融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)接口設(shè)計(jì)

王貴金 葉圣陶 毛超 揚(yáng)州廣電總臺(tái)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(jī)接口設(shè)計(jì)

王貴金 葉圣陶 毛超 揚(yáng)州廣電總臺(tái)傳輸控制中心中波發(fā)射部

本文闡述了新發(fā)射機(jī)如何設(shè)計(jì)接口相關(guān)電路，以融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了相關(guān)的安裝調(diào)試流程。

發(fā)射機(jī) 接口設(shè)計(jì) 融入智能監(jiān)控系統(tǒng)

一、前言

通過(guò)探討，改造的主要方法有：（1）采用通訊接口為基礎(chǔ)，通過(guò)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制。（2）以原有發(fā)射機(jī)接口功能為標(biāo)準(zhǔn)，在新發(fā)射機(jī)上改造，建立與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)匹配連接的新接口電路，最終實(shí)現(xiàn)將新發(fā)射機(jī)融入機(jī)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(jiǎn)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(jī)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(jī)上新建新發(fā)射機(jī)界面，并實(shí)施發(fā)射機(jī)功能狀態(tài)的編程，增加分站點(diǎn)，升級(jí)軟件融入原有智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。但這種方式面臨以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）由于是軟件改造升級(jí)，首先需要軟件編程人員參與，而當(dāng)初軟件開發(fā)編程都是專業(yè)公司人員負(fù)責(zé)，我們對(duì)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(dāng)時(shí)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和模式，用硬件PLC模塊及組態(tài)軟件開發(fā)建成，當(dāng)時(shí)許多發(fā)射設(shè)備無(wú)通訊接口；

（3）05年實(shí)施的音頻和配電融入智能監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)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(dǎo)致主站計(jì)算機(jī)內(nèi)存系統(tǒng)運(yùn)行速度變慢，可能會(huì)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(jí)智能監(jiān)控系統(tǒng)就得增加內(nèi)存資源。再則僅依靠升級(jí)原有智能監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足設(shè)備更新和數(shù)字化發(fā)展的需要。更新或添置設(shè)備配套進(jìn)行局部小的升級(jí)改造代價(jià)并不低，而老的設(shè)備因網(wǎng)絡(luò)固有性能導(dǎo)致升級(jí)效果有限，其性價(jià)比不如采用新標(biāo)準(zhǔn)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(lái)一直運(yùn)行正常，可靠性較高，維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng)可以繼續(xù)使用。若能將新發(fā)射機(jī)代替舊發(fā)射機(jī)融入智能監(jiān)控系統(tǒng)，則升級(jí)改造智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用意義不大。

2.2 采用新建發(fā)射機(jī)接口融入控制方式

為了檢驗(yàn)改造后大直徑旋流器的分級(jí)效果，對(duì)改造前后旋流器底流、溢流進(jìn)行了多個(gè)班次不同入料壓力的采樣分析，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

由于舊發(fā)射機(jī)融入智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)發(fā)射機(jī)附帶的遠(yuǎn)程遙控監(jiān)控與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)之間的連接，實(shí)現(xiàn)在發(fā)射機(jī)的控制器與下位機(jī)可編程控制器PLC之間的各類變量信號(hào)傳送。新發(fā)射機(jī)接口的新建必須以舊發(fā)射機(jī)接口功能為參考標(biāo)準(zhǔn)。舊發(fā)射機(jī)接口與發(fā)射機(jī)下位機(jī)的連接只需要部分變量，因此要熟悉了解舊發(fā)射機(jī)遙控接口的功能，分清哪些端子變量被選用，新發(fā)射機(jī)應(yīng)以此變量為參考，從單片機(jī)控制板上尋找相關(guān)取樣點(diǎn)。

2.3 舊發(fā)射機(jī)遙控接口功能及對(duì)應(yīng)下位機(jī)連接變量

老發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程接口功能如表1所示共有25個(gè)變量。表1中最上面的兩行和最后一行共有11個(gè)模擬量，其它為狀態(tài)量及開關(guān)量。在與下位機(jī)連接中，為了保持有效應(yīng)用，采用最能直接反應(yīng)發(fā)射機(jī)運(yùn)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(jī)PLC模塊的配套使用，減輕編程量。

實(shí)際選用的從發(fā)射機(jī)監(jiān)控與下位機(jī)連接的各類變量如表2所示，共采用了12個(gè)變量，其中:5個(gè)狀態(tài)量，5個(gè)模擬量，4個(gè)開關(guān)量可合并為2個(gè)常閉常斷開關(guān)量（高電平開，低電平關(guān)）。

舊發(fā)射機(jī)接口與下位機(jī)連接的變量及參數(shù)范圍主要有開關(guān)量（開高壓，播出，關(guān)機(jī)），狀態(tài)量（高壓、連鎖、過(guò)壓、過(guò)流、故障報(bào)警等），遙測(cè)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(hào)，模擬量經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換參數(shù)范圍在0—10V之間。

2.4 新發(fā)射機(jī)顯示控制系統(tǒng)特點(diǎn)及新建接口的可行性

新發(fā)射機(jī)與舊發(fā)射機(jī)工作原理和電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(hào)都相同，主電源也采用-140V。盡管控制系統(tǒng)面對(duì)的各類被控制對(duì)象的功能相同，參數(shù)范圍幾乎一致，但新舊發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)單元有很大區(qū)別。舊發(fā)射機(jī)采用集成電路構(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)，保障設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行保護(hù)，各類故障信息的顯示，通過(guò)儀表顯示遙測(cè)量參數(shù)大小數(shù)值；而新發(fā)射機(jī)采用單片機(jī)為控制中心，所有各類變量信息都送入單片機(jī)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(jī)開關(guān)機(jī)通過(guò)面板按鍵輸入由單片機(jī)執(zhí)行。單片機(jī)設(shè)有通訊接口，可以使用相同標(biāo)準(zhǔn)接口用電纜聯(lián)通，通過(guò)通訊協(xié)議傳送控制變量、遙測(cè)量信息或開關(guān)機(jī)控制信號(hào)。

表1 舊發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程遙控接口變量類型

表2 舊發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程遙控接口與下位機(jī)連接變量類型

如果通過(guò)在新發(fā)射機(jī)上取樣改造可以使新發(fā)射機(jī)具有舊發(fā)射機(jī)同樣功能的遠(yuǎn)程監(jiān)控接口，并且主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相同,那么新發(fā)射機(jī)就能融入原有的機(jī)房智能監(jiān)控系統(tǒng)。假如將新舊發(fā)射機(jī)全部遙控接口端子通過(guò)繼電器同步切換二選一與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)進(jìn)行連接，就可實(shí)現(xiàn)新、舊發(fā)射機(jī)與智能監(jiān)控系統(tǒng)之間遙控開關(guān)機(jī)控制，遙測(cè)數(shù)據(jù)，傳遞狀況量信息，實(shí)現(xiàn)新發(fā)射機(jī)融入機(jī)房智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)無(wú)須對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)存資源升級(jí)，可節(jié)約改造經(jīng)費(fèi)，延長(zhǎng)原有機(jī)房智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命。

新發(fā)射機(jī)的監(jiān)控接口狀態(tài)量和遙測(cè)量的轉(zhuǎn)換電路相對(duì)簡(jiǎn)單，而開關(guān)機(jī)電路改造比較困難。原有的控制信息是時(shí)間狀態(tài)量，通電保持閉合開機(jī)，斷電關(guān)機(jī)，新發(fā)射機(jī)是脈沖量，一觸發(fā)就會(huì)動(dòng)作，開機(jī)，開播出，關(guān)機(jī)都是脈沖量，為了實(shí)現(xiàn)改造需將通電保持的開機(jī)量轉(zhuǎn)換為開機(jī)及延遲開播出脈沖量。技術(shù)改造新建發(fā)射機(jī)接口應(yīng)保證不影響發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)及正常功能，不影響機(jī)房智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用與穩(wěn)定。

三、新發(fā)射機(jī)接口的改造設(shè)計(jì)

3.1 狀態(tài)量接口電路設(shè)計(jì)

新發(fā)射機(jī)接口輸入連接智能監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)量共5個(gè)，在新發(fā)射機(jī)單片機(jī)控制外圍功能電路板上“準(zhǔn)備狀態(tài)”、“播出狀態(tài)”、“故障報(bào)警”、“低壓電源故障”都能找到對(duì)應(yīng)取樣電路單元，它們都送往單片機(jī)外圍接口電路，唯獨(dú)沒(méi)有“遙控變量”功能電路。在單片機(jī)內(nèi)的操作界面中有遠(yuǎn)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(wèn)設(shè)置的。遙控狀態(tài)量可以利用開關(guān)簡(jiǎn)單制作取得，同時(shí)與下面開主電源，播出繼電器端子所需接電源配合實(shí)現(xiàn)遙控，遙控開關(guān)一端連接單片機(jī)5V電源，另一端接繼電器端子，實(shí)現(xiàn)只有在遙控接通狀況下才能遠(yuǎn)程智能操作發(fā)射機(jī)。

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(lái)講，高低電平代表的實(shí)際電平電壓不同，新發(fā)射機(jī)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(shí)際意義也不一樣，同一狀態(tài)量，新發(fā)射機(jī)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。用三極管就可以進(jìn)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(shè)計(jì)

新發(fā)射機(jī)的接口輸入連接智能監(jiān)控系統(tǒng)的模擬量共4個(gè)：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(jī)單片機(jī)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(guān)電路處理變換后送往單片機(jī)，高頻激勵(lì)沒(méi)有送入單片機(jī)電路。為了減少對(duì)后續(xù)單片機(jī)電路的影響產(chǎn)生誤差及滿足智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)輸入范圍的限制，4個(gè)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(shí)際可應(yīng)用單個(gè)運(yùn)放集成電路獲得解決。

3.3 常閉、常開與雙脈沖觸發(fā)開關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)換裝置電路設(shè)計(jì)

圖2 模擬量取樣接口電路圖

新發(fā)射機(jī)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(jī)控制器對(duì)應(yīng)啟動(dòng)電路上高壓、開播出，關(guān)機(jī)按鈕觸發(fā)可同時(shí)關(guān)閉高壓，播出。如果新發(fā)射機(jī)融入智能監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行遠(yuǎn)程控制，開關(guān)量還是遙控控制開高壓，播出和關(guān)機(jī)，新發(fā)射機(jī)接口與智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)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(yīng)是長(zhǎng)期保持的高電平。事實(shí)上智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件是與舊發(fā)射機(jī)配合運(yùn)行的，智能監(jiān)控系統(tǒng)輸出遙控信號(hào)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(dāng)于開高壓，開播出按鍵撥動(dòng)通電發(fā)射機(jī)運(yùn)行，只要高壓、播出高電平信號(hào)任一消失或?yàn)榈碗娖?，?duì)應(yīng)繼電器斷開，發(fā)射機(jī)斷電關(guān)機(jī)。用原有智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件與新發(fā)射機(jī)配合運(yùn)行，開關(guān)量必須從常閉常斷轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖觸發(fā)，并且要滿足開關(guān)機(jī)時(shí)序的要求，簡(jiǎn)單可靠。為此我們開發(fā)設(shè)計(jì)了一電路裝置實(shí)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(guān)機(jī)裝置電路原理

轉(zhuǎn)換裝置電路以555時(shí)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(dāng)接通電源后，電源高電平VDD通過(guò)R1和R2對(duì)電容C充電，當(dāng)Uc<1/3VDD時(shí)，振蕩器輸出Vo=1，放電管截止。當(dāng)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(shí)輸出Vo為脈沖高電平，脈寬時(shí)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(diǎn)亮，使繼電器K1短暫吸合開高壓。對(duì)于開播出，利用繼電器K1另一組端子巧妙實(shí)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(dāng)繼電器K1短暫吸合開高壓，同時(shí)5v電源給電解電容直接充電，當(dāng)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(guān)機(jī)電路供電依然采用高電平為電源，與開機(jī)電路之間使用二極管隔離電源。高電平三極管Q2飽和導(dǎo)通，與三極管C極相連的關(guān)機(jī)集成塊555時(shí)基電路4腳為低電平復(fù)位，3腳被鎖定輸出低電平，當(dāng)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(chǔ)電應(yīng)急電源。當(dāng)高電平斷開，關(guān)機(jī)集成塊555時(shí)基電路U2的 3腳立即輸出高電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，并驅(qū)動(dòng)繼電器吸合，時(shí)長(zhǎng)達(dá)到1-2秒以上，完全滿足按鍵觸發(fā)時(shí)間，直到電容放電完關(guān)機(jī)電路沒(méi)電工作。至于遙控柜人工操作關(guān)機(jī)，只要按鈕按下提供一高電平信號(hào)，關(guān)機(jī)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(dòng)繼電器關(guān)機(jī)。

四、調(diào)試運(yùn)行

圍繞新接口功能需要，我們制定了實(shí)施制作方案。在單塊組合裝置各項(xiàng)功能測(cè)試合格后接入發(fā)射機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)試，主要測(cè)試開關(guān)量可靠性，檢測(cè)狀態(tài)量，遙測(cè)模擬量的影響。仿真輸入高電平信號(hào)檢測(cè)發(fā)射機(jī)的反應(yīng)，必須達(dá)到反應(yīng)如同操作發(fā)射機(jī)面板按鍵一樣迅速。狀態(tài)量，模擬量要檢測(cè)當(dāng)各自取樣電路連接控制板取樣點(diǎn)后，發(fā)射機(jī)無(wú)異常反應(yīng)，同時(shí)顯示屏顯示的4個(gè)遙測(cè)模擬量參數(shù)沒(méi)有變化，監(jiān)測(cè)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(jī)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(guān)機(jī)信號(hào)，檢測(cè)開關(guān)量的可靠性，仿真發(fā)射機(jī)狀況量各個(gè)故障信號(hào)，檢測(cè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的反應(yīng)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(guò)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(shè)計(jì)。外部干擾可通過(guò)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(jī)融入智能監(jiān)控系統(tǒng)試運(yùn)行。在試運(yùn)行中也出現(xiàn)了許多未曾預(yù)料的問(wèn)題，如開關(guān)量失效、電磁隨機(jī)干擾、狀態(tài)變化不明，還有主備發(fā)射機(jī)倒換時(shí)間不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象。針對(duì)這些現(xiàn)象，通過(guò)重做電路，更換器件等措施排除了相關(guān)問(wèn)題。