广电机房设备自动化控制及环境监测系统方案.doc

广电机房设备自动化控制及环境监测系统方案目录1概述31.1设计原则31.2系统功能31.3网络拓扑42系统方案62.1PLC控制系统62.1.1连接示意图62.1.2发射机控制PLC功能描述72.1.3机房环境监控PLC82.1.4获取环境参数82.1.5执行上位机指令93监控中心画面103.1发射机实时状态及环境参数监视103.1.1发射机总体监控画面113.1.2单发射机工况画面113.1.3环境参数监控画面123.2系统设置123.2.1权限管理123.2.2开关机时间表设置133.2.3报警设置133.3日志和报表143.3.1日志144开发平台154.1硬件平台154.1.1选型理由154.1.2XLT简介154.2软件平台164.2.1力控软件简介161 概述广电机房设备是广电网络的重要组成部分，良好的机房环境也是网络设备正常运行的重要保证。目前，狐尾山203台设备机房是人工监控发射机操作的全天候值班方式，不仅耗费人力物力，而且只能监控发射机的少数参数，一旦发生故障，当时的故障参数及故障前的参数不能及时保存，给维护工作带来了许多不便。通过先进的自动化控制系统可以极大地提高发射机工作的可靠性，故障报警处置的时效性，数据处理的准确性，充分重视人的因素，大大减轻发射台一线人员的劳动强度，提高发射台整体工作质量和效率。1.1 系统设计原则n 高可靠性控制系统必须安全可靠，绝对避免由于控制系统失灵而引发的不安全因素。必须保证系统稳定、控制可靠、取样准确。控制系统具有较强的抗误操作能力，不能因误操作而影响系统的正常运行。系统没有不必要的中间环节，系统的某个模块发生故障不影响其他模块的运行。n 结构清晰尽量采用一体化设计，例如采用集成式一体化PLC，减少网络中间节点，简化网络结构。n 高安全性采用稳定、安全的硬件产品和软件平台。设置必要的密码及管理等级授权。系统硬件设备的设计充分考虑发射系统的强干扰，采用信号隔离、滤波、屏蔽等抗干扰技术，保证系统的稳定运行。系统应具有完善的安全防范措施，对所有操作人员按其工作性质（系统管理员、操作管理员和一般操作人员等）赋予不同的操作权限，并有完善的密码管理功能，以保证系统及数据的安全。控制系统出现故障时，不影响发射机的正常运行。n 人性化设计系统具有友好的人机界面，采用图形界面技术，利用鼠标和菜单可方便地实现各种功能。使用浏览器就可以监视系统的状态信息。 1.2 系统功能根据用户的需求，厦门203台自动控制系统主要由4个部分组成：l 发射机监控对现有个频道的主、备机，共部发射机的工作状态和主要运行参数进行监测，并将它们直观地显示在触摸屏和计算机软件界面上。对于异常状态提供实时报警，明确标识故障部位，可通过故障报警模块发出声光报警。允许通过触摸屏和计算机人机界面对对发射机进行开关机、升降功率等控制功能。l 主备机切换实现主备机自动切换和定时开关机。主备机切换功能在下位机上运行，可以脱离计算机网络工作。通过上位机则可以手动控制主备机的切换。l 环境监测对机房温度和机器进出风口温度以及机器三相电源电压进行监测，在参数异常的时候可通过故障报警模块发出声光报警。l 故障报警监视发射机参数和环境参数，根据设定的报警规则发出声光报警。报警规则可以由用户自定义。1.3 网络拓扑n 说明：1) 每一套主、备机由一台PLC负责控制，机房环境参数的控制使用2台独立的PLC，PLC通过以太网口接入控制网的交换机。在PLC的触摸屏上可以直接进行主备机切换。2) HMI Server通过各个PLC采集10台发射机的状态数据和机房环境参数。3) 控制网段的监控电脑可以通过C/S客户端和IE浏览器监视发射机状态和机房环境参数，并执行系统管理，主备机切换等操作。4) 控制网段和办公网段之间用防火墙进行隔离（利用已有设备），为了保证安全性，办公网段和控制网段之间只允许指定的协议在指定的主机之间通讯。5) 系统通过短信网关发出短信报警。n 系统特点：1) 故障点少：采用一体化PLC，集成了传统PLC、触摸屏、串口转以太网模块的功能，使得网络结构大大的简化，系统的故障点减少了一半，可靠性大大提高。2) 可离网运行：可以脱离网络交换机运行，在计算机网络中毒或网络中断的情况下依然可以独立运行，不受网络故障的影响。3) 浏览器界面：系统采用了美观方便的浏览器界面，通过浏览器即可对发射机和机房参数进行监控，客户端无需安装额外的软件，大大提高了系统的可用性，使得系统更易于安装和维护。4) 设备网办公网隔离：办公网限制只能访问设备网指定的一台服务器的指定端口，不能访问PLC或者其他设备。2 系统方案2.1 协议解析和驱动发射机协议解析是本系统能否成功实施的关键因素之一，在投标之前，我司特地派资深技术工程师到现场对5个型号的发射机进行了分析和测试，并开发了测试程序，在现场作了联通测试和部分功能测试，实施证明我司完全有能力实施协议的解析和驱动。型号测试情况THOMECAST解析结果为基于MODBUS的厂家自定义协议，成功测试了功率获取及开关机功能。THALES解析结果为基于JBUS的厂家自定义协议，成功测试了功率获取及开关机功能。R&S解析结果为基于BITBUS的厂家自定义协议，成功测试了功率获取及开关机功能。东芝解析结果为非工业标准的厂家自定义协议，成功测试了功率获取及开关机功能。北广解析结果为非工业标准的厂家自定义协议，成功测试了功率获取及开关机功能。2.2 PLC控制系统2.2.1 连接示意图说明：1) 发射机和PLC之间的使用RS485连接，RS485的传输距离和抗干扰能力都要优于RS232，更方便布线。2) PLC通过以太网口直接接入本地局域网， HMI Server可通过工业标准MODBUS TCP协议和PLC进行通讯，获取发射机的状态，或发出控制指令。对发射机的所有操作均通过PLC执行。3) PLC对同轴开关的控制和进出风口温度参数的获取，都通过内置的数字及模拟I/O进行。4) 整个PLC控制系统的控制功能和显示功能都集中在一台一体化PLC上，更易于管理和维护。2.2.2 发射机控制PLC功能描述发射机PLC既用于本地控制，又为远程的监控主机提供服务。为了实现脱网运行的目标，PLC应能脱离网络实现开关机和主备机倒换功能，并能在PLC液晶屏幕上设置相应的参数。（发射机监控PLC功能图）2.2.2.1 定时开关机1) 时间表设置：在PLC的控制面板上可以直接设置主、备机的开关机时间表。2) 定时开关机：PLC内部逻辑自动根据用户设定的时间表执行相应的开关机操作。PLC的定时开关机操作要充分考虑到当前主、备机的状态才能加以执行。2.2.2.2 主备机倒换1) 倒换条件设置：设定主机的功率下降到何种程度的时候应该倒换到备机。2) 主备机倒换：当用户从PLC面板上选择主备机倒换，或者达到倒换条件时，PLC执行倒换操作。执行倒换操作时，PLC内部逻辑会自动根据设定的开关机时间表和主备机状态来判断是否有倒换的必要。2.2.2.3 执行上位机指令当授权用户在浏览器上执行发射机控制操作时，服务器发送相应的指令给相应的PLC，由PLC执行主备机倒换操作。1) 远程主备机倒换：执行主备机倒换操作。2) 获取发射机状态：服务器通过PLC获取发射机状态、发射机进出风口的温度等，再显示在用户的浏览器界面上。3) 发射机开关机：本系统允许用户通过上位机执行手工开关机操作，手工开关机操作发送到PLC以后，PLC内部逻辑向发射机发出相应的指令执行开机或关机操作。4) 升降功率：执行上位机的升降功率指令。2.2.3 机房环境监控PLC2.2.4 获取环境参数PLC通过温度、湿度传感器获取当前的环境参数，并显示在PLC屏幕上。2.2.5 执行上位机指令1) 查询环境参数：上位机定期向PLC发出查询指令，获取最新的环境参量。2) 控制警铃：环境监控PLC和警铃连接，当上位机的报警模块选择使用警铃报警方式时，指令发送到PLC，由PLC控制警铃发出警报音。3 监控中心画面监控中心画面运行在HMI Server上，客户端使用浏览器即可访问监控画面。3.1 发射机实时状态及环境参数监视3.1.1 发射机总体监控画面发射机总体监视画面在同一个画面显示所有发射机的主要状态，例如主备信号连接，同轴连接，视音频功率，反射功率等。双击其中的一部发射机就进入单发射机工况画面。3.1.2 单发射机工况画面使用直观的工况图显示该发射机的各种状态和参数，在工况图中可以对发射机进行控制，例如开/关机，升降功率等。点击工况图中的功放图标进入功放画面。3.1.3 功放参数画面显示功放的相关参数。3.1.4 环境参数监控画面显示机房的温度、湿度等环境参数。3.2 系统设置3.2.1 权限管理角色权限系统管理员可以执行系统的所有操作，包括创建用户设置管理员允许设置开关机时间表，报警条件等参数操作人员可在工况画面中控制发射机的倒机、开关机、升降功率等操作浏览用户只读用户，只能查看系统的状态3.2.2 开关机时间表设置设定各发射机一周七天的开关机时间3.2.3 报警设置3.2.3.1 报警方式本系统支持多种报警方式，包括：1) 警铃报警2) 蜂鸣报警3) 屏幕动画报警4) 手机短信报警其中前三种方式无需设置，手机短信报警需要设置需要接收报警的手机号码。3.2.3.2 报警级别报警分为2种级别：1) 故障：包括所有会影响播出的故障信息，一旦发现故障，系统将自动启动所有的报警方式，触发警铃，以通知相关人员处理。2) 警告：包括暂时不影响播出的问题，在发现满足警告的条件时，不会触发警铃和短信，但是会发出蜂鸣报警和屏幕动画报警两种方式，通知值班人员处理。报警级别报警方式故障警铃、手机短信、蜂鸣、屏幕声光动画警告蜂鸣、屏幕声光动画3.3 日志和报表3.3.1 日志系统日志包含三种类型：操作日志、报警日志和状态日志。操作日志和报警日志长期保存以备查询，状态日志只保存最新的一个月数据。系统日志操作日志：记录操作人员对发射机执行的所有操作指令报警日志：记录所有报警事件的历史信息状态日志：发射机状态和环境参数的历史信息4 开发平台4.1 硬件平台XLt触摸式OCS-紧凑式触摸屏一体化控制器4.1.1 选型理由XLt所具有的以下特性，使它成为本项目的首选产品：1) 支持SD存储卡：XLT支持最大2GB的本地存储，在脱离网络的情况下仍然可以记录各种日志数据。2) 内置触摸屏：无需外接触摸屏，系统的开发和维护更加简便，因为减少了一个故障点，也使增加了系统的可靠性。3) 内置以太网卡：通过以太网卡可以直接和上位机连接，无需外接232/以太网转换装置，简化了网络结构，增加了系统可靠性。4) 丰富的I/O：XLT丰富的I/O选项，可以连接各种设备，也为以后的扩展留下空间。4.1.2 XLT简介XLt操作员控制站，一个可以放到你手掌内的一体化控制器（仅3.75平方英寸）。此款控制器包括一个触摸屏操作员界面，内置I/O，网络和可移动的大容量数据存储器，是一款功能强大，可靠性高的控制产品。特性：1、 首次使用可移动的MicroSD存储器XLt是第一个支持最新标准可移动大容量存储器的工业产品。数据可以在视频手机上看到，大小可以从128MB到2GB。对于过程数据，设备配置，应用文件，这是理想的存储方式。用户可以通过次存储设备很容易的更新XLt的应用程序和显示画面，仅仅需要简单几步。2、 内置I/O和网络XLt的内置I/O包括开关量、模拟量和高速I/O。对于机械控制，高速I/O可以提供计数，频率测量，PWM生成和脉冲输出。对于要求配置为热电偶，RTD，4-20mA，+/-100mV和0-10V信号的高精度输入的过程控制，我们的万能模拟量是非常理想的。XLt记忆结构支持5000多I/O。XLt也有现场可安装的通讯选项。内置的10/100M的以太网卡使设备数据和XLt程序可在工厂范围和世界范围访问。另外，XLt还带有一个内部的57.6K电话调制解调器卡。而以太网和调制解调器是可选的，两个RS-232/RS-485串口和集成的CAN网络是标准的。3、 CsCAPE一体化编程软件集成的控制程序开发：逻辑控制、操作员界面、I/O配置、网络开发；a，逻辑控制：全功能的梯形图编程器；容易使用的拖放和下拉编辑功能；简单和功能强大的I/O配置；完全支持五种语言的IEC1131。b，操作员界面：用梯形图功能配置I/O信息；功能键和显示直接映射为输入接点和输出线圈。具体参数：l 160x128像素，高精度阻抗式触摸屏l 室内室外均可使用，在阳光下也可清晰显示图像l 一个系统按钮和4个功能按钮l 1.2mS/K扫描速率；256K内存；2GB移动存储l 内置22-42点I/O，带有万能模拟量，HSC和PWMl 4种不同的型号，可选择不同数量的内置I/O或不带I/Ol 防护等级NEMA 4X;面板或DIN导轨安装l 2个串口（RS232/485）,可选的电话调制解调器，以太网和无线通讯卡l 低价的GPS接收器，可校准时间，位置和速度数据4.2 软件平台我们选择了力控组态软件作为上位机的开发平台。使用组态软件使得我们可以把注意力集中在监控软件的功能本身，而不是软件架构实现和软件代码上面。4.2.1 力控软件简介1、管控一体化的软件强大的Web功能和Internet/Intranet浏览器技术，直接支持多文档。WWW功能全部用VC+实现，因此当在Internet上远程访问监控画面时，具有更好的实时性。同时易于使用ASP等快速开发工具构建B/S系统结构，并可以直接访问单窗口。 国内领先的网络体系构架，支持B/S和C/S访问方式，支持多层次网络冗余及故障切换。提供多重冗余结构，支持IO设备冗余、网络冗余、数据库冗余等；在基于PC控制的“软PLC”套件得到大量应用的基础上， 控制策略生成器更加完善和符合现场特点,轻松的基于PC构建复杂控制系统；设备通讯和力控网络节点支持GPRS、CDMA等移动通讯功能；GSM手机短信报警管理系统方便管理报警信息；重新设计的加密系统，支持工程加密；2、HMI/SCADA系统重新设计的HMI开发系统,更多的组件和控件来方便您构成强大的系统；丰富的函数和设备驱动程序使您集成更容易；增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时，严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；优化设计的工具箱和调色板，在颜色选择时更直观、方便；开发更灵活,更多的矢量子图，制作工程画面更快捷。提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数,支持大画面和自定义菜单，方便您构造强大的企业级运行系统,脚本类型和触发方式多样，支持数组运算和循环。3、开放性直接EXCEL已VBA的方式访问数据库；符合工程规范的设计：更多的功能组件是为了满足工程技术人员的需要而设计的，足够的灵活性保证了它具有广泛的适应性；数据转发组件灵活方便，OPC技术直接支持时间戳和质量戳；多国语言版本保证了您的项目的拓展 开发系统力控提供了一个高度集成化、可视化的开发环境。极为友好的界面风格使您“上手”非常容易。n 图库集成化的开发环境、增强的图形功能，丰富的图形元素及超级子图精灵图库集，提供子图精灵开发工具，用户可以方便地生成自己的图库；力控优化设计的图库，提供了丰富的子图和“子图精灵”，任意拖拽不变形，使您的工程画面精益求精。n 内部组件u 视频组件：进行视频的捕捉和回放；u 温控曲线组件：可以进行温度的自动升温和保温控制；u 浏览器组件：可以作为标准的浏览器客户端；u 标准WINDOWS组件：支持标准的文本框、单选框、列表框等组件；u 增强的报警组件：集成的报警管理和查询；u XY曲线组件：可以自由的进行曲线分析和查询；u 幻灯片组件：灵活的幻灯片播放，可进行自由控制；u 自由曲线组件：方便的绘制各种曲线和动画连接；u 万能报表组件：类EXCEL的报表工具，方便您完成管理报表；u 立体棒图组件：直方图的分析工具；u 历史追忆组件：可以追忆带毫秒标签的数据，方便事故查询；u 手机短信组件：简单的手机短信发送组件；报表组件：历史报表:方便快速的历史报表生成工具，能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的时间进行查询历史数据，组态时在力控的绘画菜单内进行历史报表的选取。内嵌多功能报表：灵活的报表生成方式，可以任意设置报表格式，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。内嵌多功能报表提供了相应的报表函数，可以制作各种报表模板，实现多次使用，以免重复工作，组态时 在力控的子图内。内置数据表： 内置数据表是力控开发人员总结关系数据库的特点开发出的内置实时关系数据表，利用报表模板可以将力控实时数据库的变量和报表字段进行任意绑定，可以对任意的数据进行插入、删除、遍历、存盘，内置的报表过滤器可以任意设定不同情况下的查询条件，根据查询条件对所查出的记录进行选取来参与数据处理。动作脚本动作脚本类型和触发方式多样，具备自定义函数功能，支持数组运算和循环控制。内置多种打印函数，可根据画面的大小进行任意设置打印范围。自定义运行菜单力控支持用户自定义菜单，其中包括窗口弹出式菜单和定义在各个图形对象上的右键菜单。配合脚本程序与自定义菜单，可以实现更为灵活与复杂的人机交互过程。系统安全性力控吸收了国际上众多知名DCS控制软件的思想精华，并经历了大量复杂工程应用的严峻考验。它彻底解决了很多监控组态软件大点数时不稳定或死机的问题，为用户解除了后顾之忧。n 安全保护力控提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠。力控的用户管理将用户分为操作工、班长、工程师、系统管理员等多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作。n 报警和事件记录力控在运行时自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件。一旦发生事故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供基础资料。