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技術文章:傳感器,安全繼電器,PLC等

西門子PLC在廣播電視系統中的應用,實時監控和自動化管理

本文介紹了西門子PLC在廣播電視系統中的應用,實現了廣播電視發射機的實時監控和自動化管理。

【關鍵詞】
1、PLC
2、WinCC
3、現場總線

一、 概述
近年來廣播電視發射技術有了飛躍的發展,發射機朝著高效率、全固態化、智能化方向發展,新型發射機的控制系統多以單片機為核心構成,具有高度的智能化和可靠性。隨著自動化技術的高速發展,PLC的可靠性也是很高的,使得對發射機的操作做到無人值守已可以實現。
本文以我曾做的某電視臺發射機房實時監控系統為例,介紹西門子PLC在廣電系統中的應用。系統采用1臺西門子S7-300作為主站,5臺S7-200作為從站,主站通過穩定的工業現場總線(PROFIBUS-DP)將從站采集的所有PLC的數據傳送給上位機畫面,從而給工作人員的管理帶來了方便。

二、 系統硬件
該控制系統共需開關量輸入93點,開關量輸出35點,模擬量輸入62點。為盡可能減少電磁干擾,根據發射機分布情況,系統共分一個主站和五個從站。選用西門子S7-300系列CPU315-2DP作為主工作站,S7-200系列CPU224加開關量輸入輸出模塊EM223和模擬量輸入模塊EM231以及 Profibus-DP模塊EM277組成從工作站,并為每一個從站配置了一個TD200文本操作顯示面板用于本地實時顯示發射機工作參數。在發射臺監控室設置了兩臺裝有西門子WinCC組態軟件的研華工控機。整個系統通過工業現場總線(PROFIBUS-DP)聯接而成。系統網絡結構見“系統原理圖”。


6臺PLC工作站完成底層的控制動作,包括:開關信號的采集,模擬信號的采集,以及由PLC給發射機發出控制信號。選用一臺S7-300是為了實現上位機冗余、底層PLC CPU時鐘校正、自動開關發射機數據存儲和所有采集的數據的快速集中處理。
2臺上位機通過工業以太網(TIP/IP),完成互相冗余;同時,通過總線將6臺PLC的數據全部采集上來,在畫面上顯示。冗余的上位機增強了整個系統的可靠性。
由于發射臺有著強磁場干擾和發射機的模擬量信號不在PLC標準范圍之內,在工作站PLC與發射機之間使用了信號調理電路聯接;信號調理電路的作用是將發射機的模擬量信號轉化為標準的4-20mA模擬信號作為PLC的輸入,并且從電磁兼容的角度考慮,也保證了采集信號的準確。

三、 系統軟件
整個軟件系統分為PLC工作站應用軟件和上位機人機界面組態軟件兩大部分。本系統中采用西門子公司的STEP7和MicroWin_3.2編程軟件進行了PLC工作站的應用軟件編程,同時還采用了西門子公司的WinCC組態軟件進行了上位機人機界面的組態編程。

四、 系統功能
本系統主要實現了下述功能:
1. 自動監測發射機系統運行狀態,實時監測、記錄各參數量值(包括模擬量和開關量值);對異常情況和參數越限進行記錄報警;自動記錄各機器開關機的時間及累計運行時間。
2. 按各頻率每周播出時間表,定時(或隨時)開機、關機、倒機;
3. 報警功能:有故障,即時顯示報警。本地采用語音聲、光報警方式,并可根據故障程度自動開啟備用發射機;
4. 根據不同用戶的權限實時控制發射機各種操作。
5. 自動生成報表功能:可根據用戶的要求,生成各類報表(如日報表、季報表、故障記錄、維修記錄、檢修記錄、指標記錄、交接班記錄等)。報表可根據需要進行定時或隨機打印;
6. 鍵盤功能
1) 可通過小鍵盤對前端機進行人工干預或修改某些參數;
2) 可修改開關機時間、當前時間、倒機時間;
3) 可通過鍵盤操作實現開機、關機、倒機等操作;
4) 為了避免頻繁倒機,可屏蔽某一部發射機的使用。
7. 遙控操作主要是對發射機的工作參數進行設置或直接控制發射機,主要的命令有:開機(包括高開、低開)、關機(包括高關、低關)、倒機、復位等。值班員通過這些功能,控制設備的工作狀態。
為了保證系統的安全有效運行,系統提供口令管理機制來限定值班員的操作權限和操作范圍。值班員的權限由系統管理員設定。
系統運行過程中的操作情況都被自動記錄,包括值班員的編號、時間、命令等。系統可以對記錄進行查詢、檢索,以便了解值班員對系統的操作
8. 數據查詢
1) 歷史曲線:查詢設備的模擬量,每五分鐘取一點數據,畫出昨天和今天的兩條曲線。
2) 事件查詢列出設備發生故障或越限這兩種事件,并顯示故障代碼及含義,發生故障設備的數據、狀態。
9. 數據存儲:
1) 一類是五分鐘數據,它只包含模擬量,因為數據量較大,只需保存三個月,五分鐘數據以曲線的方式顯示;
2) 一類是例行數據(整點數據),包括模擬量、開關量,整點數據是各類報表的依據。
3) 另一類是故障數據,包含故障前后十秒內的所有數據。
4) 所有歷史數據亦可存入光盤長期保存。
10. 數據庫的通用性和安全性
1) 歷史數據存放在主服務器數據庫中,在從服務器中建立該數據庫的鏡像備份,兩者通過定時校驗,發現問題及時自動恢復。
2) 對數據庫的查閱、修改、刪除設置不同級別的權限,以防數據庫中的信息被破壞。
11. MIS系統(管理信息系統)是監控系統中的一部分,是一個小型的數據庫,主要是對機房內的器材、圖紙資料、技術檔案進行統一的、規范的、科學的管理。 MIS系統具備一般數據庫所具有的各種功能,包括對器材、圖紙資料、指標記錄、維修記錄、交接班記錄進行顯示、查詢、檢索、統計、打印報表等功能。
12. 遠程訪問采用網絡操作系統、內置Web Server軟件,利用Web 信息發布技術,通過局辦公網,為上級領導和相關職能部門提供有關的信息。
為了保證系統的安全,減少系統入侵或人為破壞的可能性,應設置實時數據網關,使監控網能共享辦公網資源,辦公網不能直接訪問監控網,只能按權限取得約定的實時信息。

五、 結束語
西門子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有強大的指令,豐富的CPU類型和擴展模塊,尤其是CPU模塊內部集成了實時時鐘,使其適合于廣播發射機的自動控制應用。西門子公司提供的編程軟件包和WinCC組態軟件,功能強大,使系統開發變的更容易。