PLC在广电中波天线开关自动切换系统中的应用

1  引言    可编程序控制器，简称PLC，是在计算机技术、控制技术、通信技术日新月异发展基础上诞生的新产品，以其结构小巧、运行速度快、灵活性强、可靠性高、抗干扰能力强、开发周期短等优点在工业控制领域内应用十分广泛。PLC与上位机通信组成的自动控制系统已成为工控界的一种通用模式。    本文将介绍PLC在我国广电行业中的应用。广播发射台在播音过程中，发射机需要倒换播音天线，靠摇柄或简单的电动装置实现开关的切换，不仅效率低、消耗人力，而且容易产生错误操作。基于PLC控制的天线自动切换系统，可根据切换指令自动倒换天线，提高了效率，减少了人为失误，实现了“有人留守，无人值班”的切换自动化，开创了我国广播发射台全自动切换开关的历史。 2  天线开关自动切换系统功能及优越性    本自动控制系统可根据运行图自动进行开关切换；也可根据需要，随时按任务要求变更天线交换方案，即临时播音；同时可监测发射机的高压状态、开关状态和天线的使用情况。本系统具有良好的联锁保护功能，确保发射机有高压通过开关时不能交换。自动控制系统还具有备用的手动交换功能，在自动系统均故障的情况下，可以利用手动操作系统进行切换。手动操作也可供检修和维护自动控制系统时使用。如有必要，可进行双机（PLC）热备份，假如正在运行的系统故障，可自动切换到备用系统。    计算机自动控制的人机交互界面，具有运行图添加、修改、下载功能；添加临时播音功能；查看和打印操作日志功能；时间校正功能；用户管理等功能界面。    本自动控制系统具有实时性、交互性，操作方法简单，便于管理。真正实现了天线开关的自动切换；无需值班员操作，避免了人为操作导致的失误。系统采用PLC控制，即使脱离上位机监控界面，仍可按照PLC预先存储的程序执行控制任务，因此，系统具有高可靠性、安全性；双电源供电系统，使运行更加安全可靠。 3  自动控制系统的实现    （1）自动控制系统下位机采用OMRON公司CXP系列的PLC进行控制和采样；上位机采用VB编写人机交互界面，并利用RS-422实现上下位机之间的串行通讯，实现人机对话、操作及显示。其中，手动操作系统采用波段选择开关，在控制柜面板上对相应的交换开关进行手动选择，通过继电器控制交换开关动作。    （2）交换开关电机供电执行系统采用可靠的交流接触器由上述自动或手动控制系统进行控制，提供交换开关电机的电源。 4  系统示意图（图1所示）

4.1  硬件电路控制原理图（控制三个1*3开关） 4.2  PLC输入模块、输出模块点数的分配 5  自动控制电路的原理    本原理图控制三个户外1*3开关，每个开关可向左向、主向和右向三个方向的天线网络切换。我们结合电路原理图，以控制开关K1为例，参看图2（a），当控制柜上的波段开关SWITCH打到自动档时，给PLC一个DC 24V的自动操作的证实信号，同时AUTO继电器线包得电。AUTO的常开结点5，9闭合。K1I、K1II、K1III分别代表1*3开关K1到达左向、主向和右向的三个方向的微动开关。它们的常闭触点c，a到位时断开。    假如，目前三个开关同时处于左向位置，要求它们转到主向位置，PLC给出向主向转动的信号，参看图3，PLC输出模块的1点输出低电平，自动转向主向的线包AM得电，图2（a）中AM1的常开触点5，9闭合，K1在没到达主向时，主向的微动开关K1II的常闭触点c，a一直处于闭合状态，那么，图2（a）中，控制K1开关电机得电的KM1继电器线包得电，图2（b）中KM1的常开触点6，10和7，11闭合。同时，PLC的输出模块的4点输出低电平，电机电源信号继电器线包KPC得电，其触点5，9闭合，AC220V空开CB1闭合，触点1，2和3，4闭合。此时交流接触器KMO线包得电，其常开触点T1，L1和T2，L2闭合，KMO的常开触点T3，L3起自保作用。延时断开时间继电器D1开始计时（根据要求设定为3分钟）。开关1的电机M1得电（电机电源为交流220V，单向转动），开始转动，在规定的3分钟内，转到主向位置后，从K1主向的微动开关取到位信号送给到位继电器线包K1M，K1M的常闭触点6，10闭合，送给PLC的输入模块1点一个K1主向到位的状态信号。同时，开关1上的微动开关的常闭触点c，a断开，继电器KM1线包失电，触点6，10和7，11断开，电机失电，停止转动。同理，可向主向、右向转。开关K2，和开关K3的转动原理类似K1。    实际的控制信号将由PLC根据运行图由程序判断得出，这样就实现了开关按时间顺序进行自动切换的功能。

6  PLC梯形图程序流程（见图4）

7  实际应用结果与分析    （1）在最初的理论方案设计中，考虑到本套控制系统的控制机构和执行机构相距较远（约2公里），设计使用AC220V的控制信号，但实际应用时，在40*1.5电缆各芯线中产生很强的感应电压，而且越到芯线感应电压越大，后经过实验论证、改进，用DC24V控制信号（本原理图中已表示出），到达执行机构衰减不大，达到控制电压要求。    （2）此套控制系统的硬件电源部分在于以往开始的几套天线控制系统中，是利用分立元器件变压整流的方式得到DC24V的控制电源，但经过在几套控制系统的应用中发现，整流桥容易烧毁，变压器和电容也会出现问题，给检修和调试带来很大麻烦，所以，直接利用开关电源由输入机柜的外电得到DC 24V的电源供控制和显示之用，经实际使用验证开关电源体积小，功耗小，效率高，可靠安全。    （3）系统已经用于云南某广播发射台，机房中有两部功率为600kW中波发射机，发射频率范围约535~1605KHz，系统的控制机柜也安放在机房中，运行一年半以来没、有因高频干扰出现误动作方面的问题。由于天气炎热，潮湿等原因曾更换过显示器一台，但显示界面故障不会影响PLC中程序的执行，再次体现了此套系统得可靠性。    （4）此套控制系统的应用，避免了机房工作人员在远离机房到2公里外的天线场地手摇开关的工作；按时间顺序切换发射方向，做到了准确无误，未出现因开关控制系统故障停播的情况，大大提高了工作效率，节省了人力、物力。    事实证明，用PLC采集数据和执行控制任务与用其它方式相比，抗干扰性强，性能稳定，操作方便，控制可靠，达到了较高的自动化水平。特别是，近年来，新型PLC的数据存储区容量不断增大，采集与存储的数据量可以很大，加之PLC本身的一系列优点，使得PLC在广电自动化系统中的应用越来越广泛。 8  天线开关自动切换系统的发展方向    随着我国广电发射机房自动化进一步发展，只在台内进行开关状态监控已经不能满足广电业自动化、系统化、网络化的要求，为了更好地实现广电局对各广播发射台内部信息的共享，做出及时的调度与决策，需要通过与网络技术相结合，以高效、可靠的方式实现广电局内部数据利用的最大化，使总局能够对发射过程进行实时监控，并且对所发生的意外情况及时进行处理。通过网路对发射台进行监测，可实现智能监测发射信号，提高监测的准确性、可靠性，有效地预防非法信号的干扰，保证安全播出，减少发射台停播和劣播情况，确保安全优质播出。因此实现对开关自动控制系统远程监控成为目前发展的必然趋势，今后将完善系统的远程监控部分的内容。    此外，发射机自动化系统日益完善，天线开关的自动控制系统需要与之建立实时的数据联系，那么，如何将开关的自动控制系统和发射机的自动控制系统结合起来，形成嵌入式控制系统，将给远程监控带来极大的方便，将两套系统结合，也将成为今后广播发射台自动控制系统发展的主要方向。 9  结束语    本文介绍了PLC开关切换系统自动控制的主要部分。此套系统根据运行图按时间顺序自动执行开关切换，高效、准确，给广播发射台的工作提供了很大方便。该自动控制系统投入实际运行使用以来，抗干扰性强，性能稳定，操作方便，控制可靠，达到了较高的自动化水平。    总之，PLC由于具有程序设计简单，改变程序灵活，通用性好，控制可靠，能在恶劣的环境中长期工作，节约能源等特点，已成为工业自动化领域中发展速度极快的通用控制装置，在未来的发展中，必将起到越来越重要的作用。