+ 廣東省廣播電視技術(shù)中心衛(wèi)星地球站 戴賓
在過去的十幾年,衛(wèi)星地球站監(jiān)視和控制技術(shù)發(fā)生了飛躍的變化,由硬連接到小型機、微機,發(fā)展到現(xiàn)在的高速以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以其速度快、容量大的優(yōu)勢,有效地對播出信號和設(shè)備狀態(tài)實現(xiàn)全覆蓋監(jiān)控,可以及時發(fā)現(xiàn)信號異常和設(shè)備故障,及時報警并自動切換備份,大大提高了播出系統(tǒng)的可靠性和節(jié)目的傳輸質(zhì)量,逐漸成為整個播出傳輸系統(tǒng)的“大腦”,承擔著自動分析處置的重任,成為播出系統(tǒng)的重要組成部分。但以太網(wǎng)的采用也帶來了一些新問題,如網(wǎng)管計算機一些偶然的、莫名奇妙的死機、鍵盤鎖定、鼠標失蹤,系統(tǒng)誤報警、誤發(fā)指令、設(shè)備無緣故倒換等等。
綜合近年來網(wǎng)管系統(tǒng)出現(xiàn)的問題,發(fā)現(xiàn)了一個之前常被忽視的問題,也就是系統(tǒng)內(nèi)部線纜之間的瞬變電壓干擾對網(wǎng)管系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)內(nèi)各種耦合作用產(chǎn)生的瞬變電壓浪涌可能會對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信接口造成嚴重損壞,或者將不正確電壓電平解析為錯誤的指令而導致設(shè)備工作異常。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信障礙是導致播出控制事故的重要原因之一,也是控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后帶來的新問題。
任何導體,只要有電流通過,在它的周圍就會產(chǎn)生磁場,磁場又會對周圍的導體產(chǎn)生感應(yīng),并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,因此導體中的電流同樣也會對其它導體產(chǎn)生磁感應(yīng)干擾。如果將一個導體置于另一個導體產(chǎn)生的磁場內(nèi),只要磁場發(fā)生變化,就會在這個導體上產(chǎn)生感應(yīng)電流。在機房設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部錯綜復雜的布線中彼此相鄰的各種信號電線電纜之間也會由于磁場耦合產(chǎn)生瞬變電壓干擾,自然也會產(chǎn)生干擾或被干擾。
衛(wèi)星地球站設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)線纜主要有三類:1.是電源線;2.信號線,有視音頻電纜,中頻、射頻線纜等;3.網(wǎng)管控制線,包括 RS-232、RS-422、以太網(wǎng)線纜等。耦合可能是由于電源線引起的,也可能發(fā)生在數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)線之間(串擾)。這些干擾如尖峰脈沖、浪涌和瞬變浪涌電壓等會干擾、影響設(shè)備,使其性能降低甚至損壞。對于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作信號電平而言,瞬變電壓浪涌是指在非常短的時間內(nèi)偏離正常電壓電平的現(xiàn)象,這種不期望發(fā)生的偏離電壓可能會導致計算機等設(shè)備無法正常運行甚至出現(xiàn)故障。而且,系統(tǒng)內(nèi)瞬變電壓浪涌的產(chǎn)生原因復雜,任何設(shè)備系統(tǒng)都不能避免瞬變電壓的干擾。
線路間或閃電產(chǎn)生的耦合作用是兩種常見的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變電壓產(chǎn)的原因,但是還有許多其他耦合的因素對設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)及其他電子設(shè)備造成損害,不同來源產(chǎn)生的感應(yīng)耦合作用通常是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變干擾的原因。
瞬變干擾對設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害有:設(shè)備損壞,或由于不正確電壓電平發(fā)出錯誤的信號而導致設(shè)備無法正常運行。
1. 瞬間大幅度超過正常工作的電壓造成的元件和電路的損害,這包括高電平的瞬變電壓導致設(shè)備立即出現(xiàn)故障的所有情況,通常會伴隨明顯的物理損壞,如電路板或元件燒毀等明顯跡象。一般來說,I/O接口電路比較容易受損。隨著電子工業(yè)設(shè)計的精益求精及生產(chǎn)工藝技術(shù)的提高,以及節(jié)能降耗的需要,這些元件的工作電壓在設(shè)計上就已經(jīng)越來越低,如一些處理器常用的 5VDC 工作電壓已經(jīng)降低到 3.3VDC,并且可能還會繼續(xù)降低,但意味它們可以承受的電壓變動范圍也同時降低了,因此對瞬變電壓干擾就更為敏感。由微處理器和其他集成電路 (IC)驅(qū)動的設(shè)備尤其容易受到瞬變電壓浪涌的危害。
2.計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信交流是通過數(shù)字信號傳輸進行,這些數(shù)字信號都是一些特定頻率、幅度的電壓脈沖。有時,瞬變電壓干擾可能在特定頻率上接近這些電壓脈沖,這會導致計算機將這些假的脈沖解析為命令。假命令又會導致很多邏輯錯誤,表現(xiàn)為鍵盤鎖定、程序崩潰或系統(tǒng)鎖定或?qū)υO(shè)備發(fā)出錯誤指令等。如RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7~+12V,只有這個電壓范圍內(nèi),網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠,甚至損壞接口。對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說,不同線纜之間的串擾是通信的一個威脅,如果有太多的串擾,信號傳輸?shù)腻e誤率就會增加,而延長網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間和降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。當數(shù)據(jù)包通過線纜進行傳輸時,遇到串擾,就會丟包,丟包現(xiàn)象嚴重時,數(shù)據(jù)通信能力就會下降甚至網(wǎng)絡(luò)中斷。局限于計算機網(wǎng)絡(luò)知識和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的了解,我們對網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)引起的故障往往未能做出正確的判斷,更不能準確迅速處斷,甚至還會造成故障損失的擴大。
同抑制電磁干擾一樣,對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變電壓干擾的防護也采取消除干擾源、切斷傳播途徑和保護電磁敏感設(shè)備這三個步驟來進行,采用的方法依然是良好的屏蔽和接地。在規(guī)劃建設(shè)或設(shè)備系統(tǒng)安裝進行綜合布線時應(yīng)嚴格按照《電子信息機房設(shè)計規(guī)范》的要求進行。
1.在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線上,采用分類加屏蔽的方式。將電源、信號、網(wǎng)管控制線纜分開布置,并設(shè)置金屬線槽或線管。同一個金屬線槽中 ,對槽內(nèi)各類線纜設(shè)金屬擋板隔離。注意數(shù)據(jù)線、信號線遠離電源線、熒光燈、避雷導體、馬達、可控硅調(diào)光調(diào)壓等干擾源。
2.采用高質(zhì)量的屏蔽良好的線材(六類以上等級雙絞線)、信號轉(zhuǎn)換器,最好采用光纖作為信號傳輸介質(zhì),特別是經(jīng)室外的遠程遙控系統(tǒng)。采用膠合的電源線 ,以降低由平行的電源線產(chǎn)生的磁場。盡量采取對膠線的纏繞方式來克服大電流電源線電磁場耦合產(chǎn)生的磁場。
3.采用瞬變電壓分層保護方法,首先是對進出機房的各種金屬管、電纜、引入線應(yīng)在進出口處與防雷接地裝置相連;電纜進出線應(yīng)在進出口處將電源金屬外皮、鋼套管等與電氣設(shè)備接地相連,控制進入設(shè)備機房的高輸入浪涌。然后對機房內(nèi)所有設(shè)備整機和系統(tǒng)接地,接地線必須能流過很大的電流,控制系統(tǒng)內(nèi)部電線和數(shù)據(jù)線中的瞬變電壓。必要時對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位或易受影響的設(shè)備,如微波收發(fā)信機,采用瞬變電壓和浪涌的防護器件,如壓敏電阻,使瞬變電壓浪涌通過壓敏電阻旁路到子系統(tǒng)地和大地,從而讓進入系統(tǒng)中的瞬變電壓和浪涌幅度大大降低。
在日常工作中,加強對網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控,如交換機各端口流量的的檢測,發(fā)現(xiàn)異常及時查找原因。如果網(wǎng)管系統(tǒng)引起的設(shè)備異常往往是同一網(wǎng)管系統(tǒng)內(nèi)的多個設(shè)備同時出現(xiàn)異常,因此在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時就要迅速檢查網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
1、編碼器(TANDBERG5720)主備同時出現(xiàn)告警,解碼監(jiān)測顯示圖像馬賽克逐步增多,后出現(xiàn)靜幀、黑場,信號源正常,斷開網(wǎng)管網(wǎng)線后編碼器正常。故障原因為網(wǎng)絡(luò)交換機故障造成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)流,編碼器網(wǎng)絡(luò)口反復處理大量占用資源以至死機,更換交換機后正常。
2、NEWTEC調(diào)制器原采用以太網(wǎng)接口網(wǎng)管控制,逢雷電顯示接口信號報警,自動頻繁切換備機,輸入信號正常。在我們對設(shè)備系統(tǒng)進行全面接地整改后再沒出現(xiàn)上述情況。
3、我站大鎮(zhèn)崗機房遠程控制通訊以前采用多股線電纜作為傳輸介質(zhì),控制電腦經(jīng)常死機,而且雷雨天氣經(jīng)常將雷電干擾傳入機房,干擾設(shè)備甚至產(chǎn)生故障,改光纜傳輸后這些現(xiàn)象極少出現(xiàn)。
廣播電視傳輸系統(tǒng)中有很大一部分瞬變電壓是在系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)部的數(shù)據(jù)線信號線網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的,因此有必要重視系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)、信號線瞬變干擾的危害和預防。任何導線都是瞬變電壓的潛在載體,在任何系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)都會存在許多可以產(chǎn)生感應(yīng)耦合的因素。當今計算機處理器和設(shè)備集成電路所需的電壓閾限越來越低,這意味著即使是非常小的電壓干擾,均可能在網(wǎng)管系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤的指令,進而危及我們的播出傳輸。