PLC基础上大功率短波转动天线远程控制系统的设计研究

万学军

摘要：在我国广播传媒运行的初期，使用的是需要人工操作的系统，容易出现故障且维护困难，属于分立元件逻辑控制方式。现在随着科技的发展，这种方式已经开始改变，大功率短波转动天线远程控制系统开始PLC进行设计管理，在PLC基础上对大功率短波转动天线远程控制系统的设计研究将成为其发展的趋势。本文从整个控制系统的组成和工作原理开始介绍，进一步分析了其软硬件设计结构与层次。

关键词：PLC 大功率 短波 转动天线 远程控制系统 设计研究

中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

PLC（Programmable Logic Controller即可编程逻辑控制器）是一种可进行编辑的储存控制器，用于内部存储程序，执行逻辑运算操作等面向用户的指令，并能输入和输出各类型机械和生产的过程。基于它的大功率短波转动天线远程控制系统的设计使我国的远程控制系统技术方案实现了高效稳定的远程控制和运行，以及监控机房的无人值班、有人留守工作模式。

1 PLC基础上大功率短波转动天线远程控制系统的组成和工作原理

天线远程控制系统主要依据广播的运行图对天线的转动和高低频转换进行控制，利用工业控制计算机和PLC可以对其进行实时的监督和控制。在进行系统的信号处理过程中，主要依据天线运行要求开展，再依据系统处理信号的主要特点对整个系统进行总体框架的设计。而整个系统是出于短波频段，采用大功率射频信号进行传输的系统，在发射机房共有5部大功率的短波发射机、1套假负载以及10副短波发射天线[1]。

大功率短波转动天线远程控制系统一般以远程监控的方式对转动天线和发射机实行控制来实现其目标。在这个过程中会按照节目的运行方式，对指令进行发布，实现发射机换天线、变换天线方向、切换天线程式以及换频等原本的天线与发射机之间的本地控制。这两个系统之间必须要有连锁情况，从而使整个高压闭合安全系统得以开放其进行通信的接口协议，同时具备一定的较好的扩展性，使其实现主台区中心监控机房进行集成的所有自动化控制系统。其中包括转动天线的发射系统台区的使用的发射机、主台区以及天线的自动化控制系统等主要和次要的系统组成在内。

系统整体上的组成及结构目标是形成两级控制：上位机使用工控机进行控制，主要目的是使上位机的各项功能得以顺利完成，其中包括：编辑整体的节目运行图、系统节目状态的实时显示、远程控制的把握、数据的存储、进行预警报警、制作和提交报表等功能；下位机基于OMRON的CJ1H-CPU45H的PLC方式，主要负责完成高低频数据以及天线角度的采集和控制等功能。

此外，大功率短波转动天线远程控制系统采用了两套独立的控制系统以保证整个系统的可靠、稳定。这两套独立的控制系统为手动控制系统以及自动控制系统；手动控制系统中，上位机上系统中具有人机界面的控制按钮，控制人员通过对其的控制操作，使PLC接收到其指令，随后进行高低频转换以及天线转动起停等的自动控制；自动控制系统中，控制人员通过对上位机的操作可以下载PLC运行图，实现高低频转换和天线转动起停等的自动控制。

2 PLC基础上大功率短波转动天线远程控制系统的硬件结构设计

2.1 PLC硬件设计

转动天线是电台进行广播发送的基本设备，它一般均以广播运行图编辑的要求来进行高低频段的倒换以及在给定广播方向的倒转中发送相关广播。整个系统使用了属于CJ1H系列的辅助PLC控制，硬件为模块化的设计方式，同时配合多项控制功能，使基于此PLC控制的系统具有配置相对灵活、抗干扰能力较强、反应迅速的优势。基于此PLC控制的系统硬件的配置主要包括以下四个部分：第一CJ1H-CPU45H系列的PLC为真不改革系统进行控制的核心，以此来进行相关的程序执行任务；第二，通信部分使用CJ1W-SCU2-V1单元硬件配置，以此保持和上位机进行通信；第三，模拟量输入的部分使用了CJ1W-AD081-V1单元硬件配置，它具有8个输入信号点的范围，分别是4～20mA 、1～5V、0～10V和-10～10V；第四，模拟量输出的部分使用CJ1W-AD08C单元硬件配置，它同样具有8个信号点的范围，并与上述模拟量输入的部分的信号点范围完全相同[2]。

2.2 远程控制系统的硬件设计

整个大功率短波转动天线远程控制系统的硬件设置主要包括以下四部分：发射机进行本地控制的主体系统、室内环境和音频开关的监控系统、进行远程控制的终端以及转动天线的监控系统。其中，进行远程控制的终端是整个硬件设施的监控主体，其在中心监控机房即时对发射机、室内环境和音频开关、转动天线等任意选择自动或手动的模式进行终端控制。同时，进行远程控制的终端以热备份冗余的方式进行主用和热备用的工控机数据连接，实现对计算机网络的数据采集。热备用工控机是主用工控机的备用设备，在其发生故障影响使用时会被自动激活，接管所有自动控制并将相关数据信息传输至计算机网络中备份保存。进行远程控制的终端系统使用的上位机平台是工业级的工控机，其一般使用以太网进行与发射机的自动系统数据通信连接，并提取其中的重要信息，作为自身进行远程控制工作的根本依据。它用8芯光缆（长约2.5公里）进行机房控制系统的连接，同时使用光纤分配器和光猫来实现系统接口之间点对点的连接通信。其中有3对芯分别与室内环境和音频开关的计算机、转动天线、发射机进行连接，另留一对芯作为备用[3]。转动天线的控制系统硬件使用的是SLC500系列型号的处理器及其相应的模拟和数据的传输模块，同时使用在控制柜前方进行安装的触摸屏作为人机交互的操作界面。

3 PLC基础上大功率短波转动天线远程控制系统的软件结构设计

3.1 PLC软件设计

转动天线的远程控制系统进行软件设计时，往往根据其进行远程控制的操作流程来对其进行编写，并形成具有一定规范的梯形图，在此过程中需要先给出数据传输地址的分配表。表1和表2即为为PLC的I/O地址传输分配表：

大功率短波转动天线远程控制系统的自动工作程序通常以系统设计的整体要求为主要依据。PLC在现场进行高、低频开关角度和位置数据的读取，并将读取的数据和最开始的广播运行图在高、低频和角度进行比较，当PLC读取的相关数据与广播运行图在高、低频位置和角度上的数据有差异时，便可以自动对天线转动的差异之处进行相对应的控制。大功率短波转动天线远程控制系统高低频的选择过程是对处于自动控制状态下的系统，将PLC实际的运行图和最初的广播运行图在天线的角度和高、低频上进行比较，当PLC实际的运行图和广播运行图有差异时会自动进行高、低频的切换。如在实际的运行图处于高频状态，而广播运行图显示需要低频状态时，机器将自动落高压5秒，随后在4009.08控制下，高、低频马达重新转到低频的状态，同时，W29.06会断开使马达停止转动。大功率短波转动天线远程控制系统的天线方位转动远程控制是在天线高、低频的切换完成后，首先比较实际运行与广播运行图的角度，并对其显示出的差异，以广播运行图为准，进行天线转动控制，同时控制系统将对需要转动的方向进行优化分析，从而选取最佳转动路径，随后转动天线角度，使其与广播运行图的方向一致。

3.2 远程控制系统的软件设计

大功率短波转动天线远程控制系统的软件结构设计一般以SCADA、RSView32系统以及RSLogix500的编程语言等工具进行软件的开发。本地机房进行控制的系统和进行远程控制的终端间一般采用DF1协议和串口通讯，达到国家规定的工业标准，同时兼顾熊德可靠性及其效率。光纤分配器和光猫可以将需要传达的信息转成光信号进行传输，从而有效地解决由于使用串口协议传输造成的机房台区和主台区间地电磁干扰和距离过远问题，从而保证数据传输的有效、可靠。这也在一定程度上解决了机房和中心监控机房间通讯故障的情况，在二者通讯故障时，机房的室内环境、天线和发射机等自动监控系统均能自主切换成为本地模式继续运行，从而确保了设备整体运行的安全性和独立性[4]。

模块分级结构下的控制系统，使自动控制系统进行逐步设计和实施成为可能。模块分级结构均是由最简单、原始的数据采集模块单元开始，逐步上升至全台的中央自动远程控制网络，其牢靠的层次性有利于工作人员在进行手动控制中灵活地应用电台的实际情况进行系统系统功能的修改或增减以及系统配置等。

远程控制系统的主界面是采用各种方式通过StationMaster plus系统的HMI对它进行存取。StationMaster Plus系统有两个组成部分，分别是级别较低的基本单元以及StationMaster Plus应用单元。一般情况下，多用户、多任务的操作系统均属于低级别单元，它们用以对基本的用户、运行程序以及输入/输出的操作进行基本的控制和管理。而SCADA系统为较高级别的单元，它负责对其所控制的设备输出命令以及各项数据的实时采集。在通信线路整体稳定、操作无误的情况下，SCADA系统的基本数据库会对任何时间设备的真实状态进行图象保存。此外，SCADA系统还可以对更低级别数据库进行定义、取样比率和信息的存取。而SLGMS图形工具则充当人类工程学与人之间可理解的中间阶层，在控制系统和用户之间进行信息和命令的交换、传输。

StationMaster Plus应用单元处理的数据可以被TCP-服务器直接接收，并通过TCP-服务器的图形模块系统显示出来。在StationMaster Plus处理数据的过程中，系统会自动记录输入的数据与列表当中，而demon模块负责系统所有的输入事件，它会检查传输时间表上自动执行的项目与是否会受到影响，并进行先关的提示。StationMaster Plus应用单元的自动控制模块则可以同时向音频matrix、天线控制系统以及发射机等发送其需要执行的命令。图形模型系统具有显示信息和获得鼠标点击、其运动轨迹以及键盘输入信息的功能。它获取的全部数据都将送到StationMaster Plus核查并储存，其出现的错误操作在核查后都将被排除。StationMaster应用单元和图形模型系统均独立于其相应的操作系统，当计算机平台或操作系统发生变化时，这两者可以对其投入资本提供一定的保护。RTU程序同样属于一个独立的计算机系统程序，它有唯一的程序接口，自带的各种软件包在应用于不同的系统时，会依据自身的思想模式在一定程度上扩展或改变系统功能。RTU程序的应用使控制系统的远程操作功能增强，而且可以利用它接受并处理一些被处理过的数据。此外，RTU程序还有助于系统低级别具备一致性，使天线控制系统、发射机和综合报告能够合并于一个控制系统中，并以较为简单基本的函数形式显示出来，有助于操作人员的辨识。RTU程序的程序控制和数据采集的基础是具备自动控制功能，并被MicroLogix1000逻辑程序控制的远程终端单元。此外，这个远程终端的SI为系列接口，BO为二进制输出，BI为二进制输入。

4 结语

基于PLC的大功率短波转动天线远程控制系统是最新的远程控制应用系统，它极大地改善了传统控制系统的操作和运行模式，并在一定程度上减轻了操作人员的工作负担，降低了由于人为操作产生的故障和事故。在此技术在我国应用后，其高效稳定的自动化控制方式使操作人员的工作效率得到了较大的提升，促进了广播、电台等行业领域的发展。对其设计的研究探讨有助于对其的学习和应用，使我国远程控制系统的建设得以继续进步发展，为其在进一步的发展和应用奠定了理论和技术基础。

参考文献

[1] 王冠中.基于PLC的大功率短波转动天线远程控制系统的设计与实现[J].科技创新与应用，2013（16）：51-52.

[2] 叶进，曹向东，王世来，国爽，薛年喜.大功率短波多程式转动天线[J].广播与电视技术，2012（S1）：140-144.

[3] 陶嘉庆，李国华，毛旭辉.大功率短波广播转动天线发射系统[J].广播与电视技术，2003（10）：89-92+13.

[4] 周厚福.基于PLC和组态软件的转动天线控制系统[J].信息与电脑（理论版），2011（08）：31-32.