基于PLC的發信機自動監控系統的設計

郭帥

摘 要：本文從實際應用出發，對發信機控制方式進行自動化改造，通過PLC軟硬件的設計，實現對發信機的自動控制和數據監測，解決了以往依靠人工開關機等操作存在弊端的問題，提高了發信機的可靠性和先進性。

關鍵詞：PLC 發信機 自動監控

1.引言

信息技術的不斷進步，使各行業自動化水平得到了顯著提升。海岸電臺作為公益性事業單位，承擔海上航行安全信息播發，提供遇險搜救通信和船岸之間常規通訊等業務。發信機作為承擔信號發射的關鍵設備，其可靠性直接關系到通信任務能否順利完成。目前針對發信機種類多，輸出頻率信道復雜，工作時間各異的現狀，電臺采用手動開關機，人工巡機換頻，抄表記錄的常規控制方式。這種方式存在發生漏播誤播等人為錯誤的概率，發信機在發生故障時也不能及時發現，為此通過采用在工控領域廣泛應用的自控技術，對電臺發信設備進行自動化升級，實現發信機的自動監控，提高運行可靠性，是很有必要的。

2.監控系統功能

發信機自動監控系統結合電臺工作實際，具體設計功能有：對不同頻率發信機定時自動開關機，遠程遙控開關機，工作頻率信道選擇和發射功率的調節；對發信機工作運行狀態的各參數進行數據采集和集中監視，發生故障實時記錄并采取切斷高壓等方式對發信機進行保護。

設置本地手動控制和遠程自動控制。系統正常運行于自動控制狀態，對各發信機集中監控管理。當自動控制系統出現故障或發信機進行維護檢修時，切換本地手動控制。本地手動控制與遠程自動控制相互獨立互不干擾，且優先級高于遠程自動控制，一旦發生問題，現場可以及時采取措施，避免事故發生。

3.監控系統設計

為實現上述系統功能，需采用上、下位機相結合的方式來構成完整的監控系統。上位機通過人機界面HMI集中顯示發信機運行參數，監視和控制發信機運行狀態及故障報警和記錄。下位機用于采集現場發信機運行參數，執行上位機下達的動作指令，邏輯控制發信機。考慮到發信機機房相對封閉，頻率波段復雜，電磁輻射干擾大，而PLC具有抗干擾能力強，工作穩定性高，操作性強的優點，故選用PLC作為自動監控系統的下位機。

3.1監控系統硬件設計

3.1.1PLC基本原理

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，是以微處理器為基礎的用作自動控制的專用電子計算機，通過圖形化等編程方式編寫控制程序，執行程序處理模擬量和數字量數據并依程序輸出相應信號，實現對設備的自動控制。

3.1.2系統硬件組成

整個發信機自動監控系統的硬件連線如圖1所示，由于電臺發信機分別布置在東、西兩側機房，故將PLC的I/ O模塊分別安裝在各現場機房，CPU與通訊模塊安裝在電磁干擾相對較小的中控臺，實現集中控制，分散管理。

發信機功放電壓、電流，輸出功率、反射功率等信號，通過相應的測量模擬量變送器轉換成5～20mA PLC輸入信號，送到模擬量輸入AI模塊中；發信機工作面板上開關機狀態、功率等級、工作模式、報警等信號，通過電平轉換裝置將信號送入PLC的DI輸入模塊進行數據處理；PLC的DO數字量輸出模塊通過24V中間繼電器，將開關機信號送入發信機電源柜內接口板，將功率選擇、頻率選擇等控制信號送入發信機激勵器內相應接口板。CPU控制主站通過光纖或Modbus通訊與分布在現場的各I/O子站連接，采集發信機運行狀態各個模擬量和數字量信號，CPU運行預設程序并通過輸出模塊發送相應指令到各發信機，依靠中間繼電器動作實現PLC對發信機的控制。

PLC與上位機監控電腦之間的通訊選用RJ45以太網連接，選用施耐德Twido等具有以太網接口的小型PLC，實現基于TCP/IP協議的以太網通訊，可直接與上位機人機監控界面各變量建立連接，操作便捷性好。

3.2監控系統軟件設計

3.2.1PLC程序

發信機自動監控系統的邏輯功能主要是通過下位機PLC程序來實現，PLC對從各輸入模塊采集來的信號進行計算處理，通過PLC程序的順序執行，將結果輸出到各輸出模塊，再通過中間繼電器控制發信機工作狀態。同時PLC程序與上位機通訊，一方面將采集到的各發信機運行狀態信息發送到上位機人機界面，方便值班人員監視，另一方面接受上位機指令，依值班人員上位機操作結果來控制發信機運行。

PLC程序根據系統設計要求，主要設計以下程序：

①定時開關機與常規開關機程序：為滿足電臺四個頻率FEC廣播每天定時7次播發的要求，設計定時開關機程序，程序定時器與計數器動作后，執行開關機程序輸出相應指令，控制發信機按時自動開啟和關閉。設計各發信機開關機程序，值班員通過人機界面對各發信機發起開關機指令，指令通過子程序對相應發信機進行遠程開關機操作。

②激勵器控制程序：該程序用于預設頻率選擇，播發方式選擇，發射功率等級選擇等對發信機激勵器進行相關操作，當值班員通過人機界面遠程操控發信機時該程序被調用。

③動作檢測反饋程序：在開關機及激勵器子程序調用后，該程序啟用，檢測相應動作是否完成，若未完成則停止執行下面的操作并故障報警。

④故障監測程序：此程序在發信機開機后啟用，實時監測發信機各運行參數，一旦發生運行參數大于或小于預設參數，則生成故障信號上報人機界面并報警，值班人員發現報警后做下一步處理。

3.2.2人機監控界面

人機界面（HMI）又稱用戶界面，它是人與計算機信息傳遞、對話的接口。發信機自動監控系統人機監控界面主要功能有：狀態監視、控制操作、數據記錄查詢、故障報警。通過組態王、MCGS等組態軟件建立的人機界面，值班人員可以直觀的對各發信機運行狀態進行監視；通過設置OPC服務，將上位人機界面與下位PLC建立數據連接，將PLC動態數據實時反映在人機界面上，值班員可對各發信機進行設置調控；采用組態軟件自帶數據庫功能，對各發信機運行狀態的如頻率、功率等各個參數進行自動記錄并創建記錄表，對故障報警進行實時記錄，實現數據記錄。

4.結語

通過建立發信機自動監控系統，實現發信機的遠程值守，值班人員無需經常在值班中控室與各機房之間巡檢，減輕了值班人員的工作強度；各發信機在自動監控網絡里按計劃的啟停，避免了漏播誤播現象的發生，提高了發信系統運行的可靠性；運行數據和報警數據可以實時記錄并統計成表，實現了值班日志的無紙化，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]顧占柱.DX600發射機自動化系統設計與實現[J].河南科技，2014，112-113.

[2]何芳，饒斯韜.基于PLC和組態軟件的發信監控系統的實現[J].電子產品世界，2008，94-96.endprint