基于LOGO！控制的DF100A型短波发射机自动补水控制系统的设计

孟宪坤

（国家新闻出版广电总局554台）

摘 要：通过分析目前发射机补水所存在的问题及几种常用的自动补水控制方式，在介绍发射机自动补水工作原理及控制要求的基础上，以554台乙机房的四部发射机的水箱为研究设计对象，设计了以LOGO！控制器为核心的自动补水控制系统，对系统的主要硬件进行了设计与选型，并重点设计和介绍了系统内部程序工作过程流程图和具体应用程序，最后对所设计的系统进行了应用仿真，仿真结果表明该系统可以实现发射机自动补水的预期目的，且该系统具有较高的安全可靠性和操作性，性价比和市场推广价值较高。关键词：发射机水箱 LOGO！控制器 水位 液位传感器1前言为了加快无线局提出的“有人留守，无人值班”的工作运行模式在各基层电台的深入推广步伐，早日实现“人机同步”的技术发展目标，在保证提高目前发射机安全播出和试验效果的基础上，需要进一步改进提高发射机的整体自动化技术水平，这也是我国广播无线事业发展中发射机智能化技术发展的必然趋势和要求。本文现针对DF100A型100KW短波发射机的水箱在原有的基础上进行改进创新以实现其自动补水的控制功能。目前，在对发射机2单元水电机箱的补水作业中主要还是以人工为主，以值班人员在每小时的巡视过程中通过目测水箱水位的高低来确定是否进行“手动”补水，对补水量及补水时间无法及时保障有效供水，既浪费大量人力、又不能保障供水可靠，最终会对安全播音造成一定的影响。为此，有的台站通过采用继电接触控制方式、单片机控制方式和PLC控制方式实现了发射机的自动补水功能^{[1] [2]}。但是，继电接触控制方式它不仅耗能高，系统接线复杂，在控制过程中，其中任何一个继电器或接触器损坏，都会影响整个系统的正常工作与运行，故障率高，并且在查找和排除系统故障时比较困难，控制柜的安装接线工作量大，控制系统灵活性也较差；单片机控制控制方式成本相对较低，考虑到制版工艺、布局结构、器件的质量等因素的影响会使得抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强，且开发周期长，从设计到使用都要求设计人员有较高的专业知识与单片机开发经验；PLC的控制方式是发展比较早的工业控制器，能够通过简单的编程实现控制要求，灵活性高，多应用于工业生产线、流水线、大型自动化设备方面，基于价格方面的因素，在小型控制项目上不能体现其优越性，缺乏市场竞争力^[3]。据此，本文提出采用LOGO！控制器来实现发射机的自动补水控制功能。LOGO! 控制器可代替繁多的中间控制继电器、时间继电器，直接接受传感器的数据信号、驱动一般的电磁阀和交流接触器，与用于实现同功能的控制器来比较，编程方法简单，扩展方便，价格较低，而且机身小巧，减少了控制柜的接线空间、降低了接线时间及接线费用，系统的设计安装与调试工作量小，且后期维修及扩展方便，在使用LOGO!控制器后线路中的故障点在LOGO! 控制器上可以直接显示出其具体位置，可进一步提高控制系统的可靠性能，具有较高的性价比。所以，采用LOGO！控制器为控制核心，与液位传感器、电磁阀组成发射机的自动补水控制系统，可在进一步确保发射机的控制精度和稳定性的基础上实现其自动补水的功能，逐步提高发射机的整体智能化技术水平。2 控制系统的设计原理及应用介绍本文采用控制领域应用较为成熟的三级控制网络并通过LOGO！控制器、电磁阀和液位传感器、水箱组成闭环控制系统，以实现对各水箱水位的实时监测和精确控制，达到自动补水的功能，其原理结构如图1所示。在图1中，液位传感器实时检测水箱中的高、低水位，并把检测到的水位数据信息实时传递给LOGO！控制器，LOGO！控制器依据接受的数据信息，并结合实际设定值，实时自动控制电磁阀的启停，当检测到设定的低水位时，启动电磁阀对水箱进行补水，当检测到高水位时，关闭电磁阀停止补水，最终完成了整个机房发射机水箱的实时自动补水，使水箱中的水位处于动态的平衡状态以满足发射机正常播音的需要。

现以五五四台乙机房为设计对象，介绍发射机水箱自动补水控制系统的设计原理及流程，该机房有发射机4部、备用发射机1部，由于备用发射机大多处于闲机状态，所以所设计的系统仅考虑正常播音所使用的4部机器的水箱。发射机水箱中原所设定的高、低水位报警及切断继电器的安全措施不变，在此基础上向水箱中放入一液位传感器（选用带有现场显示功能的传感器，如发射机冷凝室中带有显示功能的温度传感器），实时监测水箱水位高度，现场显示数据信息，并把监测数据传送到LOGO！控制器，LOGO！控制器依据传感器传递的数据信息，并结合实际设定值，来决定是否对水箱进行自动补水。

在整个补水控制系统中，设有总体系统控制的启/停按钮、各水箱电磁阀的启/停按钮、报警器及各水箱报警器的启/停按钮，若系统发生意外故障，致使水箱水位处于所设定的高水位值以上或低水位值以下，则相应水箱的报警器启动，进一步的提高了系统的可操作性及安全可靠性。3 系统主要硬件选型及软件程序设计3.1 logo！控制器的选型在发射机自动补水系统中，输入信号为控制器提供过程或控制指令的当前状态信息，控制器依据定义好的程序对输入信号做出反应，然后控制器输出信号，输出信号会依照程序的定义，通过执行器（如电磁阀）影响生产过程，使其按照事先的预定实现相应的具体功能和得到预想的输出结果^[4]。依据五五四台乙机房四部发射机自动补水系统的设计及需要，LOGO！控制器的硬件输入端子须至少具备数字信号输入端子9个、模拟信号输入端子4个，输出端子须至少具备数字信号输出端子8个，这也是选购LOGO!控制器型号的主要参考依据，其输入、输出端子具体信息如表1所示。又因系统三相四线制电源可提供220V交流电源，所以在本次设计中可选择供给电压为115-240V AC/DC、输出承载电流为10A的型号为LOGO!230RC的LOGO!控制器^[5]。3.2 液位控制器的选型液位传感器通常由控制盒和电子式水位开关组合而成，具有安全耐用、稳定可靠、耐污耐水垢能力强、接线简单、安装方便的优点，因此被广泛应用于需要水位测量和控制的场合。依据本文所述控制系统的要求和LOGO！控制器输入、出端子信号的信息，本设计可选用由宝智公司生产的型号为BZ303的液位传感器，该传感器的工作电压是AC220，检测到的液位信号数据信息可直接输出到LOGO!控制器上。

3.3 软件程序设计依据补水控制系统的具体要求和工作过程，设计出了系统程序的工作流程图，如图2所示，图中H??高为补水设定值时的高水位界限，L?低为设定值时的低水位界限，L?警为设定的低水位报警界限，H??高为设定的高水位报警界限。为了增加软件程序的安全可靠性及可读性，LOGO！控制器的内部软件程序设计采用了总分模块化结构设计，即对四个发射机的水箱设计了一个总的启动/关闭程序和四个独立的控制程序模块，如图3所示。

4 控制系统的仿真运行及效果LOGO！控制器所附带的LOGO！soft comfort不仅具有软件编程功能，还具备了强大的软件仿真功能，借助该功能可以直接在PC机上对程序进行模拟运行。现利用该仿真功能对本文所设计的系统控制程序进行仿真。在本设计中液位传感器的输出模拟信号为0-10V， 水箱中水位的数据值可以依据0-10的范围进行比例转换。在模拟运行时，设定水箱水位值正常工作范围：3-8，当传感器检测值＜6时，进行补水，当检测值≥6时，停止补水；设定报警值：当传感器检测值数值≥9时或＜2时，相应的水箱的报警器启动。以机房1#、2#发射机的水箱补水自动系统为例进行模拟运行，在图3中AI1、AI2分别为1#、2#发射机水箱中的液位传感器检测的数值，仿真中由瞬动按钮(常开)操作；I1为系统的总启动/关闭按钮，在仿真中由开关仿真操作；I2、I3、I4、I5为对应的水箱的电磁阀和报警器的启动/关闭按钮，在仿真中由按钮（常开）操作；Q1、Q2、Q3、Q4为对应的电磁阀启动补水和报警器启动。如图4至图8所示的几种情形时的仿真运行效果图。