基于組態(tài)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控

大連老白山微波站：邸斌

目前國(guó)內(nèi)大部分廣播電視發(fā)射臺(tái)站工作方式為專人全天24小時(shí)值班，定時(shí)巡視、檢查設(shè)備和機(jī)房的工作情況以及周邊環(huán)境。這種工作形式讓值機(jī)人員背負(fù)了沉重的負(fù)擔(dān)，值機(jī)人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障以及排除故障，對(duì)突發(fā)狀況的準(zhǔn)確時(shí)間和責(zé)任也沒有科學(xué)的管理，更缺乏對(duì)發(fā)生的故障做全面數(shù)據(jù)分析的能力，使得問題不能得到妥善解決。隨著廣播電視設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)逐步滲入到廣播電視領(lǐng)域，為廣播電視節(jié)目的安全優(yōu)質(zhì)播出起到了不可或缺的重要作用。

1.組態(tài)軟件

組態(tài)軟件通常被叫作組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，它是一種專用于數(shù)據(jù)采集和過程控制及監(jiān)控的專用軟件。組態(tài)軟件一般處于自動(dòng)控制系統(tǒng)中監(jiān)控層級(jí)別的開發(fā)環(huán)境和軟件平臺(tái)，它可以提供靈活的組態(tài)方式，方便用戶快速實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視與控制。通俗意義上來講組態(tài)軟件給用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單便捷的操作平臺(tái)，用戶借助此平臺(tái)只需要做一些簡(jiǎn)單的二次開發(fā)，就可以快速實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)過程和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視控制功能。組態(tài)軟件支持TCP/IP、RS232/485/422、SNMP、OPC、DDE、MODBUS、SUB等各種標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和接口與多種硬件設(shè)備通信，利用其提供的硬件設(shè)備（板卡、變頻器、智能模塊、PLC、智能儀表等）的I/O驅(qū)動(dòng)、組態(tài)軟件實(shí)時(shí)采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)和信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視以及控制。

2.研華采集模塊

研華系列數(shù)據(jù)采集模塊是內(nèi)置微控制器、傳感器，連接計(jì)算機(jī)接口的一種智能設(shè)備。這些模塊可以發(fā)出ASCII碼格式的簡(jiǎn)單命令集，通過RS-485通信協(xié)議發(fā)送并予以遙控。模塊能夠提供信號(hào)調(diào)理、隔離、A/D轉(zhuǎn)換、調(diào)整量程、數(shù)據(jù)通訊及數(shù)據(jù)比較等功能。調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將采用研華公司的ADAM-4017、ADAM-4060模塊采集發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)。

ADAM-4017，是16位A/D、具有8通道的模擬量輸入模塊。能夠采集電流、電壓等模擬量信號(hào)，它支持2路單端信號(hào)，6路差分輸入，其輸入范圍+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。在測(cè)試電流信號(hào)時(shí)，需要在輸入端口并聯(lián)一個(gè)125歐姆電阻。它的每個(gè)通道都有可編程的輸入范圍，并且可以在模擬量輸入通道和模塊之間提供達(dá)到3000V直流電的光隔絕保護(hù)，這樣就避免模塊以及周邊設(shè)備被輸入線上的高壓電損壞，它的應(yīng)用在工業(yè)測(cè)量和監(jiān)控中提供了很好的性價(jià)比。

ADAM-4060，繼電器輸出模塊提供4路繼電器通道，其中2路A型，2路C型，擊穿電壓：500 Vac(50/60Hz)，絕緣電阻：最小1000M(500 Vdc時(shí))，非常適合開關(guān)控制或低壓開關(guān)控制的應(yīng)用。

3.調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)介紹

調(diào)頻發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化監(jiān)控，究其本質(zhì)就是對(duì)開關(guān)量、電位器、電壓、電流、各類電阻、電容、電感量以及輸入輸出信號(hào)的監(jiān)測(cè)和調(diào)整。本調(diào)研使用的調(diào)頻發(fā)射機(jī)有ELENOS-1000系列、ELENOS-3000系列、RVR-3000系列。ELENOS調(diào)頻發(fā)射機(jī)是近年生產(chǎn)的數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，提供完整的數(shù)字通信協(xié)議，在組態(tài)監(jiān)控軟件中按照通信協(xié)議開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，通過DB9接口就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控。RVR調(diào)頻發(fā)射機(jī)使用年限較長(zhǎng)，沒有數(shù)字通信協(xié)議，可以采用智能模塊、可編程邏輯控制器（PLC）或單片機(jī)--這些設(shè)備在系統(tǒng)中統(tǒng)稱為下位機(jī)，通過模擬量輸出接口采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控。

4.實(shí)施步驟

以國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件--組態(tài)王監(jiān)控軟件為平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下。

4.1 數(shù)據(jù)處理

（1）數(shù)據(jù)采集：組態(tài)王監(jiān)控軟件通過研華公司的亞當(dāng)4017、4060等系列智能模塊，采集調(diào)頻發(fā)射機(jī)的開關(guān)量、模擬量（功率、反向功率、電流、電壓、輸入輸出信號(hào)等重要參數(shù)），經(jīng)放大或分壓，使信號(hào)限制在0～5v范圍內(nèi)，連接智能模塊的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。我們把機(jī)房?jī)?nèi)的各臺(tái)設(shè)備以總線方式連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控軟件對(duì)每個(gè)采集模塊（或者設(shè)備）分配一個(gè)地址，依靠地址來區(qū)分設(shè)備。將總線與監(jiān)控主機(jī)的串口相連，監(jiān)控主機(jī)通過RS232/485通信協(xié)議與采集模塊（或者設(shè)備）交換數(shù)據(jù)，對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。監(jiān)控軟件與設(shè)備的通信頻率根據(jù)用戶需求調(diào)整，可以精確到毫秒級(jí)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集示意圖

（2）數(shù)據(jù)顯示：設(shè)備的各種參數(shù)（功率、電流、電壓、輸入輸出信號(hào)等）可以數(shù)字、報(bào)表、圖形、曲線等形式顯示在監(jiān)控系統(tǒng)中，便于用戶查看、分析。監(jiān)控軟件中圖形、畫面的變化與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起“動(dòng)畫連接”屬性，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，通過I/O接口將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化，最終以圖形變化的方式顯示給用戶。這樣開發(fā)系統(tǒng)中制作的靜態(tài)畫面就動(dòng)態(tài)地反映出設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的變化情況，如圖2。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行圖

（3）數(shù)據(jù)記錄：監(jiān)控軟件對(duì)數(shù)據(jù)的記錄形式分為數(shù)據(jù)變化記錄和定時(shí)記錄。數(shù)據(jù)變化記錄，當(dāng)I/O變量的值發(fā)生變化，并且現(xiàn)今數(shù)值與上次數(shù)值之間的差值大于設(shè)定的數(shù)值變化靈敏度時(shí)，該變量值允許記錄，這種數(shù)據(jù)記錄方式一般適用于數(shù)據(jù)變化較快的情況；定時(shí)記錄，不論I/O變量是否變化，運(yùn)行系統(tǒng)按照事先定義的時(shí)間間隔將數(shù)據(jù)變量值記錄保存下來，每隔設(shè)定的時(shí)間間隔都對(duì)變量值進(jìn)行一次記錄，這種方式適用于數(shù)據(jù)變化緩慢的場(chǎng)合。數(shù)據(jù)記錄文件包括三種：*.tmp、*.std、*.ev。*.tmp為臨時(shí)的數(shù)據(jù)文件；*.std為壓縮的原始數(shù)據(jù)文件；*.ev為進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理的特征值文件，供監(jiān)控軟件歷史趨勢(shì)曲線調(diào)用。此外監(jiān)控軟件能夠和其他外部數(shù)據(jù)庫(kù)（支持ODBC訪問接口）之間傳輸數(shù)據(jù)，如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)查詢圖

4.2 故障報(bào)警

報(bào)警指的是系統(tǒng)中某些變量的值超越了所規(guī)定的界限時(shí)，運(yùn)行系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的警告信息，以動(dòng)態(tài)圖像、聲音、手機(jī)短信等方式通知用戶。組態(tài)網(wǎng)監(jiān)控軟件對(duì)報(bào)警的處理方法為：每當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，把這些報(bào)警信息按照先進(jìn)先出的隊(duì)列形式保存在內(nèi)存中的緩沖區(qū)中，當(dāng)緩沖區(qū)容量達(dá)到指定數(shù)目或者到達(dá)記錄定時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)記錄報(bào)警信息。報(bào)警信息的顯示和記錄方式分為：報(bào)警窗口輸出顯示、文件形式記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)形式記錄、實(shí)時(shí)打印。報(bào)警信息顯示報(bào)警事件的日期、時(shí)間、變量名、報(bào)警值、報(bào)警類型、恢復(fù)值等內(nèi)容。

4.3 運(yùn)行安全

調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為了保證自身運(yùn)行安全，對(duì)監(jiān)控畫面上的圖形要素設(shè)置了訪問權(quán)限，同時(shí)給用戶分配安全區(qū)和訪問優(yōu)先級(jí)。當(dāng)用戶的優(yōu)先級(jí)小于圖形要素的訪問優(yōu)先級(jí)或不在圖形要素的訪問安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該圖形要素不可訪問。簡(jiǎn)單地說，訪問一個(gè)有權(quán)限設(shè)置的圖形要素，首先要具有訪問優(yōu)先級(jí)，而且用戶的操作安全區(qū)必須在圖形要素的安全區(qū)內(nèi)時(shí)才能訪問。這樣的安全設(shè)置充分保證了不同權(quán)限的用戶對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的操作權(quán)利，確保了監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 遠(yuǎn)程訪問

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，支持Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)PC機(jī)通過IE瀏覽器瀏覽設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫面，監(jiān)控各種設(shè)備采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶信息服務(wù)的動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性和交互性。WEB功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 WEB功能結(jié)構(gòu)圖

5.系統(tǒng)功能

（1）利用聲音、動(dòng)畫和圖形等方式形象直觀的呈現(xiàn)出調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備的工作運(yùn)行情況，并且可以修改設(shè)備的工作參數(shù)，控制設(shè)備的運(yùn)行情況，做到充分干預(yù)工作現(xiàn)場(chǎng)。

（2）通過聲音、動(dòng)態(tài)畫面、電子郵件、短信、語音等手段及時(shí)將設(shè)備工作中的緊急情況和突發(fā)狀況通知給相關(guān)工作人員，確保用戶第一時(shí)間掌控調(diào)頻發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀況。

（3）邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算調(diào)頻發(fā)射機(jī)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)、停播時(shí)長(zhǎng)、報(bào)警次數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果存盤保存。

（4）將調(diào)頻發(fā)射機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息、操作信息記錄存儲(chǔ)，提升設(shè)備的運(yùn)行效率。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，調(diào)用保存的工況數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，分析事故原因，追查人為責(zé)任。

（5）把設(shè)備的工作參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警信息以及用戶的操作信息以曲線或者報(bào)表形式顯示，方便用戶參考和打印。

（6）組態(tài)軟件能夠提供多種外設(shè)接口，方便用戶編寫程序?qū)崿F(xiàn)自己特定的功能需求。

（7）確保數(shù)據(jù)安全可與外部數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle、SQLServer、Mysql等）共享數(shù)據(jù)。

（8）系統(tǒng)提供服務(wù)器/客戶端架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了集中管理分散控制，有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

6.系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）功能強(qiáng)大

系統(tǒng)提供豐富的編輯和作圖工具，提供大量的工業(yè)設(shè)備圖符、儀表圖符以及趨勢(shì)圖、歷史曲線、數(shù)據(jù)分析圖等；提供友好方便的圖形化用戶界面，比如工具欄、按鈕、菜單、信息區(qū)、滾動(dòng)條等整套的Windows風(fēng)格窗口。系統(tǒng)畫面靈活多變、豐富多彩，能夠形象顯示設(shè)備的工作運(yùn)行狀況，方便用戶的集中監(jiān)控，具有強(qiáng)大的通信功能和良好的開放性，系統(tǒng)向下可以與數(shù)據(jù)采集硬件通信，向上可與管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

（2）實(shí)時(shí)性與多任務(wù)

組態(tài)軟件運(yùn)行系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集、輸出和處理是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，沒有數(shù)據(jù)延遲，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤。動(dòng)態(tài)畫面、圖形顯示、算法實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、曲線報(bào)表、數(shù)據(jù)查詢、人機(jī)互動(dòng)等多任務(wù)完全在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)，資源利用率高。采用組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)從硬件到軟件開發(fā)設(shè)計(jì)都具有組態(tài)性，不僅降低了系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)難度并且提高了系統(tǒng)的完成速度和可靠性。

（3）簡(jiǎn)單易學(xué)

不需要掌握太多的編程語言技術(shù)，甚至不需要編程技術(shù)，根據(jù)工程實(shí)際情況，利用其提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O驅(qū)動(dòng)以及開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形界面制作工具，便可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有動(dòng)畫聯(lián)動(dòng)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)記錄、曲線報(bào)表顯示以及具有網(wǎng)絡(luò)功能和多媒體功能的龐大工程。

（4）擴(kuò)展性好

利用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用工程，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)因素（硬件設(shè)備、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）改變或者用戶需求發(fā)生變化時(shí)，不需要過多改動(dòng)便能順利完成軟件的更新和升級(jí)。

（5）可靠穩(wěn)定

組態(tài)王監(jiān)控軟件提供了雙設(shè)備冗余、雙機(jī)冗余和雙網(wǎng)絡(luò)冗余功能，能夠有效地減少數(shù)據(jù)丟失的可能，增加了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)維護(hù)。

7.結(jié)束語

調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用，為臺(tái)站工作人員提供了強(qiáng)大的保障功能，從根本上減輕了值班人員的工作強(qiáng)度和工作壓力，提升了臺(tái)站的工作效率和管理水平，有效的避免發(fā)生各種停播事故和減少人為責(zé)任事故，改善和提高了廣播電視節(jié)目無線覆蓋的信號(hào)質(zhì)量，增強(qiáng)了安全播出的保障水平，促進(jìn)了廣播電視事業(yè)的健康科學(xué)發(fā)展，標(biāo)志著廣播電視發(fā)射臺(tái)站管理和節(jié)目播出邁入了智能化、信息化時(shí)代。