基于PLC和組態(tài)軟件的發(fā)信監控系統的實(shí)現

摘要：本文主要介紹了某發(fā)信系統的計算機監控系統配置和功能，重點(diǎn)闡述了運用PLC軟件和組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現系統的監控功能。整個(gè)監控系統體現了先進(jìn)性、可靠性、開(kāi)放性的技術(shù)優(yōu)勢，經(jīng)過(guò)實(shí)際運行試驗鑒定，取得了滿(mǎn)意的效果。
關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)軟件；發(fā)信系統

引言

　　在大型通信臺站中，其關(guān)鍵設備是發(fā)信設備，發(fā)信設備的自動(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、強噪聲、存在著(zhù)微波輻射的通信臺站中，發(fā)信設備大多仍采用人工操作并結合儀表監控，控制品質(zhì)不高。隨著(zhù)工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，在發(fā)信控制系統中引入先進(jìn)的控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現發(fā)信設備的自動(dòng)監控，對于提高工作效率，保證發(fā)信設備的安全、穩定運行，減輕值班人員的工作強度、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用PLC(可編程控制器)軟件和組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現發(fā)信系統的監控功能。

系統設計目標

　　本發(fā)信系統的主要由兩套發(fā)信機及其電源設備、調壓設備、并機開(kāi)關(guān)柜、調諧設備、天線(xiàn)、水冷系統等相關(guān)設備組成。發(fā)信工作流程圖如圖1。

圖1 發(fā)信主要流程圖

　　發(fā)信系統的主要任務(wù)是實(shí)現對發(fā)信設備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、故障檢測及保護，保證發(fā)信任務(wù)的可靠完成。主要有以下自動(dòng)監控功能：

　　現場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜自動(dòng)有序啟、停以及自動(dòng)按一定要求進(jìn)行調壓、調諧操作；故障監測與處理；開(kāi)、關(guān)機過(guò)程顯示及發(fā)信機參量顯示；聲、光報警及故障記錄；應急處理。

　　本系統主要采用“三地操控”模式，分別是設備本地操控模式、設備控制柜集中操控模式、中控室遠程操控模式。

　　設備本地操控模式是脫離PLC及網(wǎng)絡(luò )而單獨啟停設備，方便操作人員進(jìn)行設備維修；設備控制柜集中操作模式是可相對集中的對相應控制設備進(jìn)行監控，一旦網(wǎng)絡(luò )出現問(wèn)題，可繼續集中監控；中控室遠程操控模式為集中監控，可對現場(chǎng)所有設備進(jìn)行監控，該方式為系統主要運行模式。這種操控設置可大大提升網(wǎng)絡(luò )控制系統應對異常事件的能力。

　　三種方式的優(yōu)先級為：設備本地操控優(yōu)先于設備控制柜集中操控和中控室遠程操控，這樣一旦巡檢時(shí)發(fā)現問(wèn)題可立即在現場(chǎng)進(jìn)行有效、及時(shí)的緊急處理。

系統硬件設計

　　結合發(fā)信設備的工作特點(diǎn)及現場(chǎng)的具體情況，本著(zhù)先進(jìn)、安全、可靠、開(kāi)放的設計原則，整個(gè)控制系統采用二級網(wǎng)絡(luò )，分別是現場(chǎng)控制級、管理級。監控系統框圖如圖2所示。

圖 2 控制系統框圖

　　管理級由由兩臺監控計算機組成（互為冷備），完成組態(tài)軟件的設計和開(kāi)發(fā)，實(shí)現對現場(chǎng)發(fā)信設備的實(shí)時(shí)監視和集中控制。

　　現場(chǎng)控制級由一個(gè)現場(chǎng)控制主站和5個(gè)現場(chǎng)控制子站組成，均采用可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的PLC，實(shí)現設備運行參數（模擬量和開(kāi)關(guān)量）的采集和對現場(chǎng)設備的控制。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(guò)主CPU與備份CPU完全跟蹤，可實(shí)現數據、程序跟蹤，既兩個(gè)CPU內數據、程序完全相同，當出現CPU故障、電源故障、網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，PLC控制器自動(dòng)切換到待機系統，系統可繼續運行（采用熱待機方式）。

　　系統采用兩層網(wǎng)絡(luò )結構，以太網(wǎng)和PLC通訊網(wǎng)。

　　管理級采用標準的開(kāi)環(huán)總線(xiàn)以太網(wǎng)配置，監控計算機通過(guò)兩對屏蔽雙絞線(xiàn)連接到交換機上，實(shí)現與PLC主站進(jìn)行通信。其網(wǎng)絡(luò )標準為IEEE802.3；傳輸速率為10Mbps。通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP。

　　現場(chǎng)控制級采用專(zhuān)用PLC通訊網(wǎng)。PLC通訊網(wǎng)是通過(guò)光纖連接PLC控制器與PLC控制器的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，在PLC主站和5個(gè)PLC子站之間實(shí)時(shí)地傳遞各現場(chǎng)設備的運行參數。

系統軟件設計

PLC程序設計

　　PLC程序設計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(lái)自監控計算機的操作指令，并根據監控計算機操作指令進(jìn)行相關(guān)PLC子站功能程序模塊的調用，完成相應控制功能。同時(shí)上傳監控計算機現場(chǎng)設備的狀態(tài)和參數；其它5個(gè)PLC子站程序主要完成對現場(chǎng)發(fā)信設備的控制和數據采集，采用模塊化編程結構。

　　整個(gè)PLC程序按功能劃分可分為如下幾個(gè)部分：

　?、?命令識別與監控程序 該程序主要對值班人員輸入的操作命令進(jìn)行識別，在識別后自動(dòng)轉入相應的操作程序執行。在發(fā)信機進(jìn)入工作狀態(tài)后，該程序同時(shí)還完成對發(fā)信機工作狀態(tài)及系統自身工作狀態(tài)的監測與監視，一旦出現故障，則轉入故障處理程序進(jìn)行處理。

　?、?開(kāi)機子程序、關(guān)機子程序 該程序在收到開(kāi)機命令或關(guān)機命令后被調用，主要完成設備開(kāi)機指令或關(guān)機指令的產(chǎn)生與輸出，并自動(dòng)檢測設備對指令的執行情況。如果某一設備沒(méi)有執行操作指令，則產(chǎn)生故障信號上報管理程序進(jìn)行故障處理。

　?、?調壓管理程序 該程序在收到升壓或降壓命令后被調用。

　?、?故障檢測與處理子程序 該程序在發(fā)信機進(jìn)入工作狀態(tài)后被調用，完成對發(fā)信機工作狀態(tài)的檢測和水冷系統冷卻水壓力、流量的檢測，并在出現任何故障時(shí)，自動(dòng)轉入故障處理，使發(fā)信機退出。

　?、?開(kāi)關(guān)動(dòng)作檢測子程序 該程序在開(kāi)機過(guò)程中被調用，用于檢測開(kāi)關(guān)的動(dòng)作情況，并在發(fā)生故障時(shí)，停止執行下面的操作，轉入關(guān)機處理。

監控計算機軟件設計

　　監控計算機的主要任務(wù)是獲取并識別來(lái)自第三方計算機的指令，然后根據指令，由操作人員發(fā)出相應的控制信息給PLC主站以控制發(fā)信設備的運行，并實(shí)時(shí)顯示所有現場(chǎng)發(fā)信設備運行狀態(tài)和主要設備運行參數的變化情況，同時(shí)將主要設備運行參數和設備狀態(tài)參數上傳給第三方計算機。當故障發(fā)生時(shí)，記錄故障的時(shí)間、類(lèi)別等信息并在畫(huà)面上彈出提示信息，提醒操作人員注意。監控計算機軟件由人機界面軟件和通信軟件兩部分組成。

　?、?人機界面軟件

　　監控計算機采用組態(tài)軟件作為人機界面軟件的開(kāi)發(fā)平臺。工業(yè)組態(tài)軟件是一種可以從PLC、各種數據采集卡等設備實(shí)時(shí)采集數據，發(fā)出控制命令并監控系統是否運行正常的軟件包，組態(tài)軟件能充分利用Windows強大的圖形編輯功能，以動(dòng)畫(huà)方式顯示監控設備的運行狀態(tài)，方便地構成監控畫(huà)面和實(shí)現控制功能，并可以生成報表和歷史數據庫等，為監控軟件提供了便利的軟件開(kāi)發(fā)平臺。

　　人機界面軟件實(shí)現的主要功能有：

　　控制操作；顯示功能；數據管理；報警功能；日志管理功能；管理權限。

　?、?通信軟件

　　通信軟件的設計主要是應用Visual C++ 6.0集成開(kāi)發(fā)工具完成，主要任務(wù)是處理數據格式的轉換與監控計算機等第三方設備的數據交互。數據交互方式采用DDE方式。

結語(yǔ)

　　整個(gè)監控系統結構清晰、功能分布明確，體現了先進(jìn)性、可靠性、開(kāi)放性的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現為：全系統的PLC控制，把復雜的邏輯控制交由程序去完成，硬件結構大大簡(jiǎn)化，徹底改變了傳統控制模式那種單列器件繁多、布線(xiàn)復雜的狀況，進(jìn)一步提升了控制系統的可靠性；數據信息采集手段的現代化，徹底消除了運行數據靠人工記錄及數據的時(shí)效性、正確性都可能存在問(wèn)題的現象，并可隨時(shí)查詢(xún)發(fā)信過(guò)程的各種實(shí)時(shí)數據和圖表信息；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)精細化管理建立了良好的技術(shù)平臺。

　　本發(fā)信監控系統已在海軍某發(fā)信臺投入運行，其性能穩定，功能可靠，取得了滿(mǎn)意的效果。

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