組態(tài)技術在調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

羅宇曉

（浙江廣播電視集團 浙江 310005）

0 引言

該項目主要研究組態(tài)王在調(diào)頻廣播監(jiān)控中的應用，本部門發(fā)射機功放功率的大幅波動與天饋線故障，之前只能靠人工巡查發(fā)現(xiàn)，而由組態(tài)王軟件開發(fā)的調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)，通過設置功率上下限以及反射功率上限，監(jiān)控系統(tǒng)可自動監(jiān)測報警，提高了機房的自動化控制能力，有效保障了調(diào)頻廣播播出安全。該監(jiān)控系統(tǒng)目前同時監(jiān)測十二路調(diào)頻高周，以便及時響應北高峰發(fā)射臺的應急代播。

1 組態(tài)軟件在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的研究應用現(xiàn)狀

工控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）的軟件平臺工具，具有良好的開放性、豐富的功能模塊，使用方法靈活，功能強大。它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。組態(tài)軟件于80年代中期首先在國外出現(xiàn)，并得到很好的發(fā)展，80年代末進入我國，但在90年代中期之前，其在國內(nèi)的應用并不普及。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復雜的系統(tǒng)時，人們逐漸意識到組態(tài)軟件的重要性。在1995年以后，組態(tài)軟件的應用逐漸得到了發(fā)展。其已在多種工程領域有所使用，如電力、天然氣、石油、煤礦、鐵路、水處理等。同樣，在廣播電視領域，組態(tài)軟件的使用也越來越普遍，而組態(tài)王作為國內(nèi)組態(tài)軟件的翹楚，也越來越被大家所認知。

2 調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)架構

調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)平臺主要由前端采集單元、傳輸單元和監(jiān)控管理單元組成。前端采集單元采集到的數(shù)據(jù)，通過有線通道傳輸?shù)奖O(jiān)控管理單元，由監(jiān)控管理單元負責數(shù)據(jù)的處理。（若有需要也可采用 3G無線、微波或光纜等傳輸手段，最終實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能）。

前端采集單元負責本部門發(fā)射機、收音頭等各類數(shù)據(jù)采集。傳輸單元負責前端采集數(shù)據(jù)的匯總、轉(zhuǎn)換和上傳，主要由信號集成轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡交換機組成。將采集單元獲取的數(shù)據(jù)信號進行匯總，并經(jīng)網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控管理單元。

監(jiān)控管理單元即監(jiān)控管理平臺服務器，服務器匯總采集到的數(shù)據(jù)信息，動態(tài)實時顯示，并發(fā)送控制指令到前端設備，運行異常時觸發(fā)報警指令，同時所有操作數(shù)據(jù)實時存入后臺數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)架構圖如下：

圖1 調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)架構圖

3 調(diào)頻廣播監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

為使該項目滿足調(diào)頻廣播監(jiān)控的要求，并結合本部門的需要，在保證系統(tǒng)安全運行的同時，將監(jiān)控界面設計為人性化、方便化的簡潔風格，實時監(jiān)控重要的參數(shù)及狀態(tài)，使操作人員能對設備實時運行狀態(tài)一目了然，方便進行各種操作。監(jiān)控系統(tǒng)軟件的層次結構圖如圖2所示，系統(tǒng)以監(jiān)控軟件的各項功能為對象進行模塊化設計。

圖2 監(jiān)控軟件層次結構圖

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)主界面

（1）數(shù)據(jù)顯示

圖3圖4所示為主界面上的數(shù)據(jù)顯示，最左邊一列可選擇顯示不同發(fā)射機的數(shù)據(jù)，包括激勵器參數(shù)與功放參數(shù)。主界面上空收1-4按鈕對應第一個收音頭，空收5-8按鈕對應第二個收音頭，空收9-12按鈕對應第三個收音頭。

（2）控制命令

點擊激勵器設置欄下的頻率設置、功率設置、左路電平設置、右路電平設置，可以進行相關參數(shù)的設置。

點擊聲音報警按鈕可以測試報警喇叭是否正常。聲音報警按鈕右邊的叉按鈕按下可以禁止所有報警聲音的出現(xiàn)，按下后出現(xiàn)紅色閃爍警告按鈕，再次點擊該警告按鈕后，恢復正常報警狀態(tài)。

點擊空收按鈕之上的喇叭按鈕，可以進行高周音頻實時監(jiān)聽切換，通過選擇點擊三個空收按鈕，可以分別監(jiān)聽12個高周音頻，對應頻率喇叭處于叉標志時，表明此時此頻率未處于監(jiān)聽狀態(tài)。

點擊備一、備二、備三界面中的預置頻率欄對應按鈕，即可將對應發(fā)射機激勵器的頻率值一鍵改為預置頻率值。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)主界面?zhèn)錂C一

3.2 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)由登錄、用戶管理、數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設置、信息管理和報警設置六個模塊組成：

3.2.1 登錄模塊

登錄界面需要用戶名和密碼的驗證，包括用戶登錄，進入和退出系統(tǒng)的功能。如下圖所示

圖4 登錄模塊結構圖

用戶分為三個級別，對應級別的用戶操作權限有所不同：

（1）系統(tǒng)管理員：擁有最高權限，有配置管理其他用戶和自身的權限。

（2）高級管理員：擁有次高權限，各用戶均無法配置管理其他用戶與自身。

（3）監(jiān)視員：擁有最低權限，不能進行任何影響設備的操作，只可觀看監(jiān)控畫面。

3.2.2 用戶管理模塊

圖5 用戶管理模塊結構圖

3.2.3 參數(shù)設置模塊

圖6 參數(shù)設置模塊結構圖

數(shù)據(jù)采集周期的設置直接對應數(shù)據(jù)刷新時間，而數(shù)據(jù)存儲周期的設置直接對應歷史數(shù)據(jù)保存時間間隔。

3.2.4 查詢統(tǒng)計模塊

圖7 查詢統(tǒng)計模塊結構圖

系統(tǒng)采用微軟SQL SERVER大型工業(yè)數(shù)據(jù)庫，對歷史運行數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、登錄數(shù)據(jù)和開關機等重要操作信息進行了實時存儲，提供了方便靈活的查詢工具，保證了系統(tǒng)操作運行的可追溯性，為設備運行、故障及事故等提供了原始資料和依據(jù)。

下拉菜單中點查詢統(tǒng)計按鈕，選擇報警數(shù)據(jù)、登錄數(shù)據(jù)、重要操作數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢進入相應設置操作界面。

（1）報警數(shù)據(jù)

該項功能是對系統(tǒng)所有報警數(shù)據(jù)進行查詢統(tǒng)計。點擊數(shù)據(jù)導出，生成.CSV文件，可以直接打印監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)明細。點擊按條件查詢，可以組合不同條件來查詢相應的報警數(shù)據(jù)。點擊按發(fā)射機查詢，則可查詢對應發(fā)射機的報警數(shù)據(jù)。界面上可以選擇性顯示報警日期時間、報警變量名和門限值等各項數(shù)據(jù)。

（2）登錄數(shù)據(jù)

該項功能是對所有的登錄信息進行查詢統(tǒng)計，包含登錄日期時間以及對應操作員等各項數(shù)據(jù)。

（3）重要操作數(shù)據(jù)

該項功能是對重要的操作數(shù)據(jù)進行查詢統(tǒng)計，包含激勵器的開關、激勵器頻率的修改等各項數(shù)據(jù)。

（4）歷史數(shù)據(jù)查詢

該項功能是對系統(tǒng)所有設備歷史數(shù)據(jù)進行查詢統(tǒng)計，可以查詢發(fā)射頻率、功放正反向功率以及激勵器正反向功率等各項數(shù)據(jù)。

3.2.5 報警設置模塊

圖8 報警設置模塊結構圖

圖9 報警開關設置

（1）點擊報警開關后，進入發(fā)射機報警開關設置界面，單擊相應按鈕可以開/關報警聲與重置報警。

（2）報警門限

該項功能是對報警上限、下限值進行設置。點擊報警門限后，進入報警門限設置界面，給發(fā)射機功放正向功率設置一個適當?shù)拈T限值，由此可以解決有時功放由于故障，突然降功率之后又自動恢復，難以及時發(fā)現(xiàn)的問題。而功放反向功率上限值的設定，進一步加強了該監(jiān)控軟件的報警能力。

（3）音頻報警開關

該項功能是對無音頻報警的開關設置。點擊音頻報警開關后，進入高周音頻報警開關設置界面，點擊關定時限制按鈕后，轉(zhuǎn)而出現(xiàn)開定時限制按鈕，并同時處于24小時監(jiān)控狀態(tài)。默認處于定時限制報警狀態(tài)，以便在對應頻率的維護時間不觸發(fā)語音報警。

3.2.6 信息管理模塊

圖10 信息管理模塊結構圖

點擊信息輸入提示，可以輸入文字，直接在主界面信息提示欄上顯示。

4 監(jiān)控平臺實時響應的優(yōu)化

影響組態(tài)軟件運行系統(tǒng)實時性的因素如下：（1）實時數(shù)據(jù)庫的性能；（2）腳本功能模塊與腳本引擎的接口效率及腳本的執(zhí)行速度；（3）Windows操作系統(tǒng)消息隊列對消息處理的處理機制；（4）后臺數(shù)據(jù)庫操作對實時性相關操作的阻塞；（5）設備通訊的IO操作。根據(jù)以上分析，平臺著重于兩個方面對實時響應進行優(yōu)化。

4.1 根據(jù)實時性要求設定差異化采集頻率

往往存在兩種數(shù)據(jù)變量，一些變化很快，另外一些則相對變化緩慢，若對這兩種變化頻率不同的數(shù)據(jù)變量以相同的采集頻率來采樣，則會浪費IO（輸入輸出）時間，因此對于不同數(shù)據(jù)變量的采集需求而設定差異化采集頻率。該優(yōu)化方法是從采集頻率的角度出發(fā)，通過減少平臺中的數(shù)據(jù)請求指令來提高實時響應性能。

4.2 設置報警優(yōu)先級

對于報警變量進行差異化優(yōu)先級設置，對于最需關注的報警變量給予最高級別的優(yōu)先級，以此類推。由此，假使在多個報警變量同時達到報警門限而出現(xiàn)告警時，最早出現(xiàn)的始終是優(yōu)先級最高的那個報警變量。

以上兩個方面的優(yōu)化措施有效地改善了系統(tǒng)的實時響應性能，滿足了目前使用的要求，并證明這是改善運行平臺實時響應性能的有效手段。

5 結束語

該系統(tǒng)與本部門原有監(jiān)控軟件相比，解決了原軟件在數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)查詢等方面存在的問題，尤其是無法判斷功放功率不穩(wěn)定的問題。另外，該系統(tǒng)也提供了二次開發(fā)能力，可以擴充系統(tǒng)功能，使該系統(tǒng)能適應多種多樣的需求。雖然在動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時間等性能指標上，該平臺還有進一步完善和改進的空間，但組態(tài)軟件功能的強大已經(jīng)讓人眼前一亮，筆者相信，不遠的將來，在廣播電視領域，組態(tài)軟件的應用將會越來越廣泛。

[1]張曉霞.基于組態(tài)軟件的天然氣遠程監(jiān)控軟件的研制開發(fā)[D].2013年西安電子科技大學碩士論文.2013.

[2]郝偉旭，郝英立，仲崇權，張利.工控組態(tài)軟件運行平臺的實時性研究[J].微計算機信息雜志.2005.