PLC基礎(chǔ)上大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

萬(wàn)學(xué)軍

摘要：在我國(guó)廣播傳媒運(yùn)行的初期，使用的是需要人工操作的系統(tǒng)，容易出現(xiàn)故障且維護(hù)困難，屬于分立元件邏輯控制方式?，F(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，這種方式已經(jīng)開始改變，大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開始PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)管理，在PLC基礎(chǔ)上對(duì)大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究將成為其發(fā)展的趨勢(shì)。本文從整個(gè)控制系統(tǒng)的組成和工作原理開始介紹，進(jìn)一步分析了其軟硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與層次。

關(guān)鍵詞：PLC 大功率 短波 轉(zhuǎn)動(dòng)天線 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：TN820 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-00

PLC（Programmable Logic Controller即可編程邏輯控制器）是一種可進(jìn)行編輯的儲(chǔ)存控制器，用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算操作等面向用戶的指令，并能輸入和輸出各類型機(jī)械和生產(chǎn)的過(guò)程?；谒拇蠊β识滩ㄞD(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使我國(guó)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行，以及監(jiān)控機(jī)房的無(wú)人值班、有人留守工作模式。

1 PLC基礎(chǔ)上大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的組成和工作原理

天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要依據(jù)廣播的運(yùn)行圖對(duì)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)和高低頻轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督和控制。在進(jìn)行系統(tǒng)的信號(hào)處理過(guò)程中，主要依據(jù)天線運(yùn)行要求開展，再依據(jù)系統(tǒng)處理信號(hào)的主要特點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體框架的設(shè)計(jì)。而整個(gè)系統(tǒng)是出于短波頻段，采用大功率射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)，在發(fā)射機(jī)房共有5部大功率的短波發(fā)射機(jī)、1套假負(fù)載以及10副短波發(fā)射天線[1]。

大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般以遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)天線和發(fā)射機(jī)實(shí)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中會(huì)按照節(jié)目的運(yùn)行方式，對(duì)指令進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)換天線、變換天線方向、切換天線程式以及換頻等原本的天線與發(fā)射機(jī)之間的本地控制。這兩個(gè)系統(tǒng)之間必須要有連鎖情況，從而使整個(gè)高壓閉合安全系統(tǒng)得以開放其進(jìn)行通信的接口協(xié)議，同時(shí)具備一定的較好的擴(kuò)展性，使其實(shí)現(xiàn)主臺(tái)區(qū)中心監(jiān)控機(jī)房進(jìn)行集成的所有自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其中包括轉(zhuǎn)動(dòng)天線的發(fā)射系統(tǒng)臺(tái)區(qū)的使用的發(fā)射機(jī)、主臺(tái)區(qū)以及天線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)等主要和次要的系統(tǒng)組成在內(nèi)。

系統(tǒng)整體上的組成及結(jié)構(gòu)目標(biāo)是形成兩級(jí)控制：上位機(jī)使用工控機(jī)進(jìn)行控制，主要目的是使上位機(jī)的各項(xiàng)功能得以順利完成，其中包括：編輯整體的節(jié)目運(yùn)行圖、系統(tǒng)節(jié)目狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、遠(yuǎn)程控制的把握、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、進(jìn)行預(yù)警報(bào)警、制作和提交報(bào)表等功能；下位機(jī)基于OMRON的CJ1H-CPU45H的PLC方式，主要負(fù)責(zé)完成高低頻數(shù)據(jù)以及天線角度的采集和控制等功能。

此外，大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)以保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定。這兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)為手動(dòng)控制系統(tǒng)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)；手動(dòng)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)上系統(tǒng)中具有人機(jī)界面的控制按鈕，控制人員通過(guò)對(duì)其的控制操作，使PLC接收到其指令，隨后進(jìn)行高低頻轉(zhuǎn)換以及天線轉(zhuǎn)動(dòng)起停等的自動(dòng)控制；自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制人員通過(guò)對(duì)上位機(jī)的操作可以下載PLC運(yùn)行圖，實(shí)現(xiàn)高低頻轉(zhuǎn)換和天線轉(zhuǎn)動(dòng)起停等的自動(dòng)控制。

2 PLC基礎(chǔ)上大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 PLC硬件設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)動(dòng)天線是電臺(tái)進(jìn)行廣播發(fā)送的基本設(shè)備，它一般均以廣播運(yùn)行圖編輯的要求來(lái)進(jìn)行高低頻段的倒換以及在給定廣播方向的倒轉(zhuǎn)中發(fā)送相關(guān)廣播。整個(gè)系統(tǒng)使用了屬于CJ1H系列的輔助PLC控制，硬件為模塊化的設(shè)計(jì)方式，同時(shí)配合多項(xiàng)控制功能，使基于此PLC控制的系統(tǒng)具有配置相對(duì)靈活、抗干擾能力較強(qiáng)、反應(yīng)迅速的優(yōu)勢(shì)?；诖薖LC控制的系統(tǒng)硬件的配置主要包括以下四個(gè)部分：第一CJ1H-CPU45H系列的PLC為真不改革系統(tǒng)進(jìn)行控制的核心，以此來(lái)進(jìn)行相關(guān)的程序執(zhí)行任務(wù)；第二，通信部分使用CJ1W-SCU2-V1單元硬件配置，以此保持和上位機(jī)進(jìn)行通信；第三，模擬量輸入的部分使用了CJ1W-AD081-V1單元硬件配置，它具有8個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)的范圍，分別是4～20mA 、1～5V、0～10V和-10～10V；第四，模擬量輸出的部分使用CJ1W-AD08C單元硬件配置，它同樣具有8個(gè)信號(hào)點(diǎn)的范圍，并與上述模擬量輸入的部分的信號(hào)點(diǎn)范圍完全相同[2]。

2.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置主要包括以下四部分：發(fā)射機(jī)進(jìn)行本地控制的主體系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境和音頻開關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的終端以及轉(zhuǎn)動(dòng)天線的監(jiān)控系統(tǒng)。其中，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的終端是整個(gè)硬件設(shè)施的監(jiān)控主體，其在中心監(jiān)控機(jī)房即時(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)、室內(nèi)環(huán)境和音頻開關(guān)、轉(zhuǎn)動(dòng)天線等任意選擇自動(dòng)或手動(dòng)的模式進(jìn)行終端控制。同時(shí)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的終端以熱備份冗余的方式進(jìn)行主用和熱備用的工控機(jī)數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集。熱備用工控機(jī)是主用工控機(jī)的備用設(shè)備，在其發(fā)生故障影響使用時(shí)會(huì)被自動(dòng)激活，接管所有自動(dòng)控制并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中備份保存。進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的終端系統(tǒng)使用的上位機(jī)平臺(tái)是工業(yè)級(jí)的工控機(jī)，其一般使用以太網(wǎng)進(jìn)行與發(fā)射機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信連接，并提取其中的重要信息，作為自身進(jìn)行遠(yuǎn)程控制工作的根本依據(jù)。它用8芯光纜（長(zhǎng)約2.5公里）進(jìn)行機(jī)房控制系統(tǒng)的連接，同時(shí)使用光纖分配器和光貓來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接口之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接通信。其中有3對(duì)芯分別與室內(nèi)環(huán)境和音頻開關(guān)的計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)天線、發(fā)射機(jī)進(jìn)行連接，另留一對(duì)芯作為備用[3]。轉(zhuǎn)動(dòng)天線的控制系統(tǒng)硬件使用的是SLC500系列型號(hào)的處理器及其相應(yīng)的模擬和數(shù)據(jù)的傳輸模塊，同時(shí)使用在控制柜前方進(jìn)行安裝的觸摸屏作為人機(jī)交互的操作界面。

3 PLC基礎(chǔ)上大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)動(dòng)天線的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，往往根據(jù)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的操作流程來(lái)對(duì)其進(jìn)行編寫，并形成具有一定規(guī)范的梯形圖，在此過(guò)程中需要先給出數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂返姆峙浔?。?和表2即為為PLC的I/O地址傳輸分配表：

大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的自動(dòng)工作程序通常以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體要求為主要依據(jù)。PLC在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高、低頻開關(guān)角度和位置數(shù)據(jù)的讀取，并將讀取的數(shù)據(jù)和最開始的廣播運(yùn)行圖在高、低頻和角度進(jìn)行比較，當(dāng)PLC讀取的相關(guān)數(shù)據(jù)與廣播運(yùn)行圖在高、低頻位置和角度上的數(shù)據(jù)有差異時(shí)，便可以自動(dòng)對(duì)天線轉(zhuǎn)動(dòng)的差異之處進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的控制。大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)高低頻的選擇過(guò)程是對(duì)處于自動(dòng)控制狀態(tài)下的系統(tǒng)，將PLC實(shí)際的運(yùn)行圖和最初的廣播運(yùn)行圖在天線的角度和高、低頻上進(jìn)行比較，當(dāng)PLC實(shí)際的運(yùn)行圖和廣播運(yùn)行圖有差異時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行高、低頻的切換。如在實(shí)際的運(yùn)行圖處于高頻狀態(tài)，而廣播運(yùn)行圖顯示需要低頻狀態(tài)時(shí)，機(jī)器將自動(dòng)落高壓5秒，隨后在4009.08控制下，高、低頻馬達(dá)重新轉(zhuǎn)到低頻的狀態(tài)，同時(shí)，W29.06會(huì)斷開使馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的天線方位轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)程控制是在天線高、低頻的切換完成后，首先比較實(shí)際運(yùn)行與廣播運(yùn)行圖的角度，并對(duì)其顯示出的差異，以廣播運(yùn)行圖為準(zhǔn)，進(jìn)行天線轉(zhuǎn)動(dòng)控制，同時(shí)控制系統(tǒng)將對(duì)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向進(jìn)行優(yōu)化分析，從而選取最佳轉(zhuǎn)動(dòng)路徑，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)天線角度，使其與廣播運(yùn)行圖的方向一致。

3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般以SCADA、RSView32系統(tǒng)以及RSLogix500的編程語(yǔ)言等工具進(jìn)行軟件的開發(fā)。本地機(jī)房進(jìn)行控制的系統(tǒng)和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的終端間一般采用DF1協(xié)議和串口通訊，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼顧熊德可靠性及其效率。光纖分配器和光貓可以將需要傳達(dá)的信息轉(zhuǎn)成光信號(hào)進(jìn)行傳輸，從而有效地解決由于使用串口協(xié)議傳輸造成的機(jī)房臺(tái)區(qū)和主臺(tái)區(qū)間地電磁干擾和距離過(guò)遠(yuǎn)問題，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?、可靠。這也在一定程度上解決了機(jī)房和中心監(jiān)控機(jī)房間通訊故障的情況，在二者通訊故障時(shí)，機(jī)房的室內(nèi)環(huán)境、天線和發(fā)射機(jī)等自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)均能自主切換成為本地模式繼續(xù)運(yùn)行，從而確保了設(shè)備整體運(yùn)行的安全性和獨(dú)立性[4]。

模塊分級(jí)結(jié)構(gòu)下的控制系統(tǒng)，使自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行逐步設(shè)計(jì)和實(shí)施成為可能。模塊分級(jí)結(jié)構(gòu)均是由最簡(jiǎn)單、原始的數(shù)據(jù)采集模塊單元開始，逐步上升至全臺(tái)的中央自動(dòng)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)，其牢靠的層次性有利于工作人員在進(jìn)行手動(dòng)控制中靈活地應(yīng)用電臺(tái)的實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)系統(tǒng)功能的修改或增減以及系統(tǒng)配置等。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主界面是采用各種方式通過(guò)StationMaster plus系統(tǒng)的HMI對(duì)它進(jìn)行存取。StationMaster Plus系統(tǒng)有兩個(gè)組成部分，分別是級(jí)別較低的基本單元以及StationMaster Plus應(yīng)用單元。一般情況下，多用戶、多任務(wù)的操作系統(tǒng)均屬于低級(jí)別單元，它們用以對(duì)基本的用戶、運(yùn)行程序以及輸入/輸出的操作進(jìn)行基本的控制和管理。而SCADA系統(tǒng)為較高級(jí)別的單元，它負(fù)責(zé)對(duì)其所控制的設(shè)備輸出命令以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。在通信線路整體穩(wěn)定、操作無(wú)誤的情況下，SCADA系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)對(duì)任何時(shí)間設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行圖象保存。此外，SCADA系統(tǒng)還可以對(duì)更低級(jí)別數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定義、取樣比率和信息的存取。而SLGMS圖形工具則充當(dāng)人類工程學(xué)與人之間可理解的中間階層，在控制系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行信息和命令的交換、傳輸。

StationMaster Plus應(yīng)用單元處理的數(shù)據(jù)可以被TCP-服務(wù)器直接接收，并通過(guò)TCP-服務(wù)器的圖形模塊系統(tǒng)顯示出來(lái)。在StationMaster Plus處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄輸入的數(shù)據(jù)與列表當(dāng)中，而demon模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有的輸入事件，它會(huì)檢查傳輸時(shí)間表上自動(dòng)執(zhí)行的項(xiàng)目與是否會(huì)受到影響，并進(jìn)行先關(guān)的提示。StationMaster Plus應(yīng)用單元的自動(dòng)控制模塊則可以同時(shí)向音頻matrix、天線控制系統(tǒng)以及發(fā)射機(jī)等發(fā)送其需要執(zhí)行的命令。圖形模型系統(tǒng)具有顯示信息和獲得鼠標(biāo)點(diǎn)擊、其運(yùn)動(dòng)軌跡以及鍵盤輸入信息的功能。它獲取的全部數(shù)據(jù)都將送到StationMaster Plus核查并儲(chǔ)存，其出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作在核查后都將被排除。StationMaster應(yīng)用單元和圖形模型系統(tǒng)均獨(dú)立于其相應(yīng)的操作系統(tǒng)，當(dāng)計(jì)算機(jī)平臺(tái)或操作系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，這兩者可以對(duì)其投入資本提供一定的保護(hù)。RTU程序同樣屬于一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序，它有唯一的程序接口，自帶的各種軟件包在應(yīng)用于不同的系統(tǒng)時(shí)，會(huì)依據(jù)自身的思想模式在一定程度上擴(kuò)展或改變系統(tǒng)功能。RTU程序的應(yīng)用使控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作功能增強(qiáng)，而且可以利用它接受并處理一些被處理過(guò)的數(shù)據(jù)。此外，RTU程序還有助于系統(tǒng)低級(jí)別具備一致性，使天線控制系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)和綜合報(bào)告能夠合并于一個(gè)控制系統(tǒng)中，并以較為簡(jiǎn)單基本的函數(shù)形式顯示出來(lái)，有助于操作人員的辨識(shí)。RTU程序的程序控制和數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)是具備自動(dòng)控制功能，并被MicroLogix1000邏輯程序控制的遠(yuǎn)程終端單元。此外，這個(gè)遠(yuǎn)程終端的SI為系列接口，BO為二進(jìn)制輸出，BI為二進(jìn)制輸入。

4 結(jié)語(yǔ)

基于PLC的大功率短波轉(zhuǎn)動(dòng)天線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是最新的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用系統(tǒng)，它極大地改善了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的操作和運(yùn)行模式，并在一定程度上減輕了操作人員的工作負(fù)擔(dān)，降低了由于人為操作產(chǎn)生的故障和事故。在此技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用后，其高效穩(wěn)定的自動(dòng)化控制方式使操作人員的工作效率得到了較大的提升，促進(jìn)了廣播、電臺(tái)等行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。對(duì)其設(shè)計(jì)的研究探討有助于對(duì)其的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，使我國(guó)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的建設(shè)得以繼續(xù)進(jìn)步發(fā)展，為其在進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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