王貴金 葉圣陶 毛超 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)射機接口設計

王貴金 葉圣陶 毛超 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

本文闡述了新發(fā)射機如何設計接口相關電路，以融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了相關的安裝調(diào)試流程。

發(fā)射機 接口設計 融入智能監(jiān)控系統(tǒng)

一、前言

通過探討，改造的主要方法有：（1）采用通訊接口為基礎，通過通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換實現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制。（2）以原有發(fā)射機接口功能為標準，在新發(fā)射機上改造，建立與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機匹配連接的新接口電路，最終實現(xiàn)將新發(fā)射機融入機房智能監(jiān)控系統(tǒng)。

二、兩種智能監(jiān)控系統(tǒng)改造方案比較

2.1 采用通訊接口協(xié)議控制方式

采用通訊接口協(xié)議控制方式改造是一種簡單有效又十分可靠的方案。按照增添通訊電纜和網(wǎng)橋接入總線，將發(fā)射機通訊接口軟件協(xié)議轉(zhuǎn)換為智能監(jiān)控系統(tǒng)總線軟件協(xié)議，再利用組態(tài)軟件在上位機上新建新發(fā)射機界面，并實施發(fā)射機功能狀態(tài)的編程，增加分站點，升級軟件融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺。但這種方式面臨以下幾個問題：

（1）由于是軟件改造升級，首先需要軟件編程人員參與，而當初軟件開發(fā)編程都是專業(yè)公司人員負責，我們對此不熟悉；

（2）原有智能監(jiān)控系統(tǒng)是在04年建成使用，采用了當時先進的網(wǎng)絡結構和模式，用硬件PLC模塊及組態(tài)軟件開發(fā)建成，當時許多發(fā)射設備無通訊接口；

（3）05年實施的音頻和配電融入智能監(jiān)控系統(tǒng)擴容升級已經(jīng)用足了主站PLC控制器模塊CPU的內(nèi)存資源，如果再增加監(jiān)控單元將導致主站計算機內(nèi)存系統(tǒng)運行速度變慢，可能會破壞系統(tǒng)的可靠性，從而影響系統(tǒng)的正常使用，若要升級智能監(jiān)控系統(tǒng)就得增加內(nèi)存資源。再則僅依靠升級原有智能監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足設備更新和數(shù)字化發(fā)展的需要。更新或添置設備配套進行局部小的升級改造代價并不低，而老的設備因網(wǎng)絡固有性能導致升級效果有限，其性價比不如采用新標準重建一套新的智能監(jiān)控系統(tǒng)。原有智能監(jiān)控系統(tǒng)從建成使用十多年來一直運行正常，可靠性較高，維護保養(yǎng)得當可以繼續(xù)使用。若能將新發(fā)射機代替舊發(fā)射機融入智能監(jiān)控系統(tǒng)，則升級改造智能監(jiān)控系統(tǒng)的實用意義不大。

2.2 采用新建發(fā)射機接口融入控制方式

為了檢驗改造后大直徑旋流器的分級效果，對改造前后旋流器底流、溢流進行了多個班次不同入料壓力的采樣分析，結果見表3和表4。

由于舊發(fā)射機融入智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過發(fā)射機附帶的遠程遙控監(jiān)控與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機之間的連接，實現(xiàn)在發(fā)射機的控制器與下位機可編程控制器PLC之間的各類變量信號傳送。新發(fā)射機接口的新建必須以舊發(fā)射機接口功能為參考標準。舊發(fā)射機接口與發(fā)射機下位機的連接只需要部分變量，因此要熟悉了解舊發(fā)射機遙控接口的功能，分清哪些端子變量被選用，新發(fā)射機應以此變量為參考，從單片機控制板上尋找相關取樣點。

2.3 舊發(fā)射機遙控接口功能及對應下位機連接變量

老發(fā)射機遠程接口功能如表1所示共有25個變量。表1中最上面的兩行和最后一行共有11個模擬量，其它為狀態(tài)量及開關量。在與下位機連接中，為了保持有效應用，采用最能直接反應發(fā)射機運行狀態(tài)和可靠控制的變量，縮減變量的總數(shù)量，這樣可減少下位機PLC模塊的配套使用，減輕編程量。

實際選用的從發(fā)射機監(jiān)控與下位機連接的各類變量如表2所示，共采用了12個變量，其中:5個狀態(tài)量，5個模擬量，4個開關量可合并為2個常閉常斷開關量（高電平開，低電平關）。

舊發(fā)射機接口與下位機連接的變量及參數(shù)范圍主要有開關量（開高壓，播出，關機），狀態(tài)量（高壓、連鎖、過壓、過流、故障報警等），遙測量（輸出功率、電壓電流、反射電壓等），狀態(tài)量參數(shù)是高低電平或狀態(tài)信號，模擬量經(jīng)過轉(zhuǎn)換參數(shù)范圍在0—10V之間。

2.4 新發(fā)射機顯示控制系統(tǒng)特點及新建接口的可行性

新發(fā)射機與舊發(fā)射機工作原理和電氣網(wǎng)絡結構基本相同，都采用PDM脈寬調(diào)制制式，輸出功率及采用的功放管型號都相同，主電源也采用-140V。盡管控制系統(tǒng)面對的各類被控制對象的功能相同，參數(shù)范圍幾乎一致，但新舊發(fā)射機的控制系統(tǒng)單元有很大區(qū)別。舊發(fā)射機采用集成電路構成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)開關機，保障設備協(xié)調(diào)運行保護，各類故障信息的顯示，通過儀表顯示遙測量參數(shù)大小數(shù)值；而新發(fā)射機采用單片機為控制中心，所有各類變量信息都送入單片機協(xié)調(diào)處理，以小液晶屏數(shù)字顯示模擬量參數(shù)，狀態(tài)量變化及故障信息，發(fā)射機開關機通過面板按鍵輸入由單片機執(zhí)行。單片機設有通訊接口，可以使用相同標準接口用電纜聯(lián)通，通過通訊協(xié)議傳送控制變量、遙測量信息或開關機控制信號。

表1 舊發(fā)射機遠程遙控接口變量類型

表2 舊發(fā)射機遠程遙控接口與下位機連接變量類型

如果通過在新發(fā)射機上取樣改造可以使新發(fā)射機具有舊發(fā)射機同樣功能的遠程監(jiān)控接口，并且主要參數(shù)標準也相同,那么新發(fā)射機就能融入原有的機房智能監(jiān)控系統(tǒng)。假如將新舊發(fā)射機全部遙控接口端子通過繼電器同步切換二選一與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機進行連接，就可實現(xiàn)新、舊發(fā)射機與智能監(jiān)控系統(tǒng)之間遙控開關機控制，遙測數(shù)據(jù)，傳遞狀況量信息，實現(xiàn)新發(fā)射機融入機房智能監(jiān)控系統(tǒng)運行，同時無須對智能監(jiān)控系統(tǒng)進行內(nèi)存資源升級，可節(jié)約改造經(jīng)費，延長原有機房智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命。

新發(fā)射機的監(jiān)控接口狀態(tài)量和遙測量的轉(zhuǎn)換電路相對簡單，而開關機電路改造比較困難。原有的控制信息是時間狀態(tài)量，通電保持閉合開機，斷電關機，新發(fā)射機是脈沖量，一觸發(fā)就會動作，開機，開播出，關機都是脈沖量，為了實現(xiàn)改造需將通電保持的開機量轉(zhuǎn)換為開機及延遲開播出脈沖量。技術改造新建發(fā)射機接口應保證不影響發(fā)射機的性能指標及正常功能，不影響機房智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用與穩(wěn)定。

三、新發(fā)射機接口的改造設計

3.1 狀態(tài)量接口電路設計

新發(fā)射機接口輸入連接智能監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)量共5個，在新發(fā)射機單片機控制外圍功能電路板上“準備狀態(tài)”、“播出狀態(tài)”、“故障報警”、“低壓電源故障”都能找到對應取樣電路單元，它們都送往單片機外圍接口電路，唯獨沒有“遙控變量”功能電路。在單片機內(nèi)的操作界面中有遠程遙控的選擇菜單，這是為滿足通訊接口允許通訊協(xié)議軟件訪問設置的。遙控狀態(tài)量可以利用開關簡單制作取得，同時與下面開主電源，播出繼電器端子所需接電源配合實現(xiàn)遙控，遙控開關一端連接單片機5V電源，另一端接繼電器端子，實現(xiàn)只有在遙控接通狀況下才能遠程智能操作發(fā)射機。

由于狀態(tài)量主要是采用高低電平表示電路工作狀況，從電氣性能參數(shù)來講，高低電平代表的實際電平電壓不同，新發(fā)射機為低電平0V，高電平5V，智能監(jiān)控系統(tǒng)為低電平0V，高電平15V；另外代表的實際意義也不一樣，同一狀態(tài)量，新發(fā)射機輸出高電平為正常，智能監(jiān)控系統(tǒng)卻要求輸出低電平，因此一定要分清并進行電平轉(zhuǎn)換。用三極管就可以進行高低電平轉(zhuǎn)換，隔離和干擾可采用光耦電路。

圖1 新建或轉(zhuǎn)換狀態(tài)量接口電路圖

3.2 模擬量取樣接口電路設計

新發(fā)射機的接口輸入連接智能監(jiān)控系統(tǒng)的模擬量共4個：主電源電壓、反射功率、輸出功率，調(diào)幅度監(jiān)控已建有通用，在新發(fā)射機單片機控制板外圍接口電路上都能夠找到取樣電路。它們經(jīng)相關電路處理變換后送往單片機，高頻激勵沒有送入單片機電路。為了減少對后續(xù)單片機電路的影響產(chǎn)生誤差及滿足智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機輸入范圍的限制，4個模擬量可以從取樣電路引入，再用放大電路轉(zhuǎn)換滿足需求，實際可應用單個運放集成電路獲得解決。

3.3 常閉、常開與雙脈沖觸發(fā)開關機轉(zhuǎn)換裝置電路設計

圖2 模擬量取樣接口電路圖

新發(fā)射機采用面板按鍵脈沖觸發(fā)，按下高壓鍵、按下播出鍵，有單片機控制器對應啟動電路上高壓、開播出，關機按鈕觸發(fā)可同時關閉高壓，播出。如果新發(fā)射機融入智能監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行遠程控制，開關量還是遙控控制開高壓，播出和關機，新發(fā)射機接口與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機的連接同樣可以采用繼電器方式，但智能監(jiān)控系統(tǒng)輸出的控制電平是短暫脈沖，而不應是長期保持的高電平。事實上智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件是與舊發(fā)射機配合運行的，智能監(jiān)控系統(tǒng)輸出遙控信號開高壓、開播出都為鎖存的高電平到隔離繼電器，繼電器一直吸合相當于開高壓，開播出按鍵撥動通電發(fā)射機運行，只要高壓、播出高電平信號任一消失或為低電平，對應繼電器斷開，發(fā)射機斷電關機。用原有智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件與新發(fā)射機配合運行，開關量必須從常閉常斷轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖觸發(fā)，并且要滿足開關機時序的要求，簡單可靠。為此我們開發(fā)設計了一電路裝置實現(xiàn)上述功能轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖3 常閉、常開轉(zhuǎn)換雙脈沖觸發(fā)開關機裝置電路原理

轉(zhuǎn)換裝置電路以555時基電路為核心開發(fā)，采用智能監(jiān)控系統(tǒng)輸出的高電平作為電路工作電源和觸發(fā)電平。當接通電源后，電源高電平VDD通過R1和R2對電容C充電，當Uc<1/3VDD時，振蕩器輸出Vo=1，放電管截止。當Uc充電到≥2/3VDD后，振蕩器輸出Vo翻轉(zhuǎn)成0，這樣自接通電源起到Uc充電到≥2/3VDD時輸出Vo為脈沖高電平，脈寬時間T=1.1(R1+R2)C，電平幅度≥2/3VDD，該輸出脈沖高電平Vo使發(fā)光二極管點亮，使繼電器K1短暫吸合開高壓。對于開播出，利用繼電器K1另一組端子巧妙實施，端子4接電解電容，常開端子5并接5v電源，常閉端子6并聯(lián)播出按鍵，當繼電器K1短暫吸合開高壓，同時5v電源給電解電容直接充電，當繼電器K1斷電，端子4-6常閉電容放電觸發(fā)（如按下播出鍵）開播出。

關機電路供電依然采用高電平為電源，與開機電路之間使用二極管隔離電源。高電平三極管Q2飽和導通，與三極管C極相連的關機集成塊555時基電路4腳為低電平復位，3腳被鎖定輸出低電平，當三極管Q2截止3腳輸出高電平。在高電平輸入二極管并接入2200/25V電解電容C7一只，儲電應急電源。當高電平斷開，關機集成塊555時基電路U2的 3腳立即輸出高電平，點亮發(fā)光二極管，并驅(qū)動繼電器吸合，時長達到1-2秒以上，完全滿足按鍵觸發(fā)時間，直到電容放電完關機電路沒電工作。至于遙控柜人工操作關機，只要按鈕按下提供一高電平信號，關機電路一接通電源，因4腳不是低電平，3腳直接輸出高電平驅(qū)動繼電器關機。

四、調(diào)試運行

圍繞新接口功能需要，我們制定了實施制作方案。在單塊組合裝置各項功能測試合格后接入發(fā)射機聯(lián)機測試，主要測試開關量可靠性，檢測狀態(tài)量，遙測模擬量的影響。仿真輸入高電平信號檢測發(fā)射機的反應，必須達到反應如同操作發(fā)射機面板按鍵一樣迅速。狀態(tài)量，模擬量要檢測當各自取樣電路連接控制板取樣點后，發(fā)射機無異常反應，同時顯示屏顯示的4個遙測模擬量參數(shù)沒有變化，監(jiān)測模擬量取樣放大電路有輸出。

最后與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機連接聯(lián)調(diào)，人工操作智能監(jiān)控系統(tǒng)電腦發(fā)出遙控開關機信號，檢測開關量的可靠性，仿真發(fā)射機狀況量各個故障信號，檢測智能監(jiān)控系統(tǒng)的反應是否一致。查看模擬量接入智能監(jiān)控系統(tǒng)后顯示的參數(shù)數(shù)值，可通過調(diào)整輸出改變參數(shù)數(shù)值，如調(diào)整有限或超出范圍，電路需重新設計。外部干擾可通過并聯(lián)電容濾波，用屏蔽線或改變布線路徑等措施消除。

在聯(lián)調(diào)完成后，新發(fā)射機融入智能監(jiān)控系統(tǒng)試運行。在試運行中也出現(xiàn)了許多未曾預料的問題，如開關量失效、電磁隨機干擾、狀態(tài)變化不明，還有主備發(fā)射機倒換時間不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象。針對這些現(xiàn)象，通過重做電路，更換器件等措施排除了相關問題。