張延峰

（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

發(fā)射機房監(jiān)控系統(tǒng)之下位機

張延峰

（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

目前，分散式控制系統(tǒng)在廣播電視發(fā)射機房設備監(jiān)控中得到了廣泛應用。該系統(tǒng)上、下位機可獨立工作，某下位機故障不影響其他設備的監(jiān)控，緩解了上位機的運算壓力，分散了系統(tǒng)風險。下位機作為現(xiàn)場設備與工控機之間的橋梁，功能較為完善，可滿足多種設備監(jiān)測要求，集模擬、數(shù)字等多種數(shù)據(jù)采集方式于一體，又具備多種串口通訊方式及以太網(wǎng)通訊方式，兼容性較強。其合理的安全控制原則、較強的抗干擾功能，確保了下位機的適用性和可靠性，使用多年，未發(fā)生死機故障，報警及時，為機房安全播出提供了可靠保障。

發(fā)射機房；監(jiān)控系統(tǒng)；下位機；數(shù)據(jù)采集

內(nèi)蒙古610臺發(fā)射機房設備監(jiān)控系統(tǒng)采用分散式計算機控制系統(tǒng)，主要由現(xiàn)場設備、下位機、以太網(wǎng)設備、上位機組成，上位機集中監(jiān)視管理系統(tǒng)不僅能接收、顯示下位機采集數(shù)據(jù)，還能對下位機進行寫入及指令發(fā)送等操作，下位機相當于一個功能完善的單片機系統(tǒng)，通過輸入輸出接口對各現(xiàn)場設備實施分散式控制，上、下位機之間通過以太網(wǎng)系統(tǒng)、高速通訊接口相互連接傳遞信息，對現(xiàn)場設備實施數(shù)據(jù)采集和有效控制。該系統(tǒng)克服了集中控制系統(tǒng)對工控機運算能力及數(shù)字通信能力要求高的缺陷，也為現(xiàn)場設備采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程傳送創(chuàng)造了條件。每一部發(fā)射機對應一個下位機，下位機擁有獨立的時鐘系統(tǒng)，可以脫離工控機獨立實現(xiàn)自動控制功能，即便上位機出現(xiàn)死機、重啟等意外，也不會影響下位機正常運行，確保了系統(tǒng)的安全、可靠。

1 下位機功能

下位機是監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)射機（現(xiàn)場設備）之間的媒介，它通過I/O總線與發(fā)射機對外接口通訊，獲取發(fā)射機運行數(shù)據(jù)并上傳上位機，上位機接收相關數(shù)據(jù)并存儲，并能對下位機傳達控制指令，進而對發(fā)射機進行遙控操作（主要包括升降功率、開關機等操作）。下位機內(nèi)含存儲系統(tǒng)和時鐘系統(tǒng)，無論上位機是否運行，均可根據(jù)存儲系統(tǒng)內(nèi)的時段設置來實現(xiàn)發(fā)射機自動開關機操作，擴展接口還能對備用發(fā)射機及天線倒換裝置進行監(jiān)控。

發(fā)射機主控單元、輸出參數(shù)及天線狀態(tài)的運行參數(shù)均可由一部下位機來完成，下位機具備多路模擬量、開關量、狀態(tài)量接口模塊，特殊情況還有擴展接口，以備相關數(shù)據(jù)量采集；具備RS232、RS485、RS422串行通訊口和以太網(wǎng)通訊接口，既可監(jiān)控射機，又可監(jiān)控穩(wěn)壓柜、柴油發(fā)電機等附屬設備，同時可適應模擬、數(shù)字接口形式，滿足機房現(xiàn)有設備的監(jiān)控需求。

2 下位機采集控制方式

2.1 無采集接口方式

對于沒有設計外部自動化監(jiān)控接口的設備，監(jiān)控取樣主要從設備的模擬儀表采集模擬量，運用隔離變送器采集不共地的模擬量信號，或從控制電路板間接獲取模擬量信號。從二極管顯示電路獲取報警狀態(tài)量，從控制電路板開關繼電器引線或TTL電平采集其他狀態(tài)量。將輸出控制量并聯(lián)連接到設備控制按鈕上或控制繼電器上，實現(xiàn)對設備的遙控操作。

2.2 模擬接口方式

各公司生產(chǎn)的DAM中波發(fā)射機都配備有對外接口板，具有模擬量、狀態(tài)量及外部控制量接口，各接口都為模擬接口方式。下位機通過其模擬量接口可方便地獲得發(fā)射機各表頭數(shù)據(jù)，計算后并適當調(diào)整系數(shù)得到與發(fā)射機表頭指示基本一致的工作參數(shù)，通過狀態(tài)量接口可獲得發(fā)射機功率等級、連鎖開關、遙控/本地等指示狀態(tài)及各種故障報警狀態(tài)，通過控制量接口可對發(fā)射機進行上位機遠程遙控，下位機自動控制。

圖1 下位機工作機制圖

2.3 數(shù)字接口方式

對于預留了數(shù)字接口的設備，下位機采用與之匹配的物理接口，按照廠家提供的通訊協(xié)議，配置接口參數(shù)，完成各種參數(shù)、狀態(tài)的采集和控制量的輸入。

目前，數(shù)字接口通訊方式多為設備廠家自主研發(fā)，通訊協(xié)議有的廠家不愿公開，所以模擬接口方式是目前機房監(jiān)測數(shù)據(jù)采集控制的主要方式。

3 控制原理

由于發(fā)射機的采樣控制參數(shù)較多，下面就以下位機在發(fā)射機方面的應用來說明其控制原理。為保證不間斷播出，發(fā)射臺每套節(jié)目多采用主備機替換播出，其控制系統(tǒng)也由一組主備式下位機組成，并采用集中控制-分散采集的工作方式：下位機系統(tǒng)主控單元包括程序存儲器和工作存儲器，發(fā)射機自動開關機時間，報警門限、倒機時限及其他相關參數(shù)均存儲于主下位機程序存儲器，由主下位機完成主備機的遠程控制、故障倒機、定時開關機等操作。主備下位機均有獨立的通訊接口分別于主備發(fā)射機進行數(shù)據(jù)通訊，所采集的工作數(shù)據(jù)均存儲于主下位機工作存儲器。主備下位機之間有串行通訊接口，備下位機傳輸備發(fā)射機實時數(shù)據(jù)給主下位機，并接收主下位機傳達的各種指令。主備下位機監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)都經(jīng)主下位機上傳到工控機顯示，其工作機制如圖1所示。

3.1 控制流程

3.1.1 遙控開關機、倒天線

主下位機經(jīng)步驟①接收來自工控機的開關機、升降功率、假負載/天線切換等命令。如果主下位機接收到開主發(fā)射機指令，首先經(jīng)步驟⑦接通主發(fā)射機低壓電源，然后判斷天線位置。如果在主機位置，則經(jīng)步驟③啟動主機高壓；如在負載位置，則經(jīng)步驟⑤切換至天線位置，發(fā)射機連鎖燈熄滅后再經(jīng)步驟③開主機。同樣，如果開備發(fā)射機，首先經(jīng)步驟②給備下位機發(fā)送一條開低壓指令，備下位機經(jīng)步驟⑧接通備發(fā)射機低壓電源，然后判斷天線位置。如果在備機位置，就直接經(jīng)步驟②和④開備機；如果在假負載位置，則經(jīng)步驟⑥將備機切換至天線位置，備發(fā)射機外部連鎖燈熄滅后經(jīng)步驟②和④開備機；如果是關機命令，則無論是主下位機，還是備下位機，均不判斷天線位置，按照“先關高壓，再關低壓”的順序關機。

3.1.2 主備發(fā)射機自動切換

主備發(fā)射機在播出時段內(nèi)，如果發(fā)射機輸出功率低于預設門限，且該狀態(tài)時長超過預設延時，則先判斷備發(fā)射機是否正常。如果正常，則向上位機發(fā)送倒機請求，由機務員判斷是否需要倒備機。如果機務員無任何操作，則在設定計時結(jié)束后自動倒備機；如果判斷備機也不正常，則下位機不執(zhí)行主備機切換操作，僅向上位機發(fā)報警信息。此時，系統(tǒng)即判斷主發(fā)射機故障，待發(fā)射機故障處理后，按下主下位機復位鍵，才能清除主機故障狀態(tài)，下位機才能實現(xiàn)倒機功能。

3.2 天線/假負載切換原則

發(fā)射機天線/假負載倒換開關是主備發(fā)射機功率輸出共用設備，一旦倒換開關在發(fā)射機輸出時切換，則會產(chǎn)生電弧灼燒，易損壞倒換開關，導致節(jié)目停播。為防止意外，在數(shù)據(jù)采集時將開關量接入發(fā)射機外部連鎖，當連鎖燈亮的時候，該機無法手動或自動開機；在下位機程序設計確保主備發(fā)射機有功率輸出時，不會出現(xiàn)切換操作。

圖2 下位機預防干擾

4 下位機抗干擾措施

發(fā)射機房電磁環(huán)境復雜，設備耗電量大，機房電壓常瞬間波動，易對下位機產(chǎn)生影響，比如下位機死機，上位機接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時更新，而后如果設備出現(xiàn)異態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)無法正常報警，從而導致劣播，甚至停播。所以良好的抗干擾措施是監(jiān)控系統(tǒng)可靠的重要保障。圖2所示為下位機預防干擾圖。該下位機主要從以下3個方面預防干擾：①必須確保電源穩(wěn)定，外電必須經(jīng)穩(wěn)壓柜接入，再用帶有濾波功能的UPS對接入電源進行濾波。為防止高頻信號干擾傳輸導線，在每臺監(jiān)測設備的輸入端都加設了容感濾波器。②在設計時，將下位機線路板數(shù)字信號與模擬信號隔離，數(shù)據(jù)總線與供電系統(tǒng)隔離，選用抗干擾性能強的工業(yè)級貼片元件，盡可能加大印制板的接地面積，從而對印制板起到屏蔽作用。對模擬量數(shù)據(jù)的采集，運用廣電信號隔離技術，減少現(xiàn)場信號對系統(tǒng)的影響，也減少信號間的干擾。在通訊方式上，采用抗干擾性好的差分平衡式數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)過多種校驗確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性。對輸入信號采取2次濾波，第1次通過低通濾波器對模擬量進行處理，將高頻干擾濾掉；第2次是在AD信號采集后通過數(shù)學運算對信號進行數(shù)字濾波，確保采集控制數(shù)據(jù)準確無誤。③施工過程中保持各類電線之間的距離，盡量將數(shù)字線、電源線、模擬信號線分開鋪裝；布線時盡量避免90°折線，盡量縮短模擬采集線的長度；選用優(yōu)質(zhì)雙屏蔽雙絞線作為串口通訊線，對信號的屏蔽層接地采用單點接地方式，即在工控機機柜一側(cè)單點接地，信號線另一端屏蔽層與接地端絕緣；監(jiān)控設備與發(fā)射臺地網(wǎng)采取多點接地，與接地點有效焊在一起。

5 結(jié)束語

該下位機實現(xiàn)了對發(fā)射機及附屬設備工作狀態(tài)的實時、全方位監(jiān)控，可靠性強、運行穩(wěn)定，運行多年未發(fā)生死機故障，數(shù)據(jù)采集準確，同步性好，報警及時，極大地減輕了機務員的值班壓力，收到了良好效果。

TN948.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.131

2095－6835（2018）01－0131－03

〔編輯：劉曉芳〕