基于OPC通信的發射機運行狀態監控系統的設計與實現

□ 李紀濤

一、前言

近年來，隨著我國智能化技術和網絡技術的不斷進步和成熟發展，廣電技術領域的智能化及互聯網技術水平也在不斷提高，智慧廣電、互聯網+電臺也已逐漸成為該行業技術領域專家的研究熱點和主要議題。因此，為了順應智能科技的發展潮流，更為了進一步提高電臺發射機安全播音的技術保障水平，提高電臺的智能化技術水平勢在必行。電臺的所有工作都是以發射機安全播音為中心，為了確保發射機安全播音任務的完成，需要及時發現發射機的不良運行狀態，以盡早排除隱患，避免發射機因出現故障而停播。為此，就需要對發射機的運行狀態進行實時監控。目前，很多電臺對發射機運行狀態的監控采取的是人工定時巡視查看并結合靠有線數據傳輸的監控系統，人工巡視不能做到實時監控且容易有遺漏部位，靠有線數據傳輸的監控系統傳輸因信號線多、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，信號線表皮出現老化趨勢，連接處也易接觸不良而導致信號傳遞中斷，時常導致監控系統不能持續穩定可靠地對發射機進行有效監控。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技術和OPC通信的發射機運行狀態無線監控系統的設計，通過該系統可以更加持續有效地對發射機運行狀態的重要數據進行遠程顯示和監控，并具有對數據存儲、處理、查詢、異常狀態數據報警的功能。

二、系統的總體設計

所設計的監控系統采用目前較為成熟穩定的三級網絡控制系統結構，第一級主要由上位機和無線傳輸設備組成，負責數據的存儲處理和顯示；第二級主要由下位機、PLC、無線傳輸設備等組成；第三級是傳感器和所需采集數據信號的現場。第二、三級主要用于數據的現場采集和控制，其總體設計結構如圖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組態軟件作為平臺，通過WinCC組態軟件設置與無線設備的通信接口，配置OPC組態站點，實現與第二級的PLC和下位機的無線數據傳輸。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網線接線端口容易松動所帶來的信號傳輸不穩定、不準確的問題，在上位機與下位機之間通過無線網橋進行數據的傳輸。在下位機設置了與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據和操作控制通道，通過該觸摸屏也可以實時查看發射機的運行狀態數據，并進行相應的操控。

圖1 系統總體設計結構圖

三、通信及數據結構設計

（一）通信數據的需求

本文以某電臺的DX600發射機為研究對象，影響該發射機運行狀態的主要數據信息有外電的高/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，所以需要實時監控這些數據信息，為了日后查詢發射機的運行狀態歷史數據掌握其運行規律信息，也需要記錄和存儲所監控的數據信息。為了提高發射機的智能化水平，監控系統中還需要對下位機中的傳感器設置上下限安全數據信息的報警閾值，當低于正常范圍值臨界點時就會觸發低限報警指示，高于正常范圍值臨界點時就會觸發高限報警指示。為了保護設備安全，觸發報警時限可以依據設備情況設置3-5分鐘的報警時長，當報警時長超過設定時間后，引發報警的故障未消除，則會觸發保護操作，斷開或關閉相應的設備。

（二）通信協議的選擇

OPC(OLE for Process Control)是自動控制領域用于通信的一個工業技術標準，該技術為類似工控機上的Windows的應用程序和現場設備的數據信息之間建立了聯系，且允許多臺微機之間交換文檔、圖形等數據信息，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備驅動程序，使不同廠商的硬件設備或軟件系統可以相互進行數據的交換，在本系統的設計中采用了OPC協議進行通訊。

系統的軟件設計程序結構如圖2所示，可以看出，本系統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進行數據連接的橋梁，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據信息直接存入數據庫。系統的數據信息流程如圖3所示，PLC在接收到傳感器采集到的發射機運行狀態數據信息后經過處理，將處理后的實時數據通過通信接口存入數據庫，同時還會把這些數據傳送到Wincc，在Wincc組態軟件程序中與設定好的發射機非正常工作運行狀態數據報警閥值相比較，當觸發報警閥值時，就會通過通信接口程序反饋給PLC，執行該報警狀態下相對應的動作。

圖2 系統軟件設計程序結構圖

圖3 系統數據信息流程圖

四、下位機設計

所設計系統的下位機需要滿足整個系統對發射機的常規操作控制、實時數據信息的采集、上傳實時數據、非正常運行狀態報警的功能。下位機的主要硬件部分由市場上性價較高且工業應用較廣的西門子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對發射機現場的遠程常規操控、數據采集、上傳數據、故障報警等功能。

五、Wincc程序界面設計

西門子 Wincc（Windows Control Center）是工業控制領域人機視窗控制中心，它是西門子最經典的過程監視系統，具有良好的開放性和靈活性，所以本系統的上位機選用此軟件進行系統的功能結構組態，其組態后的主要界面如圖4所示。該平臺通過通信接口程序實時獲取發射機的運行狀態數據，并在工控機的人機操控界面上顯示出來。通過Wincc組態界面程序可以對下位機所連接的設備控制參數進行編輯和修改，后期如需要擴展一些監控數據窗口和操控通道，也可以通過組態進行修改和完善。最終可以在WinCC中實現對發射機的監控、實時數據查詢、故障數據查詢、報警顯示等功能，能夠很好地滿足系統對發射機遠程實時監控的需求。

圖4 Wincc程序界面圖

六、結語

本文首先介紹和分析目前發射機運行狀態監控的情況，針對所存在的問題，結合當前智能控制技術的發展和應用，提出并設計了一種基于PLC和OPC通信技術的發射機運行狀態數據監控系統，采用目前應用較為廣泛和成熟穩定的三級控制網絡模式，以PLC為系統的整個控制中心，通過工控機的人機界面實時查看發射機的運行狀態數據和操控發射機的常規操作，在上位機和下位機之間的通信部分采用了目前技術較為穩定成熟的網線網橋進行無線數據的傳輸，確保了數據傳輸的連續和準確性。該系統自運用以來，系統運行穩定、數據傳輸準確連續，人機操控界面良好，達到了預期的監控目的。通過該系統可以進一步實現對發射機可靠穩定的監控，能夠提高發射機的智能化水平，有效降低人工勞動強度，對發射機的安全播出具有重要作用。

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