基于OPC通信的发射机运行状态监控系统的设计与实现

□ 李纪涛

一、前言

近年来，随着我国智能化技术和网络技术的不断进步和成熟发展，广电技术领域的智能化及互联网技术水平也在不断提高，智慧广电、互联网+电台也已逐渐成为该行业技术领域专家的研究热点和主要议题。因此，为了顺应智能科技的发展潮流，更为了进一步提高电台发射机安全播音的技术保障水平，提高电台的智能化技术水平势在必行。电台的所有工作都是以发射机安全播音为中心，为了确保发射机安全播音任务的完成，需要及时发现发射机的不良运行状态，以尽早排除隐患，避免发射机因出现故障而停播。为此，就需要对发射机的运行状态进行实时监控。目前，很多电台对发射机运行状态的监控采取的是人工定时巡视查看并结合靠有线数据传输的监控系统，人工巡视不能做到实时监控且容易有遗漏部位，靠有线数据传输的监控系统传输因信号线多、走线长而不便布线和走线，更不便后期的维护和扩展，且随着投入使用年限的增加，信号线表皮出现老化趋势，连接处也易接触不良而导致信号传递中断，时常导致监控系统不能持续稳定可靠地对发射机进行有效监控。所以，为了进一步解决目前的这些弊端和问题，本文提出了一种基于PLC技术和OPC通信的发射机运行状态无线监控系统的设计，通过该系统可以更加持续有效地对发射机运行状态的重要数据进行远程显示和监控，并具有对数据存储、处理、查询、异常状态数据报警的功能。

二、系统的总体设计

所设计的监控系统采用目前较为成熟稳定的三级网络控制系统结构，第一级主要由上位机和无线传输设备组成，负责数据的存储处理和显示；第二级主要由下位机、PLC、无线传输设备等组成；第三级是传感器和所需采集数据信号的现场。第二、三级主要用于数据的现场采集和控制，其总体设计结构如图1所示。在图1中，以工控机为上位机的核心，并在工控机上安装西门子WinCC组态软件作为平台，通过WinCC组态软件设置与无线设备的通信接口，配置OPC组态站点，实现与第二级的PLC和下位机的无线数据传输。为了避免布线的不便、确保后期检修的方便，尤其是避免信号的串干扰和传统网线接线端口容易松动所带来的信号传输不稳定、不准确的问题，在上位机与下位机之间通过无线网桥进行数据的传输。在下位机设置了与PLC控制器相连接的触摸屏，可以显示上位机人机界面上一些主要的数据和操作控制通道，通过该触摸屏也可以实时查看发射机的运行状态数据，并进行相应的操控。

图1 系统总体设计结构图

三、通信及数据结构设计

（一）通信数据的需求

本文以某电台的DX600发射机为研究对象，影响该发射机运行状态的主要数据信息有外电的高/低压、功放电压/电流、射频功率、阻隔功率、阻隔零点、水温水压等，所以需要实时监控这些数据信息，为了日后查询发射机的运行状态历史数据掌握其运行规律信息，也需要记录和存储所监控的数据信息。为了提高发射机的智能化水平，监控系统中还需要对下位机中的传感器设置上下限安全数据信息的报警阈值，当低于正常范围值临界点时就会触发低限报警指示，高于正常范围值临界点时就会触发高限报警指示。为了保护设备安全，触发报警时限可以依据设备情况设置3-5分钟的报警时长，当报警时长超过设定时间后，引发报警的故障未消除，则会触发保护操作，断开或关闭相应的设备。

（二）通信协议的选择

OPC(OLE for Process Control)是自动控制领域用于通信的一个工业技术标准，该技术为类似工控机上的Windows的应用程序和现场设备的数据信息之间建立了联系，且允许多台微机之间交换文档、图形等数据信息，是一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序，使不同厂商的硬件设备或软件系统可以相互进行数据的交换，在本系统的设计中采用了OPC协议进行通讯。

系统的软件设计程序结构如图2所示，可以看出，本系统的核心部分是接口程序，接口程序是上位机中的WinCC和下位机中的PLC进行数据连接的桥梁，它通过PLC OPC Server访问PLC，通过WinCC OPC Server访问WinCC，也可以将处理后的数据信息直接存入数据库。系统的数据信息流程如图3所示，PLC在接收到传感器采集到的发射机运行状态数据信息后经过处理，将处理后的实时数据通过通信接口存入数据库，同时还会把这些数据传送到Wincc，在Wincc组态软件程序中与设定好的发射机非正常工作运行状态数据报警阀值相比较，当触发报警阀值时，就会通过通信接口程序反馈给PLC，执行该报警状态下相对应的动作。

图2 系统软件设计程序结构图

图3 系统数据信息流程图

四、下位机设计

所设计系统的下位机需要满足整个系统对发射机的常规操作控制、实时数据信息的采集、上传实时数据、非正常运行状态报警的功能。下位机的主要硬件部分由市场上性价较高且工业应用较广的西门子S7-300PLC、西门子TP-700触摸屏、传感器、指示灯、蜂鸣器等组成。下位机的软件程序主要是实现对发射机现场的远程常规操控、数据采集、上传数据、故障报警等功能。

五、Wincc程序界面设计

西门子 Wincc（Windows Control Center）是工业控制领域人机视窗控制中心，它是西门子最经典的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性，所以本系统的上位机选用此软件进行系统的功能结构组态，其组态后的主要界面如图4所示。该平台通过通信接口程序实时获取发射机的运行状态数据，并在工控机的人机操控界面上显示出来。通过Wincc组态界面程序可以对下位机所连接的设备控制参数进行编辑和修改，后期如需要扩展一些监控数据窗口和操控通道，也可以通过组态进行修改和完善。最终可以在WinCC中实现对发射机的监控、实时数据查询、故障数据查询、报警显示等功能，能够很好地满足系统对发射机远程实时监控的需求。

图4 Wincc程序界面图

六、结语

本文首先介绍和分析目前发射机运行状态监控的情况，针对所存在的问题，结合当前智能控制技术的发展和应用，提出并设计了一种基于PLC和OPC通信技术的发射机运行状态数据监控系统，采用目前应用较为广泛和成熟稳定的三级控制网络模式，以PLC为系统的整个控制中心，通过工控机的人机界面实时查看发射机的运行状态数据和操控发射机的常规操作，在上位机和下位机之间的通信部分采用了目前技术较为稳定成熟的网线网桥进行无线数据的传输，确保了数据传输的连续和准确性。该系统自运用以来，系统运行稳定、数据传输准确连续，人机操控界面良好，达到了预期的监控目的。通过该系统可以进一步实现对发射机可靠稳定的监控，能够提高发射机的智能化水平，有效降低人工劳动强度，对发射机的安全播出具有重要作用。

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