论文部分内容阅读
摘要：DF-100A型短波发射机的自动化系统的特点是其控制功能和监测功能都是由PLC来完成，管理功能由工控机实现。本文对PLC在短波发射机的应用进行了分析。
关键词：PLC；PSM短波发射机；自动化
中图分类号：TN838文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02
PLC Technology Use in the DF-100A-type PSM Short-wave Transmitters
Cao Huanghua
(Sub-station of Voice of the Straits Radio,Ningde352200,China)
Abstract:DF-100A-type short-wave transmitters automation system is characterized by its control and monitoring functions are done by the PLC,the management functions realized by the IPC.In this paper,the application of PLC in the short-wave transmitters were analyzed.
Keywords:PLC;PSM short-wave transmitters;Automation
一、PLC的基本结构
PLC=Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。其硬件结构如下图1所示：
图1.PLC硬件结构
（一）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
（二）存储器（Memory）
可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（三）输入输出接口电路
1.输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。
2.输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。
（四）通讯模块
PLC通讯模块分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类。I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。
（五）电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源。
二、PLC工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
三、PLC在DF-100A型PSM发射机中的主要应用
DF-100A型PSM短波发射机自动控制系统采用上下位机模式，上位机采用高可靠的工业控制计算机，下位机采用高可靠性、高稳定性、抗干扰性强的可编程逻辑控制器（PLC），上下位机之间通过RS-232串行口进行通讯。整个自动控制系统是由前端执行装置，人机交互界面，两大部分组成，每一部分都可以独立工作。系统的前端执行装置采用高可靠性、高稳定性和强抗干扰性的PLC，它可以在恶劣的外部环境下连续的稳定工作。见图2
图2.自动控制系统框图
（一）PLC在DF-100A型PSM短波发射机中应用主要体现在以下几点
1.发射机粗调。当发射机进行自动调谐的粗调时，如果当前频率是保存过的热播频率，则以保存过的伺服电压位置作为本次调谐的粗调位置，直接将各个伺服电压送出并对高前调谐、高末调谐、高末负载电容以及平衡/不平衡转换器进行置位；如果当前频率是一个全新的没有保存过的频率，程序则根据PLC内部保存的数据线性计算出各个伺服电压位置输出到马达驱动板上，对高前调谐、高末调谐、高末负载电容以及平衡/不平衡转换器进行置位。
倒换波段控制则根据当前频率所在波段的位置，并将计算出的位置信号转换成电压送到各马达驱动板上，直接对三根短路棒进行置位。
谐波滤波器的倒换则有一个专门的设置画面，当输入谐波滤波器面板上频率和刻度、高限刻度值和高限位置时的相对电压值，程序依据这些参数和当前外电的高低，准确地计算出当前要播音频率所需要的滤波器刻度，并把计算出的刻度转换成电压输出送到马达驱动板上，对滤波器进行准确地置位。
发射机各路调谐元件伺服系统的软件编程通常都是以PLC源代码梯形图的形式来表现。
2.自动切换频率。系统从上位机的运行图设置画面中设置发射机所要开的载波频率，通过下位机PLC的处理，控制频率合成器输出所需要的载波频率。当有临时代播时，载波频率直接有代播命令输入到下位机中。
（二）PLC系统的独立性
整个自动控制系统的结构由前端执行装置（下位机，PLC）、人机交互窗口（上位机，工业计算机）、全机房监控系统（服务器，工业计算机）三大部分组成，每一部分都是独立工作的。
1.在任何情况下任何一台计算机出现故障，都不会影响发射机的全自动工作，不会影响其他两部分正常工作。
2.PLC在连续24小时工作情况下，可长期工作。
3.PLC出现故障，工作人员可以在10s内完成对PLC的重新启动；更换PLC模块的操作时间为20s；外电闪断情况下，PLC系统可以在2s以内完成重启，恢复发射机的全自动模式运行，远远小于计算机的重启时间
四、PLC的最新发展趋势
现代PLC技术发展呈现新的动向：
1.PLC网络化技术的发展。PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展。
2.PLC向高性能小型化方向发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。
3.PLC操作向简易化方向发展。
4.PLC的新器件和模块不断推出。高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：PLC；PSM短波发射机；自动化
中图分类号：TN838文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02
PLC Technology Use in the DF-100A-type PSM Short-wave Transmitters
Cao Huanghua
(Sub-station of Voice of the Straits Radio,Ningde352200,China)
Abstract:DF-100A-type short-wave transmitters automation system is characterized by its control and monitoring functions are done by the PLC,the management functions realized by the IPC.In this paper,the application of PLC in the short-wave transmitters were analyzed.
Keywords:PLC;PSM short-wave transmitters;Automation
一、PLC的基本结构
PLC=Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。其硬件结构如下图1所示：
图1.PLC硬件结构
（一）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
（二）存储器（Memory）
可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（三）输入输出接口电路
1.输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。
2.输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。
（四）通讯模块
PLC通讯模块分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类。I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。
（五）电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源。
二、PLC工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
三、PLC在DF-100A型PSM发射机中的主要应用
DF-100A型PSM短波发射机自动控制系统采用上下位机模式，上位机采用高可靠的工业控制计算机，下位机采用高可靠性、高稳定性、抗干扰性强的可编程逻辑控制器（PLC），上下位机之间通过RS-232串行口进行通讯。整个自动控制系统是由前端执行装置，人机交互界面，两大部分组成，每一部分都可以独立工作。系统的前端执行装置采用高可靠性、高稳定性和强抗干扰性的PLC，它可以在恶劣的外部环境下连续的稳定工作。见图2
图2.自动控制系统框图
（一）PLC在DF-100A型PSM短波发射机中应用主要体现在以下几点
1.发射机粗调。当发射机进行自动调谐的粗调时，如果当前频率是保存过的热播频率，则以保存过的伺服电压位置作为本次调谐的粗调位置，直接将各个伺服电压送出并对高前调谐、高末调谐、高末负载电容以及平衡/不平衡转换器进行置位；如果当前频率是一个全新的没有保存过的频率，程序则根据PLC内部保存的数据线性计算出各个伺服电压位置输出到马达驱动板上，对高前调谐、高末调谐、高末负载电容以及平衡/不平衡转换器进行置位。
倒换波段控制则根据当前频率所在波段的位置，并将计算出的位置信号转换成电压送到各马达驱动板上，直接对三根短路棒进行置位。
谐波滤波器的倒换则有一个专门的设置画面，当输入谐波滤波器面板上频率和刻度、高限刻度值和高限位置时的相对电压值，程序依据这些参数和当前外电的高低，准确地计算出当前要播音频率所需要的滤波器刻度，并把计算出的刻度转换成电压输出送到马达驱动板上，对滤波器进行准确地置位。
发射机各路调谐元件伺服系统的软件编程通常都是以PLC源代码梯形图的形式来表现。
2.自动切换频率。系统从上位机的运行图设置画面中设置发射机所要开的载波频率，通过下位机PLC的处理，控制频率合成器输出所需要的载波频率。当有临时代播时，载波频率直接有代播命令输入到下位机中。
（二）PLC系统的独立性
整个自动控制系统的结构由前端执行装置（下位机，PLC）、人机交互窗口（上位机，工业计算机）、全机房监控系统（服务器，工业计算机）三大部分组成，每一部分都是独立工作的。
1.在任何情况下任何一台计算机出现故障，都不会影响发射机的全自动工作，不会影响其他两部分正常工作。
2.PLC在连续24小时工作情况下，可长期工作。
3.PLC出现故障，工作人员可以在10s内完成对PLC的重新启动；更换PLC模块的操作时间为20s；外电闪断情况下，PLC系统可以在2s以内完成重启，恢复发射机的全自动模式运行，远远小于计算机的重启时间
四、PLC的最新发展趋势
现代PLC技术发展呈现新的动向：
1.PLC网络化技术的发展。PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展。
2.PLC向高性能小型化方向发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。
3.PLC操作向简易化方向发展。
4.PLC的新器件和模块不断推出。高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”