多普勒天氣雷達配電控制升級改造

王穎

摘 要：本文主要介紹多普勒天氣雷達遙控配電系統結構，工作原理。并且通過分析配電系統出現的故障現象，以及解決方法，來對系統升級改造進行詳細的闡述。

關鍵詞：雷達配電系統 PLC控制單元 令牌環 升級改造

中圖分類號：TN959.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0126-02

民航天津空管分局天氣雷達是國內首個全相參雙機熱備多普勒天氣雷達。采用模塊化設計，性能優良，具有較高的可靠性，穩定性，可維護性及全天候的連續工作能力。為預報人員提供更多更準確的氣象資料，為管制人員提供了更具參考價值的回波產品。它已經成為民航天津空管分局監視機場周圍天氣環境，保障飛行安全的重要武器。然而再完美的設備也會出現故障。雷達配電系統是整個雷達的電能量來源，通過對它的結構、工作原理以及故障現象進行分析，來修改系統的控制模式，進而完成系統的升級改造。使雷達運行更加穩定可靠，對保障強對流天氣下飛行安全具有重大意義。

1 結構及原理

多普勒天氣雷達遙控配電系統為整個雷達系統提供電能供應以及狀態監控。采用兩種控制模式：本控和遙控，為雷達的維護及使用提供了便利。它將雷達各個關鍵部位的實時電力及環境的監測數據送到主控臺監控界面上，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

1.1 結構

遠程遙控配電系統主要由穩壓源、浪涌抑制器、PLC及其配置模塊、TeSys U（馬達控制器）、溫濕度傳感器和電力監控儀組成。如圖1。

核心部分包括控制分機、配電分機和主控中心，其中控制分機包括PLC及其配置模塊，配置有Ethernet網口（支持TCP/IP協議）和RS485（支持Modbus協議）；配電分機包括8路TeSys U和電力監控儀，可以同時控制雷達的8個分系統的配電開關；主控中心包括主控計算機和交換機，主控計算機通過網絡控制配電分機采集雷達各分系統配電狀態和現場環境的監測數據。

1.2 原理

系統分為本控/遙控兩種工作方式，兩種方式都是控制TeSys U的A1、A2觸點來實現對各個分系統的控制，本控時，直接用按鈕接通觸點；遙控時，通過外置中間繼電器的輔助觸點來控制。8路TeSys U的控制和狀態信號、1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器的采集量都是通過基于Modbus協議的RS485接口送往PLC，再由PLC控制8路TeSys U執行供斷電操作。如圖2。

主控中心通過局域網對控制分機發出指令，控制分機接收指令后，通過TeSys U控制雷達各分機的配電，同時控制分機采集各分系統檢測數據和環境數據，送往主控中心，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

在此系統中，我們采用PLC作為遠程遙控配電系統的控制核心，它通過TeSys U對雷達各個系統進行控制和狀態監測，與TeSys U間采用Modbus通訊協議，溫濕度傳感器和電力監控儀也采用Modbus協議，RS485接口與PLC進行數據通訊。另外PLC配置有以太網口，采用TCP/IP協議，可以與互聯網進行通訊。

2 故障分析處理

2.1 故障現象

將配電機柜空開總閘閉合，給控制分機上電后，無論遙控還是本控都不能正常給各個分系統供電。按下觸電開關有時能夠點亮（正常供電狀態燈，即TeSys U的主極狀態實時顯示，表示繼電器已經吸合），有時候需要等好久才能點亮，有時候不做反應。關閉分機配電也是同樣現象。整個控制分機處于一個控制錯亂的狀態。

2.2 故障分析及維修

基于配電系統結構和工作原理分析，問題可能出在PLC、Modbus總線通信或其他11節點上。首先檢查PLC和8個TeSys U，狀態正常。再檢查總線上每一個節點連接狀態是否正常。對于TeSys U可以觀察上面通信狀態燈，如果為紅色即為連接異常。經檢查連接狀態良好。檢查1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器連接正常，狀態正常。由于PLC控制混亂，考慮有肯能受某個節點影響，最后發現環境溫濕度傳感器通信速率發生改變，正常情況應為：9600 8N1通信格式。這個故障比較隱蔽。

分析造成故障的原因是由于溫濕度傳感器通信速率改變，但是工作狀態正常，沒有報警，造成當PLC讀取它的數據時，不能正常讀入，影響了對其他節點的訪問。因為PLC與節點之間采用總線方式通信，用令牌環的方式實現對每個節點尋址和操作。當令牌交到溫濕度傳感器的時候，PLC就能與其通信，但是此時通信速率改變，造成讀取溫濕數據不成功，令牌沒有被釋放，影響了程序執行，因此不能繼續尋址。

將用于測量環境溫濕度傳感器的通信格式修改正確后，遙控配電分機恢復正常。

3 系統改造升級方法

3.1 發現問題

雖然通過修正溫濕度傳感器的通信速率解決了配電系統故障問題，但是我們仔細一想如此龐大復雜的系統，作用又如此重要，因為一個溫濕度傳感器就造成了整個系統的癱瘓，這是讓人很難接受的，并且以后可能還會出現同樣的故障。因此開始推敲PLC控制程序，發現單令牌環尋址存在缺陷，只有將尋址方式改變才能更好的避免該問題的重復發生。

3.2 解決問題

PLC與其他11個節點以Modbus總線相連接。信息訪問是通過在網絡結點之間有序地傳遞token（令牌），來分配各結點對共享總線的訪問權利，形成閉合的邏輯環路。物理上是總線網，邏輯上是環型網，如圖3。

這種通信方式造成只有獲得令牌的節點才能與PLC進行通信。而PLC控制程序實現配電系統的遠程遙控開關機、本控開關機以及監測儀表的數據采集。系統需要完成的任務主要包括：8個TeSys U的本遙控開關機控制、狀態采集和故障復位功能；1個電力監控儀的數據采集；通過對電壓不平衡度的實時監測，實現缺相保護；2個溫濕度傳感器的數據采集；因此一個循環下來需要21次令牌交接，如果在某個節點上產生問題就會造成系統不能正常工作。

因此現在需要將PLC控制程序進行升級改造，仔細研究一下便能發現所有操作只有兩種：讀操作和寫操作。因此將令牌環分成讀令牌環和寫令牌環，采用雙令牌環的形式如圖4。

兩個令牌是獨立運行不會相互影響，這樣就解決了因為讀令牌卡死，而不能寫的問題，造成PLC控制混亂。從根本上避免了應為溫濕度傳感器故障，而造成整個雷達的癱瘓的問題。進而完成對整個配電系統的升級改造。

4 結語

遠程遙控配電系統是多普勒天氣雷達的重要組成部分，它負責整個雷達的電能供應。保證其工作穩定是雷達正常運行的基礎。其核心部分就是PLC控制器，因此對其程序進行合理設計是十分必要的。采用雙令牌環設計使系統運行更加穩定，避免因小失大故障的產生。通過PLC程序的成功改造，完成了配電系統的升級改造。

參考文獻

[1] PLC教程，Frank D.Petruzella， Third Edition，人民郵電出版社，2007.

[2] M340編程手冊，Schneider Electric China，2007.

[3] UNITY PRO操作手冊，Schneider Electric China，2010.

[4] 開放型Modbus/TCP規范，Andy Swales， Schneider Electric China，1999.endprint

摘 要：本文主要介紹多普勒天氣雷達遙控配電系統結構，工作原理。并且通過分析配電系統出現的故障現象，以及解決方法，來對系統升級改造進行詳細的闡述。

關鍵詞：雷達配電系統 PLC控制單元 令牌環 升級改造

中圖分類號：TN959.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0126-02

民航天津空管分局天氣雷達是國內首個全相參雙機熱備多普勒天氣雷達。采用模塊化設計，性能優良，具有較高的可靠性，穩定性，可維護性及全天候的連續工作能力。為預報人員提供更多更準確的氣象資料，為管制人員提供了更具參考價值的回波產品。它已經成為民航天津空管分局監視機場周圍天氣環境，保障飛行安全的重要武器。然而再完美的設備也會出現故障。雷達配電系統是整個雷達的電能量來源，通過對它的結構、工作原理以及故障現象進行分析，來修改系統的控制模式，進而完成系統的升級改造。使雷達運行更加穩定可靠，對保障強對流天氣下飛行安全具有重大意義。

1 結構及原理

多普勒天氣雷達遙控配電系統為整個雷達系統提供電能供應以及狀態監控。采用兩種控制模式：本控和遙控，為雷達的維護及使用提供了便利。它將雷達各個關鍵部位的實時電力及環境的監測數據送到主控臺監控界面上，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

1.1 結構

遠程遙控配電系統主要由穩壓源、浪涌抑制器、PLC及其配置模塊、TeSys U（馬達控制器）、溫濕度傳感器和電力監控儀組成。如圖1。

核心部分包括控制分機、配電分機和主控中心，其中控制分機包括PLC及其配置模塊，配置有Ethernet網口（支持TCP/IP協議）和RS485（支持Modbus協議）；配電分機包括8路TeSys U和電力監控儀，可以同時控制雷達的8個分系統的配電開關；主控中心包括主控計算機和交換機，主控計算機通過網絡控制配電分機采集雷達各分系統配電狀態和現場環境的監測數據。

1.2 原理

系統分為本控/遙控兩種工作方式，兩種方式都是控制TeSys U的A1、A2觸點來實現對各個分系統的控制，本控時，直接用按鈕接通觸點；遙控時，通過外置中間繼電器的輔助觸點來控制。8路TeSys U的控制和狀態信號、1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器的采集量都是通過基于Modbus協議的RS485接口送往PLC，再由PLC控制8路TeSys U執行供斷電操作。如圖2。

主控中心通過局域網對控制分機發出指令，控制分機接收指令后，通過TeSys U控制雷達各分機的配電，同時控制分機采集各分系統檢測數據和環境數據，送往主控中心，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

在此系統中，我們采用PLC作為遠程遙控配電系統的控制核心，它通過TeSys U對雷達各個系統進行控制和狀態監測，與TeSys U間采用Modbus通訊協議，溫濕度傳感器和電力監控儀也采用Modbus協議，RS485接口與PLC進行數據通訊。另外PLC配置有以太網口，采用TCP/IP協議，可以與互聯網進行通訊。

2 故障分析處理

2.1 故障現象

將配電機柜空開總閘閉合，給控制分機上電后，無論遙控還是本控都不能正常給各個分系統供電。按下觸電開關有時能夠點亮（正常供電狀態燈，即TeSys U的主極狀態實時顯示，表示繼電器已經吸合），有時候需要等好久才能點亮，有時候不做反應。關閉分機配電也是同樣現象。整個控制分機處于一個控制錯亂的狀態。

2.2 故障分析及維修

基于配電系統結構和工作原理分析，問題可能出在PLC、Modbus總線通信或其他11節點上。首先檢查PLC和8個TeSys U，狀態正常。再檢查總線上每一個節點連接狀態是否正常。對于TeSys U可以觀察上面通信狀態燈，如果為紅色即為連接異常。經檢查連接狀態良好。檢查1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器連接正常，狀態正常。由于PLC控制混亂，考慮有肯能受某個節點影響，最后發現環境溫濕度傳感器通信速率發生改變，正常情況應為：9600 8N1通信格式。這個故障比較隱蔽。

分析造成故障的原因是由于溫濕度傳感器通信速率改變，但是工作狀態正常，沒有報警，造成當PLC讀取它的數據時，不能正常讀入，影響了對其他節點的訪問。因為PLC與節點之間采用總線方式通信，用令牌環的方式實現對每個節點尋址和操作。當令牌交到溫濕度傳感器的時候，PLC就能與其通信，但是此時通信速率改變，造成讀取溫濕數據不成功，令牌沒有被釋放，影響了程序執行，因此不能繼續尋址。

將用于測量環境溫濕度傳感器的通信格式修改正確后，遙控配電分機恢復正常。

3 系統改造升級方法

3.1 發現問題

雖然通過修正溫濕度傳感器的通信速率解決了配電系統故障問題，但是我們仔細一想如此龐大復雜的系統，作用又如此重要，因為一個溫濕度傳感器就造成了整個系統的癱瘓，這是讓人很難接受的，并且以后可能還會出現同樣的故障。因此開始推敲PLC控制程序，發現單令牌環尋址存在缺陷，只有將尋址方式改變才能更好的避免該問題的重復發生。

3.2 解決問題

PLC與其他11個節點以Modbus總線相連接。信息訪問是通過在網絡結點之間有序地傳遞token（令牌），來分配各結點對共享總線的訪問權利，形成閉合的邏輯環路。物理上是總線網，邏輯上是環型網，如圖3。

這種通信方式造成只有獲得令牌的節點才能與PLC進行通信。而PLC控制程序實現配電系統的遠程遙控開關機、本控開關機以及監測儀表的數據采集。系統需要完成的任務主要包括：8個TeSys U的本遙控開關機控制、狀態采集和故障復位功能；1個電力監控儀的數據采集；通過對電壓不平衡度的實時監測，實現缺相保護；2個溫濕度傳感器的數據采集；因此一個循環下來需要21次令牌交接，如果在某個節點上產生問題就會造成系統不能正常工作。

因此現在需要將PLC控制程序進行升級改造，仔細研究一下便能發現所有操作只有兩種：讀操作和寫操作。因此將令牌環分成讀令牌環和寫令牌環，采用雙令牌環的形式如圖4。

兩個令牌是獨立運行不會相互影響，這樣就解決了因為讀令牌卡死，而不能寫的問題，造成PLC控制混亂。從根本上避免了應為溫濕度傳感器故障，而造成整個雷達的癱瘓的問題。進而完成對整個配電系統的升級改造。

4 結語

遠程遙控配電系統是多普勒天氣雷達的重要組成部分，它負責整個雷達的電能供應。保證其工作穩定是雷達正常運行的基礎。其核心部分就是PLC控制器，因此對其程序進行合理設計是十分必要的。采用雙令牌環設計使系統運行更加穩定，避免因小失大故障的產生。通過PLC程序的成功改造，完成了配電系統的升級改造。

參考文獻

[1] PLC教程，Frank D.Petruzella， Third Edition，人民郵電出版社，2007.

[2] M340編程手冊，Schneider Electric China，2007.

[3] UNITY PRO操作手冊，Schneider Electric China，2010.

[4] 開放型Modbus/TCP規范，Andy Swales， Schneider Electric China，1999.endprint

摘 要：本文主要介紹多普勒天氣雷達遙控配電系統結構，工作原理。并且通過分析配電系統出現的故障現象，以及解決方法，來對系統升級改造進行詳細的闡述。

關鍵詞：雷達配電系統 PLC控制單元 令牌環 升級改造

中圖分類號：TN959.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0126-02

民航天津空管分局天氣雷達是國內首個全相參雙機熱備多普勒天氣雷達。采用模塊化設計，性能優良，具有較高的可靠性，穩定性，可維護性及全天候的連續工作能力。為預報人員提供更多更準確的氣象資料，為管制人員提供了更具參考價值的回波產品。它已經成為民航天津空管分局監視機場周圍天氣環境，保障飛行安全的重要武器。然而再完美的設備也會出現故障。雷達配電系統是整個雷達的電能量來源，通過對它的結構、工作原理以及故障現象進行分析，來修改系統的控制模式，進而完成系統的升級改造。使雷達運行更加穩定可靠，對保障強對流天氣下飛行安全具有重大意義。

1 結構及原理

多普勒天氣雷達遙控配電系統為整個雷達系統提供電能供應以及狀態監控。采用兩種控制模式：本控和遙控，為雷達的維護及使用提供了便利。它將雷達各個關鍵部位的實時電力及環境的監測數據送到主控臺監控界面上，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

1.1 結構

遠程遙控配電系統主要由穩壓源、浪涌抑制器、PLC及其配置模塊、TeSys U（馬達控制器）、溫濕度傳感器和電力監控儀組成。如圖1。

核心部分包括控制分機、配電分機和主控中心，其中控制分機包括PLC及其配置模塊，配置有Ethernet網口（支持TCP/IP協議）和RS485（支持Modbus協議）；配電分機包括8路TeSys U和電力監控儀，可以同時控制雷達的8個分系統的配電開關；主控中心包括主控計算機和交換機，主控計算機通過網絡控制配電分機采集雷達各分系統配電狀態和現場環境的監測數據。

1.2 原理

系統分為本控/遙控兩種工作方式，兩種方式都是控制TeSys U的A1、A2觸點來實現對各個分系統的控制，本控時，直接用按鈕接通觸點；遙控時，通過外置中間繼電器的輔助觸點來控制。8路TeSys U的控制和狀態信號、1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器的采集量都是通過基于Modbus協議的RS485接口送往PLC，再由PLC控制8路TeSys U執行供斷電操作。如圖2。

主控中心通過局域網對控制分機發出指令，控制分機接收指令后，通過TeSys U控制雷達各分機的配電，同時控制分機采集各分系統檢測數據和環境數據，送往主控中心，為雷達系統可靠運行提供決策服務。

在此系統中，我們采用PLC作為遠程遙控配電系統的控制核心，它通過TeSys U對雷達各個系統進行控制和狀態監測，與TeSys U間采用Modbus通訊協議，溫濕度傳感器和電力監控儀也采用Modbus協議，RS485接口與PLC進行數據通訊。另外PLC配置有以太網口，采用TCP/IP協議，可以與互聯網進行通訊。

2 故障分析處理

2.1 故障現象

將配電機柜空開總閘閉合，給控制分機上電后，無論遙控還是本控都不能正常給各個分系統供電。按下觸電開關有時能夠點亮（正常供電狀態燈，即TeSys U的主極狀態實時顯示，表示繼電器已經吸合），有時候需要等好久才能點亮，有時候不做反應。關閉分機配電也是同樣現象。整個控制分機處于一個控制錯亂的狀態。

2.2 故障分析及維修

基于配電系統結構和工作原理分析，問題可能出在PLC、Modbus總線通信或其他11節點上。首先檢查PLC和8個TeSys U，狀態正常。再檢查總線上每一個節點連接狀態是否正常。對于TeSys U可以觀察上面通信狀態燈，如果為紅色即為連接異常。經檢查連接狀態良好。檢查1路電量傳感器和2路溫濕度傳感器連接正常，狀態正常。由于PLC控制混亂，考慮有肯能受某個節點影響，最后發現環境溫濕度傳感器通信速率發生改變，正常情況應為：9600 8N1通信格式。這個故障比較隱蔽。

分析造成故障的原因是由于溫濕度傳感器通信速率改變，但是工作狀態正常，沒有報警，造成當PLC讀取它的數據時，不能正常讀入，影響了對其他節點的訪問。因為PLC與節點之間采用總線方式通信，用令牌環的方式實現對每個節點尋址和操作。當令牌交到溫濕度傳感器的時候，PLC就能與其通信，但是此時通信速率改變，造成讀取溫濕數據不成功，令牌沒有被釋放，影響了程序執行，因此不能繼續尋址。

將用于測量環境溫濕度傳感器的通信格式修改正確后，遙控配電分機恢復正常。

3 系統改造升級方法

3.1 發現問題

雖然通過修正溫濕度傳感器的通信速率解決了配電系統故障問題，但是我們仔細一想如此龐大復雜的系統，作用又如此重要，因為一個溫濕度傳感器就造成了整個系統的癱瘓，這是讓人很難接受的，并且以后可能還會出現同樣的故障。因此開始推敲PLC控制程序，發現單令牌環尋址存在缺陷，只有將尋址方式改變才能更好的避免該問題的重復發生。

3.2 解決問題

PLC與其他11個節點以Modbus總線相連接。信息訪問是通過在網絡結點之間有序地傳遞token（令牌），來分配各結點對共享總線的訪問權利，形成閉合的邏輯環路。物理上是總線網，邏輯上是環型網，如圖3。

這種通信方式造成只有獲得令牌的節點才能與PLC進行通信。而PLC控制程序實現配電系統的遠程遙控開關機、本控開關機以及監測儀表的數據采集。系統需要完成的任務主要包括：8個TeSys U的本遙控開關機控制、狀態采集和故障復位功能；1個電力監控儀的數據采集；通過對電壓不平衡度的實時監測，實現缺相保護；2個溫濕度傳感器的數據采集；因此一個循環下來需要21次令牌交接，如果在某個節點上產生問題就會造成系統不能正常工作。

因此現在需要將PLC控制程序進行升級改造，仔細研究一下便能發現所有操作只有兩種：讀操作和寫操作。因此將令牌環分成讀令牌環和寫令牌環，采用雙令牌環的形式如圖4。

兩個令牌是獨立運行不會相互影響，這樣就解決了因為讀令牌卡死，而不能寫的問題，造成PLC控制混亂。從根本上避免了應為溫濕度傳感器故障，而造成整個雷達的癱瘓的問題。進而完成對整個配電系統的升級改造。

4 結語

遠程遙控配電系統是多普勒天氣雷達的重要組成部分，它負責整個雷達的電能供應。保證其工作穩定是雷達正常運行的基礎。其核心部分就是PLC控制器，因此對其程序進行合理設計是十分必要的。采用雙令牌環設計使系統運行更加穩定，避免因小失大故障的產生。通過PLC程序的成功改造，完成了配電系統的升級改造。

參考文獻

[1] PLC教程，Frank D.Petruzella， Third Edition，人民郵電出版社，2007.

[2] M340編程手冊，Schneider Electric China，2007.

[3] UNITY PRO操作手冊，Schneider Electric China，2010.

[4] 開放型Modbus/TCP規范，Andy Swales， Schneider Electric China，1999.endprint