機房自動化監控系統的設計和應用

劉斌 蘇心宇 王浩宇 胡雯雯

(河南科技大學機電工程學院,河南 洛陽 471003)

發射機自動化監控是廣電系統的重大研究課題,近年來國內很多發射臺都在積極行動,研究實施發射機自動化監控。目前常用的設備有：單片機、工控計算機、PLC(可編程控制器)。我們在研究制定發射機自動監控系統實施方案時,經過多方研究比較發現：利用可編程自動化控制器(PAC)實現對發射機的自動化監控更加合適,在機房高周環境下可以穩定運行,利用其以太網接口可組建基于以太網的分散控制系統,從而實現對發射機的遠程監控。

1 PAC(可編程自動化控制器)和發射機的整合

1.1 PAC 與發射機的整合方式

方式：和已經具有數據接口的機器進行通訊。

本單位的M2W 10KW 發射機,本身已經具有下位機,對機器的任何操作都要通過下位機,并且只開放下位機背板的Rs422 串口,用傳統的PLC 控制模式很難實現對其監控,而利用PAC 本身強大的計算功能和串口通訊功能,可以和下位機通訊獲取發射機的狀態和對其進行控制。至于以太網接口功能和方式(一)類似。還有本單位機房的高壓系統本身也由下位機監控,這部分也只能通過PAC 接入以太網中。

低壓系統是由電壓變送器和集合式電表進行監測,具有Rs485 串行通訊口,和下位機類似,也能夠通過PAC 整合到以太網絡中。結構圖如圖1,安裝圖如圖2。

圖1

圖2

1.2 需要克服的技術難點

1.2.1 防止高頻干擾

高頻干擾主要存在于傳輸線路和自制的電路,而發射機及控制器自身的防高頻干擾性能較好。為了抑制干擾的產生,我們采取以下措施：

(1)傳輸線及網線作必要的屏蔽。

(2)發射機電源與控制器的電源嚴格分開。

(3)控制器部分作屏蔽良好的金屬外殼。

1.2.2 雙機互鎖和天線倒換

本單位具有多個廠家的不同型號的發射機,如有兩個廠家的四個機型的3KW 機,而10KW 機型有M2W,PDM和DX-10。已經有多個頻率有主備機,且有的頻率的主備機類型不一致,如淳安3KW PDM 和上海3KW PDM,上海10KW PDM 和M2W。為了實現主備機故障自動倒換,必須考慮到兩機互鎖和天線自動倒換。這些發射機開關機控制線路或者元件都不一樣。同時從穩定性考慮,我們認為發射機本機和自加硬件穩定性高于PAC 控制器的處理,而PAC 控制器處理的穩定性又強于兩部發射機網線通訊及整合軟件。基本這個考慮,我們在雙機互倒方面采用以下原則：

(1)天線倒換繼電器的電源由接繼電器的常開點提供,中間線路接入另部機器的線路。

(2)兩機進行必要的硬件聯鎖,而不純粹由整合軟件來控制。

(3)兩機的PAC 控制器可通過網線,根據特定的以太網通訊得到對方的信息而對自己進行開關機控制。

2 系統結構

利用原先已經架設好的以太局域網,將機房的發射機和供電系統連入以太網中。發射機通過可編程自動化控制器(PAC)接入以太網,將資源有條件的共享給局域網內的用戶。網絡拓撲圖如圖3。

整個系統共分為4 個層次：

(1)機房設備端：要監控的機房設備,主要是發射機和供電系統。

圖3

圖4

(2)可編程自動化控制器：安裝在發射機上,可獨立對發射機進行控制,并通過以太網接口將采集到的發射機數據共享給局域網用戶。

(3)后臺服務器端：主要運行后臺程序、數據庫軟件和時間同步系統。數據庫保存著自動化系統的配置信息,后臺程序實時捕捉機器各類信息并存入數據庫,如果有需要可以通過短信報警。局域網內的所有計算機包括可編程自動化控制器通過時間同步系統進行時間同步。

(4)自動化監控系統客戶端。可運行在局域網內的值班機和其他通過授權的計算機上。用于實時監控發射機,代替值班員的部分工作,減輕值班員工作壓力。

3 自動化監控系統的軟件開發

PAC 上的程序有如下功能：

(1)采集并傳送發射機數據。

(2)自動開關機。PAC 保存著發射機的播出時間表,在設定的播音時間段內保證發射機的正常播出。播出時間表保存在PAC 的只讀存儲器內,即使斷電也不會丟失,因此停電后也能夠自動開機。

播出時間表有兩種：一種是正常播音時間表,發射機在通常情況下都按照正常播音時間表工作,另一種是臨時播音時間表,當遇到通知發射機播音時間暫時需要更改時,可以通過設置臨時開關機時間表,讓發射機臨時增開或者臨時關機。臨時播音時間表比正常播音時間表具有更高的優先級。

(3)備機啟動功能：當主發射機無法播出時,從機上的PAC 啟動從機進行工作。當主發射機功率過低時,主機上的PAC 和從機上的PAC 通過以太網進行通訊,當確定從機沒有故障時,切換到備用發射機進行工作。

3.1 客戶端程序

客戶端程序是發射機自動化監控系統的核心部分。

3.2 登陸權限控制

為機房所有人設定帳戶,不同帳戶有不同登陸權限。帳戶類型有：訪客、值班員、機房管理員(機房主任)、系統管理員。其中只有值班員和機房管理員有控制發射機的權限,為了保證安全,只有在值班PC 上才能夠控制發射機。訪客只能夠實時查看發射機運行狀況,機房管理員可以對發射機運行參數進行修改,系統管理員只用于創建和分配帳戶。用戶的所有操作都保存在數據庫中。

3.3 遠程實時監控和報警

以圖形化的方式對發射機的模擬量、狀態量、開關量進行實時檢測并顯示,可以設置各監測量的正常狀態范圍,警告范圍以及故障范圍,判斷檢測值是否正常,不同狀態以不同顏色顯示(正常——綠色、警告——黃色、故障——紅色)、不同聲音提醒。

具有權限的用戶可以對發射機進行控制。

3.4 發射機參數設置

設置發射機的播音時間表、主備機設置,檢測發射機參數的正常/警告/故障范圍,延時/立即報警及延時時間設置。

配電系統監測：檢測高壓電源三相是否有電、顯示當前使用的線路；檢測低壓電源三相電壓、電流、相序等,檢測電源控制直流屏、發動機蓄電池電壓,異常報警。停電恢復、高壓倒電后,低壓自動開啟(有保安閘刀)。配電系統自動監控系統軟件運行界面如圖4 所示。