調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+2自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

青 春 趙瑞卿

1.2.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心841臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010010

引言

廣播電視發(fā)射臺(tái)站的主要任務(wù)是承擔(dān)廣播電視信號(hào)的發(fā)射，把黨和國家的聲音傳遞至千家萬戶，豐富廣大人民群眾的精神文化生活，第一時(shí)間傳遞國內(nèi)外新聞資訊熱點(diǎn)。

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心841 臺(tái)，主要承擔(dān)中央、自治區(qū)調(diào)頻廣播節(jié)目的發(fā)射任務(wù)，其中主機(jī)12 部，公共備機(jī)2 部。為保障廣播電視信號(hào)安全優(yōu)質(zhì)播出，需要建設(shè)具有友好的人機(jī)交互接口，能適應(yīng)發(fā)射臺(tái)特殊業(yè)務(wù)的復(fù)雜電磁環(huán)境，不間斷、穩(wěn)定、高效率運(yùn)行的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 項(xiàng)目需求分析

針對(duì)841 臺(tái)實(shí)際情況，12 部主機(jī)、2 部公共備機(jī)，均為RVR同一廠家，但不同時(shí)期采購安裝，時(shí)間跨度大，發(fā)射機(jī)額定功率、開關(guān)機(jī)方式、遙測量采集方式均有所不同，設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集控制器（以下簡稱采集器）進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、接口統(tǒng)一。

發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集應(yīng)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、不間斷，進(jìn)而可以快速、精準(zhǔn)的進(jìn)行異態(tài)報(bào)警、自動(dòng)倒備機(jī)等動(dòng)作。

由于2 部公共備機(jī)均擁有獨(dú)立天線，故不需要增加同軸開關(guān)進(jìn)行射頻信號(hào)切換；當(dāng)主機(jī)異態(tài)故障時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)快速多渠道報(bào)警（聲光報(bào)警、短信報(bào)警）、自動(dòng)倒備機(jī)，倒空閑備機(jī)流程應(yīng)包括：公共備機(jī)加電、切換備機(jī)信號(hào)源、公共備機(jī)改頻、公共備機(jī)發(fā)射，進(jìn)而公共備機(jī)實(shí)現(xiàn)代播功能。

臺(tái)站技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)故障主機(jī)進(jìn)行故障定位、維修，維修完畢確認(rèn)后，盡快恢復(fù)主機(jī)工作，使公共備機(jī)空閑，以防有其余的主機(jī)異態(tài)故障時(shí)，需要使用公共備機(jī)代播。

N 部主機(jī)中，第1 個(gè)故障的主機(jī)由1 號(hào)公共備機(jī)代播，第2個(gè)故障的主機(jī)由2 號(hào)公共備機(jī)代播，第3-N 個(gè)故障的主機(jī)則不再觸發(fā)代播動(dòng)作，需要等待公共備機(jī)空閑后再次觸發(fā)倒機(jī)動(dòng)作。

每部發(fā)射機(jī)的供電由低壓配電柜的抽屜開關(guān)控制，可通過抽屜開關(guān)面板的機(jī)械按鈕控制供電通斷。同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)亦可控制抽屜開關(guān)，使空閑的發(fā)射機(jī)自動(dòng)斷電，延長其使用壽命；開機(jī)時(shí)，自動(dòng)供電，減少人工操作步驟，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

該方案硬件設(shè)備主要包括：采集控制器、核心數(shù)據(jù)服務(wù)器、倒備控制器、多路音頻切換器、交換機(jī)，方案整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 方案整體框圖

核心數(shù)據(jù)服務(wù)器運(yùn)行B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）架構(gòu)服務(wù)端軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)、邏輯處理、報(bào)警；靈活增減部署的客戶端訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器，可實(shí)時(shí)展示數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)，擁有更人性化的人機(jī)交互界面。這樣，系統(tǒng)軟件升級(jí)維護(hù)可通過遠(yuǎn)程連接數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行，而不需要對(duì)客戶端操作，因?yàn)榭蛻舳藘H需要運(yùn)行一個(gè)瀏覽器即可。

2.2 硬件設(shè)備設(shè)計(jì)

2.2.1 發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集控制

新增發(fā)射機(jī)采集控制器實(shí)時(shí)采集發(fā)射機(jī)主要參數(shù)及工作狀態(tài)；可控制發(fā)射機(jī)開機(jī)、關(guān)機(jī)等操作。

設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)采集控制器可兼容多種發(fā)射機(jī)接口，具有串口（RS232、RS485 電平）、網(wǎng)口（SNMP、 HTTP、 TCP/IP、 UDP等協(xié)議）、開關(guān)量輸出、開關(guān)量輸入、模擬量輸入等接口。

每一臺(tái)采集器連接一部發(fā)射機(jī)，本設(shè)計(jì)方案配置N+2 臺(tái)采集器，采用分布式的控制結(jié)構(gòu)，降低某一個(gè)環(huán)節(jié)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。使用嵌入式處理器，工業(yè)級(jí)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可支持多個(gè)任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。

（1）數(shù)據(jù)采集

針對(duì)不同型號(hào)的發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)對(duì)外接口有所不同，例如：

基本參數(shù)和報(bào)警狀態(tài)可通過HC5 功率合成遙測連接器（DB25）進(jìn)行遠(yuǎn)程測量，其中遙測連接器（DB25）引腳定義如表1 所示。

表1 HC5 功率合成遙測連接器（DB25）引腳定義

如表2、3 所示，給出了PJ10KPS-C 并口每個(gè)接線端子的功能。第一欄為標(biāo)號(hào)，第三欄為信號(hào)名稱，第四欄是功能。

表2 PJ10KPS-C 并口JP4 引腳定義

表3 PJ10KPS-C 并口JP48 引腳定義

對(duì)于新型號(hào)的發(fā)射機(jī)，一般都帶有串口、網(wǎng)口等通信接口，可通過通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、指令控制等操作，極大地減少連線工作量，更加高效、豐富、準(zhǔn)確地采集所有數(shù)據(jù)。

（2）開關(guān)機(jī)控制

對(duì)于有遙控接口的發(fā)射機(jī)，采集器可通過開關(guān)量輸出的通斷信號(hào)控制發(fā)射機(jī)開機(jī)、關(guān)機(jī)工作，控制原理如圖2 所示。

圖2 開關(guān)機(jī)控制光電隔離原理示意圖

對(duì)于帶有串口、網(wǎng)口等通信接口的新型號(hào)發(fā)射機(jī)，可通過通信接口進(jìn)行指令控制操作，更加高效、準(zhǔn)確的采集所有數(shù)據(jù)。

（3）改頻

對(duì)于公共備機(jī)，采集控制器可通過RS232 串口與公共備機(jī)的激勵(lì)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可實(shí)時(shí)采集激勵(lì)器工況，亦可在需要改頻時(shí)，采集器發(fā)送改頻命令給激勵(lì)器，即可完成改頻工作。

2.2.2 發(fā)射機(jī)供電控制

對(duì)于每一部發(fā)射機(jī)，由抽屜開關(guān)控制其供電通斷，我們?cè)O(shè)計(jì)搭建以下自鎖電路，控制抽屜開關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制每一部發(fā)射機(jī)的供電通斷，自鎖電路原理如圖3 所示。

圖3 自鎖電路

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集控制軟件

本部分基于工業(yè)級(jí)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用多線程技術(shù)，可采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、上報(bào)數(shù)據(jù)的同時(shí)，全雙工的接收上級(jí)操控指令，全部采用非阻塞式編程思想，操控對(duì)應(yīng)設(shè)備，保證穩(wěn)定、可靠、低延時(shí)的運(yùn)行，如圖4 所示。

圖4 開機(jī)、關(guān)機(jī)流程

2.3.2 倒備控制軟件

由于本系統(tǒng)有2 個(gè)公共備機(jī)，故最多可實(shí)現(xiàn)2 個(gè)頻點(diǎn)的代播功能，如圖5 所示。

圖5 倒備判斷、公共備機(jī)代播開關(guān)機(jī)流程

3 實(shí)施建設(shè)

3.1 硬件設(shè)備安裝接線

本部分為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定，后續(xù)的報(bào)警、倒機(jī)動(dòng)作才會(huì)準(zhǔn)確可靠，否則會(huì)出現(xiàn)異態(tài)不報(bào)警、不倒機(jī)，或常態(tài)報(bào)警、倒機(jī)，失去本系統(tǒng)的建設(shè)意義。

每部發(fā)射機(jī)配套的采集控制器安裝在發(fā)射機(jī)機(jī)柜內(nèi)，占用1U 空間，縮短之間的連接線，有利于抗干擾，保證在發(fā)射臺(tái)復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定可靠運(yùn)行。其余設(shè)備安裝在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)柜中，包括核心交換機(jī)、倒備控制器、信源切換器、GPS/北斗同步授時(shí)器等設(shè)備，全方位保障安全播出硬件設(shè)備安裝、配置、調(diào)試后，效果如圖6 所示。

圖6 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)柜

3.2 系統(tǒng)軟件部署調(diào)試

（1）保證采集發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，精度5%以內(nèi)。

（2） 在核心服務(wù)器安裝Windows Server 2008R2 操作系統(tǒng)，并安裝SQL Server 數(shù)據(jù)庫等軟件，部署后臺(tái)服務(wù)程序、注冊(cè)客戶端，即可使用瀏覽器登錄自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。（3）核查所有采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際一致。

3.3 聯(lián)調(diào)測試

（1）測試主機(jī)故障，可報(bào)警，可自動(dòng)開啟公共備機(jī)1 代播，代播信源、頻率均與故障主機(jī)保持對(duì)應(yīng)一致。

（2）在1 臺(tái)公共備機(jī)代播的狀態(tài)下，再有第2 臺(tái)主機(jī)故障，可報(bào)警，可自動(dòng)開啟公共備機(jī)2 代播，代播信源、頻率均與第2 臺(tái)故障主機(jī)保持對(duì)應(yīng)一致。

（3）在2 臺(tái)公共備機(jī)均代播的狀態(tài)下，再有第3 臺(tái)主機(jī)故障，可報(bào)警，2 部公共備機(jī)狀態(tài)維持不變。

（4）在故障主機(jī)維修完成后，可遙控恢復(fù)主機(jī)播出，關(guān)閉代播的公共備機(jī)。

結(jié)束語

本系統(tǒng)簡單、高效地實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻12+2 自動(dòng)倒備監(jiān)控功能。

采用嵌入式分布式方案，可對(duì)12+2 系統(tǒng)靈活增加、刪除、改動(dòng)其中任何部分，比如增加1 個(gè)頻率變成13+2 系統(tǒng)，再比如刪除1 個(gè)頻率，變成11+2系統(tǒng)，等等。采用嵌入式分布式方案，可在異常極端情況下（例如供電中斷后恢復(fù)），快速恢復(fù)開機(jī)。亦可全天候、低功耗穩(wěn)定運(yùn)行，無死機(jī)、中毒等風(fēng)險(xiǎn)?？擅撾x計(jì)算機(jī)自行監(jiān)控。