發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)20101124課件

發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)

2010.11.目錄系統(tǒng)概述1設計原則和功能需求

2系統(tǒng)原理3安裝與運行4名詞約定發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)：采用自動控制技術、檢測技術和計算機網(wǎng)絡技術，對廣播、電視發(fā)射機的本地及遠程實時控制，對其運行參數(shù)及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，具有自動開關機、故障點定位、故障記錄、故障報警、指標檢測、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)共享、Internet遠程訪問等功能系統(tǒng)。中心服務器：在廣播中心擔當遠程通信和遠程數(shù)據(jù)管理的服務器。上位機：在各發(fā)射臺本地連接下位機，擔當數(shù)據(jù)采集、保存、通信和管理的本地服務器。下位機：連接發(fā)射機和上位機的對發(fā)射機進行數(shù)據(jù)采集、控制和通信的接口硬件，根據(jù)發(fā)射機的需求，一臺發(fā)射機可配置多塊下位機板卡?？蛻魴C：通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)絡訪問本地上位機或中心服務器的計算機。本地登錄：客戶機登錄局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫。遠程—本地登錄：客戶機通過廣域網(wǎng)絡登錄發(fā)射臺的上位機數(shù)據(jù)庫。遠程—遠程登錄：客戶機通過廣域網(wǎng)絡登錄中心服務器的數(shù)據(jù)庫。2廣播發(fā)射臺的自動監(jiān)控技術的發(fā)展廣播發(fā)射臺的自動監(jiān)控技術一直是廣電技術工作者研究開發(fā)的一個重點方向和難點。從七十年代開始國內(nèi)就有人研制，但由于受到當時計算機技術和電子器件等條件的限制，僅能實現(xiàn)自動開關機等簡單功能，遠遠滿足不了當前監(jiān)控系統(tǒng)之需要。國外的發(fā)射臺在設備上實現(xiàn)了自動控制，但不同的發(fā)射臺，所用的設備也不完全一樣，目前沒有適合整個發(fā)射臺系統(tǒng)的一套控制設備和控制軟件，因此，對發(fā)射臺的自動化控制提出迫切要求。發(fā)展上世紀80年代科研人員開始將可編程時間控制器，可編程邏輯控制器等用于廣播發(fā)射機的實時監(jiān)控中。但限于技術條件的限制，實現(xiàn)的功能很簡單，且網(wǎng)絡不具備工業(yè)現(xiàn)場的要求。到了90年代中期，發(fā)射機開始不斷掀起技術革新運動。從電子管分立元件的板調(diào)機，經(jīng)過脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機(PSM)，發(fā)展到全固態(tài)脈寬調(diào)制發(fā)射機(PDM)、數(shù)字調(diào)制發(fā)射機、3DX發(fā)射機，為廣播自動化監(jiān)控創(chuàng)造了良好的條件，打下了堅實的基礎。發(fā)展發(fā)射機的監(jiān)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的繼電器控制、數(shù)字邏輯電路控制，發(fā)展到今天信息化時代的微機控制，它的核心設備——廣播發(fā)射機現(xiàn)場控制器(下位機)，也經(jīng)歷了基于8位單片機、16位單片機到基于可編程控制器(PLC)的發(fā)展歷程。到了本世紀，網(wǎng)絡技術廣泛的應用于廣播播出系統(tǒng)中，迫使相對滯后的發(fā)射監(jiān)控技術必須加快數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的步伐。發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

各地發(fā)射臺的發(fā)射機種類繁多，進口的、國產(chǎn)的；中波的、調(diào)頻的；新型的、老款的各種型號。發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)也各有不同：系統(tǒng)自帶的、自己研發(fā)的；本地的、遠程的；采用各種技術的。每個發(fā)射臺都會擁有不同型號、不同廠家、各種規(guī)格的發(fā)射機，即時是發(fā)射機自帶監(jiān)控系統(tǒng)，但是各種系統(tǒng)兼容性、開放性不夠，難以做到利用發(fā)射機自帶的系統(tǒng)統(tǒng)一管理，所以發(fā)射臺的監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是一個獨立的系統(tǒng)。二、發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)設計原則和功能需求

1廣播發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的設計應當遵循的原則（1）監(jiān)控系統(tǒng)應當功能強大且覆蓋面全、支持網(wǎng)絡管理，便于本地及遠程監(jiān)控管理、界面友好實用、可操作性強、可靠性高、實時性好、不對原系統(tǒng)的功能指標構成影響、擴展性強、維護方便。能夠實現(xiàn)發(fā)射機面板的基本功能，可以采集表頭指示信號;狀態(tài)指示信號;開、關機、升、降功率等控制信號。模擬仿真原發(fā)射機面板界面、定時開關機、故障報警、故障查詢、自動抄表、模擬量范圍設定及告警提示。設計原則（2）對于本身不帶計算機通信接口的發(fā)射機，需要對其進行改造，為其加裝計算機通信接口。每臺發(fā)射機都有各自的控制和保護系統(tǒng)，因此對原有的發(fā)射設備加裝計算機通信接口實現(xiàn)計算機自動監(jiān)控，應當不影響原有設備的正常工作，也就是說，計算機監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)射機原有的控制保護系統(tǒng)是兩套并行的工作系統(tǒng)，不改變、改造原發(fā)射機接口本有結構及功能。2廣播發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)框圖

3廣播發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)功能

采用自動控制技術、檢測技術和計算機網(wǎng)絡技術，對廣播、電視發(fā)射機的本地及遠程實時控制，對其運行參數(shù)及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，具有自動開關機、故障點定位、故障記錄、故障報警、指標檢測、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)共享、Internet遠程訪問等功能。發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)應該適用于各種類型的中波、短波、調(diào)頻、電視發(fā)射機，適用于電子管、全固態(tài)發(fā)射機，適用于各種進口、國產(chǎn)發(fā)射機，適用于各級發(fā)射臺。系統(tǒng)有下位機（發(fā)射機本機控制單元）和上位機（機房監(jiān)控單元）和遠程數(shù)據(jù)中心幾部分，其功能如下：下位機（本機監(jiān)控單元）本機監(jiān)控單元實現(xiàn)包括自動開、關機，狀態(tài)控制，參數(shù)調(diào)整，模擬量、開關量的獲取，風機自動切換，自動啟用備機。實時監(jiān)測顯示發(fā)射機各單元的運行參數(shù)，實現(xiàn)超限報警、故障報警、故障自動定位、故障自動記錄、故障診斷、故障查詢。下位機（本機監(jiān)控單元）自動控制功能：主要包括運行時間表管理、自動定時開關機功能、自動頻率輸出功率調(diào)節(jié)功能。自動校時功能：自動校時保持與機房時間同步。保留手動功能：通過硬件實現(xiàn)自動功能和手動功能的切換，手動模式時發(fā)射機脫離自動控制系統(tǒng)由手動操作以備特殊情況下的需求。上位機和遠程數(shù)據(jù)中心（機房監(jiān)控單元及遙測遙控）

發(fā)射臺內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，各機房數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫服務器集中，所有數(shù)據(jù)通過光纜或電話線等多種傳輸手段傳輸?shù)綇V電中心，并入中心網(wǎng)絡，以便在中心值班室進行遙測、遙控，及方便廣電中心各級領導實時了解各發(fā)射臺的工作情況。技術人員還可在家通過撥號上遠程遙測網(wǎng)，從而了解發(fā)射機的狀況，還可遠程指導發(fā)射機的維護、維修工作。上位機和遠程數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的管理包括：定時抄表；當前數(shù)據(jù)查詢；歷史數(shù)據(jù)查詢；故障數(shù)據(jù)查詢；自動生成周、月、季、年報表；自動生成專家?guī)斓?。系統(tǒng)應具有報報警功能，當出現(xiàn)設備故障或參數(shù)超限時，系統(tǒng)除了聲光報警外，還應具有電話報警功能，可設置多門固定和移動電話，實現(xiàn)自動撥號，語音重復報警。性能要求發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)要滿足可靠性、通用性、先進性、兼容性、可擴展性及低成本等方面的要求。三、發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的原理發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的最基本、做前端的部分就是下位機，也稱為本機監(jiān)控單元，所謂監(jiān)控，就是監(jiān)測與控制。監(jiān)測就是采集發(fā)射機各個部分的信號，即信號的輸入。在監(jiān)控系統(tǒng)中對采集來的信號進行分析研究，判斷這些數(shù)據(jù)是否正常。所謂控制，就是通過輸出信號對發(fā)射機進行操作。中波發(fā)射機組成框圖

模擬量采樣控制量下位機的控制功能各臺發(fā)射機應能單獨設置開關機時間，時間到時自動開機或關機。在實際應用中，開關機時間不是每天都相同的，也并不是每天只有1次開機時間和1次關機時間。例如，每星期二下午為停電檢修時間，下午這段時間要多增加1次關機和1次開機。因此在監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計時應考慮到開機時間的個別性、周期性(以天或星期為1個周期)。開關機控制晶體管固態(tài)發(fā)射機的開機理論上說可以一步即開到最高功率，但在實際應用中，當多臺發(fā)射機同時高功率開機時，偶爾會造成電源電壓波動。因此通常的開機方法是先低功率開機，穩(wěn)定一段時間后，再高功率開機。從軟件設計方面來說，當發(fā)出低功率開機指令后，開始檢測功率值，當功率達到低功率閾值后，延時一段時間，再發(fā)高功率開機指令。開關機控制此外，當發(fā)射機因故障切換到備用機工作時，開關機的控制對象應該是備用機。實現(xiàn)此功能的方法是開關機檢測相應的同軸開關狀態(tài)，根據(jù)同軸開關的位置決定具體的開關機對象。這些開關機的步驟通過人工設置，保存在下位機，使得下位機完成自動開關機的操作。下位機結構框架下位機樣例上位機與上位機的通信上下位機的通信方式下位機都帶有微處理器，常用的可以是單片機、嵌入式系統(tǒng)、PLC(可編程控制器)等，現(xiàn)場通信常用的有RS485、CAN總線等。485總線形式485總線RS-485總線為兩線半雙工串口總線，使用雙絞線以平衡差分方式傳送數(shù)據(jù)，使在傳輸中混入的干擾相互抵消，其主要特點有：傳送速率快，最高達10Mbit/s；傳送距離遠，最遠達1200m，抗于擾能力強。顯然，RS-485總線對有著強烈高頻及噪聲干擾的機房內(nèi)的計算機自動監(jiān)控是很適合的，所以RS－485串行接口總線型傳輸網(wǎng)絡在中波發(fā)射機計算機監(jiān)控系統(tǒng)中逐漸得到推廣和應用。485總線CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）一種現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領域，其總線規(guī)范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結構，傳輸時間短，具有自動關閉功能，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術，通過設置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)實際可達110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。星型拓撲結構的上下位機連接上位機（本地服務器）

上位機是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件。在發(fā)射臺內(nèi)，它用于監(jiān)視和控制本臺內(nèi)所有下位機及發(fā)射機，完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的大部分功能，包括自動監(jiān)測和實時數(shù)據(jù)分析功能、開關機等控制功能、多級故障告警及自動備機倒換等故障處理功能、通知功能、專家?guī)?、本臺內(nèi)發(fā)射機故障和停播率統(tǒng)計功能等。同時它實時地向中心服務器上傳本發(fā)射臺內(nèi)的各發(fā)射機的狀態(tài)變化和端口采樣數(shù)據(jù)，如開機、關機、故障、離線等狀態(tài)數(shù)據(jù)，供遠程客戶端顯示。它還接受遠程客戶端的監(jiān)控請求，代理這些監(jiān)控任務。另外，它還具有自動抄表功能，定時將抄表數(shù)據(jù)通過遠程網(wǎng)絡上傳服務器，供服務器查詢統(tǒng)計用。上位機的軟件是模塊化設計的，結合強大的數(shù)據(jù)庫，使得功能設計靈活，容易擴充。上位機在監(jiān)控網(wǎng)絡中的位置上位機的管理功能上位機是現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件。在發(fā)射臺內(nèi)，它用于監(jiān)視和控制本臺內(nèi)所有下位機及發(fā)射機，完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的大部分功能，包括自動監(jiān)測和實時數(shù)據(jù)分析功能、開關機等控制功能、多級故障告警及自動備機倒換等故障處理功能、通知功能、專家?guī)臁⒈九_內(nèi)發(fā)射機故障和停播率統(tǒng)計功能等。同時它實時地向中心服務器上傳本發(fā)射臺內(nèi)的各發(fā)射機的狀態(tài)變化和端口采樣數(shù)據(jù)，如開機、關機、故障、離線等狀態(tài)數(shù)據(jù)，供遠程客戶端顯示。它還接受遠程客戶端的監(jiān)控請求，代理這些監(jiān)控任務。另外，它還具有自動抄表功能，定時將抄表數(shù)據(jù)通過各類網(wǎng)絡上傳服務器，供服務器查詢統(tǒng)計用。中心服務器中心服務器的主要功能是擔當數(shù)據(jù)存儲中心和代理遠程客戶端的監(jiān)控請求。中心服務器主要功能：中心服務器定時接收和存儲各發(fā)射臺上位機上傳過來的發(fā)射機的端口采樣數(shù)據(jù)，替代了以前的人工抄表和傳送的傳統(tǒng)方式。同時，它還將每一個在監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)的發(fā)射機的狀態(tài)變化詳細信息記錄下來，包括某臺發(fā)射機何時開機、關機或故障等信息。借助中心客戶端軟件，可以對以上這些信息進行統(tǒng)計分析以產(chǎn)生各種報表，取代以前的人工操作模式，方便、快捷、準確，體現(xiàn)出自動化和網(wǎng)絡化的效果。另外，中心服務器將各上位機上傳的發(fā)射機狀態(tài)信息轉發(fā)至合適的遠程客戶端，同時遠程客戶端產(chǎn)生的遠程監(jiān)控命令和通知也是通過中心服務器轉發(fā)到上位機。中心服務器任務網(wǎng)絡連接整個發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)實行多級多樣的網(wǎng)絡連接：發(fā)射機與下位機的聯(lián)接下位機與上位機的聯(lián)接上位機與地市中心服務器的聯(lián)接地市服務器與省中心的聯(lián)接在這中間聯(lián)接方式、層次多樣，有現(xiàn)場的串行通信、有本地局域網(wǎng)絡，分布式系統(tǒng)需要遠程網(wǎng)絡，遠程網(wǎng)絡可采用有線、無線多種方式，但由于發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性要求高，所以在選擇遠程網(wǎng)絡方式時必須注意四、系統(tǒng)安裝和運行1系統(tǒng)的抗干擾安裝時要解決的干擾主要是外部干擾外部干擾是指由外界竄入到系統(tǒng)內(nèi)的各種干擾，造成外部干擾的原因有:a控制系統(tǒng)供電電源波動及高次諧波等的干擾。b其他設備或空中電場通過電容耦合竄入控制系統(tǒng)而引起的干擾。c有(無)觸點開關的啟停形成的高(低)頻干擾。d動力強電信號在下位機電路中產(chǎn)生感應電勢而引起的干擾。e相鄰信號線絕緣降低，通過導線電阻引起的干擾。干擾的形式干擾的形式多種多樣，但都是通過傳導和輻射兩種途徑進入到控制系統(tǒng)而對系統(tǒng)造成干擾的。因此，對系統(tǒng)進行電磁兼容性設計主要應從兩個方面著手:一是阻斷干擾侵入的途徑，二是降低控制系統(tǒng)對干擾的敏感性，提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力。接地問題下位機內(nèi)部電路和外部電路應分別接地，下位機內(nèi)部電路包括CPU、存儲器等電路共接數(shù)字地，外部電路包括A/D、D/A等共接模擬地。下位機系統(tǒng)接地線和其它電器的機體接地線需各自單獨接地。因為接地線越細，其阻抗越高，接地電位隨電流的變化就越大，致使系統(tǒng)的基準電平信號不穩(wěn)定，導致抗干擾能力下降，所以下位機接地線應盡量粗。一般大于8平方毫米，接地電阻不應小于100歐姆，接地點與下位機之間的距離應小于50米。終接電阻

對RS-422與RS-485總線網(wǎng)絡一般要使用終接電阻進行匹配。RS-485則應在總線電纜的開始和末端都需并接終接電阻。阻值取120歐姆。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，如圖。上位機配置上位機的軟件是模塊化設計的，結合強大的數(shù)據(jù)庫，使得功能設計靈活，容易擴充。上位機硬件配置計算機：工控機或服務器聯(lián)網(wǎng)通信要求：遠程網(wǎng)絡通信和本地局域網(wǎng)通信。軟件環(huán)境操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)框架監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求搭建系統(tǒng)框架。如有下轄多個發(fā)射臺，則可以采用：中心——發(fā)射臺——發(fā)射機框架，見圖1，如僅是一個發(fā)射臺的系統(tǒng)，可采用圖4架構。具有遠程網(wǎng)絡的發(fā)射機見監(jiān)控系統(tǒng)中，其遠程網(wǎng)絡一般會采用無線網(wǎng)絡的形式，如GPRS或者3G網(wǎng)