嚴(yán)航明

（國(guó)家新聞出版廣電總局 八三一臺(tái)，浙江　金華　321100）

基于網(wǎng)絡(luò)的硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嚴(yán)航明

（國(guó)家新聞出版廣電總局 八三一臺(tái)，浙江金華321100）

文章對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)的硅膠電加熱膜衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了采用發(fā)熱效率高、壽命長(zhǎng)的柔性硅膠發(fā)熱膜作為發(fā)熱體，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星天線融雪裝置。該裝置極大地提高了在雨雪冰凍天氣下，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)對(duì)抗雪衰的能力，極大地增強(qiáng)了節(jié)目傳輸?shù)陌踩浴?/p>

硅膠加熱膜；衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)；PLC；遠(yuǎn)程監(jiān)控

1　概述

衛(wèi)星通信具有覆蓋區(qū)域廣泛、傳輸速率高特點(diǎn)，是廣播、電視、電信等領(lǐng)域不可或缺的傳輸覆蓋手段，在全國(guó)乃至全球都有著廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)東北地區(qū)，冬季溫度可降至-40℃低溫極端天氣，衛(wèi)星通信天線反射面會(huì)覆蓋一層厚度不等的積雪，且長(zhǎng)時(shí)間難以融化最終導(dǎo)致結(jié)冰。我國(guó)南方地區(qū)，也會(huì)遭遇特大冰雪災(zāi)害。產(chǎn)生的雪衰會(huì)嚴(yán)重影響衛(wèi)星通信質(zhì)量，使信號(hào)質(zhì)量降低或通信中斷。一般的人工除雪除冰作業(yè)不僅十分困難和不便，還會(huì)有人身傷害的危險(xiǎn)；而常規(guī)的熱風(fēng)機(jī)吹掃和電熱絲加熱的除雪除冰方式，不僅功耗大、熱效率低，由于加熱不均勻，也無(wú)法保證衛(wèi)星通信的最佳效果。為了確保衛(wèi)星通信的安全，消除冬季冰雪對(duì)衛(wèi)星通信傳輸領(lǐng)域造成的危害，我們?cè)O(shè)計(jì)了具有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能的衛(wèi)星天線加熱融雪系統(tǒng)。

2　硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能

基于網(wǎng)絡(luò)的硅膠電加熱膜融雪系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)全天候監(jiān)測(cè)天線周圍環(huán)境狀況，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到天線表面上存在積雪、結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)能夠快速啟動(dòng)，使天線面上積雪或薄冰迅速融化，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看衛(wèi)星天線每個(gè)區(qū)域溫度和硅膠電加熱膜工作情況。實(shí)現(xiàn)主要功能有：

（1）自動(dòng)識(shí)別、檢測(cè)雨、雪、寒冷天氣等自然條件，啟動(dòng)/停止加熱。

（2）支持本地控制方式（Local）和遠(yuǎn)程控制方式（TCP/IP），能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。

（3）天線每個(gè)加熱扇區(qū)獨(dú)立控制、運(yùn)行，具有過(guò)流、過(guò)載防護(hù)功能。

（4）硅膠發(fā)熱膜上有溫度保護(hù)器，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值（設(shè)定值為60℃）時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)。

（5）用戶可設(shè)定溫度告警范圍，當(dāng)溫度超過(guò)或者低于設(shè)置范圍，會(huì)有故障告警。

（6）對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星天線加熱扇區(qū)都有溫度記錄曲線，可以實(shí)時(shí)查看。

（7）具有簡(jiǎn)單人機(jī)界面，易于操作、維護(hù)和管理。

（8）配電柜要有防電涌裝置系統(tǒng)有防雷擊、過(guò)載和錯(cuò)誤防護(hù)功能 。

3　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller，PLC）系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，供電系統(tǒng)組成，主要安裝在控制柜和配電柜兩個(gè)箱體內(nèi)。在每個(gè)衛(wèi)星天線表面分為12個(gè)扇區(qū)即30°為一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)安裝有硅膠加熱膜和PT100鉑熱電阻溫度傳感器，同時(shí)在衛(wèi)星天線區(qū)安裝一個(gè)雨雪傳感器。

3.1PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)由絕緣型熱電偶輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、CPU模塊、電源模塊、IO接口單元、現(xiàn)場(chǎng)控制觸摸屏、溫度傳感器、雨雪傳感器組成。PLC控制系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器和雨雪傳感器傳送的信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)加熱控制，可以通過(guò)上位機(jī)界面或者現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和手動(dòng)控制。

3.2供電系統(tǒng)

整個(gè)供電系統(tǒng)采用AC 3P 380V±10%，50Hz±5%（五線制）為工作電壓。每個(gè)衛(wèi)星天線加熱區(qū)域分為12區(qū)，每30°為一區(qū)，通過(guò)AC 3P 380V的每一相為每個(gè)衛(wèi)星天線的4個(gè)區(qū)加熱，12區(qū)剛好分為3組，從而達(dá)到負(fù)載均衡。每個(gè)衛(wèi)星天線的加熱額定功率可以達(dá)到3.7m天線功率>16.8kW；4.5m天線功率 > 23kW。同時(shí)專用24V開(kāi)關(guān)電源為溫度傳感器、雨雪傳感器、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏供電。

3.3衛(wèi)星天線加熱體

衛(wèi)星天線采用硅橡膠加熱膜作為加熱體，具有很好的柔軟性，可以與被加熱物體完全緊密接觸，能夠讓熱量傳遞到任何所需的地方。硅橡膠發(fā)熱膜很薄，份量輕盈兼有靈活性，有熱傳遞作用，改善熱傳遞，加速升溫和減少功率需要，效率高的特點(diǎn)。同時(shí)在硅橡膠發(fā)熱膜背面貼有橡塑保溫海綿（B1級(jí)），作為保溫材料，兼具絕緣和密封的作用。還在保溫海綿后面安裝有鋁合金面板，在每個(gè)面板縫隙間涂上防水膠水可以起到防水密封的作用。加熱系統(tǒng)的使用壽命大于3年，防護(hù)等級(jí)符合EN-IP54標(biāo)準(zhǔn)，絕緣性能達(dá)到擊穿電壓20～50kV/mm2。加熱體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　加熱體架構(gòu)

4　軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)人機(jī)界面和現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏人機(jī)界面通過(guò)FINS通訊協(xié)議與歐姆龍PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊，可以查看每個(gè)衛(wèi)星天線每個(gè)區(qū)域的溫度，工作狀態(tài)；也可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和手動(dòng)控制。

4.1現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

首先，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏界面對(duì)加熱啟動(dòng)溫度（設(shè)置溫度）進(jìn)行參設(shè)置（通過(guò)上位機(jī)界面也可設(shè)置），當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)使加熱片工作，當(dāng)溫度高于設(shè)置溫度5℃后，PLC無(wú)輸出控制信號(hào)使加熱片停止工作。從而使衛(wèi)星天線表面溫度保持在“設(shè)置溫度+5℃”的范圍內(nèi)。當(dāng)自動(dòng)控制有故障時(shí)，可以切到手動(dòng)控制模式。當(dāng)在手動(dòng)控制模式時(shí)是直接加熱與設(shè)置溫度無(wú)關(guān)，因此加熱完畢后要手動(dòng)關(guān)閉加熱。現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏界面，可以對(duì)每個(gè)衛(wèi)星天

線區(qū)域溫度，設(shè)置溫度，工作狀態(tài)，控制狀態(tài)都有實(shí)時(shí)的顯示，便于實(shí)際維護(hù)、故障處理時(shí)查看和臨時(shí)控制。

4.2上位機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件系統(tǒng)由加熱控制監(jiān)視系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，共由兩套軟件組成。

（1）加熱控制監(jiān)視模塊負(fù)責(zé)硬件信息采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、硬件設(shè)置等功能。當(dāng)PLC通訊中斷時(shí)主界面會(huì)有告警提示，通訊正常時(shí)會(huì)有每個(gè)衛(wèi)星天線區(qū)域溫度顯示，溫度會(huì)以不同顏色顯示（溫度從低變高時(shí)顏色從冷綠色逐漸變熱紅色），以提示操作人員注意。自動(dòng)加熱狀態(tài)下，加熱片會(huì)在檢測(cè)到有雨雪冰凍時(shí)，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)的溫度下限時(shí)自動(dòng)加熱，并保持在預(yù)置溫度+5℃的溫度范圍。手動(dòng)加熱模式是直接強(qiáng)制進(jìn)入加熱狀態(tài)。

（2）歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。本模塊主要用于對(duì)檢測(cè)的歷史溫度進(jìn)行查詢，用戶可以選擇查看每個(gè)衛(wèi)星天線每個(gè)區(qū)域，以選擇時(shí)間開(kāi)始后的24h內(nèi)數(shù)據(jù)，每個(gè)衛(wèi)星天線共12條曲線，用戶可將鼠標(biāo)放入圖表區(qū)內(nèi)，滾動(dòng)滾輪進(jìn)入放大縮小查看更多細(xì)節(jié)。

5　結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星天線硅膠加熱膜融雪系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了在雨雪冰凍天氣災(zāi)害下，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)對(duì)抗雪衰的能力，極大地提高了節(jié)目傳輸?shù)陌踩院途W(wǎng)絡(luò)安全性，降低雪衰造成的停播概率，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。真正實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能、環(huán)保、實(shí)用。

［1］李文科.基于網(wǎng)絡(luò)的電加熱道融雪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2011.

Design and implementation of silicone membrane electric heating system based on snowmelt

Yan Hangming
（831 Station of State Press and Publication Administration of Film， Radio and Television， Jinhua 321100， China）

In this paper， the design principles of network-based silicone membrane electric heating satellite antenna snowmelt system was elaborated， it proposed the use of high heat effciency， energy saving， long life， fexible silicone rubber heating flm as a heat generator，you can monitor real-time satellite antenna means snowthrough the network. This device greatly improved in the freezing rain and snow weather disasters， satellite transmission systems ability to fght bad snow， which greatly improves the security program transmission.

silicone rubber heating flm； satellite antenna snow melting system； PLC； remote control

嚴(yán)航明（1977— ），男，浙江龍游，本科，副主任，高級(jí)工程師；研究方向：自動(dòng)化控制。