發(fā)射機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)之下位機(jī)

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(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)之下位機(jī)

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(jī)房設(shè)備監(jiān)控中得到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)上、下位機(jī)可獨(dú)立工作，某下位機(jī)故障不影響其他設(shè)備的監(jiān)控，緩解了上位機(jī)的運(yùn)算壓力，分散了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。下位機(jī)作為現(xiàn)場設(shè)備與工控機(jī)之間的橋梁，功能較為完善，可滿足多種設(shè)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(qiáng)。其合理的安全控制原則、較強(qiáng)的抗干擾功能，確保了下位機(jī)的適用性和可靠性，使用多年，未發(fā)生死機(jī)故障，報(bào)警及時(shí)，為機(jī)房安全播出提供了可靠保障。

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

內(nèi)蒙古610臺發(fā)射機(jī)房設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用分散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要由現(xiàn)場設(shè)備、下位機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備、上位機(jī)組成，上位機(jī)集中監(jiān)視管理系統(tǒng)不僅能接收、顯示下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，還能對下位機(jī)進(jìn)行寫入及指令發(fā)送等操作，下位機(jī)相當(dāng)于一個(gè)功能完善的單片機(jī)系統(tǒng)，通過輸入輸出接口對各現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施分散式控制，上、下位機(jī)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(shè)備實(shí)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(jī)運(yùn)算能力及數(shù)字通信能力要求高的缺陷，也為現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。每一部發(fā)射機(jī)對應(yīng)一個(gè)下位機(jī)，下位機(jī)擁有獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)，可以脫離工控機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，即便上位機(jī)出現(xiàn)死機(jī)、重啟等意外，也不會影響下位機(jī)正常運(yùn)行，確保了系統(tǒng)的安全、可靠。

1 下位機(jī)功能

下位機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)（現(xiàn)場設(shè)備）之間的媒介，它通過I/O總線與發(fā)射機(jī)對外接口通訊，獲取發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)并上傳上位機(jī)，上位機(jī)接收相關(guān)數(shù)據(jù)并存儲，并能對下位機(jī)傳達(dá)控制指令，進(jìn)而對發(fā)射機(jī)進(jìn)行遙控操作（主要包括升降功率、開關(guān)機(jī)等操作）。下位機(jī)內(nèi)含存儲系統(tǒng)和時(shí)鐘系統(tǒng)，無論上位機(jī)是否運(yùn)行，均可根據(jù)存儲系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)段設(shè)置來實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)自動(dòng)開關(guān)機(jī)操作，擴(kuò)展接口還能對備用發(fā)射機(jī)及天線倒換裝置進(jìn)行監(jiān)控。

發(fā)射機(jī)主控單元、輸出參數(shù)及天線狀態(tài)的運(yùn)行參數(shù)均可由一部下位機(jī)來完成，下位機(jī)具備多路模擬量、開關(guān)量、狀態(tài)量接口模塊，特殊情況還有擴(kuò)展接口，以備相關(guān)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(jī)，又可監(jiān)控穩(wěn)壓柜、柴油發(fā)電機(jī)等附屬設(shè)備，同時(shí)可適應(yīng)模擬、數(shù)字接口形式，滿足機(jī)房現(xiàn)有設(shè)備的監(jiān)控需求。

2 下位機(jī)采集控制方式

2.1 無采集接口方式

對于沒有設(shè)計(jì)外部自動(dòng)化監(jiān)控接口的設(shè)備，監(jiān)控取樣主要從設(shè)備的模擬儀表采集模擬量，運(yùn)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(bào)警狀態(tài)量，從控制電路板開關(guān)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(shè)備控制按鈕上或控制繼電器上，實(shí)現(xiàn)對設(shè)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(jī)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(jī)通過其模擬量接口可方便地獲得發(fā)射機(jī)各表頭數(shù)據(jù)，計(jì)算后并適當(dāng)調(diào)整系數(shù)得到與發(fā)射機(jī)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(jī)功率等級、連鎖開關(guān)、遙控/本地等指示狀態(tài)及各種故障報(bào)警狀態(tài)，通過控制量接口可對發(fā)射機(jī)進(jìn)行上位機(jī)遠(yuǎn)程遙控，下位機(jī)自動(dòng)控制。

圖1 下位機(jī)工作機(jī)制圖

2.3 數(shù)字接口方式

對于預(yù)留了數(shù)字接口的設(shè)備，下位機(jī)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(shè)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(jī)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(jī)的采樣控制參數(shù)較多，下面就以下位機(jī)在發(fā)射機(jī)方面的應(yīng)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(jī)替換播出，其控制系統(tǒng)也由一組主備式下位機(jī)組成，并采用集中控制-分散采集的工作方式：下位機(jī)系統(tǒng)主控單元包括程序存儲器和工作存儲器，發(fā)射機(jī)自動(dòng)開關(guān)機(jī)時(shí)間，報(bào)警門限、倒機(jī)時(shí)限及其他相關(guān)參數(shù)均存儲于主下位機(jī)程序存儲器，由主下位機(jī)完成主備機(jī)的遠(yuǎn)程控制、故障倒機(jī)、定時(shí)開關(guān)機(jī)等操作。主備下位機(jī)均有獨(dú)立的通訊接口分別于主備發(fā)射機(jī)進(jìn)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(jī)工作存儲器。主備下位機(jī)之間有串行通訊接口，備下位機(jī)傳輸備發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給主下位機(jī)，并接收主下位機(jī)傳達(dá)的各種指令。主備下位機(jī)監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都經(jīng)主下位機(jī)上傳到工控機(jī)顯示，其工作機(jī)制如圖1所示。

3.1 控制流程

3.1.1 遙控開關(guān)機(jī)、倒天線

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

3.1.2 主備發(fā)射機(jī)自動(dòng)切換

主備發(fā)射機(jī)在播出時(shí)段內(nèi)，如果發(fā)射機(jī)輸出功率低于預(yù)設(shè)門限，且該狀態(tài)時(shí)長超過預(yù)設(shè)延時(shí)，則先判斷備發(fā)射機(jī)是否正常。如果正常，則向上位機(jī)發(fā)送倒機(jī)請求，由機(jī)務(wù)員判斷是否需要倒備機(jī)。如果機(jī)務(wù)員無任何操作，則在設(shè)定計(jì)時(shí)結(jié)束后自動(dòng)倒備機(jī)；如果判斷備機(jī)也不正常，則下位機(jī)不執(zhí)行主備機(jī)切換操作，僅向上位機(jī)發(fā)報(bào)警信息。此時(shí)，系統(tǒng)即判斷主發(fā)射機(jī)故障，待發(fā)射機(jī)故障處理后，按下主下位機(jī)復(fù)位鍵，才能清除主機(jī)故障狀態(tài)，下位機(jī)才能實(shí)現(xiàn)倒機(jī)功能。

3.2 天線/假負(fù)載切換原則

發(fā)射機(jī)天線/假負(fù)載倒換開關(guān)是主備發(fā)射機(jī)功率輸出共用設(shè)備，一旦倒換開關(guān)在發(fā)射機(jī)輸出時(shí)切換，則會產(chǎn)生電弧灼燒，易損壞倒換開關(guān)，導(dǎo)致節(jié)目停播。為防止意外，在數(shù)據(jù)采集時(shí)將開關(guān)量接入發(fā)射機(jī)外部連鎖，當(dāng)連鎖燈亮的時(shí)候，該機(jī)無法手動(dòng)或自動(dòng)開機(jī)；在下位機(jī)程序設(shè)計(jì)確保主備發(fā)射機(jī)有功率輸出時(shí)，不會出現(xiàn)切換操作。

圖2 下位機(jī)預(yù)防干擾

4 下位機(jī)抗干擾措施

發(fā)射機(jī)房電磁環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備耗電量大，機(jī)房電壓常瞬間波動(dòng)，易對下位機(jī)產(chǎn)生影響，比如下位機(jī)死機(jī)，上位機(jī)接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時(shí)更新，而后如果設(shè)備出現(xiàn)異態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)無法正常報(bào)警，從而導(dǎo)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(jī)預(yù)防干擾圖。該下位機(jī)主要從以下3個(gè)方面預(yù)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(jìn)行濾波。為防止高頻信號干擾傳輸導(dǎo)線，在每臺監(jiān)測設(shè)備的輸入端都加設(shè)了容感濾波器。②在設(shè)計(jì)時(shí)，將下位機(jī)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(qiáng)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(yùn)用廣電信號隔離技術(shù)，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(yàn)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(jìn)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(xué)運(yùn)算對信號進(jìn)行數(shù)字濾波，確保采集控制數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(shí)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(diǎn)接地方式，即在工控機(jī)機(jī)柜一側(cè)單點(diǎn)接地，信號線另一端屏蔽層與接地端絕緣；監(jiān)控設(shè)備與發(fā)射臺地網(wǎng)采取多點(diǎn)接地，與接地點(diǎn)有效焊在一起。

5 結(jié)束語

該下位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射機(jī)及附屬設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)、全方位監(jiān)控，可靠性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行多年未發(fā)生死機(jī)故障，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，同步性好，報(bào)警及時(shí)，極大地減輕了機(jī)務(wù)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〕