基于OPC通信的發(fā)射機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

□ 李紀(jì)濤

一、前言

近年來，隨著我國智能化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步和成熟發(fā)展，廣電技術(shù)領(lǐng)域的智能化及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平也在不斷提高，智慧廣電、互聯(lián)網(wǎng)+電臺也已逐漸成為該行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜业难芯繜狳c和主要議題。因此，為了順應(yīng)智能科技的發(fā)展潮流，更為了進一步提高電臺發(fā)射機安全播音的技術(shù)保障水平，提高電臺的智能化技術(shù)水平勢在必行。電臺的所有工作都是以發(fā)射機安全播音為中心，為了確保發(fā)射機安全播音任務(wù)的完成，需要及時發(fā)現(xiàn)發(fā)射機的不良運行狀態(tài)，以盡早排除隱患，避免發(fā)射機因出現(xiàn)故障而停播。為此，就需要對發(fā)射機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。目前，很多電臺對發(fā)射機運行狀態(tài)的監(jiān)控采取的是人工定時巡視查看并結(jié)合靠有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)，人工巡視不能做到實時監(jiān)控且容易有遺漏部位，靠有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)傳輸因信號線多、走線長而不便布線和走線，更不便后期的維護和擴展，且隨著投入使用年限的增加，信號線表皮出現(xiàn)老化趨勢，連接處也易接觸不良而導(dǎo)致信號傳遞中斷，時常導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)不能持續(xù)穩(wěn)定可靠地對發(fā)射機進行有效監(jiān)控。所以，為了進一步解決目前的這些弊端和問題，本文提出了一種基于PLC技術(shù)和OPC通信的發(fā)射機運行狀態(tài)無線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，通過該系統(tǒng)可以更加持續(xù)有效地對發(fā)射機運行狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)進行遠(yuǎn)程顯示和監(jiān)控，并具有對數(shù)據(jù)存儲、處理、查詢、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)報警的功能。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計

所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)采用目前較為成熟穩(wěn)定的三級網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一級主要由上位機和無線傳輸設(shè)備組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲處理和顯示；第二級主要由下位機、PLC、無線傳輸設(shè)備等組成；第三級是傳感器和所需采集數(shù)據(jù)信號的現(xiàn)場。第二、三級主要用于數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集和控制，其總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖1中，以工控機為上位機的核心，并在工控機上安裝西門子WinCC組態(tài)軟件作為平臺，通過WinCC組態(tài)軟件設(shè)置與無線設(shè)備的通信接口，配置OPC組態(tài)站點，實現(xiàn)與第二級的PLC和下位機的無線數(shù)據(jù)傳輸。為了避免布線的不便、確保后期檢修的方便，尤其是避免信號的串干擾和傳統(tǒng)網(wǎng)線接線端口容易松動所帶來的信號傳輸不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確的問題，在上位機與下位機之間通過無線網(wǎng)橋進行數(shù)據(jù)的傳輸。在下位機設(shè)置了與PLC控制器相連接的觸摸屏，可以顯示上位機人機界面上一些主要的數(shù)據(jù)和操作控制通道，通過該觸摸屏也可以實時查看發(fā)射機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)的操控。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

三、通信及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）通信數(shù)據(jù)的需求

本文以某電臺的DX600發(fā)射機為研究對象，影響該發(fā)射機運行狀態(tài)的主要數(shù)據(jù)信息有外電的高/低壓、功放電壓/電流、射頻功率、阻隔功率、阻隔零點、水溫水壓等，所以需要實時監(jiān)控這些數(shù)據(jù)信息，為了日后查詢發(fā)射機的運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)掌握其運行規(guī)律信息，也需要記錄和存儲所監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息。為了提高發(fā)射機的智能化水平，監(jiān)控系統(tǒng)中還需要對下位機中的傳感器設(shè)置上下限安全數(shù)據(jù)信息的報警閾值，當(dāng)?shù)陀谡７秶蹬R界點時就會觸發(fā)低限報警指示，高于正常范圍值臨界點時就會觸發(fā)高限報警指示。為了保護設(shè)備安全，觸發(fā)報警時限可以依據(jù)設(shè)備情況設(shè)置3-5分鐘的報警時長，當(dāng)報警時長超過設(shè)定時間后，引發(fā)報警的故障未消除，則會觸發(fā)保護操作，斷開或關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備。

（二）通信協(xié)議的選擇

OPC(OLE for Process Control)是自動控制領(lǐng)域用于通信的一個工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)為類似工控機上的Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息之間建立了聯(lián)系，且允許多臺微機之間交換文檔、圖形等數(shù)據(jù)信息，是一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序，使不同廠商的硬件設(shè)備或軟件系統(tǒng)可以相互進行數(shù)據(jù)的交換，在本系統(tǒng)的設(shè)計中采用了OPC協(xié)議進行通訊。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計程序結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出，本系統(tǒng)的核心部分是接口程序，接口程序是上位機中的WinCC和下位機中的PLC進行數(shù)據(jù)連接的橋梁，它通過PLC OPC Server訪問PLC，通過WinCC OPC Server訪問WinCC，也可以將處理后的數(shù)據(jù)信息直接存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息流程如圖3所示，PLC在接收到傳感器采集到的發(fā)射機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息后經(jīng)過處理，將處理后的實時數(shù)據(jù)通過通信接口存入數(shù)據(jù)庫，同時還會把這些數(shù)據(jù)傳送到Wincc，在Wincc組態(tài)軟件程序中與設(shè)定好的發(fā)射機非正常工作運行狀態(tài)數(shù)據(jù)報警閥值相比較，當(dāng)觸發(fā)報警閥值時，就會通過通信接口程序反饋給PLC，執(zhí)行該報警狀態(tài)下相對應(yīng)的動作。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序結(jié)構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流程圖

四、下位機設(shè)計

所設(shè)計系統(tǒng)的下位機需要滿足整個系統(tǒng)對發(fā)射機的常規(guī)操作控制、實時數(shù)據(jù)信息的采集、上傳實時數(shù)據(jù)、非正常運行狀態(tài)報警的功能。下位機的主要硬件部分由市場上性價較高且工業(yè)應(yīng)用較廣的西門子S7-300PLC、西門子TP-700觸摸屏、傳感器、指示燈、蜂鳴器等組成。下位機的軟件程序主要是實現(xiàn)對發(fā)射機現(xiàn)場的遠(yuǎn)程常規(guī)操控、數(shù)據(jù)采集、上傳數(shù)據(jù)、故障報警等功能。

五、Wincc程序界面設(shè)計

西門子 Wincc（Windows Control Center）是工業(yè)控制領(lǐng)域人機視窗控制中心，它是西門子最經(jīng)典的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性，所以本系統(tǒng)的上位機選用此軟件進行系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)組態(tài)，其組態(tài)后的主要界面如圖4所示。該平臺通過通信接口程序?qū)崟r獲取發(fā)射機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并在工控機的人機操控界面上顯示出來。通過Wincc組態(tài)界面程序可以對下位機所連接的設(shè)備控制參數(shù)進行編輯和修改，后期如需要擴展一些監(jiān)控數(shù)據(jù)窗口和操控通道，也可以通過組態(tài)進行修改和完善。最終可以在WinCC中實現(xiàn)對發(fā)射機的監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)查詢、故障數(shù)據(jù)查詢、報警顯示等功能，能夠很好地滿足系統(tǒng)對發(fā)射機遠(yuǎn)程實時監(jiān)控的需求。

圖4 Wincc程序界面圖

六、結(jié)語

本文首先介紹和分析目前發(fā)射機運行狀態(tài)監(jiān)控的情況，針對所存在的問題，結(jié)合當(dāng)前智能控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，提出并設(shè)計了一種基于PLC和OPC通信技術(shù)的發(fā)射機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，采用目前應(yīng)用較為廣泛和成熟穩(wěn)定的三級控制網(wǎng)絡(luò)模式，以PLC為系統(tǒng)的整個控制中心，通過工控機的人機界面實時查看發(fā)射機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和操控發(fā)射機的常規(guī)操作，在上位機和下位機之間的通信部分采用了目前技術(shù)較為穩(wěn)定成熟的網(wǎng)線網(wǎng)橋進行無線數(shù)據(jù)的傳輸，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)和準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)自運用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確連續(xù)，人機操控界面良好，達(dá)到了預(yù)期的監(jiān)控目的。通過該系統(tǒng)可以進一步實現(xiàn)對發(fā)射機可靠穩(wěn)定的監(jiān)控，能夠提高發(fā)射機的智能化水平，有效降低人工勞動強度，對發(fā)射機的安全播出具有重要作用。

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