇與制作

在系統(tǒng)器件的選擇時，應(yīng)采用高品質(zhì)的器件，但在此系統(tǒng)如此惡劣的環(huán)境中長期使用時，將成為系統(tǒng)的隱患。在處理溫度傳感器時，為了使傳感器更穩(wěn)定長期的工作，我們將傳感器采用高導(dǎo)熱性的鋼制外殼和密封膠進(jìn)行封裝。同時將外殼與總線的屏蔽層接到一起。另外使每個傳感器的引線盡量短，盡量避免高頻干擾。

（3）接地的處理

測量系統(tǒng)對接地有很高的要求，尤其是小信號的測量系統(tǒng)，在使用RS485的總線測量中，一般采用總線屏蔽層單端接地的方法，避免因屏蔽層的封閉回路而造成兩接地點間的電流環(huán)路，干擾正常的測量信號。

五、系統(tǒng)下一步的完善想法

系統(tǒng)目前已投入使用，但在以下幾方面仍可以進(jìn)一步改進(jìn)，使系統(tǒng)更趨于完整和完善。1、加入更多的輔助測量模塊，如電壓、濕度、風(fēng)力，擴(kuò)大監(jiān)測范圍。2、從單一機(jī)房擴(kuò)展到多個機(jī)房，進(jìn)而擴(kuò)展到全臺機(jī)房范圍監(jiān)控。3、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版軟件，方便在各網(wǎng)絡(luò)終端監(jiān)控冷凝器室工作。

六、結(jié)論

系統(tǒng)完成投入運(yùn)行后，在系統(tǒng)穩(wěn)定性和監(jiān)控準(zhǔn)確性方面都得到了很好的體現(xiàn)。通過此系統(tǒng)，值班人員不僅可以實時監(jiān)控機(jī)房冷凝器室運(yùn)行情況，而且在環(huán)境或設(shè)備出現(xiàn)異態(tài)前，系統(tǒng)可以提前報警，給相關(guān)人員留下充足的時間去處理。系統(tǒng)不僅降低了值班人員工作量，而且為安全播出提供了更好的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]海維清，DF100A短波發(fā)射機(jī)冷凝器室通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)設(shè)計，山東工業(yè)技術(shù)

[2]文杰，三菱PLC電氣設(shè)計與編程自學(xué)寶典，中國電力出版社，2015

[3]穆亞輝，組態(tài)王軟件實用技術(shù)，黃河水利出版社，2012

[4]曹金泉，廣播電視發(fā)射臺站自動化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，電子世界.2012（19）