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摘要：本文以DX600kW中波发射机控制系统、新100kW短波发射机控制系统、天线交换自动控制系统为例，详细分析了PLC技术在发射台技术设备自动控制系统中的应用。

关键词：PLC技术 发射机控制系统 天线交换自动控制系统

1 引言

PLC中文全称可编程序控制器，起源于20世纪60年代，主要由CPU、存储器（ROM，RAM）、I/O模块、母板、编程器、电源组成。PLC存储逻辑的出现取代了工业电气行业中继电器逻辑控制。近十年，随着计算机技术、微电子技术的发展，PLC技术实现了逻辑控制到数字控制、简单过程控制到集散控制的飞跃。具有编程简单、可靠性高、抗干扰能力强、体积小、易于维护等优点，广泛应用在广播发射台发射机、天线交换等系统的自动控制中。下面以501台1996年安装的DX600kW中波发射机以及无线局新100kW短波发射机、天线交换自动控制系统为例，介绍PLC技术在发射台技术设备自动控制系统中的应用。

2 PLC在DX600kW中波发射机中的应用

DX600kW中波发射机是无线局发射台中波广播发射主力机型，发射机采用五套AB公司SLC500系列的PLC完成发射机的整机控制，具有集成度高、效率高、控制复杂的特点。1996年501台安装两部DX600kW中波发射机，随着无线局信息化平台的建设和发展，501台先后对发射机控制系统进行三次技术改进，满足“无人值班、有人留守”自动播出的运行模式。

2.1系统结构

如图1所示，DX600kW中波发射机TCU SLC上位机采用研华PC610系列工控机，负责接收501台信息化平台下发的调度运行图，监控发射机运行状态，向台平台时实上传发射机运行数据。PLC采用AB公司SLC500系列PLC，CPU为1747-542，编程软件为 RS Logix500。DH+两串口通信适配器实现了TCU SLC与上位机的通讯；同时TCU SLC通过串口与触摸屏连接，值班员通过TCU触摸屏查看发射机状态指标，下发控制指令。SLC按照运行图或值班员下发的指令完成发射机的播出控制。发射机开关量取样点与SLC输入模块采用光电隔离；发射机模拟量通过变送器转换成0至5v标准电压取样信号，传送给SLC模拟输入模块。

TCU SLC由母板、扩展母板、电源、处理器、数字输入/输出、模拟输入/输出、扫描模块几部分组成。TCU SLC母板安插电源、处理器、数字输入/输出、模拟输入/输出、扫描模块。SLC母板输入/输出模块接收TCU数据，扫描模块与三个PB、水冷系统SLC的DCM模块通过并联方式实现SLC之间的数据传送，PKTXD-DH+通信适配器与TCU SLC上位机连接，处理器RS232串口与触摸屏连接。TCU SLC扩展母板安插电源、数字输入/输出、模拟输入模块，负责CCU数据取样，扩展母板与母板通过专用线缆相连。

三个PB单元各安装一套SLC，PB SLC母板安插电源、处理器、数字输入/输出、模拟输入/输出、DCM模块，负责控制单PB的运行以及数据取样[1]，通过DCM通信模块实现与TCU SLC的通信及数据交互。

DX600kW中波发射机水冷系统由一套小型集成SLC完成整机冷却系统的监控，时实上传冷却系统数据给TCU SLC，同时接收TCU SLC控制指令。

2.2系统通信

2.2.1 TCU SLC上位机与501台信息化平台的数据通信

TCU SLC上位机采用研华PC610系列工控机，操作系统Windows XP Professional，数据库服务Microsoft SQL2000（企业版），监控软件采用VC#开发。系统基于TCP/IP网络协议，调用API Windows Socket函数实现与501台信息化平台应用服务器的数据交互。

2.2.2 TCU SLC与上位机的数据通信

TCU SLC上位机串口卡与SLC DH+接口通过串口线缆连接，实现运行图收发、发射机数据上传功能。触摸屏通过SLC RS-232接口与SLC进行数据通信。

2.2.3 SLC之间的数据通信

DX600kW中波发射机控制系统由五套SLC构成，TCU SLC作为核心控制，三个PB单元SLC、水冷系统SLC为前端控制。TCU SLC扫描模块通过远程I/O网络电缆分别与各SLC的DCM模块连接[1]。扫描模块通过周期性扫描的方式与各前端控制SLC的DCM通信，完成数据交互。

3 PLC在100kW短波发射机中的应用

NGCS发射机自动控制系统是目前无线局主推的新一代100kW短波发射机自动控制系统，主要应用在DF100A、大陆418E/F100kW短波发射机上。如图2所示，系统主要由主控计算机、PLC控制、手动控制、伺服电机、串口服务器等部分组成。

主控计算机自动控制程序通过内部以太网络接驳CAN总线、串行口服务器、PLC等方式，按照功能需要由多个进程程序共同构成，各程序协调运作实现对发射机开关机、倒频、运行图接收、运行数据上传、故障报警等自动控制；同时通过USB接口控制ASM机箱，读取发射机模拟信号。PLC控制包括PLC主机、数字I/O接口、模拟量接口三个组成部分，负责完成发射机播出顺序逻辑和保护逻辑控制。NGCS自动控制系统保留了发射机原模拟机械表，通过手动控制模块实现发射机完全手动开机和手动调谐功能。系统使用8个CAN总线伺服电机驱动发射机各路调谐元件，完成发射机调谐功能。串口服务器将发射机频率合成器、PSM控制器信号连接至内部以太网络。

由于本文主要是分析PLC技术在广播发射自动控制系统中的应用，故以下仅对NGCS系统中PLC控制部分进行介绍。

3.1 PLC逻辑控制概述

100kW短波发射机逻辑控制由顺序逻辑和保护逻辑两个部分组成，顺序逻辑主要包括发射机开机流程、播音流程和关机流程，保护逻辑包括过荷保护和安全保护。PLC控制系统使用InoProShop（V1.7.3）编程软件实现发射机顺序逻辑和保护逻辑控制，包括发射机逻辑判断和控制、过荷检测与保护、各表值AD转换等功能。同时通过以太网络实时上传发射机运行状态。

（1）PLC顺序逻辑控制模块负责收集信息、逻辑控制，执行与通讯模块发来的指令和把各种信息返回给通信模块。使用梯形图语言编程，完成图3所示的逻辑控制。

（2）PLC通讯模块负责与主控系统进行通信，负责组织分配各种命令和状态信息，具有调度所有信息指令的功能。

3.2 PLC主要硬件配置

NGCS发射机自动控制系统采用CoDeSysAM600系列PLC，主要硬件配置如下。

（1）控制器AM600-CPU1608TN，支持CAN 总线、RS232/485 总线、以太网总线以及CANopen、Modbus RTU、Modbus TCP 等常见的通信协议。

（2）数字量输入模块选用16路数字输入GL10-1600END模块，为NPN 型集成 16 路数字量输入通道的 I/O 模块。

（3）数字量输出模块选用16路数字输出 GL10-0016ETP模块，为集成16 路数字量输出通道的 I/O 模块。

（4）模拟输入模块选用4通道模拟量输入模块 0-20mA GL10-4AD。电流模拟量取样采用电流传感器方式，电压模拟量分压后采用电压变送器方式，有效防止电磁干扰。

4 PLC在天线交换自动控制系统中的应用

PLC技术在501台天线交换自动控制系统中的应用较为成熟，与发射机自动控制系统相比，PLC在天线交换自动控制中的技术应用比较简单。系统采用PLC经典的“集中管理，分散控制”控制模式。

4.1工作原理

如图4所示，天线交换自动控制系统上位机采用工业级计算机，下位机一般采用AB或OMRON公司的PLC，PLC通过接口（串口、并口或光纤）与上位机连接。由于天线交换开关控制只涉及到开关量，所以PLC输入/输出模块只需要选择开关量模块。为提高系统抗扰性，输入模块与取样信号之间采用光电隔离，输出模块与执行继电器之间加装浪涌保护电路，做好接地。

上位机负责集中管理，通过专网接入501台信息化平台，自动接收上级系统下发的运行图，按照运行图，下发操作指令给下位机，时实向台平台上传天线交换开关的状态信息；PLC负责现场控制，按照接收到的操作指令，通过PLC输出模块向天线交换开关控制电路发出控制信号，并把天线交换开关状态数据上传至PLC上位机系统。

4.2基本功能

天线交换自动控制系统主要包括自动/电动切换、运行图管理、故障报警及联锁、实时监测、数据上传、时间同步及日志管理等功能。

（1）自动/电动切换。天线交换自动控制系统保留原交换系统电动切换模式，值班员手动操作电动盘上的选择开关，实现对天线交换开关切换的控制模式；自动控制状态，天线交换自动控制系统根据运行图时间，完成天线交换开关自动切换的控制[4]。

（2）运行图管理。系统接收到上级下发的运行图时，判断是否能够执行。如果无法执行则报警，如果能执行则自动更新系统运行图，同时反馈可执行/不可执行信息。系统具备人工修改运行图功能；机房人员通过身份验证后，可修改运行图并下发执行。

（3）联锁功能。系统与发射机加高压控制回路进行闭锁，在天线交换开关动作或不到位时，不允许发射机加高压[4]。

（4）故障报警。系统具备如下报警功能：①发射机无天线、使用的天线与运行图不符、天线交换开关故障等的报警功能。②自动交换时发射机未按时关高压故障报警功能。③自动切换超时故障报警功能。④天线频段越限报警：发射机所开频率超过天线播出频段时，弹出报警提示拒绝执行，并将无法执行的信息反馈给上级系统。⑤手动操作时，所经天线交换开关上有高压等非正常状态时，进行文字提示及响铃报警[4]。

（5）时间同步。由自动时间同步、手动校时、时钟超限报警三部分组成。上位机系统与内网授时服务器定时进行时间同步，如同步时间与本地时间相差超过设置阀值时，发出警告，要求人工进行干预。

（6）实时监测。天线交换自动控制系统处于带电状态时，能够实时监测天线交换开关的状态。同时，在控制柜上装模拟显示屏，显示天线交换开关的状态及发射机高压状态，并有手动/自动模式的显示，上位机上也要实时显示出这些信息[5]。

（7）数据上传。

通过网络协议，系统将天线交换开关的状态数据实时上传到发射机房运行监控系统。

（8）日志管理。人员权限以及操作记录管理。

4.3系统数据交互

天线交换自动控制系统上位机软件一般采用VB、VC开发，基于TCP/IP网络协议，调用API Windows Socket函数与发射机房运行监控系统建立数据通信。

运行图接收数据包括发射机编号、下发时间、下发条数、开始播音时间、结束播音时间、开始执行日期、截止执行日期、周期、播出频率、天线编码、天线方向、节目等数据[2]。

天线交换开关状态上传数据包括发射机数量、发射机编码、发射机工作状态、天线编码、天线交换开关数量、天线交换开关编码、天线交换开关型式代码、天线交换开关工作模式、天线交换开关状态编码等数据。

4.3 PLC保护设计

4.3.1 PLC输入端漏电流的防护

限位开关是用来判断交换开关是否到位以及交换开关位置的重要状态数据；天线交换自动控制系统通过接入到PLC输入单元的限位开关电信号，识别天线交换开关的位置。在实际工作中，为避免发生由于限位开关漏电流较大，出现错误输入信号而导致PLC误动作的情况。

4.3.2 PLC输出单元保护电路

PLC的输出电路分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三种方式；在天线交换自动控制系统中采用的是PLC继电器输出电路。作为整个控制系统的执行机构，PLC是通过I/O单元的输出信号实现对天线交换开关电机正/反转的控制，因此需在继电器输出单元加装灭弧器的保护电路。

PLC继电器输出单元加装灭弧保护电路是为了延长PLC接点输出单元上的每个继电器的寿命，防止噪声，减少碳化物和氮化物沉积的产生。在PLC继电器输出单元加装灭弧保护有并联RC电路、二极管和压敏电阻三种方法。

5 结语

PLC技术在501台发射机、天线交换自动控制系统中已应用28年，充分发挥出其稳定可靠、抗干扰能力强、故障率低、维护简单的优势。以上分析，希望能提高大家对PLC技术的学习兴趣，通过学习，不断提高日常值班检修中故障判断和处理能力，为广播发射台安全播音打下坚实的基础，更好地适应新时代对广播发射工作的新要求。

参考文献：

[1] 严波.DX大功率中波发射机SLC控制网络工作原理. 科技传播，2015.

[2] 陈泽番. 发射机房运行监控系统的设计与实现. 电子测试，2021.

[3] 豆丁网. 第三章可编程序控制器程序设计. 互联网文档资源，2017.

[4] 蒲咸善，吴美兴. TBH522型150KW短波发射机的天线控制系统. 广播电视信息，2008.

[5] 方乐. 国产DF500A型500kW短波发射机天线自动控制系统的设计与应用.中国传媒大学学报（自然科学版），2019.