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PLC技術資料

PLC在廣電中波天線開關自動切換系統中的應用

發布者：用戶投稿發布時間：2008/4/26 21:20:23

1 引言
可編程序控制器，簡稱PLC，是在計算機技術、控制技術、通信技術日新月異發展基礎上誕生的新產品，以其結構小巧、運行速度快、靈活性強、可靠性高、抗干擾能力強、開發周期短等優點在工業控制領域內應用十分廣泛。PLC與上位機通信組成的自動控制系統已成為工控界的一種通用模式。
本文將介紹PLC在我國廣電行業中的應用。廣播發射臺在播音過程中，發射機需要倒換播音天線，靠搖柄或簡單的電動裝置實現開關的切換，不僅效率低、消耗人力，而且容易產生錯誤操作�；赑LC控制的天線自動切換系統，可根據切換指令自動倒換天線，提高了效率，減少了人為失誤，實現了“有人留守，無人值班” 的切換自動化，開創了我國廣播發射臺全自動切換開關的歷史。
2 天線開關自動切換系統功能及優越性
本自動控制系統可根據運行圖自動進行開關切換；也可根據需要，隨時按任務要求變更天線交換方案，即臨時播音；同時可監測發射機的高壓狀態、開關狀態和天線的使用情況。本系統具有良好的聯鎖保護功能，確保發射機有高壓通過開關時不能交換。自動控制系統還具有備用的手動交換功能，在自動系統均故障的情況下，可以利用手動操作系統進行切換。手動操作也可供檢修和維護自動控制系統時使用。如有必要，可進行雙機（PLC）熱備份，假如正在運行的系統故障，可自動切換到備用系統。
計算機自動控制的人機交互界面，具有運行圖添加、修改、下載功能；添加臨時播音功能；查看和打印操作日志功能；時間校正功能；用戶管理等功能界面。
本自動控制系統具有實時性、交互性，操作方法簡單，便于管理。真正實現了天線開關的自動切換；無需值班員操作，避免了人為操作導致的失誤。系統采用PLC 控制，即使脫離上位機監控界面，仍可按照PLC預先存儲的程序執行控制任務，因此，系統具有高可靠性、安全性；雙電源供電系統，使運行更加安全可靠。
3 自動控制系統的實現
（1）自動控制系統下位機采用OMRON公司CXP系列的PLC進行控制和采樣；上位機采用VB編寫人機交互界面，并利用RS-422實現上下位機之間的串行通訊，實現人機對話、操作及顯示。其中，手動操作系統采用波段選擇開關，在控制柜面板上對相應的交換開關進行手動選擇，通過繼電器控制交換開關動作。
（2）交換開關電機供電執行系統采用可靠的交流接觸器由上述自動或手動控制系統進行控制，提供交換開關電機的電源。
4 系統示意圖（圖1所示）

4.1 硬件電路控制原理圖（控制三個1*3開關）
4.2 PLC輸入模塊、輸出模塊點數的分配
5 自動控制電路的原理
本原理圖控制三個戶外1*3開關，每個開關可向左向、主向和右向三個方向的天線網絡切換。我們結合電路原理圖，以控制開關K1為例，參看圖2（a），當控制柜上的波段開關SWITCH打到自動檔時，給PLC一個DC+24V的自動操作的證實信號，同時AUTO繼電器線包得電。AUTO的常開結點5，9閉合。K1I、K1II、K1III分別代表1*3開關K1到達左向、主向和右向的三個方向的微動開關。它們的常閉觸點c，a到位時斷開。
假如，目前三個開關同時處于左向位置，要求它們轉到主向位置，PLC給出向主向轉動的信號，參看圖3，PLC輸出模塊的1點輸出低電平，自動轉向主向的線包AM得電，圖2（a）中AM1的常開觸點5，9閉合，K1在沒到達主向時，主向的微動開關K1II的常閉觸點c，a一直處于閉合狀態，那么，圖2（a）中，控制K1開關電機得電的KM1繼電器線包得電，圖2（b）中KM1的常開觸點6，10和7，11閉合。同時，PLC的輸出模塊的4點輸出低電平，電機電源信號繼電器線包KPC得電，其觸點5，9閉合，AC220V空開CB1閉合，觸點1，2和3，4閉合。此時交流接觸器KMO線包得電，其常開觸點 T1，L1和T2，L2閉合，KMO的常開觸點T3，L3起自保作用。延時斷開時間繼電器D1開始計時（根據要求設定為3分鐘）。開關1的電機M1得電（電機電源為交流220V，單向轉動），開始轉動，在規定的3分鐘內，轉到主向位置后，從K1主向的微動開關取到位信號送給到位繼電器線包K1M，K1M 的常閉觸點6，10閉合，送給PLC的輸入模塊1點一個K1主向到位的狀態信號。同時，開關1上的微動開關的常閉觸點c，a斷開，繼電器KM1線包失電，觸點6，10和7，11斷開，電機失電，停止轉動。同理，可向主向、右向轉。開關K2，和開關K3的轉動原理類似K1。
實際的控制信號將由PLC根據運行圖由程序判斷得出，這樣就實現了開關按時間順序進行自動切換的功能。

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6 PLC梯形圖程序流程（見圖4）

7 實際應用結果與分析
（1）在最初的理論方案設計中，考慮到本套控制系統的控制機構和執行機構相距較遠（約2公里），設計使用AC220V的控制信號，但實際應用時，在 40*1.5電纜各芯線中產生很強的感應電壓，而且越到芯線感應電壓越大，后經過實驗論證、改進，用DC24V控制信號（本原理圖中已表示出），到達執行機構衰減不大，達到控制電壓要求。
（2）此套控制系統的硬件電源部分在于以往開始的幾套天線控制系統中，是利用分立元器件變壓整流的方式得到DC24V的控制電源，但經過在幾套控制系統的應用中發現，整流橋容易燒毀，變壓器和電容也會出現問題，給檢修和調試帶來很大麻煩，所以，直接利用開關電源由輸入機柜的外電得到DC+24V的電源供控制和顯示之用，經實際使用驗證開關電源體積小，功耗小，效率高，可靠安全。
（3）系統已經用于云南某廣播發射臺，機房中有兩部功率為600kW中波發射機，發射頻率范圍約535~1605KHz，系統的控制機柜也安放在機房中，運行一年半以來沒、有因高頻干擾出現誤動作方面的問題。由于天氣炎熱，潮濕等原因曾更換過顯示器一臺，但顯示界面故障不會影響PLC中程序的執行，再次體現了此套系統得可靠性。
（4）此套控制系統的應用，避免了機房工作人員在遠離機房到2公里外的天線場地手搖開關的工作；按時間順序切換發射方向，做到了準確無誤，未出現因開關控制系統故障停播的情況，大大提高了工作效率，節省了人力、物力。
事實證明，用PLC采集數據和執行控制任務與用其它方式相比，抗干擾性強，性能穩定，操作方便，控制可靠，達到了較高的自動化水平。特別是，近年來，新型 PLC的數據存儲區容量不斷增大，采集與存儲的數據量可以很大，加之PLC本身的一系列優點，使得PLC在廣電自動化系統中的應用越來越廣泛。
8 天線開關自動切換系統的發展方向
隨著我國廣電發射機房自動化進一步發展，只在臺內進行開關狀態監控已經不能滿足廣電業自動化、系統化、網絡化的要求，為了更好地實現廣電局對各廣播發射臺內部信息的共享，做出及時的調度與決策，需要通過與網絡技術相結合，以高效、可靠的方式實現廣電局內部數據利用的最大化，使總局能夠對發射過程進行實時監控，并且對所發生的意外情況及時進行處理。通過網路對發射臺進行監測，可實現智能監測發射信號，提高監測的準確性、可靠性，有效地預防非法信號的干擾，保證安全播出，減少發射臺停播和劣播情況，確保安全優質播出。因此實現對開關自動控制系統遠程監控成為目前發展的必然趨勢，今后將完善系統的遠程監控部分的內容。
此外，發射機自動化系統日益完善，天線開關的自動控制系統需要與之建立實時的數據聯系，那么，如何將開關的自動控制系統和發射機的自動控制系統結合起來，形成嵌入式控制系統，將給遠程監控帶來極大的方便，將兩套系統結合，也將成為今后廣播發射臺自動控制系統發展的主要方向。
9 結束語
本文介紹了PLC開關切換系統自動控制的主要部分。此套系統根據運行圖按時間順序自動執行開關切換，高效、準確，給廣播發射臺的工作提供了很大方便。該自動控制系統投入實際運行使用以來，抗干擾性強，性能穩定，操作方便，控制可靠，達到了較高的自動化水平。
總之，PLC由于具有程序設計簡單，改變程序靈活，通用性好，控制可靠，能在惡劣的環境中長期工作，節約能源等特點，已成為工業自動化領域中發展速度極快的通用控制裝置，在未來的發展中，必將起到越來越重要的作用。