构建大功率发射机热交换系统和环境温度系统一体化控制平台
万学哲 万学军
（国家新闻出版广电总局2024台、953台）
摘 要：发射机热交换控制系统和机房环境温度控制系统是机房自动化的两个重要组成部分，是发射机稳定运行的重要因素，尤其是在高纬度严寒地区更显突出，构建一个能够将两个系统一体化控制的平台，实现安全可靠运行非常必要。本文介绍的是自主研发的一个一体化控制平台，文章详细的从两个系统硬件布局、功能实现和一体化控制平台软件使用进行了说明。关键词：热交换 冷凝器 自动控制 温度监测1 前言
地处严寒地区的大功率发射机房，四季温差和冬季室内外温差都在70℃左右，在这样极端的环境中，如何解决热交换系统的冷却效果和热交换系统中冷凝器的运行安全（防冻）这对矛盾很重要，同时还要解决好机房环境温度的相对稳定性问题，这些都是影响发射机安全运行的重要因素。构建一个适合在严寒地区大功率发射机房使用的热交换控制系统和机房环境温度控制系统一体化平台，有效的解决上述问题对台站的安全播出和机房自动化建设非常重要。现就自主设计和使用的这一控制平台介绍如下。2 热交换系统简介
大功率短波发射机的冷却一般采用水冷和风冷两种方式。热交换系统是水冷系统的重要组成部分，其主要功能是将冷却用水进行降温冷却和循环利用。在热交换系统中，冷却水是通过受强制风冷的风水热交换器（冷凝器）进行降温。强制风冷分为两种，一种是利用室内空气的冷却，即内循环，另一种是利用室外空气进行冷却，即外循环，可根据发射机的工作状态（开机/ 待机/关机）和室内外温度进行合理选择使用，在达到最佳冷却效果的同时确保冷凝器的运行安全（防冻）。2.1 热交换系统的组成热交换系统示意图如图-1所示，该系统主要有冷凝器、水路管线、通风管道、风阀（电动百叶）、固定百叶、保温防冻卷帘门、温度传感器、声光告警指示灯等组成。该系统通过对电动百叶工作状态的控制（开启/关闭），选取合理的工作模式（内、外循环），达到对循环水二次冷却降温的目的。保温防冻卷帘门只在寒冷天气下使用（关闭），其它时段为常开状态。温度传感器为自动化控制采集温度信息，声光告警指示灯作为低温告警提示。2.2 热交换系统外循环工作原理室外冷空气通过开启的防冻卷帘门和1#进风电动百叶或进风窗户进入沉降室，冷空气经过沉降室的物理沉降后进入缓冲间，经粗效过滤网和2#进风电动百叶进入冷凝器室，经冷凝器完成热交换后进入通风管道，经已经开启的1#、2#外循环电动百叶排向室外，实现外循环。防冻卷帘门、进风窗户和1#进风电动百叶可视冷却效果选择性开启或关闭。在外循环通风管道内安装有二个电动百叶，这种设计首先是提高了可靠性，其次是有效的防止了冷空气倒灌，保证了冷凝器的运行安全。系统处在外循环工作模式时，内循环电动百叶应为关闭状态。2.3 热交换系统内循环工作原理热交换系统工作在内循环状态时，通风管道内的1#、2#外循环电动百叶处于关闭状态，内循环电动百叶处于开启状态。工作在内循环工作模式时，空气是通过冷凝器室、冷凝器、通风管道、内循环电动百叶、缓冲间、2#进风电动百叶再回到冷凝器室，形成室内循环通路，空气依靠自然冷却的方式降温，另外还可以根据降温效果选择性开启防冻卷帘门和1#进风电动百叶补充冷空气，提高降温效果。3 机房环境温度调控系统简介
发射机产生的部分热量会使机房环境温度升高，机房大厅环境温度调节主要是通过三台中央空调机组完成，在该系统中共安装有12个风阀（电动百叶）。通过对风阀的控制，可以选择在不同的模式下工作，分别是送风模式、排风模式、内循环模式、外循环模式，其中工作在送风模式时，所送的风可以是制冷空气也可以是自然风。机房环境温度调控系统示意图如图2所示。图2 机房环境温度调控系统示意图
4 热交换系统及环境温度系统一体化远程控制平台
4.1 控制系统的建立控制系统配置有主控计算机，作为远程控制终端；安装有3台PLC控制柜，分别安装在空调机房、1号冷凝器室、2号冷凝器室，在每台PLC柜上配置有1台彩色触摸屏，作为本地操作人机交互终端；控制系统采用工业以太网TCP/IP通讯方式，MODBUSRTU485通讯协议；为该系统配置有EPS电源，确保在停电状态下可完成应急操作，在极寒天气下有效的保护了冷凝器。控制平台框架图如图3所示。图3 控制平台框架图
4.2 自动化远程控制平台自动化远程控制平台操作界面如图4所示。在该界面设计有1号冷凝器室、2号冷凝器室、室外进风阀、空调机组、报警和设定六个功能模块，可通过点击进入功能区，可实时显示1号冷凝器室、2号冷凝器室、空调机组和室外进风阀、远程/手动工作模式、温度信息、报警信息、电动百叶（风阀）的工作状态。如图4所示，可见该系统是工作在远程手动状态下，1号冷凝器室中，A01-1、A02-1冷凝器正在运行，工作在内循环工作模式下，其它设备均处于停用和关闭状态。通过该系统不但可以实现自动化远程监控，也可实现多终端监控，强化了监管功能。图4 自动化远程控制平台操作界面
设定功能界面如图5所示，该界面可对1号冷凝器室、2号冷凝器室和空调机组进行手动或自动功能设置，当选择了自动运行时，需对温度进行设定和回差设定进行设置，在自动状态下，系统可根据温度设定值和回差设定值调整工作状态。如图中2号空调机组，其温度设定值为23度，回差设定值为3度，即当检测到的环境温度为26度时，机组自动开启；当检测到的环境温度为20度时，机组自动关闭。当工作在手动方式时，可通过点击电动百叶功能框实现其开启与关闭，同时具有电动百叶到位指示。图5 远程控制平台—设定界面
报警功能界面如图6所示，在该界面中，设计有冷凝器温度、假负载温度、外循环电动百叶（防冻开关）、空调机组、消防告警、压差开关和制冷机组等涉及安全运行的故障信息。当冷凝器排风口温度超出设定值时远程控制平台会自动发出告警，同时本地也会发出声、光告警。该项功能特适用于高纬度严寒地区，在严寒天气里低温告警功能有效的解决了冷凝器防冻问题，保证了冷凝器的自身安全。当机房消防系统发出告警信息时，整个系统会自动停止运行，防止火情扩大化，确保了机房的安全。图6 远程控制平台—报警界面
图7 远程控制—室外进风阀界面
室外进风阀操作界面如图7所示，在该操作界面不但可以通过点击功能框对安装在2个冷凝器室的室外进风百叶进行开启/关闭控制，还可以通过点击功能框对室外进风阀角度在90度内任意控制，从而实现控制冷空气的进入量，以保证冷却效果和安全。空调机组操作界面如图8所示。在该界面可实时显示3台空调机组、9台制冷机组和风阀的工作状态及温度信息；如图可见空调机组工作在远程手动状态下，3号空调机组工作在内循环模式。通过点击对应的风阀（电动百叶）可实现手动控制其开启/关闭，实现不同的运行模式。当自动运行时开启空调机组的数目和各风阀的工作状态等都会根据温度设定值按照设定程序工作。图8 远程控制平台—空调机组操作界面
4.3 热交换系统本地控制本地控制操作是通过本地PLC控制柜完成的，控制柜上安装有触摸屏、旋钮开关和指示灯。远程/本地、手动/自动切换可通过旋钮开关完成。本地控制有两种操作方式，一是可以通过触摸屏完成操作，二是可以通过PLC控制柜上相应的旋钮开关实现控制，当触摸屏故障时可以选择这种方式进行应急处理，两种不同的方式有效的提高了操作可靠性。本地操作界面可对冷凝器和室外进风阀进行监控，也可实时显示冷凝器、电动百叶的工作状态和温度信息，报警和设定功能与远程控制平台操作界面一致，通过选择不同的冷凝器，点击内/外循环和室外进风功能框便可以完成对应的功能操作。本地控制界面与远程控制界面相比，增加了曲线功能，即温度曲线实时显示功能。不同的冷凝器用不同颜色加以区分，可在时间/温度坐标系中实时监看，该功能可以直观的实时的显示冷凝器采样温度的变化，可对设定时间范围内冷凝器采样温度的变化进行历史查询。4.4 空调机组的本地控制空调机组的自动控制分为远程和本地两种方式，本地控制可以通过环境温度控制系统PLC控制柜上的触摸屏完成操作，还可以通过环境温度控制系统PLC控制柜上的旋钮开关完成操作。在远程和本地控制界面中都设有远程和手动两种工作模式，工作模式的切换可通过PLC控制柜上旋钮开关完成。在本地操作界面中可以实时的显示设备的工作状态、温度和故障信息等，同时还可以通过点击功能键进行操作和温度设定。曲线功能可以实时监看设备采样点的温度。4.5 系统特点（1）该系统实现了发射机热交换系统及机房环境温度一体化控制，控制界面直观形象，操作简单、响应及时、准确，可多终端监控。（2）该系统有效的解决了高纬度寒冷天气下，冷凝器防冻和冷却效果之间的矛盾问题，在极端天气条件下，能够发挥重要作用，保证了播音安全。（3）该系统设计有不同形式的控制模式、完善的告警信息提示和EPS保障电源，系统自身运行安全等级高。（4）控制系统采用MCGS组态软件，该软件开发成熟，可植入性强，运行稳定，可靠性高。（5）该控制系统最大限度的降低了劳动强度，同时也减少了人为原因带来的诸多不安全因素。
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