采用可編程控制器和工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)發(fā)信監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

在大型通信臺(tái)站中，其關(guān)鍵設(shè)備是發(fā)信設(shè)備，發(fā)信設(shè)備的自動(dòng)化控制水平和可靠性直接關(guān)系到發(fā)信任務(wù)的可靠完成，而目前在大功率、強(qiáng)噪聲、存在著微波輻射的通信臺(tái)站中，發(fā)信設(shè)備大多仍采用人工操作并結(jié)合儀表監(jiān)控，控制品質(zhì)不高。隨著工業(yè)過程控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在發(fā)信控制系統(tǒng)中引入先進(jìn)的控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)信設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)于提高工作效率，保證發(fā)信設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，減輕值班人員的工作強(qiáng)度、改善工作環(huán)境具有十分重要的意義。本文主要討論了如何運(yùn)用PLC（可編程控制器）軟件和組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)發(fā)信系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本發(fā)信系統(tǒng)的主要由兩套發(fā)信機(jī)及其電源設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備、并機(jī)開關(guān)柜、調(diào)諧設(shè)備、天線、水冷系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備組成。發(fā)信工作流程圖如圖1。

圖1 發(fā)信主要流程圖

發(fā)信系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)信設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障檢測(cè)及保護(hù)，保證發(fā)信任務(wù)的可靠完成。主要有以下自動(dòng)監(jiān)控功能：

現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)柜自動(dòng)有序啟、停以及自動(dòng)按一定要求進(jìn)行調(diào)壓、調(diào)諧操作；故障監(jiān)測(cè)與處理；開、關(guān)機(jī)過程顯示及發(fā)信機(jī)參量顯示；聲、光報(bào)警及故障記錄；應(yīng)急處理。

本系統(tǒng)主要采用“三地操控”模式，分別是設(shè)備本地操控模式、設(shè)備控制柜集中操控模式、中控室遠(yuǎn)程操控模式。

設(shè)備本地操控模式是脫離PLC及網(wǎng)絡(luò)而單獨(dú)啟停設(shè)備，方便操作人員進(jìn)行設(shè)備維修；設(shè)備控制柜集中操作模式是可相對(duì)集中的對(duì)相應(yīng)控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，可繼續(xù)集中監(jiān)控；中控室遠(yuǎn)程操控模式為集中監(jiān)控，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，該方式為系統(tǒng)主要運(yùn)行模式。這種操控設(shè)置可大大提升網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)對(duì)異常事件的能力。

三種方式的優(yōu)先級(jí)為：設(shè)備本地操控優(yōu)先于設(shè)備控制柜集中操控和中控室遠(yuǎn)程操控，這樣一旦巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)問題可立即在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效、及時(shí)的緊急處理。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

結(jié)合發(fā)信設(shè)備的工作特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，本著先進(jìn)、安全、可靠、開放的設(shè)計(jì)原則，整個(gè)控制系統(tǒng)采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，分別是現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、管理級(jí)。監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖 2 控制系統(tǒng)框圖

管理級(jí)由由兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成（互為冷備），完成組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)信設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視和集中控制。

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)由一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制主站和5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制子站組成，均采用可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的PLC，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)（模擬量和開關(guān)量）的采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。為了提高可靠性，PLC主站選用冗余PLC，該冗余PLC控制器包括電源、CPU、及網(wǎng)絡(luò)部分可以全部冗余。通過主CPU與備份CPU完全跟蹤，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、程序跟蹤，既兩個(gè)CPU內(nèi)數(shù)據(jù)、程序完全相同，當(dāng)出現(xiàn)CPU故障、電源故障、網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，PLC控制器自動(dòng)切換到待機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行（采用熱待機(jī)方式）。

系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)和PLC通訊網(wǎng)。

管理級(jí)采用標(biāo)準(zhǔn)的開環(huán)總線以太網(wǎng)配置，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過兩對(duì)屏蔽雙絞線連接到交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)與PLC主站進(jìn)行通信。其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3；傳輸速率為10Mbps。通訊協(xié)議為TCP/IP。

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)采用專用PLC通訊網(wǎng)。PLC通訊網(wǎng)是通過光纖連接PLC控制器與PLC控制器的專用網(wǎng)絡(luò)，在PLC主站和5個(gè)PLC子站之間實(shí)時(shí)地傳遞各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程方式，整個(gè)PLC程序主要由PLC主站管理程序和5個(gè)PLC子站功能子程序組成。PLC主站管理程序的主要任務(wù)是接收來自監(jiān)控計(jì)算機(jī)的操作指令，并根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作指令進(jìn)行相關(guān)PLC子站功能程序模塊的調(diào)用，完成相應(yīng)控制功能。同時(shí)上傳監(jiān)控計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)；其它5個(gè)PLC子站程序主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)信設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集，采用模塊化編程結(jié)構(gòu)。

整個(gè)PLC程序按功能劃分可分為如下幾個(gè)部分：

⑴ 命令識(shí)別與監(jiān)控程序 該程序主要對(duì)值班人員輸入的操作命令進(jìn)行識(shí)別，在識(shí)別后自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的操作程序執(zhí)行。在發(fā)信機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后，該程序同時(shí)還完成對(duì)發(fā)信機(jī)工作狀態(tài)及系統(tǒng)自身工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，則轉(zhuǎn)入故障處理程序進(jìn)行處理。

⑵ 開機(jī)子程序、關(guān)機(jī)子程序 該程序在收到開機(jī)命令或關(guān)機(jī)命令后被調(diào)用，主要完成設(shè)備開機(jī)指令或關(guān)機(jī)指令的產(chǎn)生與輸出，并自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)指令的執(zhí)行情況。如果某一設(shè)備沒有執(zhí)行操作指令，則產(chǎn)生故障信號(hào)上報(bào)管理程序進(jìn)行故障處理。

⑶ 調(diào)壓管理程序 該程序在收到升壓或降壓命令后被調(diào)用。

⑷ 故障檢測(cè)與處理子程序 該程序在發(fā)信機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后被調(diào)用，完成對(duì)發(fā)信機(jī)工作狀態(tài)的檢測(cè)和水冷系統(tǒng)冷卻水壓力、流量的檢測(cè)，并在出現(xiàn)任何故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理，使發(fā)信機(jī)退出。

⑸ 開關(guān)動(dòng)作檢測(cè)子程序 該程序在開機(jī)過程中被調(diào)用，用于檢測(cè)開關(guān)的動(dòng)作情況，并在發(fā)生故障時(shí)，停止執(zhí)行下面的操作，轉(zhuǎn)入關(guān)機(jī)處理。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是獲取并識(shí)別來自第三方計(jì)算機(jī)的指令，然后根據(jù)指令，由操作人員發(fā)出相應(yīng)的控制信息給PLC主站以控制發(fā)信設(shè)備的運(yùn)行，并實(shí)時(shí)顯示所有現(xiàn)場(chǎng)發(fā)信設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化情況，同時(shí)將主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)上傳給第三方計(jì)算機(jī)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，記錄故障的時(shí)間、類別等信息并在畫面上彈出提示信息，提醒操作人員注意。監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件由人機(jī)界面軟件和通信軟件兩部分組成。

① 人機(jī)界面軟件

監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用組態(tài)軟件作為人機(jī)界面軟件的開發(fā)平臺(tái)。工業(yè)組態(tài)軟件是一種可以從PLC、各種數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)是否運(yùn)行正常的軟件包，組態(tài)軟件能充分利用Windows強(qiáng)大的圖形編輯功能，以動(dòng)畫方式顯示監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實(shí)現(xiàn)控制功能，并可以生成報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)庫等，為監(jiān)控軟件提供了便利的軟件開發(fā)平臺(tái)。

人機(jī)界面軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

控制操作；顯示功能；數(shù)據(jù)管理；報(bào)警功能；日志管理功能；管理權(quán)限。

② 通信軟件

通信軟件的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用Visual C++ 6.0集成開發(fā)工具完成，主要任務(wù)是處理數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換與監(jiān)控計(jì)算機(jī)等第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互方式采用DDE方式。

結(jié)語

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、功能分布明確，體現(xiàn)了先進(jìn)性、可靠性、開放性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：全系統(tǒng)的PLC控制，把復(fù)雜的邏輯控制交由程序去完成，硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，徹底改變了傳統(tǒng)控制模式那種單列器件繁多、布線復(fù)雜的狀況，進(jìn)一步提升了控制系統(tǒng)的可靠性；數(shù)據(jù)信息采集手段的現(xiàn)代化，徹底消除了運(yùn)行數(shù)據(jù)靠人工記錄及數(shù)據(jù)的時(shí)效性、正確性都可能存在問題的現(xiàn)象，并可隨時(shí)查詢發(fā)信過程的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖表信息；資源共享，促進(jìn)工作效率的進(jìn)一步提高，為進(jìn)一步推進(jìn)精細(xì)化管理建立了良好的技術(shù)平臺(tái)。

本發(fā)信監(jiān)控系統(tǒng)已在海軍某發(fā)信臺(tái)投入運(yùn)行，其性能穩(wěn)定，功能可靠，取得了滿意的效果。

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