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發(fā)射機(jī)房的天線自動控制系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2011-04-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 引言

隨著發(fā)射臺信息化建設(shè)的深入開展,為了實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的全自動化控制,我臺丙機(jī)房5部150kW短波發(fā)射機(jī)新建了控制系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng),可以受遠(yuǎn)端監(jiān)控機(jī)房的控制,為機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)提供控制接口和數(shù)據(jù)上傳接口;能夠提供手動方式或自動方式,獨(dú)立完成對天線同軸開關(guān)和場地轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換控制;自動狀態(tài)下,天控系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行時間表自動倒換工作;可以對天線的控制操作和故障進(jìn)行記錄、統(tǒng)計和查詢;同時可以完成對天線、假負(fù)載工作狀態(tài)的監(jiān)測。下面對我機(jī)房的天線作一簡要介紹。

2 天線的基本結(jié)構(gòu)

天線自動控制系統(tǒng)采用了工業(yè)控制計算機(jī)加帶光耦隔離的DI/O板的設(shè)計方案。帶光耦隔離的DI/O板主要由若干個光電耦合器組成,可以使天線自動控制單元與受控對象之間進(jìn)行電隔離,確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。其中,工控機(jī)采用研華原裝IPC-610(P42.8G,512M,80G硬盤,comb光驅(qū),10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡),17寸工業(yè)觸摸屏顯示器作為顯示終端;開關(guān)量輸入采用研華PCI-1752(64路入PC104總線輸入板),輸出卡采用研華PCI-1754(64路出PC104總線輸出板)。

2.1 系統(tǒng)組成

天線自動控制系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩個部分。

硬件系統(tǒng)包括如下三個部分:

(1)管理控制中心:主要由工控機(jī)和DI/O卡構(gòu)成(含觸摸屏、鼠標(biāo)、鍵盤等外圍設(shè)備)。

(2)天線控制和狀態(tài)采樣單元:主要由控制和采樣電路構(gòu)成。

(3)受控單元:主要由同軸開關(guān)和場地開關(guān)組成。

軟件系統(tǒng)用LABVIEW語言進(jìn)行編寫,主要包含:自動運(yùn)行、手動運(yùn)行、數(shù)據(jù)記錄等。

2.2 系統(tǒng)控制原理

圖 1為天線自動控制系統(tǒng)控制原理框圖。該系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制,控制時,由軟件系統(tǒng)通過DI/O卡對控制電路發(fā)出控制指令,控制電路根據(jù)控制指令對執(zhí)行單元(受控對象:同軸開關(guān)和場地開關(guān))進(jìn)行相應(yīng)控制動作,從而使天線轉(zhuǎn)到被指定的相應(yīng)位置;同時,采樣電路對受控對象的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行采樣,通過DI/O卡反饋給工業(yè)控制計算機(jī)。

天線自動控制系統(tǒng)控制原理框圖

圖1 天線自動控制系統(tǒng)控制原理框圖

3 硬件控制部分

3.1 受控對象的位置關(guān)系

天線自動控制系統(tǒng)的受控對象主要是同軸開關(guān)和場地開關(guān),它們均受控于控制電路。圖2為同軸開關(guān)(KT)和場地開關(guān)(K)控制原理圖。

同軸開關(guān)(KT)和場地開關(guān)(K)控制原理圖

圖2 同軸開關(guān)(KT)和場地開關(guān)(K)控制原理圖

同軸開關(guān)KT0-KT4有兩種工作狀態(tài),即:天線位和假負(fù)載位。天線位表示發(fā)射機(jī)連接到對應(yīng)天線上;假負(fù)載位表示發(fā)射機(jī)連接到對應(yīng)假負(fù)載上。場地開關(guān)K1、K2、K3、K4、K5也有兩種工作狀態(tài),即:直通和轉(zhuǎn)向,直通表明此時場地開關(guān)按照十字直接接通天線;轉(zhuǎn)向表明此時場地開關(guān)按照轉(zhuǎn)向方向接通天線。代播機(jī)可以使用任何一副天線,C01機(jī)、C02機(jī)、CO3機(jī)、C04機(jī)除了能接通本機(jī)天線外,只能依次使用下一級天線,即:C01機(jī)可接通301、302、303、304、305、備用天線;C02機(jī)可接通302、303、304、305、備用天線;C03機(jī)可接通 304、305、備用天線;C04機(jī)可接通305、備有天線。

3.2 同軸開關(guān)控制及采樣電路

3.2.1 功能:

(1)完成對同軸開關(guān)的控制。

(2)實現(xiàn)天線位和假負(fù)載位的硬件閉鎖。

(3)完成對同軸開關(guān)位置狀態(tài)的采樣。

(4)完成發(fā)射機(jī)是否加高壓的判斷。

(5)完成對假負(fù)載開關(guān)是否打開的判斷。

3.2.2 同軸開關(guān)的控制及采樣電路原理

圖 3為同軸開關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理,圖4為同軸開關(guān)控制示意圖。同軸交換開關(guān)內(nèi)部的驅(qū)動電機(jī)為220VAC控制。在圖3中,A繼電器為天線到位控制繼電器,C繼電器為天線到位采樣繼電器;B繼電器為假負(fù)載到位控制繼電器,D繼電器為假負(fù)載到位采樣繼電器。A、B、C、D繼電器均為24VDC控制。

同軸開關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理

圖3同軸開關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理

同軸開關(guān)控制示意圖

圖4同軸開關(guān)控制示意圖

(1)天線到位控制及采樣

當(dāng)同軸開關(guān)需要轉(zhuǎn)向天線位時,工控機(jī)01端將發(fā)出一個低電平指令,通過C繼電器常閉接點(diǎn)C4送到A繼電器線包的下端,A繼電器得電后,其常開接點(diǎn)A2接通,220VAC控制電壓被送到同軸交換開關(guān)的14端,同軸開關(guān)驅(qū)動電機(jī)被加電,開始轉(zhuǎn)動(見圖4),當(dāng)同軸開關(guān)與天線連接到位后,同軸交換開關(guān)15端送出24V的天線到位的信息指令到C繼電器線包的上端,C繼電器得電吸合,C繼電器常閉接點(diǎn)C4斷開,A繼電器線包失電立即斷開,其常開接點(diǎn)A2斷開,同軸開關(guān)驅(qū)動電機(jī)斷電,同時,C繼電器常開接點(diǎn)C1接通,將+24V天線到位的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡的11端,到此,天線到位控制完成。

(2)假負(fù)載到位控制及采樣

當(dāng)同軸開關(guān)需要轉(zhuǎn)向假負(fù)載位時,工控機(jī)02端將發(fā)出一個低電平指令,通過D繼電器的常閉接點(diǎn)D4送到B繼電器線包的下端,B機(jī)電器得電后,其常開接點(diǎn)B2接通,220VAC控制電壓被送到同軸交換開關(guān)的16端,同軸交換開關(guān)驅(qū)動電機(jī)被加電,開始轉(zhuǎn)動(見圖4);當(dāng)同軸開關(guān)與假負(fù)載連接到位后,同軸開關(guān)17端送出24V的假負(fù)載到位的信息指令到D繼電器線包的上端,D繼電器得電吸合,D繼電器常閉接點(diǎn)D4斷開,B繼電器線包失電立即斷開,其常開接點(diǎn)B2斷開,同軸開關(guān)驅(qū)動電機(jī)斷電,同時,D繼電器常開接點(diǎn)D1接通,將+24V假負(fù)載到位的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡12端,到此,假負(fù)載到位控制完成。

3.3 場地開關(guān)控制及采樣電路

3.3.1 功能

(1)完成對場地開關(guān)的控制。

(2)實現(xiàn)硬件閉鎖功能。

(3)完成對場地開關(guān)位置狀態(tài)的采樣。

3.3.2 場地開關(guān)的控制及采樣電路原理

圖5為場地交換開關(guān)K1-K5控制及采樣原理,圖6為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制示意圖,圖7為場地開關(guān)直通控制示意圖。同軸交換開關(guān)內(nèi)部的驅(qū)動電機(jī)為220VAC控制。

場地交換開關(guān)K1-K5控制及采樣原理

圖5 場地交換開關(guān)K1-K5控制及采樣原理



圖6 場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制示意圖

場地開關(guān)直通控制示意圖

圖7 場地開關(guān)直通控制示意圖

在圖5中,A繼電器為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制繼電器,C繼電器為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向到位采樣繼電器;B繼電器為場地開關(guān)直通控制繼電器,D繼電器為場地開關(guān)直通到位采樣繼電器。A、B、C、D繼電器和場地開關(guān)均為24VDC控制。

(1)轉(zhuǎn)向驅(qū)動控制及采樣

當(dāng)場地開關(guān)處在直通位置,需要向轉(zhuǎn)向位轉(zhuǎn)動時,工控機(jī)20端發(fā)出一個低電平指令,經(jīng)C繼電器常閉接點(diǎn)C3,加到A繼電器線包的下端,A繼電器的電后,其常開接點(diǎn)A2接通,+24V控制電壓被加到場地交換開關(guān)的4端,場地開關(guān)驅(qū)動電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)(見圖6、圖7);當(dāng)場地開關(guān)由直通位轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)向位到位后,場地交換開關(guān)的5端送出24V高電平的到位信息指令,并加到C繼電器線包的下端,C繼電器得電吸合,其常閉接點(diǎn)C3斷開,使A繼電器失電,立即斷開,A繼電器常開接點(diǎn)A2斷開,場地開關(guān)驅(qū)動電機(jī)24V斷電,同時,C繼電器常開接點(diǎn)C1接通,將24V轉(zhuǎn)向到位信息的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡30端,轉(zhuǎn)向驅(qū)動控制完成。

(2)直通驅(qū)動控制及采樣

當(dāng)場地開關(guān)處在轉(zhuǎn)向位置,需要向直通位轉(zhuǎn)動時,工控機(jī)21端發(fā)出一個低電平指令,經(jīng)D繼電器常閉接點(diǎn)D3,加到B繼電器線包的下端,B繼電器的電后,其常開接點(diǎn)B2接通,+24V控制電壓被加到場地交換開關(guān)的6端,場地開關(guān)驅(qū)動電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)(見圖6、圖7);當(dāng)場地開關(guān)由轉(zhuǎn)向位轉(zhuǎn)到直通位到位后,場地交換開關(guān)的7端送出24V高電平的到位信息指令,并加到D繼電器線包的下端,D繼電器得電吸合,其常閉接點(diǎn)D3斷開,使B繼電器失電,立即斷開,B繼電器常開接點(diǎn)B2斷開,場地開關(guān)驅(qū)動電機(jī)24V斷電,同時,D繼電器常開接點(diǎn)D1接通,將24V 直通到位信息的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡31端,直通驅(qū)動控制完成。

3.4 系統(tǒng)安全措施

(1)發(fā)射機(jī)加高壓時,其對應(yīng)的所有開關(guān)不允許切換。

(2)發(fā)射機(jī)應(yīng)在天線位,而天線轉(zhuǎn)動未到位時;發(fā)射機(jī)應(yīng)在假負(fù)載位,而假負(fù)載轉(zhuǎn)動未到位時,發(fā)射機(jī)不能加高壓。

(3)由于閉鎖信號不到位,發(fā)射機(jī)不能加高壓,因此系統(tǒng)需要判斷每部發(fā)射機(jī)是否加高壓、判斷天線或假負(fù)載是否轉(zhuǎn)動到位。

(4)為確保發(fā)射機(jī)加高壓安全,系統(tǒng)設(shè)計有硬件和軟件閉鎖信號,硬件閉鎖由場地開關(guān)和同軸開關(guān)給出,軟件閉鎖信號由系統(tǒng)給出,當(dāng)滿足加高壓條件時,軟件系統(tǒng)給出軟件閉鎖信號,當(dāng)軟件和硬件閉鎖信號都滿足時,系統(tǒng)才能加高壓。

4 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件的設(shè)計是利用工業(yè)控制計算機(jī)平臺,以完成天線控制系統(tǒng)的全部功能為目的,本著操作簡單、實用,界面友好、美觀進(jìn)行的。

4.1 軟件系統(tǒng)功能

天線自動交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

天線自動交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖8 天線自動交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

天線自動交換系統(tǒng)的功能如下:

(1)天線自動交換系統(tǒng)實現(xiàn)對天線交換開關(guān)的自動切換功能,確定發(fā)射機(jī)需要連接的天線或假負(fù)載。天線交換開關(guān)的控制包括:手動操作、電動控制和自動控制三種模式。

手動操作:使用機(jī)械方式切換天線交換開關(guān)。(此時系統(tǒng)不應(yīng)在自動模式,并有相應(yīng)的措施切斷驅(qū)動電源,保護(hù)設(shè)備和人身安全,但監(jiān)測依然有效。)電動控制:在控制柜或控制面板上,通過人為控制電動開關(guān),實現(xiàn)對天線交換開關(guān)的切換。

自動控制:根據(jù)運(yùn)行時間表,以定時時間脈沖為切換依據(jù)實現(xiàn)天線交換開關(guān)的自動控制。

(2)自動化系統(tǒng)工作模式之間的相互切換,在上位機(jī)的屏幕上選擇,相互切換后,必須保持原天線交換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

(3)自動運(yùn)行時,系統(tǒng)自動接收遠(yuǎn)程機(jī)房下發(fā)的運(yùn)行圖并依據(jù)運(yùn)行圖進(jìn)行工作。

(4)手動運(yùn)行時,系統(tǒng)管理員可直接修改本監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行圖,完成系統(tǒng)控制;權(quán)限管理員也可對系統(tǒng)各個控制開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行編輯,人為修改數(shù)據(jù)。

(5)日志管理功能:能夠?qū)芾韱T的操作情況、報警等信息進(jìn)行全面記錄,方便查看系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4.2 操作界面

(1)歡迎界面。

歡迎界面如圖9所示。

歡迎界面
圖9 歡迎界面

說明:登錄界面提供了用戶鑒權(quán)功能,只有具有管理員身份和密碼的用戶才可以使用本系統(tǒng),確保系統(tǒng)安全。

(2)工作模式選擇

說明:系統(tǒng)提供自動和手動兩種工作模式,用戶可在登錄后選擇使用;日志為系統(tǒng)使用情況和故障的記錄,用戶可在此直接進(jìn)入查看。

(3)主界面(自動運(yùn)行)

天線系統(tǒng)自動運(yùn)行主界面如圖10所示。


圖10 天線系統(tǒng)自動運(yùn)行主界面

說明:

①系統(tǒng)的基本功能為自動、手動、日志查看功能,在主界面的最下端以按鈕的形式顯示。

②圖10中的綠色線條表示播音機(jī)天線通路接通,灰色表示天線通路未接通。

藍(lán)色線條表示代播機(jī)天線通路接通。

4.3 軟件的基本流程圖

執(zhí)行流程圖為軟件主流程,完成系統(tǒng)功能(見圖11)。執(zhí)行流程的簡單過程如下。

執(zhí)行流程圖
圖11 執(zhí)行流程圖

選擇好需要切換的設(shè)備(或開關(guān))后,點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕,實現(xiàn)天線和假負(fù)載、代播機(jī)和發(fā)射機(jī)的自動切換,執(zhí)行步驟如下:

第一步:等待“執(zhí)行”命令,若“執(zhí)行”

命令到達(dá),執(zhí)行第二步。

第二步:檢查發(fā)射機(jī)的狀態(tài),看是否連接到相關(guān)的發(fā)射機(jī),若發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的連接,執(zhí)行第三步,否則取消執(zhí)行并發(fā)出告警提示。

第三步:執(zhí)行同軸交換開關(guān)的控制程序,實現(xiàn)天線和假負(fù)載的自動切換。

第四步:執(zhí)行場地開關(guān)的控制程序,實現(xiàn)發(fā)射機(jī)和代播機(jī)的自動切換。

5 結(jié)束語

天線控制系統(tǒng)投入使用已有2年多,在安全播出日常運(yùn)行中,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,使用簡捷靈活,既減輕了機(jī)房值班員的維護(hù)工作量,又減少了故障率,為機(jī)房安全播出起到了有力的保障作用。



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