基于网络的硅胶电加热膜融雪系统的设计与实现

严航明

（国家新闻出版广电总局 八三一台，浙江　金华　321100）

基于网络的硅胶电加热膜融雪系统的设计与实现

严航明

（国家新闻出版广电总局 八三一台，浙江金华321100）

文章对基于网络的硅胶电加热膜卫星天线融雪系统的设计原理进行了详细阐述，提出了采用发热效率高、寿命长的柔性硅胶发热膜作为发热体，通过网络远程实时监控卫星天线融雪装置。该装置极大地提高了在雨雪冰冻天气下，卫星传输系统对抗雪衰的能力，极大地增强了节目传输的安全性。

硅胶加热膜；卫星天线融雪系统；PLC；远程监控

1　概述

卫星通信具有覆盖区域广泛、传输速率高特点，是广播、电视、电信等领域不可或缺的传输覆盖手段，在全国乃至全球都有着广泛的应用。在我国东北地区，冬季温度可降至-40℃低温极端天气，卫星通信天线反射面会覆盖一层厚度不等的积雪，且长时间难以融化最终导致结冰。我国南方地区，也会遭遇特大冰雪灾害。产生的雪衰会严重影响卫星通信质量，使信号质量降低或通信中断。一般的人工除雪除冰作业不仅十分困难和不便，还会有人身伤害的危险；而常规的热风机吹扫和电热丝加热的除雪除冰方式，不仅功耗大、热效率低，由于加热不均匀，也无法保证卫星通信的最佳效果。为了确保卫星通信的安全，消除冬季冰雪对卫星通信传输领域造成的危害，我们设计了具有网络远程控制和实时数据采集功能的卫星天线加热融雪系统。

2　硅胶电加热膜融雪系统主要实现功能

基于网络的硅胶电加热膜融雪系统能够实时全天候监测天线周围环境状况，当系统监测到天线表面上存在积雪、结冰现象时，系统能够快速启动，使天线面上积雪或薄冰迅速融化，可以通过网络实时查看卫星天线每个区域温度和硅胶电加热膜工作情况。实现主要功能有：

（1）自动识别、检测雨、雪、寒冷天气等自然条件，启动/停止加热。

（2）支持本地控制方式（Local）和远程控制方式（TCP/IP），能够实现远程控制、监测运行状态。

（3）天线每个加热扇区独立控制、运行，具有过流、过载防护功能。

（4）硅胶发热膜上有温度保护器，当温度超过设定值（设定值为60℃）时自动断开。

（5）用户可设定温度告警范围，当温度超过或者低于设置范围，会有故障告警。

（6）对于每个卫星天线加热扇区都有温度记录曲线，可以实时查看。

（7）具有简单人机界面，易于操作、维护和管理。

（8）配电柜要有防电涌装置系统有防雷击、过载和错误防护功能 。

3　硬件系统设计

本系统由可编程逻辑控制（Programmable Logic Controller，PLC）系统和加热系统，供电系统组成，主要安装在控制柜和配电柜两个箱体内。在每个卫星天线表面分为12个扇区即30°为一个扇区，每个扇区安装有硅胶加热膜和PT100铂热电阻温度传感器，同时在卫星天线区安装一个雨雪传感器。

3.1PLC控制系统

PLC控制系统由绝缘型热电偶输入单元、开关量输入输出模块、CPU模块、电源模块、IO接口单元、现场控制触摸屏、温度传感器、雨雪传感器组成。PLC控制系统通过温度传感器和雨雪传感器传送的信号，进行自动加热控制，可以通过上位机界面或者现场触摸屏界面进行参数设置和手动控制。

3.2供电系统

整个供电系统采用AC 3P 380V±10%，50Hz±5%（五线制）为工作电压。每个卫星天线加热区域分为12区，每30°为一区，通过AC 3P 380V的每一相为每个卫星天线的4个区加热，12区刚好分为3组，从而达到负载均衡。每个卫星天线的加热额定功率可以达到3.7m天线功率>16.8kW；4.5m天线功率 > 23kW。同时专用24V开关电源为温度传感器、雨雪传感器、现场触摸屏供电。

3.3卫星天线加热体

卫星天线采用硅橡胶加热膜作为加热体，具有很好的柔软性，可以与被加热物体完全紧密接触，能够让热量传递到任何所需的地方。硅橡胶发热膜很薄，份量轻盈兼有灵活性，有热传递作用，改善热传递，加速升温和减少功率需要，效率高的特点。同时在硅橡胶发热膜背面贴有橡塑保温海绵（B1级），作为保温材料，兼具绝缘和密封的作用。还在保温海绵后面安装有铝合金面板，在每个面板缝隙间涂上防水胶水可以起到防水密封的作用。加热系统的使用寿命大于3年，防护等级符合EN-IP54标准，绝缘性能达到击穿电压20～50kV/mm2。加热体结构如图1所示。

图1　加热体架构

4　软件设计

上位机人机界面和现场触摸屏人机界面通过FINS通讯协议与欧姆龙PLC系统进行通讯，可以查看每个卫星天线每个区域的温度，工作状态；也可以进行参数设置和手动控制。

4.1现场触摸屏人机界面的设计

首先，可以通过现场触摸屏界面对加热启动温度（设置温度）进行参设置（通过上位机界面也可设置），当实际温度低于设置温度时，PLC输出控制信号使加热片工作，当温度高于设置温度5℃后，PLC无输出控制信号使加热片停止工作。从而使卫星天线表面温度保持在“设置温度+5℃”的范围内。当自动控制有故障时，可以切到手动控制模式。当在手动控制模式时是直接加热与设置温度无关，因此加热完毕后要手动关闭加热。现场触摸屏界面，可以对每个卫星天

线区域温度，设置温度，工作状态，控制状态都有实时的显示，便于实际维护、故障处理时查看和临时控制。

4.2上位机人机界面设计

上位机软件系统由加热控制监视系统和历史数据查询系统，共由两套软件组成。

（1）加热控制监视模块负责硬件信息采集、数据存储、硬件设置等功能。当PLC通讯中断时主界面会有告警提示，通讯正常时会有每个卫星天线区域温度显示，温度会以不同颜色显示（温度从低变高时颜色从冷绿色逐渐变热红色），以提示操作人员注意。自动加热状态下，加热片会在检测到有雨雪冰冻时，当温度低于预设的温度下限时自动加热，并保持在预置温度+5℃的温度范围。手动加热模式是直接强制进入加热状态。

（2）历史数据查询模块。本模块主要用于对检测的历史温度进行查询，用户可以选择查看每个卫星天线每个区域，以选择时间开始后的24h内数据，每个卫星天线共12条曲线，用户可将鼠标放入图表区内，滚动滚轮进入放大缩小查看更多细节。

5　结语

卫星天线硅胶加热膜融雪系统的应用，极大地提高了在雨雪冰冻天气灾害下，卫星传输系统对抗雪衰的能力，极大地提高了节目传输的安全性和网络安全性，降低雪衰造成的停播概率，有很好的经济效益和社会效益。真正实现了高效、节能、环保、实用。

［1］李文科.基于网络的电加热道融雪系统的设计与实现［D］.成都：西南交通大学，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

严航明（1977— ），男，浙江龙游，本科，副主任，高级工程师；研究方向：自动化控制。