发射基站PLC自动控制和保护系统的设计

２００６年第２期工业仪表与自动化装置?６１?

发射基站ＰＬＣ自动控制和保护系统的设计

李优水

（宁波广播电视大学鄞州学院，浙江宁波３１５０４０）

摘要：介绍了地处高山无人管理的无线发射基站常见故障及其危害，以对比的方式探索性地分析了产生这类故障的原因和解决的办法，详细阐述了利用ＰＬＣ（带模拟输入、输出扩展模块）实现无线发射基站自动控制和保护的设计方案。

关键词：发射基站；发射机；ＰＬＣ；控制和保护；电池组

中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－０６８２（２００６）０２－００６１－０３

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；ＰＬＣ；ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋ

０引言

在无线通讯技术中，为了提高无线发射机发射信号的强度和覆盖范围（发射机功率受当地无线电管理委员会限制），把发射基站设置在城市附近某一高山的顶端以提高发射天线的高度，是无线电工程技术人员采用的最常规、也是最有效的方法。然而，设置在这种地方的发射基站现场环境大都十分恶劣，环境温度、湿度、供电电压状况有时与发射设备要求相差甚远，由此造成发射设备的故障率和停机率都很高。而且一旦发射设备出现上述情况，技术人员也难及时发现和修复，以致影响了无线发射台的正常运行。因此，为发射基站设计一套ＰＬＣ自动控制和保护系统显得尤为重要。

１发射基站的现状

宁波甬港通讯发展有限公司曾在６８０ｍ高的福泉山顶建造了一座频率为１５２．６００ＭＨｚ的无线发射基站，整个发射系统主要由ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的ＮＵＣＬＥＵＳ—ＬＴ发射机、接收频率为４０３．２５０ＭＨｚ的ＫＥＹＷＯＯＤ链路车载台、３ｋＶＡ复华在线ＵＰＳ不间断电源（外接１４４Ｖ／２０ＡＨ电池组）及其他充电、发电配套电器设备组成。可是，如此完备的配置并未获得理想的效果，仅５～７三个月，发射系统就出现大小故障１０余次（其中ＵＰＳ大功率模块被击穿３次，发射机功放组合模块烧毁２次），损失非常大，而且用户还时常反映接收信息中有乱码以及虽在服务区范围内却接收不到信号之类的情况。

２发射系统故障分析

由于设置在市区主发射大楼顶的同一型号发射机和ＵＰＳ电源运行性能十分稳定，从没出现过大的故障。为此，在８月中旬利用信号分析和测试仪器对这两套发射系统做了一次全面的对比检测，得到发射机实测数据统计表１。

表１发射机实测数据统计表

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注：测试时间９：一１９：００，当气象报告最作者简介：李优水（一），男，浙江宁波人，大学本科，研究方

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向为电气自动化。

由统计表推断，福泉山发射系统运行不正常，故　万方数据

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工业仪表与自动化装置２００６年第２期

障频繁主要有以下４种原因：

（１）机房散热不畅，没有安装专用大功率排风电扇，导致发射设备温度过高，电气元件的工作稳定性变差，故障频发。

（２）２２０Ｖ外电源供电电压偏低而且不稳定，高

次谐波多，导致大功率模块被击穿。

（３）在线ＵＰＳ不间断电源１４４Ｖ／２０

ＡＨ电池组

能维持整个发射系统工作的时间仅２—３ｈ，远远小

于每次停电间隔时间（８～１６ｈ）。

（４）发射基站停电频率高、间隔时间长，虽然准备了一台小型２２０Ｖ交流发电机，但在无人管理的情况下难以做到及时发电。

３控制和保护系统的设计方案

基于上述发射系统的故障分析，并经多次研究和试验，设计出一套以ＳＩＥＭＥＮＳ公司ＳＩＭＡＴＩＣ

ｓ７

—２００（带ＥＭ２３５模拟输入、输出扩展模块）ＰＬＣ为核心的发射基站自动控制和保护系统，其主结构框

图如图１所示。

ＮＵＣＬＥＵＳ—ＬＴｌ

２４×１２０ＡＨ

１２４／１２Ｖｌ

发射机１１

电池组

Ｉ－ｔ充电器ＨＭ

ＰＬＣ器融ｌ一下１１１

１——２２ｊｖ

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…’圜窗

图１系统主结构框图

发射基站ＰＬＣ自动控制和保护系统的组成、各部分的基本功能及主要工作原理如下：

（１）ＳＩＭＡＴＩＣ

Ｓ７—２００ＰＬＣ

ＰＬＣ（带ＥＭ２３５扩展模块）共８个输人端（用于检测操作开关、２２０Ｖ外电源、发射机工作状态、发电机油量、发电机启动／停止等状态信息）、６个输出端（用于控制换气风机、指示报警灯、发射功率转换、启动发电机、２２０Ｖ外电源转换继电器等设备）、３个模拟输入端（用于检测２４

Ｖ／１２０

ＡＨ大容量电

池组的电压、发射机的工作温度）、１个模拟输出端（作为Ｐｔｌ００温度传感器的恒流源）。

控制系统为了能实现电压、电流量的模拟输入、输出功能，ＰＬＣ主机扩展了ＥＭ２３５模拟输人、输出模块。其中模拟输入端Ａ（见图２）用来检测２４

ｖ／

１２０

ＡＨ大容量电池组的电压状态。其工作原理为：

先让电池组中的电压经Ｒ１、Ｒ２分压电阻分压，成为

最大不超过＋１０Ｖ的电压并从Ａ端输入（此时ＥＭ２３５模块设置开关状态为１０００１０），同时调节ＯＦＦＳＥＴ和ＧＡＩＮ电位器，最后使输入电压在０～＋

ｌｏ

Ｖ变化时，输入贮存单元ＡＩＷ０中的数值也相应

在０～１００００之间变化。如电池电压为２４Ｖ时，ＡＩＷ０的数值则为８０００，从而为ＰＬＣ程序控制提供了电池电压输入值。

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数字量输入

数字量输出∑Ｒ１ｐ

＋Ｒ２４，Ｖ

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ＥＭ２３５

ＳＩＭＡＴＩＣ

ｂ＇７．２００

图２ｓ７—２００

ＰＬＣ硬件接线不意图

另外，模拟输入端Ｂ用来检测安装在发射机功放模块处的Ｐｔｌ００电阻的温度，该电阻在０℃时的阻值为１００ｆｌ，随着温度的变化，阻值呈约＋０．４似气的线性变化。考虑到ＥＭ２３５模块允许输出的最大电流仅２０ｍＡ，若设计模拟输出Ｉｏ端为Ｐｔｌ００电阻提供１５ｍＡ恒流电流，则只要在输出贮存单元ＡＱＷ０中设置大小为３２

０００×１５

ｍＡ／２０

ｍＡ＝

２４

０００数值，这样Ｐｔｌ００电阻上温度每ｌ℃的变化可

以在它的两端得到约０．４

Ｑ×１５ｍＡ＝６

ｍＶ的电压

变化。图２中经模拟输入端Ｂ就能够在输入贮存

单元ＡＩＷ２中得到６格凡的变化量，如Ｐｔｌ００电阻

温度从０—５０ｏＣ之间变化，则贮存单元ＡＩＷ２中的数值相应在１

５００～１

８００之间变化，从而为ＰＬＣ程

序控制提供了发射机工作温度输入值。

（２）ＮＵＣＬＥＵＳ—ＬＴ发射机

该发射机具有发射参数可编程控制功能。在正常工作状态下，发射机以额定功率１００Ｗ发射；当由于外界气温等原因引起发射机温度偏高（系统上限温度取４２℃），或由于外电源较长时间停电导致电池组电压偏低（系统下限电压取２３．５Ｖ）时，发射机能在ＰＬＣ控制下按额定功率的一半发射，以减少发射机的自身发热量和用电量；当由于某些不正常因素引起发射机温度超过允许的极限温度（系统极限温度取４６℃），或由于外电源超长时间停电导致电池组电压低于极限电压值（系统极限电压取２２Ｖ）时，ＰＬＣ控制系统能立即关断发射机的供电，以确保发射机和电池组的安全。

万方数据

２００６年第２期工业仪表与自动化装置

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图３系统工作流程框图

（３）２４

Ｖ／１２０

ＡＨ大容量电池组

该电池组由原ＵＰＳ不间断电源的１４４

Ｖ／２０ＡＨ

电池组改装而成，停电时可以用该＋２４Ｖ直流电压直接对发射机和ＰＬＣ等电器设备供电，有效工作时间长达１２～１８ｈ以上。

（４）２４／１２Ｖ充电器

该充电器具有＋２４Ｖ浮动和＋１２Ｖ稳压双路电压输出功能。其中２４

Ｖ／５

Ａ非受控电压经２０

ｗ

大功率电阻限流后以大约１～３Ａ电流供大容量电

池组充电；１２

Ｖ／１

Ａ稳定的受控电压除提供接收车

台（工作电流仅０．１Ａ）工作外，还经３ｗ功率电阻限流后以约０．１—０．５Ａ电流供１２Ｖ／２０ＡＨ发电

（上接第７２页）

５结束语

根据上述原理，已经开发出样机。经实际测量，该装置测量误差小于０．１。，可满足大量工程上的应用。实验证明，基于ＭＳＰ４３０Ｆ１３３的数字倾角仪具有携带方便、精度高、功能多等特点。它使用方便，应用范围广泛，可应用于建筑、机械等行业。

机启动电池充电。

（５）ＨＯＮＤＡ一３ｋＶＡ发电机

当２２０Ｖ外电源由于较长时

间停电至２４

Ｖ／１２０

ＡＨ大容量

电池组的电压低于下限电压值（系统下限电压取２３Ｖ）时，在

ＰＬＣ控制下，发电机能自动启动并通过切换继电器Ｍ的触点为发射机、充电器等设备提供２２０Ｖ交流电压；当２２０Ｖ外电源恢复正常或由于发电机工作使电

池组的电压充电至正常值（系统电压正常值取２４．５Ｖ）时，发电机在关闭前仍要延时工作６００ｓ，

以免由于电源不正常引起发电

机频繁启动。

ＰＬＣ控制和保护系统工作流程如图３所示。

４

结束语

该发射基站自动控制和保护系统

由于采用了可靠性高、使用和维护

简便的ＰＬＣ装置，发射机的工作温度和电池组的电压都能较好地保持在一个合理的范围之内，从而彻底消除了上述的各类故障，真正实现了基站发射系统无人管理状态下安全可靠的运行，具有一定的推广价值。

参考文献：

［１］李建兴．可编程序控制器应用技术［Ｍ］．北京：机械工

业出版社，２００４．［２］

陈在平．可编程序控制器技术与应用系统设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．［３］

郭宗仁．可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００２．

参考文献：

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机［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００１．［２］赵继文．传感器与应用电路设计［Ｍ］．北京：科学出版

社，２００２．［３］

Ｂｅｍａｒｄ

Ｓｋｌａｒ．数字通信——基础与应用（第二版）

［Ｍ］．北京：电子工业出版社．

一Ｙ蠹

万方数据

发射基站PLC自动控制和保护系统的设计

作者：李优水， LI You-shui

作者单位：宁波广播电视大学,鄞州学院,浙江,宁波,315040

刊名：

工业仪表与自动化装置

英文刊名：INDUSTRIAL INSTRUMENTATION & AUTOMATION

年，卷(期)：2006，(2)

被引用次数：0次

参考文献(3条)

1.李建兴可编程序控制器应用技术 2004

2.陈在平可编程序控制器技术与应用系统设计 2003

3.郭宗仁可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术 2002

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