（通信与信息系统专业论文）发射台机房监控管理系统的研究与实现.pdf

摘要 毛3 s s 7 霜蓊，蛊委荐在广电发射台内实现监控管毽的窝动纯、系统讫鞠溺络化是我们 广f b 发射领域进行技术改造过程中所要解决的关键课题。丽如何设计并实现一个 合理的监控管理系统，解决该系统在发射台这种具有强电蹴场干扰的环境中工作 时的抗干扰阕题正是此关键课题中较难的部分。本文主要研究的就是：如何利用 控制网络胄勺原理以及各种抗干扰的技术在广电发射台内建立一个安全、可靠、高 效弱枧房蕊接管璎系统。簌诗算掇蕊控系绕、隧太控澍露络、抗于挠技术、漤 r 牛 电路设计等方面进行了详细地阐遮和探讨，并详细介绍了由本人负责设计的杨柳 青发射台祝痔釜控管理系统韵实嚣方法、过程醚及最后的结果。针对已实现翡系 统的功能和特性指出了还存在的一些问题以及可改进之处，提出了改进的思路。 第一章阐述了广电发射台的基本情况，包括发射台的性质、特点以及基本的 掏成e 还阐述了广雹发射台监控管理系统的概念、功用以及发展的历史季鞋现状， 指出了当前广电发射行业的发展对监控管理系统提出的新要求。另外还给出了本 文瑷垦膂景_ l = 【! 项曩茳务。 第二章阐述并讨论了计算机监控管理系统设计当中所臻用到的关键技术 一诗算撬鉴控系统设计帮麓络整青i 技术，这是实现发射台监控管理系统的萋硝。 第三章讨论了各种现场监控系统中的抗干扰技术。主要分析了监控现场冬类 干扰的来源及类型，介绍了各种有效的抗干扰技术，其中重点对现场监控系统中 的硬件抗干扰技术傲了详细的阐述。 第四章和第五帮是本文的重点，第四章阐述了本人如何根据计算机监控系统 鞫翊终控制技术静原理设嚣并实礁了监控管理系统。第五耄亵详绸阐述了麓控系 统中的关键设备发射机监控前端机的设计及实现方法，以及本人在前端枫的 设计中校攒疆场釜控抗干扰的原理所采取韵各种抗干扰措麓及萁取得的效臻； 第六章介绍了监控管理系统的调测和试运行的过程阐述了调测遥程中赝遇 到的问题及解决方法，介绍了试运行的过程及结果。 关熬词：发射旨，计算机监控，控制网络，抗干扰，前端帆 j b 衷l 啦电大攀硕士论文 a b s t r a c t i nt h e s ey e a r s 。f o rt h o s er a d i o & t v t r a n s m i t t i n gs t a t i o n sw h oa r ec a r i n go u t t e c h n i c a la k e r a t i o a 。i th a sb e e na ni m p o r t a n ts u b j e c tt h a th o w 姆a c c o m p l i s ht h e a u t o m a t i z a t i o n 、s y s t e m a t i z a t i o na n dn e t w o r k a t i z a t i o n o ft h e s u p e r v i s o r y c o n t r o l m a n a g e m e n ts y s t e mi n t h e i rs t a t i o n s a n dh o wt o d e s i g na n dc o n s t r u c tas o u n d s u p e r v i s o r y c o n t r o ln e t w o r ks y s t e m w i t h 赫荫a n t i - i n t e r f e r e n c ea b i l i t y t h a tc a n f u n c t i o nw e l li nt h e e l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n to f t r a n s m i t t i n gs t a t i o n si sad i f f i c u l t p a r ti nt h i ss u b j e c t t h i st h e s i si sf o c u s e do nh o w t ou s et h ec o n t r o ln e t w o r kt h e o r y a n da n t i i n t e r f e r e n c et e c h n i q u e st oc o n s t r u c tap r a c t i c a la n ds t a b l es u p e r v i s o r yc o n t r o l n e t w o r k s y s t e mi nat r a n s m i t t i n gs t a t i o n 。n ed i s s e r t a t i o ni sb a s e do n t h et e c h n o l o g i e s o f c o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o l 、e t h e m e t c o n t r o ln e t w o r k s 、a n t i i n t e r f e r e n c ea n d h a r d w a r ed e s i g n t h ed e t a i lt e c h n i q u e sa n dp r o c e s so fc o n s t r u c t i n g & s u p e r v i s o r y c o n t r o lm a n a g e m e n ts y s t e mw e r e , e x p a t i a t e di n t h i st h e s i s 。i na l l u s i o nt ot h o s e f u n c t i o n st h a t 、o 他r e a l i z e di nt h es y s t e m 。s h o r t a g e so f t h es y s t e ma n di d e a so f h o wt o a m e l i o r a t ei ta r ca l s oi n d i e a t e di nt h i st h e s i s t h eb a s i cc i r c u m s t a n c eo f t r a n s m i t t i n gs t a t i o ni n c l u d i n gi t sk i n d 、c h a r a c t e r i s t i c a n dc o m p o s i n ga r es u m m a r i z e di nc h a p t e ro n e 。a l s ot h e c o n c e p t 、f u n c t i o n 、h i s t o r y a n da c t u a l i t yo f t h es u p e r v i s o r ) , c o n t r o lm a n a g e m e n t s y s t e mi nt r a n s m i t t i n gs j a t i o a a r e i n t r o d u c e di nt h i sc h a p t e ：i na d d i t i o n , t h e b a c k g r o u n do ft h i st h e s i si s g i v e ni n c h a p t e r o n e i n c h a p t e r t w ot h e k e yt e c h n i q u e s i nt h e d e s i g n o f s u p e r v i s o r y c o n t r o l m a n a g e m e i 4 ts y s t e m ，c o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o la n d c o n 静o ln e t w o r k ，a r es h o w n + t h e s ei s s a e s8 f et h ef o u n d a t i o n o f s u p e r v i s o r y c o n t r o lm a n a g e m e n t s y s t e m 。 c h a p t e r t h r e es t u d i e st h ea n t i i n t e r f e r e n c e t e c h n i q u e si n f i e l d s u p e r v i s o r ) c o n t r 0 1 t h es o u ：e c c sa n dt y p e so ff i e l di n t e r f e r e n c ea sw e l l 盆ss o m ee f f e c t i v e a n t i - i n t e r f e r e n c em e a s t u - e sa r e a n s l y z e d i nt h i s c h a p t e r a s 嚣k e yp o i n t , t h e a n t i - i n t e r f e r e n c e t e c h n i q u e s o f h a r d w a r ed e s i g n8 r gd i s c u s s e di nd e t a i l 。 北带雌电大举硕士论空 c h a p t e rf o u ra n dc h a p t e r f i v ea r et h ek e y p a r t so f t h i st h e s i s 。i nc h a p t e rf o u r , h o wt o1 3 s et h et h e o r yo fc o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o la n dc o n t r o ln e t w o r kt o d e s i g n a n dc o n s t r u c ta s u p e r v i s o r y c o n t r o l m a n a g e m e ms y s t e m i si n t r o d u c e d d e t a i l e dt e c h n i q u e so f t h ek e y e q u i p m e n t i ns u p e r v i s o r yc o n t r o l ，m a n a g e m e n t s y s t e m ， t r a n s m i t t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o lb o x ，a r ee x p o u n d e di nc h a p t e rf i v e t h em a i nc o n t e n to f c h a p t e rs i xi sa b o u t 氇os y s t e md e b u g g i n g + p r o 醚e m sa n d r e s o l v e n ta sw e l la st h er e s u l to f t e s t 煳a r es h o w e di nt h i sc h a p t e r k e yw o r d s ：t r a n s m i t t i n gs t a t i o n ，c o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o lc o n t r o ln e t w o r k ， a n t i - i n t e r f e r e n c e ，t r a n s m i t t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o lb o x 北京邮l u 太学硕士论文 。前言 逐年来，随着我酱改革搿效的醋渐深入疆及人强生活承平的逐步提高，广撵翻逛褫越 来越成为人们目常生活中必不可缺的部分。多年来为了全豳人民都能够很好地接收广播、 电视节目，广电部f 1 在全国释地建立了数予个广电教射台。随着广电行业的快速发展 三i 及 各发射台技术改造工作豹全颟进行，广电总局对各发射台掇挫了“安全、麓效、优质”的 工作目标。为了实现这一目标，必须为每个广电发射台机配备完善的监控管理系统，如何 建立一个凌鬟、完势鹣发射鑫捉赛数控警理畚统成为广电部门重要瓣磺究渫越之一。 1 1 发射台简介 广播系统包括新闻采编、节目制作、播控中心、节目传输、电波发射、监听蠊榄等多 令环节。广捺发射套楚产生器发射燹线电滚、盏接魏辑众l 菠务豹瓿辑粒场骚。发菇台瓣遗 点选择主要考虑无线电波的辐射效果和服务区的要求。因此，中短波广播发射台大多设在 郊外较早餐静地区。 广播发射台蔹其规模大小，有骨干发射台和转播台之分。骨干发射台赢接与播控中心 联系，一般属中央或者省( 市) 级发射台。转播发射台多分布程骨干发射台周围，功率等级较 ，j 、，主要用采改善覆盖效果鞠扩太腿务区。 通常广播发射裔主要由发射机、天线、电源设胬和辅助设备组成，技术先进的发射台 还毒鑫动纯竣备，裂爨擞瓿透露塞动程淳按期，实瑷有人爨守、无入毽班。发射套豹系统 结构如图1 1 所示。从信号源来的节目信号被送至主用发射机。发射机将节翻信号放大调制 后变为电磁渡，斌天线发射密去。获射台新霈匏毫麓由毫圈宅深撬镶，秀7 徐证纛发生教 障或停电时不致中断电波的发射，发射台的关键部件都设有铸份。图1 1 的自动控制装置以 及遇控设备柱目前的绝大多数发射台里没有配备，搡作多为人工述行。蓝测设备通常是一 些鉴鞭彝监视节尽接号豹设餐。广撩发射套豹主要设备安装在机房内。装舔有发射规的机 房叫发射机房；装蒜有传输设备( 微波机或卫星接收机等) 的机房称作节目传输机房( 或微被 羲赛、浚音壤房) 。菇豹叁鸯矗令发射梗塞，每个枉鸯逯豢帮安装鸯多部发翡孛噩。 苎塞! ! ! ! ! 皇奎堂堡主笙塞 坐茎 i 墼l ，l 发射台鬃绫结构器意图 1 2 发射台箍控管理系统 当祷在绝大多数涵广电菱囊寸台垂帮还没有一令较为完善煞辊痔整控管理系统，人们要 知道设备的运杼参数及运行状态，要依靠人工程现场定时巡机并手工记录。各设备的运行 参数及运行状淼通过工作人员来汇想和上报。穰往由于条件所限，许多设备的运行参数及 运行状撩不能完整面详细的记最弗妥善转保存。两对予某些突发事件搬往往不能在第一时 间发现并汇报，这样就延误了处理的时机，有可能造成不可弥补的损失。所猷如何实现广 接发射螽秘房蠡动盗接一直是入贺多年寒菲常装心豹蠲题。 从七十年代开始国内就有人研制广播发射爵机房自动监控问题，假由于受到当时计算 枫技术移电子器传等条件的限制，仅能实现自动开关梳等简革豹功髓。近年来，蘧着诗算 机技术的发展，尤其是发射台内发射机设备性能的提离，发射台实现自动监控的条件得到 了很大的改善。这些都为开发建兜一个宪善的袋射台机房监控管理系统剖造了瞄要条件。 一个好的发射台机房监控镣理系统应该说不仅能够安现对发射极等机房设器妁篮测鄹 控制。避应该为发射台提供一个自动化的办公和管理的平台，使得发射台的发射管理工作 瓷一夸溪麴飞歇。星蘩骞令剽笈射会在诗冀撬羧控方甏取褥了一些或聚，毽这嫠篷控系统 的功能大多还是较为单一，以自动控制为主，程监控的系统化和全面化方面还有差距，办 公警理方瑟的功缝更是非常多。两在一些大功牮兹发射台内由予受到商场蘧的电磁干魏， 计算机燧控系缆在这样的环境中很难稳定可靠她工作，因此强电磁干扰也是大功率发射台 2 实现自动监控的重要障碍。如粱没有彻底解决电磁干扰的问题，即使建立了计算机监控系 统，也会由于不能正常工作而增加了维护人员的工作爨，还会因监控系统故障增加新的停 撵因素。据调凌，层前国内还没有哪个发射囊真正嫩完全实现发射台发射机粒监控管理 工作的自动化。 1 3 本文的工程背景 本文所介绍的发射台机房监控篱理系统是为天津广电局的杨柳青发射台研究开发 的。该发射台燕天津广电总局下属的一个广电发射台，位于天津西青区杨柳青镇，题天津 广援电褫局2 0 k i n 。承掇着天津广播节鼹赡发射任务以及天津卫视节髫的转播鼹务。发射台 内有一个广播缴射机房以及一个卫星地球站( 食一个卫视机房) 。在广播机房内共有8 部发 射祝负资发射4 套中波节雷，其中新闻频道发瓣视频攀为9 0 9 k h z ，功率为5 0 k w ；经济频 道发射机频率为1 0 7 1 k h z ，功率为5 0 k w 生活频道发射机频率为1 3 8 6 k h z ，功率为2 0 k w ； 交通频遵发射瓶频率为5 6 7 k t - t z ，璃率为2 0 k w 。8 都发翁机中裔两部d x 茇蔚枫，这两部发 射机负责一套节目的发射。另外6 部是m 2 w 发射机，两两一组。互为各份，每组发射机负 责一套节目的发送。 杨榔誊发射台在以前也曾经和天津大学合作散过类 蚨的发射枫监控系统的研究，但一 商没获得成功。失败的主要原因是由于没能解决好干扰问题，此外也因为以前的发射机自 谚纯程度较低，浚存受皴规监控设置的专曩接疆，要袋集数攒需要骰许多的工l 乍，大多需 要将采榘电路安装在发射机内部。这就溪求监掇系统尤其是其中的数据采集部分有很强的 抗于扰能力，德实际上爱傲到这点缀难，因为趣装在发射机内部的数据采集电路极易受到 正在工作的发射机的干扰而导致采集到的数据不正确。我们知道，如果无法正确地采集到 被检测的数据，那也就无发建疵超有效的监控系统了，所班发射台在以前的尝试最后强失 败蔼告终。现在由于该发射台进行了技术改造忑作，现有鲍发射机都是丸十年代研毒生产 的新型企固态发射机，这些发射机工作稳定，并为微机监测控制提供了专有的监测接口， 簧实凌霹这些发越壤爨控较之豁嚣程对要霹萼亍爨冬多。阂薅，赉予发鼓蠹戆王 譬繇壤瞧太炎 改善，发射台希望能有一个良好的机房管理自动化系统与之相遁应。基于以上的这些原因， 杨哲l 青发射台豢耗我们研究设计一套发射台桃痨监控鬻理系统，要求该系统可豁对发射台 曩包括发射机在内的备关键设备的工作实现微机监控，系统可以自行处理一些日常的工作 l t 豪部屯走学硕士论文羲言 事务( 如编写设备工作e l 志、缸印统计报表等 ，工作人员的 墨常工作也实现计算孝几化的管 理。 零文主要分绍了我懿磷发蛉发射囊规房鼗控管理系统所取戆关键技术、具体粒实现 方案以及系统墩后的运行情况。本人作为该项目的负费人所怍的主要工作是负责系统的总 藩设诗阻及发翁_ 捉整羧兹端撬熬部分较硬 孛粒没诗秘镶试。 悲哀龇电走学磷士论文 诗嚣巷t 煎控管避蓉统设计静荚键拽拳 2 。计算机监控管理系统设计的关键技术 2 。1 计算睾a 监控系统 巍1 9 4 6 年髓弊上第一窘邀予毒中髯枫诞鍪至今学没半个壤纪，计罄飙羧羧系爨颦已簿 了4 巷零静掰史。1 9 5 6 霉美滚雷先骚究了矮子军事土测试臻鼹翡计箨辍蓬捺系筑。蠢子这释 系统鼹性自鼹嶷，健耀方馁，斓夔_ | ；差嚣帮获缮迅遴靛教最，且乎覆盖了数摄霸动缝潮、袋 爨、处理帮叠动控臻l 系统。定颡蠹如此，瓣菔谤繁祝蕊控累统之禽义愚魄较广泛的，帮掺 吴祷数舞采祭、婺褪、控翻磅鳇豹计冀撬系统。这类产品中，毙较典燮鞠、翼有彳弋袭牲豹 是浆羧鞠数蜒采寨焱缀，魂蔗人 攀谈瓣s c a d a ( s u p e r 4 s o r y c o n t r 0 1a n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 系统。 s c a d a 系统黢攫遘疆慧数撬鼹蕊、露雅豹发爨_ l 窭糕类糍基密嬲穗荚，磷敷大致魑霸荧t 嚣荦代褪默愚第一代集孛式鼗控系统，歇孵络蕊发震纛，这蓊阗喇瓣缮秘嚣一多， 瑟逡疆鼗瓤聚统黔羧。 7 。牵代中8 0 年代中瑟是麓二健镦鳖计算掇蘸拄舔统，箕基零结梅还是黎审式斡。 黟年代孛至今蔑纂三代磐屡磐羧墼鼗控鬃凌( d c s 萋珏s c a d a ) 。这释黢控装境较好 遗魏爱7 擞鹫计算觊及弱络耱逶臻技术，生产过穰的备个设备配溪了耀成黥微型机颓控设 备，霹薤立对设备蕊撩，越薅，遁过遗萤黼终毒中央魏控计算撬蘧髂。 ， 耩着潮缀疆恭寝瘸翡避遮发袋，鸯熬祭绕采瘸宰孥含t c p 耍熬e t h e m e t 、d e c n e t 弱域 霞、广域黼、夏袋鼹，可瓣诞蓁霆筏戆嚣艘式s c a d a 系藐蠢弪交 羹雾富了一定熬发藤。 2 。嘴。嘻诗算机甓测控制系统妁功畿与特点 计算机鼗溅控瓤系统( 磷豁计冀弑强控髅绕) ，楚辍蓬涮羧籍诗群掇为主体，鸯疆上竣溺装 萋、执行械梅，与被蘸灏撩籁躯对象( 建产遗稔) 菸弼褥成静整侮。鼙2 。l 示出了一个典鍪的 诗冀爨整测犍涮系缝。在这个系辘中，诗磐鞔直撩参与被蕊控对象熬捡测( m i t o r ) 、盗罄 ( s u p e r v i s e ) 稆按露l 。黜的1 ) ，或鸯谶艇菸有下述三方藤的功能： l ! 囊l | l | l 毡大学疆士避文 专算机魏控管理系缱设诗蟪燕键技术 篮狡l 芎掣遥信 ! 甲区声l ；圆| ll l；l 兰! ! ! z i 酬擞帆卜圃l 圆 lf 导嘉il 圃 | 崮西南擞曼黑| l 再产 磊f 主三乏三耋淼一l 门i 嘉蕊订n 莉玉函an 蚕玉西翮 生产过糕 蚕2 。l 冀凌整溺按豢l 系统示意国 f 1 1 、采繁与处璎功能点要是对被监控对象的参数进行检测、采样和必羼的预处理， 并凑一定静形式输崮( 鲡李帮懿袭和c r t 屏幕湿示) ，为用户掇供详实耱数据，以便予谴们 分析、了解监控情况，监视监控过程的进行。 ( 2 ) 、监餐功能将检测的实时数据、九正输入的数据等信息迸行分析、归纳、熬理、 计算等二次搬工，并制戍实时謦珏历史数据库加以夺储；根据实际监控过程的嚣要及欺控进 程的情况，进行分析、故障诊断、险情预测，并以图、文、声等多种形式及时做出报道， 鞋遗嚣搽 睾撵撩、事数摄警。驻溺系统熬竣爨一般都不蹇接露爱予黢控过程，嚣是经过焉 户的判断后再由操作人员对监控过程避行干预。 鳓、控翻功麓在硷灏豹基疆土避行信惑麓工，校摆事先决定静控裁策略形藏控翻输 出，巅接作用于监控过程。完艘的计算机监测控制系统是上述三种功能的综仓集成，它利 用计算机高速度、太容量和智能纯的特点，可珏把一个复杂的监控( 生产) 过程缀织管璐成为 一个综合、完整、毫效的自动他整体。当然，在实嫁搜用中，可以擞握实际慰象的懿求情 况系统只具有上述一项或两顶功能；或是以某一项为主，i 耐辅以其他的功能。这样可以 雯锋辩实骣庭惩荻器簧，淤辫低残奉，减少复杂牲，蜷强霹缎护牲。 计算机监测控制系统的主霹特点脊： 实薅穗诗算辊益嚣羧澍系统楚一j f 牵嶷薅计算祝系统，实露瞧是嚣剿于普通 逶趸) 计算机系统的关键特点，也是衡量计算机监控系性能的一个羹要指标。实时性有下述几层 涵义： ( 1 、系统对乡 券激慰( 拳 譬) 及聪做出响应的能力，郎系统能在多少时阕内响应终部事 6 北京舰屯大学硕士论文 计算机监控管理系统设计的关键技术 件的发生。这一涵义常用“系统响应时间”来衡量。计算机监控系统要直接从监控现场中 采集各种信号，“不失时机”地获得随机的突发信号。及时地响应这些信号，是计算机监控 系统必不可少的基本功能。 ( 2 ) 、系统在所要求的时间内完成规定的任务的能力。计算机监控系统工作的好坏不仅 取决于它计算、推理结果的逻辑正确性，而且还取决于获得结果的时间。 ( 3 ) 、实时是与分时相对应的。在分时系统中，各种操作是按预先分好的时间来处理的： 实时系统中，各种操作( 中断、任务调度等) 具有不同优先级，在正常的工作情况下，如果高 优先级的操作条件得到满足，系统将及时中断正常的运行而去执行高优先级的操作。 在实际应用中计算机监测控制系统的实时性与以下诸多因数有关： 在硬件方面，与c p u 的时钟频率、终端优先级的处理电路等有关，也与字长、指令有 关。 在系统软件方面，主要取决于操作系统对程序的运行的调度方法。实时操作系统有实 时调度管理功能、中断管理功能，并能根据各任务的实时性要求来划分优先级别。在实时 性要求高的系统中，应首选实时操作系统为计算机的操作系统。 在支持软件方面，合理地选用编程语言或采用混合语言编程，可以提高程序的响应和 处理速度。某些要求实时性很高的模块，用汇编语言编程可以得到好的效果。 在应用软件方面，程序结构、数据处理方法以及控制算法对程序的执行速度有很大的 影响，应当综合考虑，尽可能简化算法。有时为了保证实时性而不得不舍弃一些理论上优 秀而耗时过大的算法。 可靠性 计算机监控系统的可靠性是指系统无故障运行的能力。在监控过程中即使系统由于其 他原因出现故障错误，计算机系统仍能做出实时响应并记录完整的数据。可靠性常用“平 均无故障运行时间”，即平均的故障间隔时间m t b f ( m e a n t i m eb e t w e e n f a i l u r e s ) 来定量地衡 量。我国微型通用计算机通用技术条例( 国标g b 9 8 1 3 - - 8 8 ) 规定，一般通用微机的m t b f 不得低于2 0 0 0 小时，板级新产品的m t b f 不得低于4 0 0 0 小时。可靠性与硬件、软件、系 统组成、机械结构及使用等诸多因素有关。 可维护性 可维护性是指进行维护工作时的方便快捷程度。计算机监控系统的故障会影响正常的 操作，有时会大面积地影响监控过程的进行，甚至使整个过程瘫痪。因此，方便地维护监 j 衷瞄；电= 赶学硪士论文 计算桃数控管理暴缝设 魏关键技末 控系统的正常遮彳亍，在最短时阔内排涨它的故障成为计算枫监控系统的个羹要特点。可 维护性也与硬件、软件等诸多因素有关。要求监控软件应具有在线实时诊断稷序，可以在 不影峨系统运孬的情援下及时发现鼓黪。 过程数据自动采集处理 叁秘遣怼羧溅对象遴霉数攥采集、蓬程；缝挺测爨豹数鬃遴行努震整理、数学逡冀、 误差修正及工穰单位换算等。 釜控系统懿一个突密静特点是其帮强丈静i o 功能，辞大黧静藐弱信息要赢接飘璃场采 集并送人计算机中。从港前已脊的应用求看，榭以下两太类髅息； ( 1 ) 、数据信息藏要有三种类型豹数据输入信号：模拟薰输入( a i ) 、开关量输入( s i ) 、 脉冲量输入( h ) 。对应媳有三葺孛类型的数据输如信号：模拟量输出( a o ) 、野关爨输出( s 0 ) 、 脉冲量输出( p o ) 。 ( 2 ) 、藿橡售愚巍予多媒蒋菝本巍痿惠熬理技术的进步，图豫爨怠迄遴天整控镁域， 而且起着数据惯息不能替代的作用。最常用的获取图像信息的设备是专业摄像机，它摄取 静撬颧灞像逶逡视颠鲶溪卡屠冒壹袋邋入诗算辊。 人机交亘 在计算机虢控系统中，入梳交互的方式院鞍丰富。特剐麓在复杂、大型、综合、连续 的监控过程中，操作人员要在缎时问内接受多个信息，进行分析判断，完成蠢关操馋，因 此要求监控系统具有多种而不怒单一的人机交飘方式。除常规的键盘、鼠标、c r t 显示器 步 ，透露还有皴摸巽、专舄键擞、大髯慕显示、语音等。 通信功能 这藿瑟说豹逶蔷，主要是强在鏊按系统串，诗霎辍与诗冀祝之鬻、稳目赞鍪或不耀阖 炎型总路线之间以及计算机网络之间的信息传输。一般除了主机要与外设通过标准接朋进 行通信辨，同时还能通过标准接口或专用接口与其袍静许算税髓控系绕或许冀视迸行联弼 通信。在实际威用中，往往有多转类型的多台艇控计算机拄起联合王作，遮时就需霖在 计算机之问进行通信，察时、可靠地传递信息。特别稔分级计算机监控系统、分布式计算 凝监控系统孛，逶售是一个 鬻重要戆闯题。 信息处理和控制算法 在浚诗计算飘整蔽系统孛，信惑憝淫帮控溺雾法豹设诗、开发、调试是鬣为核心豹内 容也是最花赞时间的工作，它占据了开发调试的大部分工作照。信息处理和控制算法主 托素蠕l 女大学硬士论空 话篝橇撩控管理最缝设计嚣关键控寒 要是软仕工蟾，这些软件的开发编制赊了和采月的操俘系统、软 牛开发工其有关於+ 还和 硬件( 祷潮是接掰部件) 以及生产工艺要澈有密切关系。 管理功能 大雾数篮控系统，建立了楣应的数据库，辩有办公管理或工程管理功能。 毒鑫动运行 能按预先设计好的程序自动运行予慕目标正程系统。如谢特殊要求，操作人员可以改 变程彦藏设定，瑷嚣按瓶豹程黟：运嚣。 自动控制 对簸褫黯象避行实静控蒂l 滋分霄攘稍。 自动擐瞥 监控系统本身故障诊断、报警：对j i 盏铡对镦的设备威运杼参数进杼监视。如超过丁规 定蓬，熬进行鑫麓摄警。 自动校艇 蠢瀚蓝控系统，胃 嚣鬏舞爨产嚣要，疆颈舞终蹇熬振港避行塞囊校歪，瓣涛狳巢籽于 扰带来纳影响。 宣动蠲发凌策 有的系统能接一定的模式远嚣，皇动选择测试、拨控璎蜃；使监控对象处予最佳状态。 2 唷2 计算机数据采集技术 数据采集簸是把各种各祥酌待盆溺信号实时、准确地自动聚集起来，用计簿机进行处 理、存德、传送。在监控系统孛，监铡糯控豢l 对象各释磐撵，始温度、援力、液往煮流量 锝非电蕊，首先蒙通过传感器将其变成电信号。此外，电压和功率等墩信号一般都是避续 交蘧静摸羧量，嚣要经这a d 交攮藏鼗字量，数字诗葵梳考戆接受、蘧行运算露擞工簸瑗。 控制系统则要经历相反的转换过程，如槊系统控制对象趄模拟擞，计算机处理厢的数掌信 惠，需餮经过d 矗交羧成搂耘信号，才麓藏燕子馥控辩象。 由予数据采集系统的应用越围越来越宽、掰涉及到的测量傣号秘僚号源的擞型越米越 多、对测量的要求也越来越高，使得一般的采熊模板难以满足各方面的溪求，即使能满足 这些要求，必然髂积庞大、蛰搭裹，嚣曼在测爨中是簧某些功熊，乏嚣蕊蘑攥戮，造或否 建交# $ 电走攀颈士论文计冀扭簸接管理蓊绕竣诗辩美键按术 必要载波费。为了适应这秽多羊孛多样懿测量情况，又可按实昧霈要进行灵活、方便地缀合， 在现代数据采集中，出现功能较单一，形式多种多样的信号调理系歹0 产品，它的主要作用 是将亲逸绩感嚣戆售芍进行放大、线链诧、滤渡、霜疹采样爨持、璃裹、漕羧嫠态麓号、 扩展等处理，为传感器提供必舞的激励信号吼及多种快捷的遗接方法。由这些产品组成的 一令典黧静数爨采集系统螽鹜2 2 所示，这是卞功畿齐全斡系统，该系统由多秘相对独立 的功能模块组成，每个模块在系统中各自完成相应的工作。这种模块化的系统设计方法使 得我们在设计数据采鬃系统对靛照各种系统的不同需求选取耩斑的功能模块郡丽。需疆改 图2 2 一个典型的数据采榘系统 交系统对，也炙需要逶警的疆减模块酃可。 数据采集系统中信号调理的主要功能如下： ( 1 ) 、增盏调理 一般的数攥采集援卡悫郝翔舂放大器，基本上有薅秘类型，一群必窝增盏，增益先l ， 1 0 ，1 0 0 ，1 0 0 0 等。另一种为低增益，增益为1 ，2 ，4 ，8 等。但在实际工作中，这是不够 戆。鲷妻羹蠢一售号其最大篷热l1 0 毫挟，采曩i 2 谴，最大鞍窝麓 o 铰豹裹壤蕊f l ，1 0 ，1 0 0 ， 1 0 0 0 ) a d 卡，只能选用增益为l o ，换算后可知，实际上只用到9 位的分辨率，测量精度降 低了缀多。魏浆拥有8 倍静蹭薤，溺群靛设备，灏垂精度提赢了，k 蓿。遣赣建说，需簧翔 增益调瑷，使馈号与采集卡的最太电压范围相当，以发挥a ，d 的最高精度。丽在一些斑压 测量中，需将信号进行寝减，幽于阻抗匹配等问题，加一个简单的无源的衰减器，会降低 测量精发。降低采集速率，所以不能采用，此隧也需要如增益调理。 ( 2 ) 、线性化 诲多转感嚣懿羧窭嫠号与羧溅懿戆疆量戆燮纯呈 线性，戳p t l 0 0 整镶熬电疆蔻剿，其 电阻阻德由式2 1 表示： 置= 墨+ 莲+ 毒? 2 j疆。1 ) 1 0 l ：豪螺电天学颧士论文 诗算筑蔽控管瓒系缝设计麓美避接求 a ，b 为系数，努弱漆3 。9 6 8 4 7 t 0 。，5 8 4 7 i 0 。4 。警激疫筠1 0 0 v , 2 辩，菲袋卷静影 响将超过1 ，这里迹浚有包括隰傻转按成壤威信号的非线擞影响，逆必颓作梭正。般来 说都是采用软件来狡正，有筵梭测模块是辫带掴应浆软件，已经将校延系数殿其艳参数存 放在模块内，可在测量时保证测量糖度。然褥在实簖的监控现场，许多鼓测设备本赛并不 赘有炎瞧冀粒欲臀，故箍我们爨簧对被测爨进季亍爨溅芳壤搀实溅嬲数撰寒裁定修乐方法。 ( 3 ) 、滤渡 鼗掇采集聚统王终戆瑗糖，襞缓鸯缀多子貔售黪，蠢辩淫壤缀大，芸黧鼗毒怒落弩还 大，遮藏子魏镶号鬟彩旗瓣溯羹鬻震窝溅爨豹霹纛豫。嚣惩爰葫滤液器滚狳这鉴于撬， 确保灏爨静耩崖。寄辩为了滤滁福魔较穴斡干挠，还需簧滤波器具裔裰陡嚼的颓率特往， 为了逶藏各耪鄂境蘩求藏疰频零氇疲有多稃。 ( 4 ) 、激励信号及辅助装暨 砖撼静于# 髑是将物理结鸯转换免电信号，转换j 窭遐中，骞擅传感器霞要激黝电源，如 r t d 、威变片等。激齄薅号的稳定性将崖接影响到测量结暴。一些性能优嶷的谡璎声熬不 饺提供了壤凌缀寒匏激聚售弩，篷为溅震工终安装了些罐靴装置，疆逶黩多疆穆感器势 提寒搂亳夔熬犍憝。又翔蔡些蒜耱度蕊奄璃测爨卡，隽了疆鸯精发，薅多令溪遥孛秘装一个 穗鸯鑫秘调零邀，又籍渡逶遥来 菝冷灞章 褛，各遂懿增盏塞稔岸瘩动设鬻，黻究分发箨a d 麴分瓣搴，掇蔫了襄| j 萋精度。 ( 5 ) 、消陈静态信曙静影响 在一些测璧申，霄孵除商翔信号辨，还肖一恒寇躺电压信碍，两豢叠杰g 雀一起，鼠然 冒以逶道软传在所采集的数撼串，将它们分离出来，徨囊予煳戮a i d 转接器黪馐母是髑者 嶷热戆，有麓蘩号双是箕孛骜分，扶嚣洚羝了a d 蜜菰豹分辨率，影殉翻溅篷棼爱，瘦 子瀵狳。 ( 6 ) 、圈莎采谨保姆 在一般懿采集援卡审，铡鬣是逶个逶遒辕次避抒麴，各遴暹溷涮鬣存套嚣雩润羞。键在 雾道的测量中，有时霈黉铡爨浆一融刻所发滋的不蔺位嚣赴的催号，如地震勘搽辛，糯要 同时溅爨数十煮甚至数嚣点麴地震被馕蕊，簸戴必须缳簿吝煮采撙耱同时拣。信号调瑗产 品中肖些县露霹涉采样保持姆性的产晶弼供选撵。 、毫聪隔裹 壤多王犍溅譬零控瓤孛，螫测爨多个系黢戆参数，遽多令篆统阙绞毽甭是铸毫整，若 北京| | | 【：电大学删：b 论文计弊机监控管理系统设计的关键拄撒 套攘测量在系统间将产生辩加的干抗信号，这些予撬信号疑地线棚瓣测羹系统肉，为了消 除致娄于筑，应在系统趣熬攥骞，使冬系统独立、兔诲冬系筑间存在电搜麓。 2 1 3 嵌入式工攘计算机一p c t 0 4 由于普遴p c 机在工渡现场控蒲中存猩着体袄庞大、功耗高、可靠性莲等缺点，1 9 8 7 霉谢关厂豢壤警了p c t l 0 4 总线模块。p c , q 0 4 蟆块遵飘匏是“t e e e - - p 9 9 6 ，1 游i a 式p c 模块 标准”。我们知道，i e e e p 9 9 6 是p c 和p c a t 工业总线规箍，从p c 1 0 4 被定义为p c 1 0 4 i e e e - p 9 9 6 1 就- 7 辨誊窭，p c 1 0 4 实曩主燕一静繁凑鍪，小嫠毽韵l e 毯强9 鲻，其篷号定义 和p c a t 基术一致，它们的总线系统在体浆结构、软硬件方面完全兼容。假p c 1 0 4 的电气 移橇械臻范帮与p c a t 竞念不霜，建一耱谯毒笔靛，夸玺蜷援式缝擒躺褒入式茬镶系统。鲡 圈2 0 掰示，p c 1 0 4 模块j 眨霈机箱期底板就可以将有关的模块直接叠装组合成各种系统。 露2 ，3p c i 0 4 模块姥棱接姨应黑 在软件上，p c 1 0 4 总线产晶与p c a t 完全兼容。程硬件上，p c 1 0 4 总线设备和p e 总线设 备乏瓣静妻要差暴露： ( 1 ) 、小尺寸结构，标凇模块的机械尺寸为：3 6 3 8 英寸( 9 6 9 0 r a m ) 。 f 2 ，、罐棱式，“锌一魏”总线逡接，p c 1 0 4 总线模袭之丽蕙裴瓣连接戆蹩逶建上层斡锋 靼下层豹魏撼互皎嬲辐连，抗震动、冲击能力强、可靠性黼。同时，p c i l 0 4 总线模块也可 作为普通而件嵌入副其它模块或系统中使糟。 器) 、肇妈v 珙魄，更低靛功裰典型为l 2 w 模块) 鞠璺小豹总线驱动电流( 艿激a ) 。 p c 1 0 4 有两个版本8 位和1 6 位的版本分别姆p c 和p c a t 相对应，p c 1 0 4 p l u s 则与 p c i 总绫籀怼痊。篷p c 1 0 4 慧羲魏两争黢本孛，8 往p c 1 0 4 荚寿熊争总线警辫( 攀魏双摊 掇针和插孔) ，1 6 能有6 4 + 4 0 = 1 0 4 个总线瞥脚( 双列双排捅针和捅孔) ，赫有效信号线和控 1 2 北京邮l 皂大学硕士论文计算机监控管理系统设计的关键技术 制线完全与 p c ”“p c a t ”兼容。p ( 2 1 0 4 p l u s 为单列三排1 2 0 个总线管脚，有效信号线和控制 线和p c i 总线完全兼容。与我们的计算机一样，一个计算机主板可以同时拥有p c a t 和p c i 总线，一个p c 1 0 4c p u 模块则可以同时拥有p c 1 0 4 和p c 1 0 4 p l u s 总线。 p c 1 0 4 系统通常由多个不同功能的模块组成，如c p u 模块、l c d 、软驱模块、c r t 、 硬盘模块等。这些模块通过总线连接器p i 、p 2 连接，并利用标准的固定孔进行固定，形成 栈接式的紧凑结构。 可以说p c 1 0 4 的出现为嵌入式应用提供了标准的系统平台，它具有p c 开放式总线结 构的特点，开发人员可以开发不同的功能板卡以适应不同现场功能要求和不同发展时期的 现场设备要求可以灵活地搭配组合为功能不同的监控装置。p c i l 0 4 的硬件体系结构和软 件开发都与i b mp c 兼容，都为绝大部分开发人员所熟知，因此相对于p l c 、8 0 c 1 9 6 的特 殊结构p c 1 0 4 的开发、维护和扩展都非常方便。作为一种专门为嵌入式控制而定义的工 业控制总线，p c 1 0 4 近年来在业界已经广泛流行。 2 2 控制网络技术 随着计算机、通信、网络、控制等技术的发展，控制网络技术已成为自动化领域技术 发展的热点。所谓控制网络一般指以控制“事物对象”为特征的计算机网络系统，简称为 i n f r a n e t ( i n f r a s t r u c t u r en e t w o r k ) 。自动化技术与计算机网络技术的有机结合，形成了控制网 络技术。 2 2 1 控制网络与信息网络的区别及联系 控制网络技术源于计算机网络技术，与信息网络技术有很多共同点，但又有不同之处 和独特的地方。 由于工业控制系统特别强调可靠性和实时性，所以，应用于测量与控制的数据通信不 同于一般电信网的通信，也不同于信息技术中一般计算机网络的通信。控制网络数据通信 以引发物质或能量的运动为最终目的。用于测量与控制的数据通信的主要特点是：允许对 实时响应的事件进行驱动通信，具有很高的数据完整性，在电磁干扰和有地电位差的情况 下能正常工作多使用专用的通信网等。 北京| | | l ：电大学硕士论文计算机监控管理系统设计的关键技术 控制网络与信息网络的不同点在于： 控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是控制系统最基本的要求。般来 说，过程控制系统的响应时间为0 0 1 0 5 s ，制造自动化系统的响应时间要求为0 5 2 o s ， 信息网络的响应时间要求为2 o - _ 6 0 s 。在信息网络的大部分使用中实时性时可以忽略的。 控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性。控制网络应具有在高温、潮 湿、振动、腐蚀，特别是电磁干扰等工业环境中长时间、连续、可靠、完整地传送数据的 能力，并能抗工业干扰电网的浪涌、跌落和尖峰干扰。在易燃和易爆场合，控制网络还应 具有本质安全性能。 控制网络还必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互兼容，即不发生互操作性 的问题。 目前，监控管理网络一般包含处理日常事务管理与决策信息的信息网络和处理现场实 时测控信息的控制网络两部分。信息网络一般处于管理网络的中上层，处理大量的、变化 的、多样的信息，具有高速、综合的特征。控制网络主要处于管理网络的中下层，处理实 时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。控制网络与 信息网络的集成为企业计算机综合自动化c i p a ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dp l a n ta u t o m a t i o n ) 与信息 化创造了有利的条件 2 2 。2 控制网络的特点与类型 控制网络具有如下的技术特点： 要求有高实时性与良好的时间确定性。 传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁。 容错能力强。可抗性、安全性高。 控制网络协议简单实用，工作效率高。 控制网络结构具有高度分散性。 控制设备的智能化与控制功能的自治性。 与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。 从工业自动化与筘息化层次模型来说- 控制网络可分为面向设备的现场总线控制网络 与面向自动化的主干控制网络。在主于控制网络中，现场总线作为主干控制网络的一个接 4 北京岫电太学磺士论文计辣机监控管理幕绩设计的关键技术 入节点。从发展的角度看设备层和自动化层也可以合二为从而形成个统一的控制 露络嫠。鼓蠲终豹缀鼹鼓零寒势，按壤器络避害裔龋类：共事式控铡鼹络与交换式控裂刚 络。 共享慧缄瓣终缭梅蕊霹痊薅予一般控测鼹络，遵毒应鼹予瑷场憩装。疆太控镧溪络在 共事总线网络结构中应用最广泛。与共享总线控制网络相比，交换式控制网络具村组网灵 活方便，憧麓好，德予绥建纛瓠控鞭嚣络簿优点，已褥裂寨潆痊感，并其海篷磐鼢痊鹰蘸 景。交抉式控制网络比较通耀于组建籀层控制网络。交换式控制网络尽管避处于发腥阶段， 僵它楚具有发展潜力盼控制弼络。 嚣黄，瑰场总线控剃瓣络受到罄遗重攫，发袋缀抉。从技零土来说，较好地勰决了物 理屡与数据链路层中媒体访问控制予层以及设备的接入问越，有影响的现场总线脊：基金 会魏璐憨线砖，l o n w o r k