本文介绍了西门子PLC在广播电视系统中的应用,实现了广播电视发射机的实时监控和自动化管理。
【关键词】
1、PLC
2、WinCC
3、现场总线
一、 概述
近年来广播电视发射技术有了飞跃的发展,发射机朝着高效率、全固态化、智能化方向发展,新型发射机的控制系统多以单片机为核心构成,具有高度的智能化和可靠性。随着自动化技术的高速发展,PLC的可靠性也是很高的,使得对发射机的操作做到无人值守已可以实现。
本文以我曾做的某电视台发射机房实时监控系统为例,介绍西门子PLC在广电系统中的应用。系统采用1台西门子S7-300作为主站,5台S7-200作为从站,主站通过稳定的工业现场总线(PROFIBUS-DP)将从站采集的所有PLC的数据传送给上位机画面,从而给工作人员的管理带来了方便。
二、 系统硬件
该控制系统共需开关量输入93点,开关量输出35点,模拟量输入62点。为尽可能减少电磁干扰,根据发射机分布情况,系统共分一个主站和五个从站。选用西门子S7-300系列CPU315-2DP作为主工作站,S7-200系列CPU224加开关量输入输出模块EM223和模拟量输入模块EM231以及 Profibus-DP模块EM277组成从工作站,并为每一个从站配置了一个TD200文本操作显示面板用于本地实时显示发射机工作参数。在发射台监控室设置了两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线(PROFIBUS-DP)联接而成。系统网络结构见“系统原理图”。
6台PLC工作站完成底层的控制动作,包括:开关信号的采集,模拟信号的采集,以及由PLC给发射机发出控制信号。选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLC CPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。
2台上位机通过工业以太网(TIP/IP),完成互相冗余;同时,通过总线将6台PLC的数据全部采集上来,在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。
由于发射台有着强磁场干扰和发射机的模拟量信号不在PLC标准范围之内,在工作站PLC与发射机之间使用了信号调理电路联接;信号调理电路的作用是将发射机的模拟量信号转化为标准的4-20mA模拟信号作为PLC的输入,并且从电磁兼容的角度考虑,也保证了采集信号的准确。
三、 系统软件
整个软件系统分为PLC工作站应用软件和上位机人机界面组态软件两大部分。本系统中采用西门子公司的STEP7和MicroWin_3.2编程软件进行了PLC工作站的应用软件编程,同时还采用了西门子公司的WinCC组态软件进行了上位机人机界面的组态编程。
四、 系统功能
本系统主要实现了下述功能:
1. 自动监测发射机系统运行状态,实时监测、记录各参数量值(包括模拟量和开关量值);对异常情况和参数越限进行记录报警;自动记录各机器开关机的时间及累计运行时间。
2. 按各频率每周播出时间表,定时(或随时)开机、关机、倒机;
3. 报警功能:有故障,即时显示报警。本地采用语音声、光报警方式,并可根据故障程度自动开启备用发射机;
4. 根据不同用户的权限实时控制发射机各种操作。
5. 自动生成报表功能:可根据用户的要求,生成各类报表(如日报表、季报表、故障记录、维修记录、检修记录、指标记录、交接班记录等)。报表可根据需要进行定时或随机打印;
6. 键盘功能
1) 可通过小键盘对前端机进行人工干预或修改某些参数;
2) 可修改开关机时间、当前时间、倒机时间;
3) 可通过键盘操作实现开机、关机、倒机等操作;
4) 为了避免频繁倒机,可屏蔽某一部发射机的使用。
7. 遥控操作主要是对发射机的工作参数进行设置或直接控制发射机,主要的命令有:开机(包括高开、低开)、关机(包括高关、低关)、倒机、复位等。值班员通过这些功能,控制设备的工作状态。
为了保证系统的安全有效运行,系统提供口令管理机制来限定值班员的操作权限和操作范围。值班员的权限由系统管理员设定。
系统运行过程中的操作情况都被自动记录,包括值班员的编号、时间、命令等。系统可以对记录进行查询、检索,以便了解值班员对系统的操作
8. 数据查询
1) 历史曲线:查询设备的模拟量,每五分钟取一点数据,画出昨天和今天的两条曲线。
2) 事件查询列出设备发生故障或越限这两种事件,并显示故障代码及含义,发生故障设备的数据、状态。
9. 数据存储:
1) 一类是五分钟数据,它只包含模拟量,因为数据量较大,只需保存三个月,五分钟数据以曲线的方式显示;
2) 一类是例行数据(整点数据),包括模拟量、开关量,整点数据是各类报表的依据。
3) 另一类是故障数据,包含故障前后十秒内的所有数据。
4) 所有历史数据亦可存入光盘长期保存。
10. 数据库的通用性和安全性
1) 历史数据存放在主服务器数据库中,在从服务器中建立该数据库的镜像备份,两者通过定时校验,发现问题及时自动恢复。
2) 对数据库的查阅、修改、删除设置不同级别的权限,以防数据库中的信息被破坏。
11. MIS系统(管理信息系统)是监控系统中的一部分,是一个小型的数据库,主要是对机房内的器材、图纸资料、技术档案进行统一的、规范的、科学的管理。 MIS系统具备一般数据库所具有的各种功能,包括对器材、图纸资料、指标记录、维修记录、交接班记录进行显示、查询、检索、统计、打印报表等功能。
12. 远程访问采用网络操作系统、内置Web Server软件,利用Web 信息发布技术,通过局办公网,为上级领导和相关职能部门提供有关的信息。
为了保证系统的安全,减少系统入侵或人为破坏的可能性,应设置实时数据网关,使监控网能共享办公网资源,办公网不能直接访问监控网,只能按权限取得约定的实时信息。
五、 结束语
西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令,丰富的CPU类型和扩展模块,尤其是CPU模块内部集成了实时时钟,使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件,功能强大,使系统开发变的更容易。
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