应用PLC监控发射机

摘要:本文论述了如何通过可编程控制器（PLC）设备组成网络，实现对广播发射机的监视、控制，最终达到对广播发射机实现无人值守的目的。

关键词:可编程控制器（PLC）、发射机、网络

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.应用背景

在某些行业需要广播发射机进行大功率发射，以满足用户特殊的需求，这对发射机设备的可靠性及操作人员的人生安全保护提出了很高的要求。可编程控制器（PLC）作为最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机，将其应用于发射机设备，可实现对发射机的自动开关机操作及数据的采集、监控发射机的各个参数，设备有冗余备用时还能实现自动倒备份。可实时发现发射机的异常，及时处理，保护设备及减少对工作人员的电磁辐射伤害、保障人生安全；另外通过设备联网，可以大大减轻发射机的现场操作，实现远程控制，最终可以实现无人值守的目的。

在系统方案设计应达到如下的要求：

　　1.每台设备应有自动控制和联锁保护装置，操作台配有触摸屏供现场操作及观察各设备参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；

2.现场控制室应有计算机操作站，将所有设备通过网络进行连接，在发射过程中，监控、纪录整个系统设备工作过程；

3.现场控制室通过网络与控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现发射机房的无人值守。

2.控制网络的确立
　　 要用PLC实现对广播发射机的自动控制，从省时省力、省布线的角度还需实现设备小型化、降低生产成本。为此，引进对用途、目的均有促进作用的网络系统就十分重要。为了满足方案设计的要求，控制网络系统拟采用三层网络，分别是：信息层/Etherent（以太网）、控制层、设备层/现场总线，具体介绍如下：

●信息层/Etherent（以太网）：信息层为网络系统中最高一层的网络。为了在PLC、设备控制器以及生产管理用个人计算机之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用最普遍的Etherent，它不仅能够连接Windows系统的个人计算机、UNIS系统工作站等各种各样的个人计算机，而且还能连接各种FA设备，通过网络模块使用以太网的电子邮件收发功能，使用户无论在任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统。 同时，利用以太网的FTP服务器功能及相关的专用协议可以很容易的实现程序的上传/下载和信息的传输，实现远程操作。

●控制层：连接PLC、CNC等控制设备的控制网络为整个网络系统的中间一层网络。为了在控制设备之间方便且高速的进行处理数据的互传，控制网络采用实时高且性能优良的专用网络，该网络应具有良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念、具有冗余回路等特点而得到广泛的使用。

●设备层/现场总线：把PLC等控制设备和作为其手足的传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统中最低一层网络。作为现场网络，只需一根网络电缆就可以把多个传感器、驱动设备加以连接，所以布线的数量、布线的工时可以大大削减，提高了系统的可维护性。该网络还可以连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养工作的效率也大有提高。

3系统设计

3.1 PLC的控制及监视范围

分析发射机需要监视的指标，以及需要自动控制的操作，比如入射功率取样、反射功率取样、水位取样、温度取样、电源取样、开机操作、关机操作、升功率操作、降功率操作等。采样点多少和控制范围的确定依发射机的不同而不同。要选择适当的PLC，这需要从两方面考虑：一方面选择多大容量的PLC；另一方面选择什么公司的PLC以及外围设备。对第一个问题，首先要对发射机进行详细需求分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O，以及这些点的性质。I/O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，电压多大，是采样点还是输出控制点，输出模块是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型，以及需要哪些智能模块等。明确以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么性质的PLC了。对于第二个问题，则从以下两个方面考虑：a、功能、b、价格。可编程控制器的主机选定后，一般还要选择模拟量采集模块，模块的多少依据模拟量的多少而定。由于系统设计要求现场操作，故可以选择图形终端。

3.2 PLC的I/O地址分配

　　 输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对于软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对于PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。I/O地址的分配最好能将类似的信号点分配连续的I/O地址，同时把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。特别需要注意的是：由于本设计采用网络组网，I/O的分配地址应将主站与各个远程站的地址一一对应起来。

3.3发射机监控系统的硬件和软件设计

　　系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计等。软件系统设计主要指编制PLC监控程序，有些系统还包括上位机程序的编写。硬件系统设计主要是设计出电气控制系统原理图，电气控制元器件的选择等，在这里硬件设计不做详细阐述，主要给大家阐述软件设计的步骤和过程。在PLC程序设计时，除I/O地址列表外，还要把在程序中用到的中间继电器、定时器、计数器（PLC中的软元件）和存储单元以及它们的作用或功能列写出来，以便程序的编写和阅读。下面具体介绍广播发射机自动控制系统PLC程序的编写及调试。

　　按监控系统要完成的任务PLC程序可分为三个主要部分：l、广播发射机及附属设备（比如空调、供水等）的自动开与自动关；2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控，实现实时保护；3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等,分别叙述如下：

　　 1、广播发射机及附属设备的自动开与自动关：要实现发射机的自动开关机，首先必须向PLC提供发射机的开关机时间表，该时间表的存储，应保证当PLC断电的情况下不丢失。所以把它放入数据块可确保数据的稳定。PLC内部有自己的系统日期和时钟，PLC可通过相应的指令读实时时钟和设定实时时钟。PLC内部用8个字节表示日期和时钟，他们都用BCD码进行表示，从低到高分别表示年、月、日、小时、分钟、秒，第7个字节为0，第8字节表示星期。值得注意的是系统不会检查、核实时间分量的正确与否，所以在设置时钟和日期时必须确保输入的数据是正确的，必要时可采用时间频率标准设备，确保时间的准确性、稳定性。必须注意的是不能同时在主程序和中断程序中使用读写时钟指令，否则会产生非致命错误，中断程序中的实时时钟指令将不被执行。在编写发射机自动开关机程序段时，程序应该不断的读取系统时钟，并与数据块中的开关机时间表进行比较，如果与时间表中的时间吻合则执行相应的操作如开机、关机等。

　　2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控：发射机模拟量的采集可通过模拟量输入输出模块来实现。要实现模拟量的监控就必须提供上限和下限，模拟量的上下限应该和开关机时间表一起放入数据快，程序应不断的取的模拟量的值并与数据块中设定的上下限比较，如果越限则报警或执行相应的操作。开关量的监控相对简单，不需要扩展模块，从PLC取得高低电位后直接可进行判断，有一点值得注意，为了防止干扰，模拟量应取多次的平均值，开关量的检测用延时接通电路，如果需要，在设计上可采取一些抗干扰的措施，这样能很好的避免误报警和误操作。

3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等：上位机与下位机采用了RS485通信，通信方便，可靠。通过与PC的通信，PLC把采集到的数据发送到PC上位机，这样上位机程序经过响应处理就能实现数据的图形显示。发射机的开关机时间表、模拟量的上下限也能很方便的通过上位来修改，而不必修改PLC程序。PLC的时钟也能通过上位机来设置（校时）。另外，通过上位机还可以定时抄表、记录故障的发生时间、类型等等，方便技术人员维护发射机。上位机程序的编写可通过任一款可视化编程软件如 VB，VC、C++Builder等。

3.4 发射机监控系统的调试

系统调试分模拟调试和联机调试。模拟调试可借助于模拟开关和 PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC设备中，调试时一定要先将主电路断电。只对控制电路进行调试即可。通过现场联机调试信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，经过反复测试系统后，才能最后交付使用。