PLC在天线自动交换控制系统中的应用

巫建江

摘 要 本文简要介绍可编程控制器PLC工作原理，以及PLC在天线自动控制系统运用的可行性和可靠性。针对我台乙机房发射机原互代时因需要人工倒换操作，存在既不安全、又不准确等问题进行了分析;论述了应用PLC技术，对天线交换控制开关进行自动控制改造，使本机房各发射机之间，机房与机房之间的发射机和发射天线实现了互联、互通、互代。

关键词 可编程控制器PLC 发射天线 天线自动交换开关

中图分类号：TP273文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.01.077

Application of PLC in Automatic Antenna Switching Control System

WU Jianjiang

（State Press and Publication Administration of Radio Qiliuyi Station， Yong'an， Fujian 366000）

Abstract This article briefly describes the working principle of PLC programmable logic controller， and PLC in automatic control system uses an antenna feasibility and reliability. B room for my station transmitter when the original cross-generation due to the need for manual switching operation， there are neither safe nor accurate problem analysis; discusses the application of PLC technology， the antenna switching control switch for automatic control transformation， so that the engine room between the transmitter， the transmitter and transmitting antenna between the engine room and the room to achieve the interconnection， interoperability， mutual generations.

Key words programmable logic controller PLC; transmitting antenna; automatic antenna switching

0 引言

我台乙机房装备了多部SW-100FPSM短波发射机和发射天线，配备的天线交换开关控制系统是上世纪末产品。基于当时技术条件，虽然发射机相互代播只要条件许可就可使用其它发射天线，但这一切都必须依靠人工倒换操作。这对于实验工作来说是很不方便的，与其高速发展的信息化、自动化差距甚远。为此，选用高可靠性、抗干扰能力强、实用性能好的可编程控制器PLC，对发射天线交换开关控制系统进行自动化改造，既整合提高了发射机和发射天线资源的使用率，也极大减轻了工作人员劳动强度，促进了安全传输发射任务的完成。在此，笔者简要介绍了PLC可编程序控制器工作原理，讨论了运用PLC技术对发射天线开关交换控制系统改造的可行性，并就PLC在天线自动控制系统改造的实现进行了论述。

1 PLC工作原理

PLC可编程序控制器，英文全称Programmable Logic Controller，它采用的可编程存储器，运用于内部存储程序、逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，通过数字或模拟式输入/输出控制各类机械或生产过程，属于单片机系列，亦可称小型、集成的计算机。PLC工作方式为“顺序扫描、不断循环”，它的每一次扫描过程都是一次对输入信号采样、程序执行和输出信号刷新过程;每一次扫描周期的时长均由内部CPU执行指令的速度、指令本身占有的时间、指令数量决定;在PLC按照顺序循环扫描过程中，当输入端口关闭，程序一旦处于执行阶段，此时输入端即使有新状态，新状态也不能被读入，只有程序进行下一次扫描时新状态才能被读入，既按顺序循环不断地扫描。

1.1PLC组成

PLC控制器主要由CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口等部分组成。在此，着重介绍PLC控制器中的CPU和存储器及输入/输出接口电路。

CPU，中央处理器是将控制器、运算器、寄存器等电路集成在一块芯片上，与I/O接口电路相连接是通过它的地址总线、数据总线。

存储器，分别为系统程序存储器和用户存储器，系统程序存储器用以存放系统程序，由只读存储器、ROM等组成，由厂方设计使用不能更改，断电不消失;用户存储器，由随机存取存储器RAM组成，存储区内容由于用户决定，通常分程序和数据两个存储区。

输入接口电路主要由两个发光二极管和光电三极管组成光电耦合器，通过输入接口电路把开关信号转化成PLC内部的数字信号。工作中，当开关合上时二极管发光，光电三极管在光作用下导通，电路有信号输入;当开关断开时二极管不发光，光电三极管不导通电路无输入信号。

输出接口电路是当内部电路输出数字信号1时，电流流经继电器线圈，继电器常开接点闭合为负载提供导通电流和电压IA;当内部电路输出数字信号0时，继电器线圈则没有电流流过，继电器常开接点断开，负载没有电流和电压IA。既通过输出接口电路把内部数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

1.2 PLC功能

首先，把编程器输入的程序存入到用户程序存储器中;其次，是PLC中的CPU根据系统程序存储器具有的解释编译程序功能，把用户程序翻译成PLC认可的程序，它的过程是当输入状态指示和输入信息从输入接口端输入，CPU先将此信息存入数据存储器中或输入映象寄存器中，再将该数据和程序有机地结合在一起，得出结果再存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，最后经输出接口控制外部驱动器。

1.3 PLC优特点

PLC可编程控制器具有可靠性能高、抗干扰强，通用性能好，控制程序可变，使用方便、功能强大、适应面广;不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还有数/模、输入/输出，功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能;运用方面由于采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，编程简单，便于使用者接受和掌握;由于采用软件取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，因此，具有故障率低以及极强的监视功能;由于高集成模块化等等，具有体积小、重量轻、功耗低、维护方便等诸多有特点。

2 PLC在广播发射台天线交换控制系统的应用

直属各发射台如何充分利用发射机和发射天线资源完成安全传输发射任务。天线交换控制系统的自动化、智能化是不可缺的设备。发射天线交换系统只要实现了自动控制、智能切换，就能够使各机房的发射机，机房与机房之间的发射机实现互联、互通、互代。我台乙机房多部SW-100FPSM短波发射机的天线交换控制系统，原每当机房发射机之间互代都必须依靠人工倒换操作，不但效率低也不安全。应用PLC控制器对天线交换控制系统进行自动化改造，由PLC担任系统主控任务，通过台局域网使全台所有发射机与发射天线实现了互联、互通、互代。

3 天线交换系统存在的问题

我台有多部发射机和多付发射天线，其中乙机房发射机和发射天线是2000年投产的。介于当时诸多原因，天线转换开关是室外型的，经过十几年来风吹、雨淋、日晒，许多地方出现锈蚀;加上实验台频繁倒频、倒天线，天线交换开关触头位置磨损严重，由偏离造成天线开关切换不到位和折断磁棒等故障，再加上产品已十几年了，备品备件不在生产，难以购买，严重影响正常的运行与维护。此外，该机型与另两个发射机房不一样，也没有天线交换通路，再则与本台安装的备机天线交换通路调配的不是很理想，许多频率无法开出。总之，由于种种原因原转换开关不能满足现有自台代播要求。

4 天线交换开关自动控制改造

4.1 改造思路

综上所述，PLC可编程控制器作为工业自动控制所具有的先进性、灵活性，很适应作为发射台天线自动交换控件。为此，我台将PLC作为天线开关自动控制系统的控件核心，将多部发射机的天线交换系统组成一组既可独立，又可互通的天线自动交换系统，将原室外的天线交换开关改造安装到室内，既可有效提高了传输效率，又可降低故障率，大大减轻运维劳动强度。在设计方面在天线控制系统增加了手动操作、电动控制和自动控制三种模式，使本机房不但可以单独控制自己的天线交换控制系统，同时预留天线切换总控功能与备机和其它机房天线交换控制系统具有互代通路;如天线自动交换控制系统通路图1所示。

4.2 硬件系统

根据改造思路如何运用PLC技术，将原天线交换开关控制系统改造成为天线自动交换控制系统。首先是上位机IPC必须为系统提供人机交互界面，必须实现数据存储、打印，对天线交换开关现场数据实时监测和显示功能;其次是OMRON PLC作为下位机必须保证对天线自动交换开关现场的高压证实、动力信号确认、开关到位确认等信号开关量的采集运算;再次是OMRON PLC与IPC通过RS-232C通信提供动态数据画面，通过上位机对OMRON PLC数据的读写进行监控，实现现场数据的采集、传送，按频率运行图控制“动力控制单元”驱动马达，使天线交换开关自动切换到指定位置，实现天线交换开关的自动切换;为了实现以上功能，硬件方面还应具开关控制单元、动力控制单元、手动控制电路、高压证实电路、高压联锁电路、天线开关和故障报警等电路。

4.3 软件系统

根据我台乙机房实际情况，软件系统应用PLC可编程控制器作为天线自动交换控制开关核心控件，由于篇幅有限在此将主要控制操作加以介绍，程序设计等在此不做叙述。

（1）发射机工控机上下位机人机界面程序采用Visual Basic6.0编写。上位机主控功能为：监测和控制天线交换开关实时工作状态，开关切换过程，远程通信以及GPS同步系统时钟等;下位机操作方式与上位机相同，同样可对天线交换开关的切换、工作状态进行实时监控，但必天线交换控制系统须是在“本地控制”的工作模式下。

（2）PLC是系统控制核心，系统逻辑运算、天线开关的切换执行、运行图执行等均在PLC中完成，它的外围电路由继电器、开关电源、UPS电源连线等组成。

（3）系统中上下位机和PLC之间，本机房与其它两个机房天线自动交换控制系统的上、下位机的PLC的通信均由连接网络完成;这部分包括上下位机网卡、PLC网络模块、网线、光通信模块、光缆和交换机等。

4.4 主要菜单操作

图2是乙机房天控系统上位机主界面，界面包括：用户管理、运行时间表、开关操作、通道操作、系统值设定、查看日志、退出等等;每个界面打开后下拉还有子菜单，用户可以根据菜单提示进行各项功能操作。以下对界面主要菜单简要介绍：

用户管理：用户登陆后系统自动进入运行图控制方式，按照设定的发射机频率运行图自动倒换天线开关;修改密码时，必须正确输入用户的原密码，否则将无法修改;添加用户和删除用户为增加或者减少发射机播音而设;当点击“注销”以后，系统的某些菜单将不能操作。

运行时间表：单击“编辑运行时间表”进入后按提示逐项编辑，首先窗口显示一个数据框，按运行图进行选择录入;在数据框中录入如时间00：00等，单击“添加”按钮;“修改”或“删除”时要先选择要修改的数据;全部添加完成后单击“退出”既退出该窗口。

通道操作：点击“通道操作”菜单，系统自动弹出相对应界面，而后在先后点击发射机和天线图标，界面上显示出绿色通道，当确定是任务所需通路后既可点击“确定”，系统即按用户所选通路使相对应天线开关执行切换;当执行“单开关操作”之前，系统必须确认是否在“远程操作”工作模式。根据无线电台管理局的天线交换自动控制系统的协议规范，系统必须有一个阀值，用户在校时时，所输入的时间与当前的时间差，若超过系统设定阀值，系统将拒绝执行本次校时;天线频段阀值设定打开主界面系统值设定菜单既可进入操作。

查看日志：单击日志菜单将显示用户对该系统操作全部详细记录供查询。在“用户名”或“日期”中填入内容，点击“查询”既可按要求查询操作日志;当点击“全部显示”可查看到全部数据;在输入框输入时间，点击“条件删除”即可删除该时间之前所有数据;点击“全部删除”可删除全部数据;当点击“导出数据”可将历史数据导到excel文档中;当双击打开“我的文档”可查询以日期为标题的excel文档，文档中存储着所有历史数据，历史数据的数目条数均可详实显示和提供拷贝。同理当用户单击菜单，系统弹出故障操作日志窗口时，用户可查询本系统执行故障录入的历史记录全过程;在日期框中填入内容，点击“查询”可按照要求内容查询数据库;系统具有数据“我的文档、全部显示、条件删除、全部删除、数据导出、文档拷贝”等功能，用户可根据对话框进行录入、查询、拷贝。

此外，系统控制柜本地部分触摸屏的控制大部分是手动控制，使用手动点击按钮后，系统运行，运行完毕后读取数据完成界面显示，因为系统与PLC读写通信需要一定时间，因此只有当系统完成用户第一项操作后才能执行下一步操作。各项操作流程和功能实现，点击对应的对话框既可执行，由于篇幅所限在此不作一一介绍。

5 结束语

以上是我台乙机房应用PLC技术对天线交换控制开关改造实例。系统投入使用以来，手动和自动操作简便，天线开关倒换既准确无误，又可防误操作。通过该项目改造的应用，既提高发射机的可靠性和稳定性，也为工程技术人员在学习掌握新技术方面，提供了拓展知识和提升专业能力的平台。

参考文献

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[2] 曹煌华.PLC技术在DF-100A型PSM短波发射机中的运用.计算机光盘软件与应用，2011.8.

[3] 沈虹.浅谈PLC在DF-100A100KW短波发射机中的运用.管理与实践，2012.5.

[4] 武晶.浅谈PLC在DF100A型100KW短波发射机中的运用.黑龙江科技信息，2014.26.