發射機冷凝器室通排風監控系統的設計與實現

董浩

摘 要： 結合RS485和Modbus通信協議，基于網絡平臺，采用PLC及數字溫度采集模塊，對廣播發射機房冷凝器室通排風系統實現實時遠程監測與控制，利用組態軟件實現直觀的終端監控界面，實時的異態報警和歷史溫度數據分析能力，系統具有很高的穩定性和實用性。

關鍵詞： 發射機；冷凝器；PLC；組態王

隨著計算機技術、通信技術、自動控制技術的發展，以可編程邏輯控制器為核心的遠程監控系統在各個領域中得到廣泛的應用。這種遠程監控系統同樣適用于對廣播發射機房冷凝器室輔助設備的遠程控制。冷凝器是發射機冷卻系統的重要組成部分，對發射機的穩定運行有重要影響。發射機冷凝器的穩定運行對冷凝器室溫度及冷卻風循環有很高要求。

本文根據發射機房冷凝器室日常維護需要，設計并實現了一套發射機房冷凝器室通排風監控系統。該系統由PLC（可編程控制器）、數字溫度采集模塊、計算機、串口服務器等設備構成，實現了發射機冷凝器室的實時監控，告警管理，配置管理，數據管理。

一、機房冷凝器室工作方式

發射機房冷凝器室通常分為三個部分，除了放置冷凝器設備的冷凝器室外，還有沉降室和排風室。沉降室內安裝進風百葉窗和除塵裝置，負責將室外冷卻風送到冷凝器。排風室安裝排風百葉窗，負責將熱風排出。在排風室和沉降室之間有混風百葉窗連接。各百葉窗的開關可以由電動執行器控制開關。

當冷凝器室溫度高了，值班人員打開進風和排風百葉窗，使室外冷空氣進入冷凝器室，此時通風循環系統為外循環；當室溫低了，值班人員關閉進風和排風百葉窗，并打開混風百葉窗，此時通風循環系統為內循環。同時如果循環水溫度過低，可在冷凝器易凍壞部位加裝電加熱帶，降低凍壞概率。

機房每天播出情況復雜多變，夏天冷凝器室溫度過高時，如果值班人員沒有及時倒換通風循環系統會造成發射機高溫保護；冬天冷凝器室溫度過低時，如果值班人員沒有及時倒換通風循環系統會造成冷凝器凍壞。這兩種情況都會造成較長時間停播。因此，安裝一套監測功能全、采集精度高、運行穩定、報警靈敏的冷凝器室通排風監控系統顯得尤其重要。

二、系統硬件設計

系統硬件組成如圖所示，其監控系統的核心是PLC控制器，溫度采集模塊作為溫度取樣設備，采用工控機作為上位機監視冷凝器室的運行狀態，并對其進行管理與控制。

（1）系統架構

系統的上位機設立在和發射機房分開的“監控室”內，方便值班人員操作。在冷凝器室本地使用PLC作為下位機對設備狀態、溫度數值及通風百葉窗等狀態進行監控。形成上位機、下位機和傳感器這種分布式系統架構，使結構清晰，管理方便，而且易于擴展。

在系統通訊方面，一般PLC都支持RS232、RS485等串口通訊，因此在冷凝器室內部PLC和溫度采集模塊的通訊可采用1000米內穩定快速的RS485通訊方式?？紤]到從機房到“監控室”的距離較遠，環境較惡劣，因此可以通過串口服務器，將PLC的串口通訊搭建到廣播發射臺站原有的信息化平臺上，可以用最少的用線量和最低的施工成本實現上位機與下位機之間的數據傳輸，利用網絡傳輸數據不僅子系統接入方便，而且上位機可以設置在任意一個網絡終端，靈活方便。

（2）PLC系統配置

PLC作為系統的下位機是聯系冷凝器室監控設備和上位機的紐帶。PLC應用范圍廣泛，因此種類也繁多。本發系統選擇三菱公司的FX2N系列的PLC。FX2N 是FX系列PLC家族中最先進的系列，本機自帶內置電源、I/O接口和通信擴展接口。FX2N不但自身支持多個輸入輸出點，還支持多種擴展控制方式，用途多樣化。

本系統PLC的I/O模塊主要承擔開關量輸入輸出的作用。輸入開關量主要包括進風閥、排風閥、混風閥的百葉窗執行器到位信號，冷凝器風機開關信號，冷凝器加熱帶開關信號。同時PLC通過自身的輸出模塊控制冷凝器室各輔助設備的繼電器開關，包括各百葉窗和加熱帶的控制。I/O模塊數量根據I/O數據表統計和實際情況作適當調整，但必須有30%的備用點數，以便擴展。

（3）溫度傳感器的選擇

本系統采用DS18B20型傳感器。DS18B20尺寸微型，耗能低，準確性高，抗干擾能力強，容易和各種溫度采集處理器搭配，是數字溫度測量采集系統常用的溫度傳感器。測量的溫度范圍是—55～125℃，測溫誤差0.5℃。其精度較高，可編程分辨率高達9-12位，和傳統電偶式傳感器的測量精度比起來有了巨大的提高。DS18B20數字溫度傳感器只有三條簡單的接線端子，有多種封裝如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，可以根據能用場合的不同而改變其外觀。且DS18B20傳輸線的距離在30m 以內都有效，可以滿足冷凝器室所有測溫點的布線。

市面上有較多種適應DS18B20的數字溫度采集模塊，多個DS18B20并聯在一根總線上與溫度采集模塊連接，采用碼分多址、串行方式進行訪問。然后通過RS485 MODBUS協議通訊，可以實現將溫度模塊采集的數據上傳到下位機PLC中。

三、軟件設計

系統下位機編程使用PLC的專用梯形圖語言編寫，主要實現PLC與上位機和溫度采集模塊的通信、冷凝器室各設備的狀態采集、以及輔助設備的控制等功能。

上位機的軟件使用組態軟件實現。組態軟件是一類專門應用于工業自動控制設計的軟件平臺和開發環境?？梢詫⒊Ｓ脭祿杉O備和設備控制設備，通過簡單組網的方式，實現快速構建工業自動控制系統，并自建簡單的工業控制單元，儀表等軟件開發工具，實現人機交互界面的設計開發工作。

上圖為上位機人機交互頁面的主界面。通過整個軟件的設計開發，系統可以通過四個頁面實現如下幾個功能：

（1）實時監測頁面

實時監測頁面是本系統的主界面，當用戶開啟系統軟件后，上位機顯示直接跳轉到實時監測頁面，在本頁面中，顯示出一個完整的機房冷凝器室示意圖。圖中標注出各設備及監測點位置和實時狀態，用戶可以通過可視化界面查看到目前的機房狀態，各種環境數據和設備狀態。主要包括：冷凝器風機運轉，冷凝器水溫，冷凝器室室溫，百葉窗開關狀態，時鐘顯示。

（2）遠程控制頁面

遠程控制頁面類似一個操作臺，用戶通過選擇頁面中的按鈕，向PLC發送指令，PLC再通過輸出模塊控制冷凝器室設備的開關。同時，被操作的設備狀態在操作臺界面上用指示燈的形式顯示出來。主要包括：手動/自動切換、百葉窗控制，加熱帶控制。

（3）設定頁面

設定頁面主要提供一些后臺數據的在線配置和修改功能。主要包括系統的自動控制條件設定和溫度報警的門限值設定。主要包括：百葉窗開關設定，加熱帶開關設定，溫度報警門限設定。

（4）溫度曲線頁面

溫度趨勢曲線頁面主要提供溫度數據統計以及數據分析功能。實時溫度趨勢曲線頁面包含兩個溫度曲線圖表：冷凝器水溫實時曲線和冷凝器室室溫實時曲線。歷史溫度趨勢曲線頁面包含一個歷史趨勢曲線圖表，用戶可以根據圖表下拉菜單，選擇查看系統所有溫度取樣點歷史趨勢曲線。

四、系統設計中的需要注意的幾個問題

廣播發射機房多為大功率發射機，工作頻率從幾MHz到幾十MHz，系統實現過程中出現的一些問題大多數和高頻干擾有關，以下列舉幾個問題：

（1）設備布局

對于溫度傳感器的布局，在可以檢測到溫度的前提下，盡量遠離高功率的高頻器件，如交換開關、天饋線；下位機的布局要考慮離網絡接入端盡可能近些，最好安裝在帶有高頻屏蔽的柜子里。

（2）器件選擇與制作

在系統器件的選擇時，應采用高品質的器件，但在此系統如此惡劣的環境中長期使用時，將成為系統的隱患。在處理溫度傳感器時，為了使傳感器更穩定長期的工作，我們將傳感器采用高導熱性的鋼制外殼和密封膠進行封裝。同時將外殼與總線的屏蔽層接到一起。另外使每個傳感器的引線盡量短，盡量避免高頻干擾。

（3）接地的處理

測量系統對接地有很高的要求，尤其是小信號的測量系統，在使用RS485的總線測量中，一般采用總線屏蔽層單端接地的方法，避免因屏蔽層的封閉回路而造成兩接地點間的電流環路，干擾正常的測量信號。

五、系統下一步的完善想法

系統目前已投入使用，但在以下幾方面仍可以進一步改進，使系統更趨于完整和完善。1、加入更多的輔助測量模塊，如電壓、濕度、風力，擴大監測范圍。2、從單一機房擴展到多個機房，進而擴展到全臺機房范圍監控。3、開發網絡版軟件，方便在各網絡終端監控冷凝器室工作。

六、結論

系統完成投入運行后，在系統穩定性和監控準確性方面都得到了很好的體現。通過此系統，值班人員不僅可以實時監控機房冷凝器室運行情況，而且在環境或設備出現異態前，系統可以提前報警，給相關人員留下充足的時間去處理。系統不僅降低了值班人員工作量，而且為安全播出提供了更好的保障。

參考文獻

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