發射機房監控系統之下位機

張延峰

（內蒙古新聞出版廣電局610臺，內蒙古 呼和浩特 010050）

發射機房監控系統之下位機

張延峰

（內蒙古新聞出版廣電局610臺，內蒙古 呼和浩特 010050）

目前，分散式控制系統在廣播電視發射機房設備監控中得到了廣泛應用。該系統上、下位機可獨立工作，某下位機故障不影響其他設備的監控，緩解了上位機的運算壓力，分散了系統風險。下位機作為現場設備與工控機之間的橋梁，功能較為完善，可滿足多種設備監測要求，集模擬、數字等多種數據采集方式于一體，又具備多種串口通訊方式及以太網通訊方式，兼容性較強。其合理的安全控制原則、較強的抗干擾功能，確保了下位機的適用性和可靠性，使用多年，未發生死機故障，報警及時，為機房安全播出提供了可靠保障。

發射機房；監控系統；下位機；數據采集

內蒙古610臺發射機房設備監控系統采用分散式計算機控制系統，主要由現場設備、下位機、以太網設備、上位機組成，上位機集中監視管理系統不僅能接收、顯示下位機采集數據，還能對下位機進行寫入及指令發送等操作，下位機相當于一個功能完善的單片機系統，通過輸入輸出接口對各現場設備實施分散式控制，上、下位機之間通過以太網系統、高速通訊接口相互連接傳遞信息，對現場設備實施數據采集和有效控制。該系統克服了集中控制系統對工控機運算能力及數字通信能力要求高的缺陷，也為現場設備采集數據實現遠程傳送創造了條件。每一部發射機對應一個下位機，下位機擁有獨立的時鐘系統，可以脫離工控機獨立實現自動控制功能，即便上位機出現死機、重啟等意外，也不會影響下位機正常運行，確保了系統的安全、可靠。

1 下位機功能

下位機是監控系統與發射機（現場設備）之間的媒介，它通過I/O總線與發射機對外接口通訊，獲取發射機運行數據并上傳上位機，上位機接收相關數據并存儲，并能對下位機傳達控制指令，進而對發射機進行遙控操作（主要包括升降功率、開關機等操作）。下位機內含存儲系統和時鐘系統，無論上位機是否運行，均可根據存儲系統內的時段設置來實現發射機自動開關機操作，擴展接口還能對備用發射機及天線倒換裝置進行監控。

發射機主控單元、輸出參數及天線狀態的運行參數均可由一部下位機來完成，下位機具備多路模擬量、開關量、狀態量接口模塊，特殊情況還有擴展接口，以備相關數據量采集；具備RS232、RS485、RS422串行通訊口和以太網通訊接口，既可監控射機，又可監控穩壓柜、柴油發電機等附屬設備，同時可適應模擬、數字接口形式，滿足機房現有設備的監控需求。

2 下位機采集控制方式

2.1 無采集接口方式

對于沒有設計外部自動化監控接口的設備，監控取樣主要從設備的模擬儀表采集模擬量，運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警狀態量，從控制電路板開關繼電器引線或TTL電平采集其他狀態量。將輸出控制量并聯連接到設備控制按鈕上或控制繼電器上，實現對設備的遙控操作。

2.2 模擬接口方式

各公司生產的DAM中波發射機都配備有對外接口板，具有模擬量、狀態量及外部控制量接口，各接口都為模擬接口方式。下位機通過其模擬量接口可方便地獲得發射機各表頭數據，計算后并適當調整系數得到與發射機表頭指示基本一致的工作參數，通過狀態量接口可獲得發射機功率等級、連鎖開關、遙控/本地等指示狀態及各種故障報警狀態，通過控制量接口可對發射機進行上位機遠程遙控，下位機自動控制。

圖1 下位機工作機制圖

2.3 數字接口方式

對于預留了數字接口的設備，下位機采用與之匹配的物理接口，按照廠家提供的通訊協議，配置接口參數，完成各種參數、狀態的采集和控制量的輸入。

目前，數字接口通訊方式多為設備廠家自主研發，通訊協議有的廠家不愿公開，所以模擬接口方式是目前機房監測數據采集控制的主要方式。

3 控制原理

由于發射機的采樣控制參數較多，下面就以下位機在發射機方面的應用來說明其控制原理。為保證不間斷播出，發射臺每套節目多采用主備機替換播出，其控制系統也由一組主備式下位機組成，并采用集中控制-分散采集的工作方式：下位機系統主控單元包括程序存儲器和工作存儲器，發射機自動開關機時間，報警門限、倒機時限及其他相關參數均存儲于主下位機程序存儲器，由主下位機完成主備機的遠程控制、故障倒機、定時開關機等操作。主備下位機均有獨立的通訊接口分別于主備發射機進行數據通訊，所采集的工作數據均存儲于主下位機工作存儲器。主備下位機之間有串行通訊接口，備下位機傳輸備發射機實時數據給主下位機，并接收主下位機傳達的各種指令。主備下位機監測的實時數據都經主下位機上傳到工控機顯示，其工作機制如圖1所示。

3.1 控制流程

3.1.1 遙控開關機、倒天線

主下位機經步驟①接收來自工控機的開關機、升降功率、假負載/天線切換等命令。如果主下位機接收到開主發射機指令，首先經步驟⑦接通主發射機低壓電源，然后判斷天線位置。如果在主機位置，則經步驟③啟動主機高壓；如在負載位置，則經步驟⑤切換至天線位置，發射機連鎖燈熄滅后再經步驟③開主機。同樣，如果開備發射機，首先經步驟②給備下位機發送一條開低壓指令，備下位機經步驟⑧接通備發射機低壓電源，然后判斷天線位置。如果在備機位置，就直接經步驟②和④開備機；如果在假負載位置，則經步驟⑥將備機切換至天線位置，備發射機外部連鎖燈熄滅后經步驟②和④開備機；如果是關機命令，則無論是主下位機，還是備下位機，均不判斷天線位置，按照“先關高壓，再關低壓”的順序關機。

3.1.2 主備發射機自動切換

主備發射機在播出時段內，如果發射機輸出功率低于預設門限，且該狀態時長超過預設延時，則先判斷備發射機是否正常。如果正常，則向上位機發送倒機請求，由機務員判斷是否需要倒備機。如果機務員無任何操作，則在設定計時結束后自動倒備機；如果判斷備機也不正常，則下位機不執行主備機切換操作，僅向上位機發報警信息。此時，系統即判斷主發射機故障，待發射機故障處理后，按下主下位機復位鍵，才能清除主機故障狀態，下位機才能實現倒機功能。

3.2 天線/假負載切換原則

發射機天線/假負載倒換開關是主備發射機功率輸出共用設備，一旦倒換開關在發射機輸出時切換，則會產生電弧灼燒，易損壞倒換開關，導致節目停播。為防止意外，在數據采集時將開關量接入發射機外部連鎖，當連鎖燈亮的時候，該機無法手動或自動開機；在下位機程序設計確保主備發射機有功率輸出時，不會出現切換操作。

圖2 下位機預防干擾

4 下位機抗干擾措施

發射機房電磁環境復雜，設備耗電量大，機房電壓常瞬間波動，易對下位機產生影響，比如下位機死機，上位機接收到的監測數據無法及時更新，而后如果設備出現異態，監控系統無法正常報警，從而導致劣播，甚至停播。所以良好的抗干擾措施是監控系統可靠的重要保障。圖2所示為下位機預防干擾圖。該下位機主要從以下3個方面預防干擾：①必須確保電源穩定，外電必須經穩壓柜接入，再用帶有濾波功能的UPS對接入電源進行濾波。為防止高頻信號干擾傳輸導線，在每臺監測設備的輸入端都加設了容感濾波器。②在設計時，將下位機線路板數字信號與模擬信號隔離，數據總線與供電系統隔離，選用抗干擾性能強的工業級貼片元件，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。對模擬量數據的采集，運用廣電信號隔離技術，減少現場信號對系統的影響，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據傳輸，數據經過多種校驗確保傳輸數據的正確性。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行處理，將高頻干擾濾掉；第2次是在AD信號采集后通過數學運算對信號進行數字濾波，確保采集控制數據準確無誤。③施工過程中保持各類電線之間的距離，盡量將數字線、電源線、模擬信號線分開鋪裝；布線時盡量避免90°折線，盡量縮短模擬采集線的長度；選用優質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接地方式，即在工控機機柜一側單點接地，信號線另一端屏蔽層與接地端絕緣；監控設備與發射臺地網采取多點接地，與接地點有效焊在一起。

5 結束語

該下位機實現了對發射機及附屬設備工作狀態的實時、全方位監控，可靠性強、運行穩定，運行多年未發生死機故障，數據采集準確，同步性好，報警及時，極大地減輕了機務員的值班壓力，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〕