发射机冷凝器室通排风监控系统的设计与实现

董浩

摘 要： 结合RS485和Modbus通信协议，基于网络平台，采用PLC及数字温度采集模块，对广播发射机房冷凝器室通排风系统实现实时远程监测与控制，利用组态软件实现直观的终端监控界面，實时的异态报警和历史温度数据分析能力，系统具有很高的稳定性和实用性。

关键词： 发射机；冷凝器；PLC；组态王

随着计算机技术、通信技术、自动控制技术的发展，以可编程逻辑控制器为核心的远程监控系统在各个领域中得到广泛的应用。这种远程监控系统同样适用于对广播发射机房冷凝器室辅助设备的远程控制。冷凝器是发射机冷却系统的重要组成部分，对发射机的稳定运行有重要影响。发射机冷凝器的稳定运行对冷凝器室温度及冷却风循环有很高要求。

本文根据发射机房冷凝器室日常维护需要，设计并实现了一套发射机房冷凝器室通排风监控系统。该系统由PLC（可编程控制器）、数字温度采集模块、计算机、串口服务器等设备构成，实现了发射机冷凝器室的实时监控，告警管理，配置管理，数据管理。

一、机房冷凝器室工作方式

发射机房冷凝器室通常分为三个部分，除了放置冷凝器设备的冷凝器室外，还有沉降室和排风室。沉降室内安装进风百叶窗和除尘装置，负责将室外冷却风送到冷凝器。排风室安装排风百叶窗，负责将热风排出。在排风室和沉降室之间有混风百叶窗连接。各百叶窗的开关可以由电动执行器控制开关。

当冷凝器室温度高了，值班人员打开进风和排风百叶窗，使室外冷空气进入冷凝器室，此时通风循环系统为外循环；当室温低了，值班人员关闭进风和排风百叶窗，并打开混风百叶窗，此时通风循环系统为内循环。同时如果循环水温度过低，可在冷凝器易冻坏部位加装电加热带，降低冻坏概率。

机房每天播出情况复杂多变，夏天冷凝器室温度过高时，如果值班人员没有及时倒换通风循环系统会造成发射机高温保护；冬天冷凝器室温度过低时，如果值班人员没有及时倒换通风循环系统会造成冷凝器冻坏。这两种情况都会造成较长时间停播。因此，安装一套监测功能全、采集精度高、运行稳定、报警灵敏的冷凝器室通排风监控系统显得尤其重要。

二、系统硬件设计

系统硬件组成如图所示，其监控系统的核心是PLC控制器，温度采集模块作为温度取样设备，采用工控机作为上位机监视冷凝器室的运行状态，并对其进行管理与控制。

（1）系统架构

系统的上位机设立在和发射机房分开的“监控室”内，方便值班人员操作。在冷凝器室本地使用PLC作为下位机对设备状态、温度数值及通风百叶窗等状态进行监控。形成上位机、下位机和传感器这种分布式系统架构，使结构清晰，管理方便，而且易于扩展。

在系统通讯方面，一般PLC都支持RS232、RS485等串口通讯，因此在冷凝器室内部PLC和温度采集模块的通讯可采用1000米内稳定快速的RS485通讯方式。考虑到从机房到“监控室”的距离较远，环境较恶劣，因此可以通过串口服务器，将PLC的串口通讯搭建到广播发射台站原有的信息化平台上，可以用最少的用线量和最低的施工成本实现上位机与下位机之间的数据传输，利用网络传输数据不仅子系统接入方便，而且上位机可以设置在任意一个网络终端，灵活方便。

（2）PLC系统配置

PLC作为系统的下位机是联系冷凝器室监控设备和上位机的纽带。PLC应用范围广泛，因此种类也繁多。本发系统选择三菱公司的FX2N系列的PLC。FX2N 是FX系列PLC家族中最先进的系列，本机自带内置电源、I/O接口和通信扩展接口。FX2N不但自身支持多个输入输出点，还支持多种扩展控制方式，用途多样化。

本系统PLC的I/O模块主要承担开关量输入输出的作用。输入开关量主要包括进风阀、排风阀、混风阀的百叶窗执行器到位信号，冷凝器风机开关信号，冷凝器加热带开关信号。同时PLC通过自身的输出模块控制冷凝器室各辅助设备的继电器开关，包括各百叶窗和加热带的控制。I/O模块数量根据I/O数据表统计和实际情况作适当调整，但必须有30%的备用点数，以便扩展。

（3）温度传感器的选择

本系统采用DS18B20型传感器。DS18B20尺寸微型，耗能低，准确性高，抗干扰能力强，容易和各种温度采集处理器搭配，是数字温度测量采集系统常用的温度传感器。测量的温度范围是—55～125℃，测温误差0.5℃。其精度较高，可编程分辨率高达9-12位，和传统电偶式传感器的测量精度比起来有了巨大的提高。DS18B20数字温度传感器只有三条简单的接线端子，有多种封装如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，可以根据能用场合的不同而改变其外观。且DS18B20传输线的距离在30m 以内都有效，可以满足冷凝器室所有测温点的布线。

市面上有较多种适应DS18B20的数字温度采集模块，多个DS18B20并联在一根总线上与温度采集模块连接，采用码分多址、串行方式进行访问。然后通过RS485 MODBUS协议通讯，可以实现将温度模块采集的数据上传到下位机PLC中。

三、软件设计

系统下位机编程使用PLC的专用梯形图语言编写，主要实现PLC与上位机和温度采集模块的通信、冷凝器室各设备的状态采集、以及辅助设备的控制等功能。

上位机的软件使用组态软件实现。组态软件是一类专门应用于工业自动控制设计的软件平台和开发环境。可以将常用数据采集设备和设备控制设备，通过简单组网的方式，实现快速构建工业自动控制系统，并自建简单的工业控制单元，仪表等软件开发工具，实现人机交互界面的设计开发工作。

上图为上位机人机交互页面的主界面。通过整个软件的设计开发，系统可以通过四个页面实现如下几个功能：

（1）实时监测页面

实时监测页面是本系统的主界面，当用户开启系统软件后，上位机显示直接跳转到实时监测页面，在本页面中，显示出一个完整的机房冷凝器室示意图。图中标注出各设备及监测点位置和实时状态，用户可以通过可视化界面查看到目前的机房状态，各种环境数据和设备状态。主要包括：冷凝器风机运转，冷凝器水温，冷凝器室室温，百叶窗开关状态，时钟显示。

（2）远程控制页面

远程控制页面类似一个操作台，用户通过选择页面中的按钮，向PLC发送指令，PLC再通过输出模块控制冷凝器室设备的开关。同时，被操作的设备状态在操作台界面上用指示灯的形式显示出来。主要包括：手动/自动切换、百叶窗控制，加热带控制。

（3）设定页面

设定页面主要提供一些后台数据的在线配置和修改功能。主要包括系统的自动控制条件设定和温度报警的门限值设定。主要包括：百叶窗开关设定，加热带开关设定，温度报警门限设定。

（4）温度曲线页面

温度趋势曲线页面主要提供温度数据统计以及数据分析功能。实时温度趋势曲线页面包含两个温度曲线图表：冷凝器水温实时曲线和冷凝器室室温实时曲线。历史温度趋势曲线页面包含一个历史趋势曲线图表，用户可以根据图表下拉菜单，选择查看系统所有温度取样点历史趋势曲线。

四、系统设计中的需要注意的几个问题

广播发射机房多为大功率发射机，工作频率从几MHz到几十MHz，系统实现过程中出现的一些问题大多数和高频干扰有关，以下列举几个问题：

（1）设备布局

对于温度传感器的布局，在可以检测到温度的前提下，尽量远离高功率的高頻器件，如交换开关、天馈线；下位机的布局要考虑离网络接入端尽可能近些，最好安装在带有高频屏蔽的柜子里。

（2）器件选择与制作

在系统器件的选择时，应采用高品质的器件，但在此系统如此恶劣的环境中长期使用时，将成为系统的隐患。在处理温度传感器时，为了使传感器更稳定长期的工作，我们将传感器采用高导热性的钢制外壳和密封胶进行封装。同时将外壳与总线的屏蔽层接到一起。另外使每个传感器的引线尽量短，尽量避免高频干扰。

（3）接地的处理

测量系统对接地有很高的要求，尤其是小信号的测量系统，在使用RS485的总线测量中，一般采用总线屏蔽层单端接地的方法，避免因屏蔽层的封闭回路而造成两接地点间的电流环路，干扰正常的测量信号。

五、系统下一步的完善想法

系统目前已投入使用，但在以下几方面仍可以进一步改进，使系统更趋于完整和完善。1、加入更多的辅助测量模块，如电压、湿度、风力，扩大监测范围。2、从单一机房扩展到多个机房，进而扩展到全台机房范围监控。3、开发网络版软件，方便在各网络终端监控冷凝器室工作。

六、结论

系统完成投入运行后，在系统稳定性和监控准确性方面都得到了很好的体现。通过此系统，值班人员不仅可以实时监控机房冷凝器室运行情况，而且在环境或设备出现异态前，系统可以提前报警，给相关人员留下充足的时间去处理。系统不仅降低了值班人员工作量，而且为安全播出提供了更好的保障。

参考文献

[1]海维清，DF100A短波发射机冷凝器室通风循环系统的自动化系统设计，山东工业技术

[2]文杰，三菱PLC电气设计与编程自学宝典，中国电力出版社，2015

[3]穆亚辉，组态王软件实用技术，黄河水利出版社，2012

[4]曹金泉，广播电视发射台站自动化监控系统建设，电子世界.2012（19）