DX600发射机自动化系统设计与实现

顾占柱

（国家新闻出版广电总局五五四台，河南郑州 450100）

DX600发射机自动化系统设计与实现

顾占柱

（国家新闻出版广电总局五五四台，河南郑州 450100）

DX发射机是美国哈里斯（Harris Broadcast Division）公司生产的全固态数字调幅中波发射机，它采用哈里斯公司拥有专利的数字幅度调制技术，技术先进，运行稳定。五五四台DX-600水冷式中波发射机还没有达到“有人留守，无人值班”自动化管理模式，值班员仍然靠手动进行开/关机和升/降功率操作，劳动强度较大，容易造成人为停播、多播责任性事故。为解决这个问题，基于DX-600全固态水冷式数字调幅中波发射机等设备，实现DX-600中波发射机自动控制，系统设计思想从实际应用出发，力求安全可靠、维护简便，采用PLC实现对发射机自动控制和数据采集及监测，符合DX-600中波发射机自动化要求，减轻了值机员的劳动强度，杜绝了多播和少播的人为事故发生，降低了发射机停播率，达到了“不间断、高质量、即经济、又安全”的维护总纲和预期改造目的。

DX600发射机；自动化系统；设计

1 DX-600发射机自动化控制设计的基本原则

（1）发挥PLC控制功能，实现DX-600发射机自动化控制要求。（2）力求DX-600发射机自动化控制系统经济、简单，维修方便。（3）保证DX-600发射机自动化控制系统安全可靠。（4）DX-600发射机自动化的发展，在PLCI/O点数和内存容量上适当留有余地。（5）软件设计，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。

2 DX-600发射机自动控制系统设计

图1 DX-600发射机自动化系统结构框图

DX-600发射机自动化系统结构框图如图1，本自动化系统由手动、自动两部分构成，手动和自动部分均在程序中完成。手动部分保留原结构和功能不发生任何变化，其功能主要是在运行图出现临时变动能及时手动控制；自动部分由两个子系统构成——上位机和下位机。为保证自动和手动部分相互独立工作而不受影响，在触摸屏电台控制子菜单中，将遥控改为本地控制，发射机不能进行自动开/关机、切换中/高功率等操作，但节目源自动切换和主/备泵切换以及模拟量采集和处理是正常的；当自动化控制设备出现故障或者是有临时特殊的运行指令要求，通过倒换开关切至手动状态，即切断自动控制电源，甩掉自动化设备，恢复手动操作。图1所示发射机自动化系统结构框图，上位机可以实现报表打印、状态监视、运行设置、人工校时、数据查询、故障报警等功能；UPS（不间断供电）电源给下位机系统供电，保证自动化安全可靠运行；两个PBLED板和电源显示板、单/并机状态、主/备水泵状态通过电平转换板送PLC开关量输入模块，各种模拟量信号通过相应的变送器送到模拟量输入模块。这些信号把处理后的信息通过PLC母板送到送到CPU模块中，PLC对预设的程序通过开关量输出模块发出指令，并通过继电器去控制外设。

3 DX-600发射机自动化控制线路

图2所示自动化控制系统控制连线图，可以看出PLC机柜是一个独立的单元，DX-400中波发射机的PB1、PB2单元LED板和电源显示板上故障指示以及开关机状态、并机/单机切换指示等信号，经过电缆连接到PLC机柜上，经过电平转换板送到PLC上的数字量输入模块进行处理，PLC数字量输出模块通过+ 24V继电器，将开关机控制信号送到TCU机柜TCU接口板J104上，切换备份水泵信号送冷却系统电源控制箱内，节目源控制送节目源切换小盒内。高、低压表值、水温、水压、水流量、水箱水位、节目源信号、功放电压、功放电流、功率、驱动多用表等模拟量经过相应的变送器变换成4-20mA信号，送到PLC模拟量输入模块上，这些PLC模块经过CPU模块控制，CPU模块与工控机相连，传递控制和监测信号。

图2 自动化控制系统控制连线图

4 编程软件设计介绍

DX-6400自动化系统软件主要由上位机监控软件和下位机控制软件组成。

4.1 上位机监控软件

上位机监控系统是在WIN2000操作系统上应用Vsual Basic(简称VB)开发出来的一款适合值班员的软件，VB极大地简化了界面的设计，使程序员可直观地设计应用程序的用户界面，用户在界面上的任何操作都自动被映射到了相应的处理代码上。这样，可以将精力集中在程序功能的实现上，不需像以前那样需要耗费大量的精力为界面编写代码，通过控制其它应用程序中的对象来借用它们的某些功能。该软件适合值班员使用，通过此软件，可使值班员更容易掌握发射机状态、更易发现机器故障。该软件拥有多种外设驱动能力，可直接对各种PLC和控制板卡进行驱动，同时有全面、完整的事物、报警等管理功能。

上位机软件环境：

操作系统：WINDOWS98WINDOWSMEWINDOWS2000及以上版本；编程软件：VISUAL BASIC6.0、ACCESS2000；美绘软件：PHOTOSHOP、ACDSEE2.5、PROTEL98、FREEHAND90；通信协议：XON/OFF握手协议、TCP/IP通信协议；通信链路：上位机通过COM1串口用9芯通信屏蔽线与PLC的R232串口相连来完成上下位机的通信。

（1）数据库建立。用VISUAL BASIC 6.0搭建一个平台，在此平台的基础上，建立以ACCESS2000为后台的数据库，并且数据库具有基本的SQL功能和报表功能以及打印等数据处理功能，可以将报表数据转换成HTML文本还为今后数据的上传建立接口。

（2）软硬件的连接。利用VB6.0中的COMM。

4.2 下位机编程软件

DX-400发射机自动化系统逻辑功能主要是由下位机PLC来完成的，PLC将采集来的信号进行分析计算后再进行逻辑处理，得到的结果分两路输出：一路用来控制继电器的开关状态；一路用来传给上位机进行显示。另外PLC还能接受上位机指令随时改变自己的工作状态来控制发射机的运行，所以说PLC是连接发射机与上位机纽带，是硬件与软件联系的桥梁，是直接控制发射机的执行者，在整个自动化系统中起着举足轻重的作用。

C200HX可使用两种编程器：C200H-PRO27-E和CQM1-PRO01-E。本系统采用编程器是CQM1-PRO01-E，这种编程器带有一根2m长的电缆。软件平台：WINDOW98（第二版）；编程软件：ORMRON公司提供的Controller Programme Tools(CPT)；针对型号：C200HG-43-E型PLC的CPU；通信参数：Band Rate: 9600B/s；Stop Bit:2，Panty:even，Data length:7。通信参数是设定上下位机通信间隔，通信数率、字节宽度参数直接决定着上下位机通信方式。

5 DX-600发射机自动化系统调试

DX-600发射机自动化系统调试是开发过程中的一个重要环节，当系统的软件编程与硬件组装完成后，便可进入系统调试阶段，系统调试的目的是检查用户系统中硬件与软件设计中存在的缺陷和可能出现的不协调问题，以便完善设计，使系统正常工作。

5.1 PLC程序调试

5.1.1 系统现场调试前工作内容

为减少不必要的损失，在通电前进行输入电源的电压检查确认，是否与原理图所要求的电压一致。对于PLC等电气元件要认真的执行这一步骤，避免电源的输入输出反接对元件的损害。启动前检查应遵循以下步骤：（1）检查处理器和I/O模块，确定它们均安装在正确的槽中，且安装牢固。（2）检查输入电源，确保其正确连接到供电上，且系统电源布线合理，并连接到每个I/O机架上。（3）证实连接处理器和每个I/O机架的每根I/O通信电缆是正确的，依据I/O机架地址分配。（4）证实控制器末端的所有I/O导线连接正确且安全连在端子上，此过程包括使用I/O地址分配文件证实每根导线按该文件的指定连至每个端子。（5）证实输出导线存在且正确连接在现场设备末端的端子上。（6）为尽可能安全，清除系统内存中存贮的控制程序，暂时移走EEPROM芯片。（7）用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。（8）将设计好的程序写入PLC后，逐条仔细检查，改正写入时出现的错误。

5.1.2 模拟调试

模拟调试通过用编程软件将输出点强制ON/OFF，观察控制柜内对应的PLC继电器动作是否正常或对应接线端子上输出信号状态是否正确。根据自动化逻辑原理图，逐个检查逻辑点。接通各输入触点，测试检查输入量的变化。为安全考虑，将主电路断开，确认接线无误后，再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。

5.1.3 联机调试

确定程序的总体结构：将系统的程序按工作方式和功能分成若干部份，如：公共程序、手动/自动程序等部份。手动/自动程序是不同时执行的，所以用跳转指令将它们分开，用工作方式的选择信号作为跳转的条件，联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC中。调试先从各功能单元入手，设定输入信号，观察输出信号的变化情况。各功能单元调试完成后，再调试全部程序，调试各部分的接口情况，直到满意为止。在现场测试，需将可编程控制器系统与现场信号隔离，可以切断输入/输出模块的外部电源，以免引起发射机动作。程序调试过程中先发现错误，后进行纠错。基本原则是“集中发现错误，集中纠正错误。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果调试达不到要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，只需要修改程序就可能达到调整的目的。

5.2 自动化系统抗干扰措施

中波发射台由于其自身的工作特点造成电磁干扰的情况比较复杂，自动控制设备在这样的恶略环境下工作势必会出现这样或那样的问题。在硬件设计上，采取多项的抗干扰措施：（1）为保证电网馈电质量，采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。（2）不同类型的信号分别由不同电缆传输，所有电缆全部采用屏蔽电缆。信号电缆按照传输信号种类分层铺设，同电位电缆同编组同铺设。（3）系统采用一点接地，接地线采用截面为22mm2的铜导线，接地总母线使用截面大于60mm2的铜排。实测接地极的接地电阻小于0.2Ω。

6 结论及待改进的建议

本系统于在2008年4月20日顺利投入试运行，自运行以来，系统基本稳定，没有出现过大的问题，有些问题有待于今后不断完善。通过设计安装本系统，锻炼了技术人员，有利于今后的安全播出工作。

上位机和PLC组成的控制方式采用“集中管理，分散控制”两级分布式结构。计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统监控和管理。PLC作为下位机享有单独测控权利，并进行可靠有效分散控制。计算机与PLC通过通信网络实现信息传递和交换。计算机（上位机）用于编程、参数设定和修改，状态数据的在线显示，仅对发射机的升降功率部分控制，对其它的并没有直接参与现场控制，现场控制的执行者是PLC；PLC采用模块化结构，可靠性高，抗干扰能力强，具有完善的自诊断和恢复能力。即使计算机发生故障，PLC亦能按照预设的参数和命令正常工作；用PLC代替传统的继电器控制，节省了大量的中间继电器，时间继电器，控制线路中的各种自锁互锁等保护都可以通过软件来完成。减少线路的复杂程度，体积紧凑，维护方便。另外，方便增加新的功能，使用灵活，所以大大的缩短了改进周期。PLC在运行的过程中，LED显示出工作过程中关键点的各种数据状态，可以帮助用户及时处理故障。

[1]OMROM公司，C200HX/C200HG/C200HE编程手册，1997，1修订.

[2]OMROM公司，C200HX/C200HG/C200HE安装手册，1997，1修订.

[3]涂植英，何均正主编.自动控制原理，重庆大学出版社，1993，8.

[4]陈立元等编，利用Visual Basic实现串行通信技术，清华大学出版社，2000,7.

[5][美]Wayne Freeze著，Visual Basic数据库编程宝典，电子工业出版社，2001.12.

[6][美]Evangelos Petroutsos著，Visual Basic6从入门到精通，电子工业出版社，1999.1.

[7]王卫兵,高俊山等编著.可编程序控制器原理及应用(第二版)机械工业出版社,2001,8.

TU991

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1003-5168(2014)04-0112-03