應(yīng)用PLC監(jiān)控發(fā)射機(jī)

摘要:本文論述了如何通過(guò)可編程控制器（PLC）設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播發(fā)射機(jī)的監(jiān)視、控制，最終達(dá)到對(duì)廣播發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的目的。

關(guān)鍵詞:可編程控制器（PLC）、發(fā)射機(jī)、網(wǎng)絡(luò)

Abstracts: The paper discusses the ways of equipment composing network by Programmable logic controller(PLC),and achieves tailing、controlling the Radiating transmitter , finally achieves the purpose of self-service guard for the Radiating transmitter .

Keywords: PLC、radiating transmitter、network

1.應(yīng)用背景

在某些行業(yè)需要廣播發(fā)射機(jī)進(jìn)行大功率發(fā)射，以滿足用戶特殊的需求，這對(duì)發(fā)射機(jī)設(shè)備的可靠性及操作人員的人生安全保護(hù)提出了很高的要求。可編程控制器（PLC）作為最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，將其應(yīng)用于發(fā)射機(jī)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)開關(guān)機(jī)操作及數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控發(fā)射機(jī)的各個(gè)參數(shù)，設(shè)備有冗余備用時(shí)還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒備份。可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的異常，及時(shí)處理，保護(hù)設(shè)備及減少對(duì)工作人員的電磁輻射傷害、保障人生安全；另外通過(guò)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以大大減輕發(fā)射機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，最終可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的目的。

在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下的要求：

　　1.每臺(tái)設(shè)備應(yīng)有自動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)裝置，操作臺(tái)配有觸摸屏供現(xiàn)場(chǎng)操作及觀察各設(shè)備參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，可手動(dòng)/自動(dòng)切換操作及緊急停機(jī)；

2.現(xiàn)場(chǎng)控制室應(yīng)有計(jì)算機(jī)操作站，將所有設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，在發(fā)射過(guò)程中，監(jiān)控、紀(jì)錄整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備工作過(guò)程；

3.現(xiàn)場(chǎng)控制室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制中心聯(lián)網(wǎng)，由控制中心的控制器實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)房的無(wú)人值守。

2.控制網(wǎng)絡(luò)的確立
　　 要用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播發(fā)射機(jī)的自動(dòng)控制，從省時(shí)省力、省布線的角度還需實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、降低生產(chǎn)成本。為此，引進(jìn)對(duì)用途、目的均有促進(jìn)作用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就十分重要。為了滿足方案設(shè)計(jì)的要求，控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擬采用三層網(wǎng)絡(luò)，分別是：信息層/Etherent（以太網(wǎng)）、控制層、設(shè)備層/現(xiàn)場(chǎng)總線，具體介紹如下：

●信息層/Etherent（以太網(wǎng)）：信息層為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最高一層的網(wǎng)絡(luò)。為了在PLC、設(shè)備控制器以及生產(chǎn)管理用個(gè)人計(jì)算機(jī)之間傳輸生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，信息層使用最普遍的Etherent，它不僅能夠連接Windows系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)、UNIS系統(tǒng)工作站等各種各樣的個(gè)人計(jì)算機(jī)，而且還能連接各種FA設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊使用以太網(wǎng)的電子郵件收發(fā)功能，使用戶無(wú)論在任何地方都可以方便地收發(fā)生產(chǎn)信息郵件，構(gòu)筑遠(yuǎn)程監(jiān)視管理系統(tǒng)。 同時(shí)，利用以太網(wǎng)的FTP服務(wù)器功能及相關(guān)的專用協(xié)議可以很容易的實(shí)現(xiàn)程序的上傳/下載和信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

●控制層：連接PLC、CNC等控制設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間一層網(wǎng)絡(luò)。為了在控制設(shè)備之間方便且高速的進(jìn)行處理數(shù)據(jù)的互傳，控制網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時(shí)高且性能優(yōu)良的專用網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有良好的實(shí)時(shí)性、簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定、無(wú)程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享概念、具有冗余回路等特點(diǎn)而得到廣泛的使用。

●設(shè)備層/現(xiàn)場(chǎng)總線：把PLC等控制設(shè)備和作為其手足的傳感器以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接起來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最低一層網(wǎng)絡(luò)。作為現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，只需一根網(wǎng)絡(luò)電纜就可以把多個(gè)傳感器、驅(qū)動(dòng)設(shè)備加以連接，所以布線的數(shù)量、布線的工時(shí)可以大大削減，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。該網(wǎng)絡(luò)還可以連接ID系統(tǒng)、條形碼閱讀器、變頻器、人機(jī)界面等智能化設(shè)備，從完成各種數(shù)據(jù)的通信，到終端信息的管理均可實(shí)現(xiàn)，加上對(duì)機(jī)器動(dòng)作狀態(tài)的集中管理，使維修保養(yǎng)工作的效率也大有提高。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC的控制及監(jiān)視范圍

分析發(fā)射機(jī)需要監(jiān)視的指標(biāo)，以及需要自動(dòng)控制的操作，比如入射功率取樣、反射功率取樣、水位取樣、溫度取樣、電源取樣、開機(jī)操作、關(guān)機(jī)操作、升功率操作、降功率操作等。采樣點(diǎn)多少和控制范圍的確定依發(fā)射機(jī)的不同而不同。要選擇適當(dāng)?shù)腜LC，這需要從兩方面考慮：一方面選擇多大容量的PLC；另一方面選擇什么公司的PLC以及外圍設(shè)備。對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行詳細(xì)需求分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O，以及這些點(diǎn)的性質(zhì)。I/O點(diǎn)的性質(zhì)主要指它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，電壓多大，是采樣點(diǎn)還是輸出控制點(diǎn)，輸出模塊是用繼電器型還是用晶體管或是可控硅型，以及需要哪些智能模塊等。明確以后，就可以定下選用多少點(diǎn)和I/O是什么性質(zhì)的PLC了。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，則從以下兩個(gè)方面考慮：a、功能、b、價(jià)格?？删幊炭刂破鞯闹鳈C(jī)選定后，一般還要選擇模擬量采集模塊，模塊的多少依據(jù)模擬量的多少而定。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求現(xiàn)場(chǎng)操作，故可以選擇圖形終端。

3.2 PLC的I/O地址分配

　　 輸入/輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，I/O地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)于PLC的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖。I/O地址的分配最好能將類似的信號(hào)點(diǎn)分配連續(xù)的I/O地址，同時(shí)把I/O點(diǎn)的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來(lái)。特別需要注意的是：由于本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，I/O的分配地址應(yīng)將主站與各個(gè)遠(yuǎn)程站的地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。

3.3發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括PLC及外圍線路的設(shè)計(jì)、電氣線路的設(shè)計(jì)等。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要指編制PLC監(jiān)控程序，有些系統(tǒng)還包括上位機(jī)程序的編寫。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)出電氣控制系統(tǒng)原理圖，電氣控制元器件的選擇等，在這里硬件設(shè)計(jì)不做詳細(xì)闡述，主要給大家闡述軟件設(shè)計(jì)的步驟和過(guò)程。在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，除I/O地址列表外，還要把在程序中用到的中間繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器（PLC中的軟元件）和存儲(chǔ)單元以及它們的作用或功能列寫出來(lái)，以便程序的編寫和閱讀。下面具體介紹廣播發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序的編寫及調(diào)試。

　　按監(jiān)控系統(tǒng)要完成的任務(wù)PLC程序可分為三個(gè)主要部分：l、廣播發(fā)射機(jī)及附屬設(shè)備（比如空調(diào)、供水等）的自動(dòng)開與自動(dòng)關(guān)；2、模擬量的采集監(jiān)控以及開關(guān)量的采集監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)；3、與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)校時(shí)、數(shù)據(jù)的顯示、參數(shù)的設(shè)置和故障記錄等,分別敘述如下：

　　 1、廣播發(fā)射機(jī)及附屬設(shè)備的自動(dòng)開與自動(dòng)關(guān)：要實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)開關(guān)機(jī)，首先必須向PLC提供發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)時(shí)間表，該時(shí)間表的存儲(chǔ)，應(yīng)保證當(dāng)PLC斷電的情況下不丟失。所以把它放入數(shù)據(jù)塊可確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。PLC內(nèi)部有自己的系統(tǒng)日期和時(shí)鐘，PLC可通過(guò)相應(yīng)的指令讀實(shí)時(shí)時(shí)鐘和設(shè)定實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PLC內(nèi)部用8個(gè)字節(jié)表示日期和時(shí)鐘，他們都用BCD碼進(jìn)行表示，從低到高分別表示年、月、日、小時(shí)、分鐘、秒，第7個(gè)字節(jié)為0，第8字節(jié)表示星期。值得注意的是系統(tǒng)不會(huì)檢查、核實(shí)時(shí)間分量的正確與否，所以在設(shè)置時(shí)鐘和日期時(shí)必須確保輸入的數(shù)據(jù)是正確的，必要時(shí)可采用時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，確保時(shí)間的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。必須注意的是不能同時(shí)在主程序和中斷程序中使用讀寫時(shí)鐘指令，否則會(huì)產(chǎn)生非致命錯(cuò)誤，中斷程序中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令將不被執(zhí)行。在編寫發(fā)射機(jī)自動(dòng)開關(guān)機(jī)程序段時(shí)，程序應(yīng)該不斷的讀取系統(tǒng)時(shí)鐘，并與數(shù)據(jù)塊中的開關(guān)機(jī)時(shí)間表進(jìn)行比較，如果與時(shí)間表中的時(shí)間吻合則執(zhí)行相應(yīng)的操作如開機(jī)、關(guān)機(jī)等。

　　2、模擬量的采集監(jiān)控以及開關(guān)量的采集監(jiān)控：發(fā)射機(jī)模擬量的采集可通過(guò)模擬量輸入輸出模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)模擬量的監(jiān)控就必須提供上限和下限，模擬量的上下限應(yīng)該和開關(guān)機(jī)時(shí)間表一起放入數(shù)據(jù)快，程序應(yīng)不斷的取的模擬量的值并與數(shù)據(jù)塊中設(shè)定的上下限比較，如果越限則報(bào)警或執(zhí)行相應(yīng)的操作。開關(guān)量的監(jiān)控相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要擴(kuò)展模塊，從PLC取得高低電位后直接可進(jìn)行判斷，有一點(diǎn)值得注意，為了防止干擾，模擬量應(yīng)取多次的平均值，開關(guān)量的檢測(cè)用延時(shí)接通電路，如果需要，在設(shè)計(jì)上可采取一些抗干擾的措施，這樣能很好的避免誤報(bào)警和誤操作。

3、與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)校時(shí)、數(shù)據(jù)的顯示、參數(shù)的設(shè)置和故障記錄等：上位機(jī)與下位機(jī)采用了RS485通信，通信方便，可靠。通過(guò)與PC的通信，PLC把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC上位機(jī)，這樣上位機(jī)程序經(jīng)過(guò)響應(yīng)處理就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形顯示。發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)時(shí)間表、模擬量的上下限也能很方便的通過(guò)上位來(lái)修改，而不必修改PLC程序。PLC的時(shí)鐘也能通過(guò)上位機(jī)來(lái)設(shè)置（校時(shí)）。另外，通過(guò)上位機(jī)還可以定時(shí)抄表、記錄故障的發(fā)生時(shí)間、類型等等，方便技術(shù)人員維護(hù)發(fā)射機(jī)。上位機(jī)程序的編寫可通過(guò)任一款可視化編程軟件如 VB，VC、C++Builder等。

3.4 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和 PLC輸出端的輸出指示燈進(jìn)行；需要模擬信號(hào)I/O時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備中，調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷電。只對(duì)控制電路進(jìn)行調(diào)試即可。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試信號(hào)的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。