1、发射机房监控系统之下位机 张延峰 内蒙古新闻出版广电局 610 台 摘 要： 目前, 分散式控制系统在广播电视发射机房设备监控中得到了广泛应用。该系统上、下位机可独立工作, 某下位机故障不影响其他设备的监控, 缓解了上位机的运算压力, 分散了系统风险。下位机作为现场设备与工控机之间的桥梁, 功能较为完善, 可满足多种设备监测要求, 集模拟、数字等多种数据采集方式于一体, 又具备多种串口通讯方式及以太网通讯方式, 兼容性较强。其合理的安全控制原则、较强的抗干扰功能, 确保了下位机的适用性和可靠性, 使用多年, 未发生死机故障, 报警及时, 为机房安全播出提供了可靠保障。关键词： 发射机房; 监控
2、系统; 下位机; 数据采集; 内蒙古 610 台发射机房设备监控系统采用分散式计算机控制系统, 主要由现场设备、下位机、以太网设备、上位机组成, 上位机集中监视管理系统不仅能接收、显示下位机采集数据, 还能对下位机进行写入及指令发送等操作, 下位机相当于一个功能完善的单片机系统, 通过输入输出接口对各现场设备实施分散式控制, 上、下位机之间通过以太网系统、高速通讯接口相互连接传递信息, 对现场设备实施数据采集和有效控制。该系统克服了集中控制系统对工控机运算能力及数字通信能力要求高的缺陷, 也为现场设备采集数据实现远程传送创造了条件。每一部发射机对应一个下位机, 下位机拥有独立的时钟系统, 可以
3、脱离工控机独立实现自动控制功能, 即便上位机出现死机、重启等意外, 也不会影响下位机正常运行, 确保了系统的安全、可靠。1 下位机功能下位机是监控系统与发射机 (现场设备) 之间的媒介, 它通过 I/O 总线与发射机对外接口通讯, 获取发射机运行数据并上传上位机, 上位机接收相关数据并存储, 并能对下位机传达控制指令, 进而对发射机进行遥控操作 (主要包括升降功率、开关机等操作) 。下位机内含存储系统和时钟系统, 无论上位机是否运行, 均可根据存储系统内的时段设置来实现发射机自动开关机操作, 扩展接口还能对备用发射机及天线倒换装置进行监控。发射机主控单元、输出参数及天线状态的运行参数均可由一部
4、下位机来完成, 下位机具备多路模拟量、开关量、状态量接口模块, 特殊情况还有扩展接口, 以备相关数据量采集;具备 RS232、RS485、RS422 串行通讯口和以太网通讯接口, 既可监控射机, 又可监控稳压柜、柴油发电机等附属设备, 同时可适应模拟、数字接口形式, 满足机房现有设备的监控需求。2 下位机采集控制方式2.1 无采集接口方式对于没有设计外部自动化监控接口的设备, 监控取样主要从设备的模拟仪表采集模拟量, 运用隔离变送器采集不共地的模拟量信号, 或从控制电路板间接获取模拟量信号。从二极管显示电路获取报警状态量, 从控制电路板开关继电器引线或 TTL 电平采集其他状态量。将输出控制量
5、并联连接到设备控制按钮上或控制继电器上, 实现对设备的遥控操作。2.2 模拟接口方式各公司生产的 DAM 中波发射机都配备有对外接口板, 具有模拟量、状态量及外部控制量接口, 各接口都为模拟接口方式。下位机通过其模拟量接口可方便地获得发射机各表头数据, 计算后并适当调整系数得到与发射机表头指示基本一致的工作参数, 通过状态量接口可获得发射机功率等级、连锁开关、遥控/本地等指示状态及各种故障报警状态, 通过控制量接口可对发射机进行上位机远程遥控, 下位机自动控制。图 1 下位机工作机制图 下载原图2.3 数字接口方式对于预留了数字接口的设备, 下位机采用与之匹配的物理接口, 按照厂家提供的通讯协
6、议, 配置接口参数, 完成各种参数、状态的采集和控制量的输入。目前, 数字接口通讯方式多为设备厂家自主研发, 通讯协议有的厂家不愿公开, 所以模拟接口方式是目前机房监测数据采集控制的主要方式。3 控制原理由于发射机的采样控制参数较多, 下面就以下位机在发射机方面的应用来说明其控制原理。为保证不间断播出, 发射台每套节目多采用主备机替换播出, 其控制系统也由一组主备式下位机组成, 并采用集中控制-分散采集的工作方式:下位机系统主控单元包括程序存储器和工作存储器, 发射机自动开关机时间, 报警门限、倒机时限及其他相关参数均存储于主下位机程序存储器, 由主下位机完成主备机的远程控制、故障倒机、定时开
7、关机等操作。主备下位机均有独立的通讯接口分别于主备发射机进行数据通讯, 所采集的工作数据均存储于主下位机工作存储器。主备下位机之间有串行通讯接口, 备下位机传输备发射机实时数据给主下位机, 并接收主下位机传达的各种指令。主备下位机监测的实时数据都经主下位机上传到工控机显示, 其工作机制如图 1 所示。3.1 控制流程3.1.1 遥控开关机、倒天线主下位机经步骤 (1) 接收来自工控机的开关机、升降功率、假负载/天线切换等命令。如果主下位机接收到开主发射机指令, 首先经步骤 (7) 接通主发射机低压电源, 然后判断天线位置。如果在主机位置, 则经步骤 (3) 启动主机高压;如在负载位置, 则经步
8、骤 (5) 切换至天线位置, 发射机连锁灯熄灭后再经步骤 (3) 开主机。同样, 如果开备发射机, 首先经步骤 (2) 给备下位机发送一条开低压指令, 备下位机经步骤 (8) 接通备发射机低压电源, 然后判断天线位置。如果在备机位置, 就直接经步骤 (2) 和 (4) 开备机;如果在假负载位置, 则经步骤 (6) 将备机切换至天线位置, 备发射机外部连锁灯熄灭后经步骤 (2) 和 (4) 开备机;如果是关机命令, 则无论是主下位机, 还是备下位机, 均不判断天线位置, 按照“先关高压, 再关低压”的顺序关机。3.1.2 主备发射机自动切换主备发射机在播出时段内, 如果发射机输出功率低于预设门限
9、, 且该状态时长超过预设延时, 则先判断备发射机是否正常。如果正常, 则向上位机发送倒机请求, 由机务员判断是否需要倒备机。如果机务员无任何操作, 则在设定计时结束后自动倒备机;如果判断备机也不正常, 则下位机不执行主备机切换操作, 仅向上位机发报警信息。此时, 系统即判断主发射机故障, 待发射机故障处理后, 按下主下位机复位键, 才能清除主机故障状态, 下位机才能实现倒机功能。3.2 天线/假负载切换原则发射机天线/假负载倒换开关是主备发射机功率输出共用设备, 一旦倒换开关在发射机输出时切换, 则会产生电弧灼烧, 易损坏倒换开关, 导致节目停播。为防止意外, 在数据采集时将开关量接入发射机外
10、部连锁, 当连锁灯亮的时候, 该机无法手动或自动开机;在下位机程序设计确保主备发射机有功率输出时, 不会出现切换操作。图 2 下位机预防干扰 下载原图4 下位机抗干扰措施发射机房电磁环境复杂, 设备耗电量大, 机房电压常瞬间波动, 易对下位机产生影响, 比如下位机死机, 上位机接收到的监测数据无法及时更新, 而后如果设备出现异态, 监控系统无法正常报警, 从而导致劣播, 甚至停播。所以良好的抗干扰措施是监控系统可靠的重要保障。图 2 所示为下位机预防干扰图。该下位机主要从以下 3 个方面预防干扰: (1) 必须确保电源稳定, 外电必须经稳压柜接入, 再用带有滤波功能的 UPS 对接入电源进行滤
11、波。为防止高频信号干扰传输导线, 在每台监测设备的输入端都加设了容感滤波器。 (2) 在设计时, 将下位机线路板数字信号与模拟信号隔离, 数据总线与供电系统隔离, 选用抗干扰性能强的工业级贴片元件, 尽可能加大印制板的接地面积, 从而对印制板起到屏蔽作用。对模拟量数据的采集, 运用广电信号隔离技术, 减少现场信号对系统的影响, 也减少信号间的干扰。在通讯方式上, 采用抗干扰性好的差分平衡式数据传输, 数据经过多种校验确保传输数据的正确性。对输入信号采取2 次滤波, 第 1 次通过低通滤波器对模拟量进行处理, 将高频干扰滤掉;第 2 次是在 AD 信号采集后通过数学运算对信号进行数字滤波, 确保采集控制数据准确无误。 (3) 施工过程中保持各类电线之间的距离, 尽量将数字线、电源线、模拟信号线分开铺装;布线时尽量避免 90折线, 尽量缩短模拟采集线的长度;选用优质双屏蔽双绞线作为串口通讯线, 对信号的屏蔽层接地采用单点接地方式, 即在工控机机柜一侧单点接地, 信号线另一端屏蔽层与接地端绝缘;监控设备与发射台地网采取多点接地, 与接地点有效焊在一起。5 结束语该下位机实现了对发射机及附属设备工作状态的实时、全方位监控, 可靠性强、运行稳定, 运行多年未发生死机故障, 数据采集准确, 同步性好, 报警及时, 极大地减轻了机务员的值班压力, 收到了良好效果。
