基于PLC和組態(tài)軟件的發(fā)信監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘要：本文主要介紹了某發(fā)信系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置和功能，重點闡述了運用PLC軟件和組態(tài)軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能。整個監(jiān)控系統(tǒng)體現(xiàn)了先進性、可靠性、開放性的技術(shù)優(yōu)勢，經(jīng)過實際運行試驗鑒定，取得了滿意的效果。
關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)軟件；發(fā)信系統(tǒng)

引言

　　在大型通信臺站中，其關(guān)鍵設備是發(fā)信設備，發(fā)信設備的自動化控制水平和可靠性直接關(guān)系到發(fā)信任務的可靠完成，而目前在大功率、強噪聲、存在著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(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)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，在發(fā)信控制系統(tǒng)中引入先進的控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)信設備的自動監(jiān)控，對于提高工作效率，保證發(fā)信設備的安全、穩(wěn)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)軟件來實現(xiàn)發(fā)信系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

系統(tǒng)設計目標

　　本發(fā)信系統(tǒng)的主要由兩套發(fā)信機及其電源設備、調(diào)壓設備、并機開關(guān)柜、調(diào)諧設備、天線、水冷系統(tǒng)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(tǒng)的主要任務是實現(xiàn)對發(fā)信設備的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控、故障檢測及保護，保證發(fā)信任務的可靠完成。主要有以下自動監(jiān)控功能：

　　現(xiàn)場開關(guān)柜自動有序啟、停以及自動按一定要求進行調(diào)壓、調(diào)諧操作；故障監(jiān)測與處理；開、關(guān)機過程顯示及發(fā)信機參量顯示；聲、光報警及故障記錄；應急處理。

　　本系統(tǒng)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)絡而單獨啟停設備，方便操作人員進行設備維修；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行監(jiān)控，一旦網(wǎng)絡出現(xiàn)問題，可繼續(xù)集中監(jiān)控；中控室遠程操控模式為集中監(jiān)控，可對現(xiàn)場所有設備進行監(jiān)控，該方式為系統(tǒng)主要運行模式。這種操控設置可大大提升網(wǎng)絡控制系統(tǒng)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，這樣一旦巡檢時發(fā)現(xiàn)問題可立即在現(xiàn)場進行有效、及時的緊急處理。

系統(tǒng)硬件設計

　　結(jié)合發(fā)信設備的工作特點及現(xiàn)場的具體情況，本著先進、安全、可靠、開放的設計原則，整個控制系統(tǒng)采用二級網(wǎng)絡，分別是現(xiàn)場控制級、管理級。監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖 2 控制系統(tǒng)框圖

　　管理級由由兩臺監(jiān)控計算機組成（互為冷備），完成組態(tài)軟件的設計和開發(fā)，實現(xiàn)對現(xiàn)場發(fā)信設備的實時監(jiān)視和集中控制。

　　現(xiàn)場控制級由一個現(xiàn)場控制主站和5個現(xiàn)場控制子站組成，均采用可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的PLC，實現(xiàn)設備運行參數(shù)（模擬量和開關(guān)量）的采集和對現(xiàn)場設備的控制。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)絡部分可以全部冗余。通過主CPU與備份CPU完全跟蹤，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)、程序跟蹤，既兩個CPU內(nèi)數(shù)據(jù)、程序完全相同，當出現(xiàn)CPU故障、電源故障、網(wǎng)絡故障時，PLC控制器自動切換到待機系統(tǒng)，系統(tǒng)可繼續(xù)運行（采用熱待機方式）。

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

　　管理級采用標準的開環(huán)總線以太網(wǎng)配置，監(jiān)控計算機通過兩對屏蔽雙絞線連接到交換機上，實現(xiàn)與PLC主站進行通信。其網(wǎng)絡標準為IEEE802.3；傳輸速率為10Mbps。通訊協(xié)議為TCP/IP。

　　現(xiàn)場控制級采用專用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，在PLC主站和5個PLC子站之間實時地傳遞各現(xiàn)場設備的運行參數(shù)。

系統(tǒng)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PLC程序主要由PLC主站管理程序和5個PLC子站功能子程序組成。PLC主站管理程序的主要任務是接收來自監(jiān)控計算機的操作指令，并根據(jù)監(jiān)控計算機操作指令進行相關(guān)PLC子站功能程序模塊的調(diào)用，完成相應控制功能。同時上傳監(jiān)控計算機現(xiàn)場設備的狀態(tài)和參數(shù)；其它5個PLC子站程序主要完成對現(xiàn)場發(fā)信設備的控制和數(shù)據(jù)采集，采用模塊化編程結(jié)構(gòu)。

　　整個PLC程序按功能劃分可分為如下幾個部分：

　?、?命令識別與監(jiān)控程序 該程序主要對值班人員輸入的操作命令進行識別，在識別后自動轉(zhuǎn)入相應的操作程序執(zhí)行。在發(fā)信機進入工作狀態(tài)后，該程序同時還完成對發(fā)信機工作狀態(tài)及系統(tǒng)自身工作狀態(tài)的監(jiān)測與監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，則轉(zhuǎn)入故障處理程序進行處理。

　　⑵ 開機子程序、關(guān)機子程序 該程序在收到開機命令或關(guān)機命令后被調(diào)用，主要完成設備開機指令或關(guān)機指令的產(chǎn)生與輸出，并自動檢測設備對指令的執(zhí)行情況。如果某一設備沒有執(zhí)行操作指令，則產(chǎn)生故障信號上報管理程序進行故障處理。

　?、?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。

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

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

監(jiān)控計算機軟件設計

　　監(jiān)控計算機的主要任務是獲取并識別來自第三方計算機的指令，然后根據(jù)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，并實時顯示所有現(xiàn)場發(fā)信設備運行狀態(tài)和主要設備運行參數(shù)的變化情況，同時將主要設備運行參數(shù)和設備狀態(tài)參數(shù)上傳給第三方計算機。當故障發(fā)生時，記錄故障的時間、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(jiān)控計算機采用組態(tài)軟件作為人機界面軟件的開發(fā)平臺。工業(yè)組態(tài)軟件是一種可以從PLC、各種數(shù)據(jù)采集卡等設備實時采集數(shù)據(jù)，發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)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，以動畫方式顯示監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實現(xiàn)控制功能，并可以生成報表和歷史數(shù)據(jù)庫等，為監(jiān)控軟件提供了便利的軟件開發(fā)平臺。

　　人機界面軟件實現(xiàn)的主要功能有：

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

　　② 通信軟件

　　通信軟件的設計主要是應用Visual C++ 6.0集成開發(fā)工具完成，主要任務是處理數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換與監(jiān)控計算機等第三方設備的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互方式采用DDE方式。

結(jié)語

　　整個監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、功能分布明確，體現(xiàn)了先進性、可靠性、開放性的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：全系統(tǒng)的PLC控制，把復雜的邏輯控制交由程序去完成，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，徹底改變了傳統(tǒng)控制模式那種單列器件繁多、布線復雜的狀況，進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，徹底消除了運行數(shù)據(jù)靠人工記錄及數(shù)據(jù)的時效性、正確性都可能存在問題的現(xiàn)象，并可隨時查詢發(fā)信過程的各種實時數(shù)據(jù)和圖表信息；資源共享，促進工作效率的進一步提高，為進一步推進精細化管理建立了良好的技術(shù)平臺。

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

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