大功率短波发射机房环境自动控制系统的设计

郭大川

（作者单位：国家新闻出版广电总局七二四台）



大功率短波发射机房环境自动控制系统的设计

郭大川

（作者单位：国家新闻出版广电总局七二四台）

摘 要：本文介绍了大功率短波发射机房环境自动控制系统的设计方法，详细阐述了该系统的硬件结构、软件设计以及抗干扰措施。该系统已投入运行，软、硬件均经过严格的负荷试验，稳定性高，确保对设备精确、无误操作。

关键词：PLC；短波发射机；自动控制

随着科学技术的飞速发展，信息技术与自动化技术在各行各业已经普遍使用，大功率短波发射机本身也已实现高度自动控制。为了提高大功率短波发射机房的自动化水平，急需对现有环境控制系统实施自动化改造，为最终实现“有人留守、无人值班”的工作模式打好基础。所以，对发射机房环境控制系统实现自动化的思考势在必行。

本系统综合利用PLC技术、组态王技术、高精度数据采样和处理技术，通过对发射机和机房环境进行自动监控，可取代人工操作，实现对设备的精准控制，保证大功率短波发射机安全、高效地运行。

2 系统架构设计

本系统由上位机、下位机（PLC）及附属硬件电路3部分组成。上位机远程读取并处理下位机现场数据，完成对设备运行状态的实时监测、故障报警、日志记录与历史数据查询等功能。同时，负责向下位机发送系统控制指令。用户可以在上位机进行系统管理、参数设置、模式切换等操作。下位机负责对现场数据进行采集（如水温、水压、室温和开关量等），并对控制对象（如冷凝器风机、室内（室外）风阀电机、水洗风机/水泵等）进行半/自动控制，同时负责向上位机传送设备运行状态数据。自动化改造中保留了原有手动现场控制功能，自动/手动模式可切换。采用手动模式时，使PLC自动控制失效。系统结构见图1。

图1 系统结构

3 上位机系统设计

上位机监控系统采用组态王Kingview6.55编程，该软件提供了良好的人机交互界面。以动画形式实时显示设备运行状态，提供了功能强大，方便易用的报警窗口、实时趋势曲线、报表和图库系统等。拥有丰富的设备驱动程序和灵活的数据链接功能。该软件将所有下位机分别看作不同的外部设备。运行过程中，该软件通过驱动程序与外部设备交换数据。工作人员在上位机界面进行操作时，直接发出控制指令，PLC接到指令信号后，控制相应继电器动作，进而驱动被控设备。同时，PLC将接收到的操作完成信号和实时运行状态信号送到上位机系统显示。数据库使用SQLServer 2000。上位机监控系统主要完成对系统运行状态的监测及半自动/自动控制。主要功能如下。

3.1 监控功能

上位机监控系统分为半自动/自动两种控制模式进行监控，可点击切换按钮在两种模式下进行切换。自动控制状态下，由下位机（PLC）进行控制；同时，向上位机提供监测数据。半自动控制时，可通过点击相应设备开关来进行操作。监控界面见图2。

3.2 报警功能

当采集数据与设置的报警阈值相符合，即系统运行不正常时，系统会通过屏幕显示报警和本地语音报警发出告警信号，提示用户进行人为干预。

3.3 报表统汁和查询功能

系统能按预先规定的格式和内容，定时进行日、月、年各种报表的统计处理。工作人员可随时查询实时数据报表和历史数据报表。

图2 监控界面

图3 下位机自动恒温控制流程

3.4 用户管理功能

系统对不同层次和职责的使用人员，分别设置不同的访问操作使用权限，避免未授权的人员随意修改参数设置或者查看。而授权需要进行分级控制，不同级别的用户只能进行自己这个级别内所允许的操作，防止越权操作，保障系统的安全性。

3.5 系统参数设置

用户可以根据设备运行情况及环境参数的变化对相关设置进行修改，以达到设备安全、可靠运行的目的。

4 下位机系统设计

4.1 下位机软件设计

下位机程序使用CX—Programmer 5.0编写。

下位机软件设计主要包括以下3个功能模块，分别是控制模块、故障告警模块、显示模块。各模块功能如下。控制模块：在手动、自动、半自动3种状态下均可实现对室内、室外风阀，卷闸门，水洗风水泵，水洗风风机，轴流风机等的精确控制。故障告警模块：当发生主、备水泵互倒，水位过低，室内、室外风阀开、关超时，卷闸门开关超时等状况，系统发出告警指示。显示模块：将采集到的实时数据准确显示在监控界面。具体包括发射机水温，冷凝器室温湿度，后厅温、湿度，前厅温度，室外温度，室内、室外风阀运行状态，水洗风风机、水泵运行状态，发射机水泵运行状态，轴流风机运行状态，配电室温、湿度，排风机运行状态，PLC时间显示，系统时间显示等。

下位机自动恒温控制流程见图3。

4.2 下位机硬件设计

考虑到本系统工作在大功率、强磁场的环境下，对于硬件选型和设备安装要求很高。为了减小强磁场对设备正常运行带来的干扰影响，在实现系统功能的同时，要根据相关知识及实验结果在线路的电气设计、线路敷设、接地设计、器件安装等方面优选出最佳方案。下位机硬件选型见表1。下位机硬件结构见图4。

图4 下位机硬件结构

表1 下位机硬件选型

5 抗干扰措施

由于短波发射机房处于高频环境，本系统调试及试运行期间，信号的干扰问题尤为突出，通过分析解决，已经正常运行，现将采取的抗干扰措施总结如下。

5.1 开关量抗干扰措施

上/下位机采用RJ45网络通讯方式，数字信号抗干扰能力强。使用带隔离、抗干扰能力强的PLC数据采集模块并将其置于屏蔽机箱内。对现场数据就近采集并做数字化处理，在远程实施控制的“分布式采集-集中控制”模式。

5.2 模拟量抗干扰措施

采样数据中发射机冷却系统温度数据干扰最为严重，通过示波器可以看出有明显的高频干扰。通过使用带屏蔽层双芯线缆，屏蔽层与地连接。并且在PLC模块端和取样端分别加装高频滤波器及幅度滤波器后正常。

对发射机冷却系统水位传感器所在的水箱外壳用宽铜皮进行高频接地，彻底解决水位传感器被干扰严重的问题。

5.3 电源抗干扰措施

PLC和24VDC开关电源来自大型UPS供电，有效排除来自电源的干扰。从模块端到取样端直接用双芯屏蔽线连接，观察数据，效果良好，干扰明显减少。

对于长距离供电线路，其中寄生的射频干扰不能忽视。通过设计合理的供电电路，尽量缩短线缆，有效降低了干扰的存在。

6 总结

本系统将网络技术、PLC技术、组态王技术进行有效结合，实现了环境控制系统的自动运行。与传统控制方式相比较，本系统解决了在恶劣天气条件下温差变化较大和人为操作失误而造成的停播事故，为发射机稳定运行提供了最佳工作环境。自2015年6月投入运行以来，系统安全可靠，无重大故障记录，基本达到了预期目标。