中波發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

黃鴻燕

隨著廣播電視高新技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)大多數(shù)中波發(fā)射臺的發(fā)射機(jī)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)化。固態(tài)發(fā)射機(jī)的模塊化、自動化、數(shù)字化、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測遙控奠定了基礎(chǔ)，從而達(dá)到“無人值班，有人值守”的自動化目標(biāo)。由于一個發(fā)射臺站的占地面積比較廣，隨著中心城區(qū)建設(shè)的不斷發(fā)展，大多中波發(fā)射臺都已轉(zhuǎn)向城市周邊地帶,為達(dá)到發(fā)射臺安全播出保障等級一級保障要求，建立設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控管理平臺，對信號源系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)測，對關(guān)鍵采集數(shù)據(jù)設(shè)置異態(tài)報警，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制功能和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸和管理能力。

1 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)采用B/S 和C/S 結(jié)構(gòu)相結(jié)合的模式?？蛻舳说娜蝿?wù)和請求由Web 服務(wù)層來完成?？蛻舳瞬粚?shù)據(jù)進(jìn)行保存和提取，只需要安裝通用的瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)遙測遙控，使得客戶機(jī)的工作量大大減輕，不僅節(jié)省了客戶機(jī)的硬盤內(nèi)存，減少了運(yùn)營成本，同時便于后期的維護(hù)升級。

B/S 體系采用改進(jìn)的三層分布式結(jié)構(gòu)，分別為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層。B/S 體系又分為3個功能層面：瀏覽器、Web 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，三層體系結(jié)構(gòu)將3 個功能層面在邏輯上進(jìn)行分割，使其在系統(tǒng)運(yùn)行中緊密聯(lián)系，各司其職，共同完成系統(tǒng)運(yùn)行中的業(yè)務(wù)邏輯請求和數(shù)據(jù)服務(wù)請求[1]。三層B/S 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 三層B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三層體系結(jié)構(gòu)作為3 個獨(dú)立的功能模塊存在于應(yīng)用系統(tǒng)的3 個功能層面，各自承擔(dān)不同的職責(zé)，共同完成客戶端請求的應(yīng)答、遙測數(shù)據(jù)的接收、控制命令的下發(fā)等任務(wù)。表示層即客戶端瀏覽器頁面，用戶通過交互式的功能頁面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。業(yè)務(wù)邏輯層主要負(fù)責(zé)應(yīng)答客戶端上傳的請求，并調(diào)用一個或者多個中間件服務(wù)來完成系統(tǒng)運(yùn)行中的業(yè)務(wù)邏輯請求和數(shù)據(jù)服務(wù)請求，并返回處理后的結(jié)果至客戶端。數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯層提出的數(shù)據(jù)服務(wù)請求，并返回處理結(jié)果。

2 監(jiān)控系統(tǒng)總體框架

監(jiān)控系統(tǒng)采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)通訊的模式，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。上位機(jī)主要對發(fā)射機(jī)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，并對異常采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行報警，同時作為用戶終端交互頁面，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控功能。下位機(jī)即同發(fā)射機(jī)接口相連的采集控制器主要完成發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程控制指令的執(zhí)行。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊鏈路一般采用RS-422 模式、CAN 總線模式等。遠(yuǎn)程通信一般采用專用網(wǎng)絡(luò)形式、internet 形式等。采用專用網(wǎng)絡(luò)的安全性較internet 形式強(qiáng)，薦于安全播出的重要性，系統(tǒng)采用專用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)一個地區(qū)所有中波發(fā)射臺的集成監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度。

監(jiān)控系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)模式，上位機(jī)主要通過巡檢和隨機(jī)抽查的模式獲取下位機(jī)采樣數(shù)據(jù)，并通過交互式動態(tài)頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。同時，通過上位機(jī)下達(dá)遠(yuǎn)程控制開關(guān)量信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定時開關(guān)機(jī)功能。下位機(jī)通過發(fā)射機(jī)對外接口板采集模擬量和開關(guān)量信號，再通過RS-422 模式進(jìn)行傳輸，并通過串以轉(zhuǎn)換管理器將串口轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口，也就是將采樣信號進(jìn)行數(shù)字化處理后上傳到以太網(wǎng)總線[2]。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對采樣數(shù)據(jù)的監(jiān)聽監(jiān)看，并及時上傳異態(tài)報警信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控的雙重保障，以太網(wǎng)總線接入專用網(wǎng)絡(luò)，既保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕帜軐?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)聽監(jiān)看和一個區(qū)域發(fā)射臺站的統(tǒng)一管理。

3 集成監(jiān)控綜合管理平臺的設(shè)計實(shí)現(xiàn)

集成監(jiān)控綜合管理平臺實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)采集數(shù)據(jù)的全流程監(jiān)控，從發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)的采集到傳輸，再到上位機(jī)的顯示和交互式控制,體現(xiàn)了“管理與監(jiān)控相結(jié)合”的理念，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)各采集數(shù)據(jù)的上傳和監(jiān)看、信號流程各節(jié)點(diǎn)音頻信號的監(jiān)聽，并對異態(tài)信號和信號丟失進(jìn)行實(shí)時報警。

3.1 采集控制接口的設(shè)計

下位機(jī)的采集控制模塊采用嵌入式一體化操作系統(tǒng)，相對于離散的采集控制模塊而言，元件小型化設(shè)計的操作系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)，同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。采集控制器的通訊鏈路設(shè)計為主發(fā)射機(jī)的RS-422 通訊接口1 同上位機(jī)進(jìn)行通訊，備用發(fā)射機(jī)的RS-422 通訊接口1 同主發(fā)射機(jī)RS-422 通訊接口2 相連進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通訊。通訊鏈路如圖3 所示。

圖3 下位機(jī)通信鏈路

主發(fā)射機(jī)采集器接口1 的RS-422 通訊接口有5個輸出腳，分別為RXD+、RXD-、TXD+、TXD-、地線。該通訊接口與串以轉(zhuǎn)換管理器相連，將串口轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口后，采集數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化監(jiān)聽監(jiān)看和處理。備用發(fā)射機(jī)的的RS-422通訊接口1 同主用發(fā)射機(jī)的RS-422 通訊接口2 相連，實(shí)現(xiàn)主備機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。采集控制器主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲和對發(fā)射機(jī)的控制[3]。其內(nèi)置的時鐘系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)自動開關(guān)機(jī)的功能，即發(fā)射機(jī)在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)執(zhí)行自動開關(guān)機(jī)指令，在出現(xiàn)故障時執(zhí)行自動倒備機(jī)動作。當(dāng)通訊鏈路出現(xiàn)故障時，采集器通過時鐘控制系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)仍可實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)機(jī)功能。

3.2 單一頻率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

單一頻率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4 所示。由于搬遷新臺播出機(jī)房結(jié)構(gòu)特殊，發(fā)射機(jī)分別位于兩個機(jī)房。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理平臺統(tǒng)一化管理，前端信源通過智能控制切換器后由音頻線送到另外一個發(fā)射機(jī)房，再通過音頻處理器進(jìn)行動態(tài)范圍內(nèi)的音頻壓縮和處理。發(fā)射機(jī)采集數(shù)據(jù)信號通過串以轉(zhuǎn)換管理器轉(zhuǎn)化為可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)字信號后到達(dá)以太網(wǎng)總線，發(fā)射機(jī)射頻信號通過檢波盒的峰值和均值檢波后獲取代表發(fā)射機(jī)功率和調(diào)幅度的采樣電壓后送入調(diào)幅度監(jiān)測儀。調(diào)幅度監(jiān)測儀同樣可對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并具備網(wǎng)絡(luò)化傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)的能力?；貍餍盘柾ㄟ^一對光纖收發(fā)設(shè)備將采樣的發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)送到同一個局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化平臺綜合管理。

綜合管理平臺采用的是B/S 和C/S 相結(jié)合的模式。B/S 模式的優(yōu)勢在于無需在客戶機(jī)上安裝客戶應(yīng)用程序，只需要安裝通用的瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)對遙測數(shù)據(jù)平臺的訪問，并通過客戶機(jī)瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，這樣也節(jié)省了客戶機(jī)的硬盤空間，使得安裝更加簡便，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加簡潔、靈活可靠。本系統(tǒng)采用的瀏覽器為谷歌瀏覽器，瀏覽器界面將各頻率發(fā)射機(jī)的功率和調(diào)幅度通過柱狀圖的形式進(jìn)行動態(tài)演示，當(dāng)出現(xiàn)故障報警時，所集成的子菜單可查詢到對應(yīng)的報警信息以及發(fā)射機(jī)運(yùn)行曲線圖，方便故障點(diǎn)的查找。另外，在值班員的權(quán)限等級設(shè)置上只設(shè)置數(shù)據(jù)查詢和遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)功能，對于發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)時間的設(shè)置以及功率系數(shù)的矯正和倒機(jī)門限的設(shè)置等功能只有更高一級的管理員用戶才可以登錄操作，提高了系統(tǒng)的安全性，為不間斷、高質(zhì)量播出保駕護(hù)航。

圖4 單一頻率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 單一頻率信號流程圖

單一頻率的信號流程圖如圖5 所示。信號從接收終端通過音頻分配器后的每個信號節(jié)點(diǎn)都通過跳線盤，方便故障節(jié)點(diǎn)的快速查找，提高信號轉(zhuǎn)接的效率。由于光纖和微波信號分屬兩個機(jī)房，所以光纖信號通過一對光纖終端盒和BTS 光端機(jī)進(jìn)行兩個機(jī)房之間的信號收發(fā)和傳遞。微波信號通過一對ASI 光發(fā)機(jī)和光收機(jī)進(jìn)行信號的收發(fā)和傳遞。信號在進(jìn)入智能切換器和音頻處理器前后接入跳線盤，便于信號的轉(zhuǎn)接和信號質(zhì)量的實(shí)時收聽。音頻智能切換器和處理器都帶有網(wǎng)絡(luò)模塊化管理功能，都可將音頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后以便于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，再通過上位機(jī)進(jìn)行數(shù)字化信號的交互式管理。音頻數(shù)據(jù)工作站客戶端所監(jiān)聽的信號包括信號源和入機(jī)信號、空收解調(diào)信號的監(jiān)聽。信號源與入機(jī)信號來源于音頻智能切換器的數(shù)字音頻信號，空收解調(diào)信號來源于音頻解調(diào)編碼器的數(shù)字音頻信號。當(dāng)出現(xiàn)信號電平低或者丟失時，客戶端將進(jìn)行信號靜音和丟失報警。

由于發(fā)射機(jī)分布兩個機(jī)房，對于遠(yuǎn)程監(jiān)控的發(fā)射機(jī)，需要進(jìn)行屏幕投射界面的顯示，所以除了信號源和空收解調(diào)信號單獨(dú)采用客戶端進(jìn)行實(shí)時信號監(jiān)聽和音頻電平過低和丟失報警外，系統(tǒng)還設(shè)計了遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)射機(jī)的屏幕投射客戶端、系統(tǒng)流程圖客戶端、以及綜合管理平臺客戶端。服務(wù)器負(fù)責(zé)系統(tǒng)資源的最優(yōu)化管理，當(dāng)多個用戶對服務(wù)器提出數(shù)據(jù)服務(wù)請求時，通過優(yōu)先級設(shè)置實(shí)現(xiàn)對資源的綜合管理。

圖5 單一頻率信號流程圖

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了本臺自動化集成監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)、信號傳輸模式，闡述了中波廣播發(fā)射系統(tǒng)信號全流程監(jiān)控的基本過程。該系統(tǒng)運(yùn)行以來穩(wěn)定可靠，用戶界面友好，其異態(tài)報警功能和自動開關(guān)機(jī)和倒備機(jī)功能降低了值班員的勞動強(qiáng)度，綜合數(shù)據(jù)平臺提供的詳盡的監(jiān)控數(shù)據(jù)對于系統(tǒng)預(yù)警和設(shè)備維護(hù)具有科學(xué)的指導(dǎo)意義，在實(shí)現(xiàn)報表統(tǒng)一化管理的同時，全面提高發(fā)射臺科學(xué)化的管理水平。