基于以太网技术的发射机房温度监控系统

摘 要 本文从以太网技术应用于工业控制领域的优势出发，详细阐述了基于以太网技术的发射机房温度监控系统的设计，介绍了系统的组成、功能及特点，并对使用情况进行了简要总结。

【关键词】发射机房 以太网 温度监控 安全播出

1 引言

发射机房的温度参数对发射机稳定运行具有举足轻重的作用，因此发射机房在建设之初安装了通风冷却设备，包括顶风机、水洗风、百叶窗等。传统模式下，机房温度的监测是由值班人员定时多点监测并抄表记录，根据温度变化情况，开启关闭冷却设备。随着我局信息化技术的发展，设备自动化的普及，对发射机房的温度自动监测，对附属冷却设备自动化控制逐渐提上日程。发射机房温度监控系统，是基于以太网络的附属冷却设备控制系统，根据发射机房温度变化情况自动开启或者关闭相应的通风、冷却设备，实现对发射机房附属冷却设备的自动控制，避免了人为操作的主观性，减轻了值班人员的工作强度。

2 以太网技术用于工业控制的优势

二十世纪八十年代中期发展起来的现场总线（Fieldbus）技术，为适应工业控制系统向网络化和智能化发展的方向，促进了自动化仪表、DCS（Diatributed Control System）和PLC等产品所面临的体系结构和功能结构的重大变革，导致工业自动化产品的更新换代。但是，商业利益的驱使，使的现场总线的标准化成为奢望，这些不同标准的现场总线不能实现互操作，因此现场总线也就不能为管理人员提供从现场控制层到管理层的全面信息集成；此外，现场总线是设备级的低速数据总线，通信速率低，因此，现场总线成为信息传递的瓶颈。

而传统上用于办公和商业的以太网以其开放性、通信速率高、稳定性和可靠性好等优点逐步渗入到控制系统的控制层和设备层。与目前的现场总线相比，以太网具有如下优点：

（1）以太网技术成熟，以太网模块品种齐全、价格低廉、产品在市场上容易获得。

（2）通信速率高。目前的以太网的通信速率10M、100M的快速以太网已开始广泛应用，1000M以太网技术逐渐成熟，其速率比目前的现场总线快得多，可以满足对带宽的更高要求。

（3）应用广泛。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术，受到广泛的技术支持，几乎所有的主流编程语言都支持以太网的应用开发，具有很好的发展前景。

3 系统设计

机房温度监控系统主要用于对机房温度的监测和对各附属冷却设备的控制，整个系统基于以太网设计。向下使用Modbus/TCP协议与各采集控制模块通讯，向上使用TCP/IP协议与远程管理平台通讯。

监控平台对温度采集模块传送的数据进行解析，将数据转换成具有实际意义的表示温度采集点编号和温度值的数据，实时显示于监控平台，同时根据预设值和预设逻辑关系，打开或关闭相应的辅助冷却设备。系统结构如图1所示。

图1：系统结构图

3.1 系统硬件设计

在机房内外20个采温点布置温度传感器并用一根采温电缆接至数字温度传感器的RS-485接口上。在机房6个顶风机、四套水洗风系统的风机和水泵控制线路上加装自动控制线路，和“自动/手动”切换开关。由于此类设备的控制和设备运行状态取样均只有“开”、“关”两种状态，属于开关量，因此本系统中用以太网开关量输入/输出模块完成控制；控制水洗风系统风机风速大小的变频器上预留有RS485控制接口，加装串口服务器完成RS485和以太网之间的数据转换。

3.1.1 温度采集网络设计

温度采样网络是以DS18B20型数字温度传感器、以太网温度采集模块、和专用采温电缆组成。数字温度传感器挂接到采温电缆上，采温电缆连接以太网温度采集模块的RS485口，以太网温度采集模块的以太网口连接二级交换机。本系统中连接DS18B20型数字温度传感器时采用三线制接法，以便消除引线电阻对长距离数据传输的影响。模块的输出分别与三芯测温线对应连接，如图2所示。

图2：温度采集功能模块连接示意图

DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，体积小、有多种封装方式，封装后的DS18B20可用于各种非极限温度场合。温度数据转换为数字信号后集成于一个芯片之上，抗干扰能力强。测温范围在-55℃和+125℃之间，测温分辨率为0.5℃，其测温范围和测温精度完全满足发射机房温度监测的需要。在安装前先对传感器编号，使得每个传感器都由一个固定的ID号，工作时系统搜索每个传感器的ID号，然后启动所有在线的DS18B20进行温度检测，逐个读出输出温度。

以太网温度采集模块采用+24VDC供电，内置标准的10/100M以太网接口和RS485接口，使用Modbus/TCP协议通讯。以太网温度采集模块能够自动检测出传感器短路、开路等异常状态。工作流程为计算机通过以太网口向其发送查询指令，温度采集模块解析指令并通过RS485口扫描各个DS18B20型数字温度传感器的温度数据，以特定格式返回给计算机。

3.1.2 开关控制电路设计

本系统中使用海华联EIO6068型以太网开关量I/O模块完成机房6个顶风机、四套水洗风的风机和水泵的开关控制。EIO6068输出接点电压是250VAC，机房辅助设备控制继电器的线包电压是市电230VAC，因此用EIO6068的输出接点可以直接控制而无需中间继电器。如图3所示，以1号风机控制线路为例，当豆开关切至手动模式时，自动控制线路断开，自动控制功能无效，手动操作的方式保持以前的习惯不变，即通过合上1S8控制1号风机通断；豆开关切至自动模式时，手动控制线路被甩开，EIO6068接收到系统软件发送的“ON”命令后，一组输出接点COM0、ON0接点闭合，1号风机控制继电器1KA带电吸合，控制1号风机运行，同时1KA上的辅助接点接通，高电平信号送给EIO6068的输入IN0端，作为风机运行的取样信号。该模块使用Modbus/TCP协议与监控平台计算机通信。

3.1.3 风速控制网络设计

风速控制网络中，使用上海日普RIP3200-G型变频器，通过远程修改变频器工作频率，从而改变风机速度，达到控制进风量的目的。

在自动化控制改造以前风机调速是由安装于控制箱上的一个旋钮实现，在自动化改造中保留原来的旋钮式手动操作方式，另加装自动控制电路。由于该类变频器只支持RS-485方式通讯，因此本系统中使用了两个MOXA公司的NPORT5232型串口服务器完成四个风机变频器RS-485接口和以太网之间的数据转换。监控平台计算机通过串口服务器向变频器发送指令完成对风机风速控制；查询变频器实时工作频率完成对风机工作情况的监测，其硬件连接图如图4所示。

图4：串口服务器和变频器硬件连接图

3.2 系统软件设计

3.2.1 系统软件设计

系统软件运行时，可以选择全自动或半自动两种模式。全自动模式下系统对采集的温度数据进行处理和显示，实时地发出各种系统信息和告警信息，根据温度设定值控制冷凝器风机和水洗风系统的风机水泵。主界面上的设备图标处于保护状态，只用作辅助设备运行状态的显示，“单击”无效，无需人工介入。

半自动模式介于全自动和手动模式之间，当系统切换到半自动模式时，由用户根据机房温度和设备运行的具体情况，点击主界面上的设备，后台程序根据用户发出的指令控制凝器风机和水洗风系统的运行方式。

机房温度监控平台的软件界面如图5所示。

考虑到软件界面上的大部分操作在触摸屏上进行，界面力求简洁，不使用菜单栏。

主要功能实现如下：

（1）温度数据采集。系统以3秒一次的速度向温度采集模块发送查询指令，温度采集模块接收到指令后返回包含温度传感器编号、温度数据及纠错信息的十六进制码，系统对接收到的码字处理后实时显示于监控平台软件界面。

（2）控制功能。向开关量输入/输出模块发送控制指令，控制冷却设备开关，并查询模块输入信息，返回冷却设备工作状态，实时显示于主界面；通过串口服务器向变频器发送变频指令，本系统中以5Hz步进改变变频器工作频率，同时根据变频器返回的数据判断变频器实时运行频率，显示于系统界面。

（3）报警功能。报警功能分两部分：温度报警和模块异常报警。温度报警，在检测到温度高于或低于温度设定值时，控制台界面上显示报警信息以提醒值班人员；模块异常报警，模块工作异常、网络异常时在控制台界面上滚动显示报警信息并发出声音，提醒维护人员及时处理。

（4）数据查询功能。采集到的温度数据实时显示于主界面，同时存入数据库中，作为设备维护和机房温度数据分析的依据，系统提供列表、折线图两种查询方式，可查询历史数据或某一天内各设备温度变化折线图。

4 结束语

发射机房温度监控系统，主要针对发射机房温度变化对发射机工作的影响，实时监测机房各个关键点的温度，根据机房温度变化情况自动开启或者关闭相应的通风、冷却设备，实现对发射机房温度的监测控制。应用一年多来，该系统工作稳定、性能可靠、数据记录齐全，有效的减轻了值班人员的劳动强度，节约了人力资源，达到了预期设计目的，为尽早实现我台“有人留守、无人值班”的工作模式奠定了技术基础。

参考文献

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作者单位

国家新闻出版广电总局2022台 新疆维吾尔自治区喀什市 844000

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