大功率短波發(fā)射機房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

呂斌

摘要：本文主要介紹了短波發(fā)射機環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，此系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅度減少了人員勞動強度，并提高了發(fā)射機設(shè)備運行穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機房；智能監(jiān)控；PLC

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0155-02

1 前言

隨著現(xiàn)代大功率廣播發(fā)射系統(tǒng)核心設(shè)備的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，形成了分散控制集中管理的運行模式，發(fā)射系統(tǒng)的環(huán)境控制系統(tǒng)的自動化改造也成為迫切需要。近年來，發(fā)射機房都安裝了通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；發(fā)射機冷凝器排風(fēng)設(shè)備也進行了升級改造。所有這些設(shè)備的操作全部依賴值班人員手動完成，僅僅依靠人工控制的方法不但人力成本高，更關(guān)鍵的是還會因為人為失誤造成重大事故，為了解決這一問題，我們研發(fā)了機房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2 基礎(chǔ)設(shè)施介紹

發(fā)射機房分為前后2個大廳；前廳為控制區(qū)，后廳為設(shè)備區(qū)；共有6部大功率短波發(fā)射機；2部大功率水洗風(fēng)設(shè)備；設(shè)有2個冷凝器室，分別裝有3部風(fēng)冷式冷凝器。6部冷凝器為發(fā)射機冷卻散熱，并分別裝有排風(fēng)閥和回風(fēng)閥，2部蒸發(fā)式空調(diào)機組，為整個后廳提供進風(fēng)。發(fā)射機房的前后廳之間裝有3臺軸流風(fēng)機進行空氣交換。

發(fā)射機房環(huán)境涉及的設(shè)備多，且控制分散，需要控制的設(shè)備主要有：

（1）2部蒸發(fā)式空調(diào)機組，1部排風(fēng)機。（2）6部冷凝器的排風(fēng)閥和回風(fēng)閥。（3）2間冷凝器室的進風(fēng)卷簾門。（4）前后廳進行空氣交換的3部軸流風(fēng)機。

3 設(shè)計方案

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

3.1.1 環(huán)境溫濕度、設(shè)備運行狀態(tài)等實時采集監(jiān)控功能

（1）對室外、發(fā)射機房前、后廳、冷凝器室等環(huán)境溫/濕度進行采集。（2）對發(fā)射機冷卻系統(tǒng)各個關(guān)鍵器件和節(jié)點的運行狀態(tài)進行采集。（3）對發(fā)射機的入水溫度進行采集。

3.1.2 發(fā)射機房環(huán)境溫度自動控制調(diào)節(jié)功能

系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫濕度的實時變化自動控制機房環(huán)境動力設(shè)備，達到調(diào)節(jié)機房環(huán)境溫濕度的目的。對各發(fā)射機的水溫進行實時采集監(jiān)控，通過控制邏輯自動開啟和關(guān)閉冷凝器排風(fēng)閥，使發(fā)射機出水溫度穩(wěn)定在一定范圍，保證發(fā)射機穩(wěn)定可靠運行。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

由于需要控制的設(shè)備多且比較分散，所以采用PLC作為下位機，并采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳輸?shù)桨l(fā)射機房監(jiān)控端及中控機房客戶端。上位機對各設(shè)備進行運行狀態(tài)實時監(jiān)控、運行故障報警和下發(fā)操作指令。下位機完成發(fā)射機溫度、環(huán)境溫度、濕度以及各控制閥門的狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，并按照控制邏輯控制輸出設(shè)備的啟停，達到調(diào)節(jié)機房環(huán)境運行溫濕度的目的。系統(tǒng)框圖1如下。

3.2.1 下位機PLC控制系統(tǒng)

下位機使用兩套歐姆龍CS系列PLC，配合相關(guān)硬件電路，對發(fā)射機冷卻設(shè)備和機房通風(fēng)設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進行處理，現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)和設(shè)定值進行比較來控制輸出設(shè)備的運行與停止。按照設(shè)備控制流程編制梯形圖，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行讀取和信號調(diào)理，實現(xiàn)對設(shè)備的半/自動控制，負責向上位機傳送設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)?？紤]到環(huán)境溫濕度值會在設(shè)備動作閥值臨界點上下變化而造成設(shè)備頻繁動作的可能性，采取動作閥值分區(qū)間設(shè)置的方法，達到設(shè)備的起停動作分區(qū)間運行。

PLC編程按照控制設(shè)備分為卷簾門控制、冷凝器風(fēng)閥控制、蒸發(fā)式空調(diào)機組、軸流風(fēng)機控制、水泵互倒、校時、故障形成和故障報警八個段分別編程，增加程序可讀性，簡單明了方便調(diào)試。

各主要執(zhí)行機構(gòu)控制流程：

（1）冷凝器風(fēng)閥控制流程：1）根據(jù)室外溫度確定開啟排風(fēng)閥或回風(fēng)閥，冷凝器排風(fēng)閥與回風(fēng)閥不能同時關(guān)閉；2）發(fā)射機出水溫度低于5度或高于50度進行聲光報警；3）排風(fēng)閥與回風(fēng)閥只開啟一個時，開啟一個閥時應(yīng)延遲3分鐘后再關(guān)閉另一個閥。（2）通風(fēng)冷卻設(shè)備（蒸發(fā)式空調(diào)機組）控制流程：蒸發(fā)式空調(diào)機組包含兩個送風(fēng)機及1個排風(fēng)機，是發(fā)射機房后廳的主要送風(fēng)降溫設(shè)備。在溫度高于25℃時，開啟機組的送風(fēng)機和排風(fēng)機；再高于30℃時。開啟機組的水泵，進行降溫。當室內(nèi)濕度較高時，關(guān)閉機組的水泵。開啟蒸發(fā)式空調(diào)機組時，先開啟兩個送風(fēng)機，延遲5分鐘后開啟排風(fēng)機；關(guān)機時順序相反，先關(guān)閉排風(fēng)機，延遲5分鐘關(guān)閉送風(fēng)機，保持機房大廳正壓。（3）冷凝器室進風(fēng)卷簾門控制流程：冷凝器室卷簾門是發(fā)射機冷凝器的主要進風(fēng)口，通過控制卷簾門的開啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)冷凝器室的溫度，保證發(fā)射機冷凝器的冷卻效果。在室外溫度較低時關(guān)閉卷簾門，防止冷凝器凍裂。

以上流程中涉及的溫度參數(shù)，均可在上位機界面中進行設(shè)定，發(fā)射機房值班人員可根據(jù)設(shè)備運行情況和室外溫度變化，隨時進行調(diào)整設(shè)定。

3.2.2 發(fā)射機房監(jiān)控端實現(xiàn)的功能

發(fā)射機房監(jiān)控端作為整個系統(tǒng)的上位機，主要功能有：

（1）實時監(jiān)測環(huán)境溫濕度、發(fā)射機出水水溫以及各執(zhí)行機構(gòu)的運行狀態(tài)；（2）設(shè)定系統(tǒng)的工作模式，并在半自動模式下，遠程控制通風(fēng)冷卻設(shè)備、風(fēng)閥等執(zhí)行機構(gòu)。（3）對運行中出現(xiàn)的溫度過高、過低、操作超時等異態(tài)進行報警。

4 記錄系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)等

上位機監(jiān)控程序采用組態(tài)王軟件編程，可以實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。上位機在遠程讀取并處理下位機現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。用戶可以在上位機進行系統(tǒng)設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)置、模式切換。當上位機工作在半自動操作模式時，用戶可遠程向下位機發(fā)出控制指令，由下位機和驅(qū)動設(shè)備控制冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機組、卷簾門、軸流風(fēng)機設(shè)備的正常運行，實時對發(fā)射機水溫、室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)閥和卷簾門狀態(tài)，以及發(fā)射機主備水泵運行情況進行監(jiān)測并顯示?？刂平缑婵梢苑譃橐韵聨讉€模塊：

（1）主界面：對冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機組、卷簾門、軸流風(fēng)機、發(fā)射機水泵等設(shè)備以動畫形式顯示其運行狀態(tài)，實時顯示水溫、環(huán)境溫濕度，同時對PLC運行狀態(tài)、時鐘、通訊狀態(tài)、登錄人員信息進行監(jiān)控。自動校時和通訊狀態(tài)檢測：每分鐘自動同步上位機和PLC時鐘，上位機檢測到與PLC通訊中斷時數(shù)據(jù)清零。（2）自動控制界面：自動狀態(tài)運行時監(jiān)控界面不顯示控制設(shè)備開或者關(guān)按鈕，通過程序?qū)υO(shè)備進行自動操作控制。（3）半自動控制界面：半自動狀態(tài)運行時監(jiān)控界面顯示控制設(shè)備開或者關(guān)按鈕，并可進行遠程操作控制。（4）手動控制界面：手動狀態(tài)運行時監(jiān)控界面不顯示控制設(shè)備開或者關(guān)按鈕，可通過手動直接對設(shè)備進行操作控制。（5）參數(shù)設(shè)置界面：對控制輸出設(shè)備的溫濕度參數(shù)進行設(shè)置。（6）報警界面：根據(jù)發(fā)射機運行實際和設(shè)備需求，顯示各設(shè)備高低溫、超時等報警信息。對水泵互倒報警信息進行解除復(fù)位。（7）數(shù)據(jù)查詢界面：可按照設(shè)定自動保存數(shù)據(jù)的時間對記錄的數(shù)據(jù)進行定期查詢，作為維護資料。（8）操作查看界面：可以對人員登陸、設(shè)備操作信息進行查看。

智能監(jiān)控系統(tǒng)也保留了原有的手動控制功能，對冷凝器風(fēng)閥、蒸發(fā)式空調(diào)機組原有手動控制線路進行相應(yīng)改動，在PLC控制柜加裝手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，既能滿足自動控制要求、使PLC能夠準確的監(jiān)控各個執(zhí)行機構(gòu)，并保證原有的手動功能不受影響。

5 系統(tǒng)特點

（1）該系統(tǒng)把發(fā)射機房通風(fēng)冷卻系統(tǒng)、發(fā)射機冷凝器的排風(fēng)系統(tǒng)以及冷凝器室的進風(fēng)三者的控制統(tǒng)一管理起來，根據(jù)發(fā)射機的出水溫度、室外環(huán)境溫度以及室內(nèi)溫度，自動開啟或關(guān)閉冷卻設(shè)備及通風(fēng)風(fēng)閥，達到調(diào)節(jié)發(fā)射機運行環(huán)境溫濕度的目的。（2）抗干擾能力強。通過采取多種軟硬件預(yù)防措施解決系統(tǒng)在復(fù)雜高頻環(huán)境下運行可能出現(xiàn)的干擾問題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。（3）人機交互界面采用立體圖形動態(tài)化設(shè)計。將監(jiān)控對象設(shè)備實物化，用立體圖形界面代替平面文字界面，力求界面簡潔、直觀、接近實物，方便用戶操作。（4）通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)與其他技術(shù)平臺的數(shù)據(jù)共享。（5）強大的后臺數(shù)據(jù)管理功能，方便用戶對系統(tǒng)進行日常維護和管理。

參考文獻

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