发射机监控系统20101124课件

发射机监控系统

2010.11.目录系统概述1设计原则和功能需求

2系统原理3安装与运行4名词约定发射机监控系统：采用自动控制技术、检测技术和计算机网络技术，对广播、电视发射机的本地及远程实时控制，对其运行参数及运行状态进行实时监测，具有自动开关机、故障点定位、故障记录、故障报警、指标检测、报表统计、数据管理、数据查询、网络数据共享、Internet远程访问等功能系统。中心服务器：在广播中心担当远程通信和远程数据管理的服务器。上位机：在各发射台本地连接下位机，担当数据采集、保存、通信和管理的本地服务器。下位机：连接发射机和上位机的对发射机进行数据采集、控制和通信的接口硬件，根据发射机的需求，一台发射机可配置多块下位机板卡。客户机：通过局域网或广域网络访问本地上位机或中心服务器的计算机。本地登录：客户机登录局域网内的数据库。远程—本地登录：客户机通过广域网络登录发射台的上位机数据库。远程—远程登录：客户机通过广域网络登录中心服务器的数据库。2广播发射台的自动监控技术的发展广播发射台的自动监控技术一直是广电技术工作者研究开发的一个重点方向和难点。从七十年代开始国内就有人研制，但由于受到当时计算机技术和电子器件等条件的限制，仅能实现自动开关机等简单功能，远远满足不了当前监控系统之需要。国外的发射台在设备上实现了自动控制，但不同的发射台，所用的设备也不完全一样，目前没有适合整个发射台系统的一套控制设备和控制软件，因此，对发射台的自动化控制提出迫切要求。发展上世纪80年代科研人员开始将可编程时间控制器，可编程逻辑控制器等用于广播发射机的实时监控中。但限于技术条件的限制，实现的功能很简单，且网络不具备工业现场的要求。到了90年代中期，发射机开始不断掀起技术革新运动。从电子管分立元件的板调机，经过脉冲阶梯调制发射机(PSM)，发展到全固态脉宽调制发射机(PDM)、数字调制发射机、3DX发射机，为广播自动化监控创造了良好的条件，打下了坚实的基础。发展发射机的监控系统也经历了从传统的继电器控制、数字逻辑电路控制，发展到今天信息化时代的微机控制，它的核心设备——广播发射机现场控制器(下位机)，也经历了基于8位单片机、16位单片机到基于可编程控制器(PLC)的发展历程。到了本世纪，网络技术广泛的应用于广播播出系统中，迫使相对滞后的发射监控技术必须加快数字化、智能化、网络化的步伐。发射机监控系统的现状

各地发射台的发射机种类繁多，进口的、国产的；中波的、调频的；新型的、老款的各种型号。发射机监控系统也各有不同：系统自带的、自己研发的；本地的、远程的；采用各种技术的。每个发射台都会拥有不同型号、不同厂家、各种规格的发射机，即时是发射机自带监控系统，但是各种系统兼容性、开放性不够，难以做到利用发射机自带的系统统一管理，所以发射台的监控系统大多数是一个独立的系统。二、发射机监控系统设计原则和功能需求

1广播发射机监控系统的设计应当遵循的原则（1）监控系统应当功能强大且覆盖面全、支持网络管理，便于本地及远程监控管理、界面友好实用、可操作性强、可靠性高、实时性好、不对原系统的功能指标构成影响、扩展性强、维护方便。能够实现发射机面板的基本功能，可以采集表头指示信号;状态指示信号;开、关机、升、降功率等控制信号。模拟仿真原发射机面板界面、定时开关机、故障报警、故障查询、自动抄表、模拟量范围设定及告警提示。设计原则（2）对于本身不带计算机通信接口的发射机，需要对其进行改造，为其加装计算机通信接口。每台发射机都有各自的控制和保护系统，因此对原有的发射设备加装计算机通信接口实现计算机自动监控，应当不影响原有设备的正常工作，也就是说，计算机监控系统与发射机原有的控制保护系统是两套并行的工作系统，不改变、改造原发射机接口本有结构及功能。2广播发射机监控系统框图

3广播发射机监控系统系统功能

采用自动控制技术、检测技术和计算机网络技术，对广播、电视发射机的本地及远程实时控制，对其运行参数及运行状态进行实时监测，具有自动开关机、故障点定位、故障记录、故障报警、指标检测、报表统计、数据管理、数据查询、网络数据共享、Internet远程访问等功能。发射机监控系统应该适用于各种类型的中波、短波、调频、电视发射机，适用于电子管、全固态发射机，适用于各种进口、国产发射机，适用于各级发射台。系统有下位机（发射机本机控制单元）和上位机（机房监控单元）和远程数据中心几部分，其功能如下：下位机（本机监控单元）本机监控单元实现包括自动开、关机，状态控制，参数调整，模拟量、开关量的获取，风机自动切换，自动启用备机。实时监测显示发射机各单元的运行参数，实现超限报警、故障报警、故障自动定位、故障自动记录、故障诊断、故障查询。下位机（本机监控单元）自动控制功能：主要包括运行时间表管理、自动定时开关机功能、自动频率输出功率调节功能。自动校时功能：自动校时保持与机房时间同步。保留手动功能：通过硬件实现自动功能和手动功能的切换，手动模式时发射机脱离自动控制系统由手动操作以备特殊情况下的需求。上位机和远程数据中心（机房监控单元及遥测遥控）

发射台内部联网，各机房数据在数据库服务器集中，所有数据通过光缆或电话线等多种传输手段传输到广电中心，并入中心网络，以便在中心值班室进行遥测、遥控，及方便广电中心各级领导实时了解各发射台的工作情况。技术人员还可在家通过拨号上远程遥测网，从而了解发射机的状况，还可远程指导发射机的维护、维修工作。上位机和远程数据中心数据的管理包括：定时抄表；当前数据查询；历史数据查询；故障数据查询；自动生成周、月、季、年报表；自动生成专家库等。系统应具有报报警功能，当出现设备故障或参数超限时，系统除了声光报警外，还应具有电话报警功能，可设置多门固定和移动电话，实现自动拨号，语音重复报警。性能要求发射机监控系统要满足可靠性、通用性、先进性、兼容性、可扩展性及低成本等方面的要求。三、发射机监控系统的原理发射机监控系统的最基本、做前端的部分就是下位机，也称为本机监控单元，所谓监控，就是监测与控制。监测就是采集发射机各个部分的信号，即信号的输入。在监控系统中对采集来的信号进行分析研究，判断这些数据是否正常。所谓控制，就是通过输出信号对发射机进行操作。中波发射机组成框图

模拟量采样控制量下位机的控制功能各台发射机应能单独设置开关机时间，时间到时自动开机或关机。在实际应用中，开关机时间不是每天都相同的，也并不是每天只有1次开机时间和1次关机时间。例如，每星期二下午为停电检修时间，下午这段时间要多增加1次关机和1次开机。因此在监控系统的软件设计时应考虑到开机时间的个别性、周期性(以天或星期为1个周期)。开关机控制晶体管固态发射机的开机理论上说可以一步即开到最高功率，但在实际应用中，当多台发射机同时高功率开机时，偶尔会造成电源电压波动。因此通常的开机方法是先低功率开机，稳定一段时间后，再高功率开机。从软件设计方面来说，当发出低功率开机指令后，开始检测功率值，当功率达到低功率阈值后，延时一段时间，再发高功率开机指令。开关机控制此外，当发射机因故障切换到备用机工作时，开关机的控制对象应该是备用机。实现此功能的方法是开关机检测相应的同轴开关状态，根据同轴开关的位置决定具体的开关机对象。这些开关机的步骤通过人工设置，保存在下位机，使得下位机完成自动开关机的操作。下位机结构框架下位机样例上位机与上位机的通信上下位机的通信方式下位机都带有微处理器，常用的可以是单片机、嵌入式系统、PLC(可编程控制器)等，现场通信常用的有RS485、CAN总线等。485总线形式485总线RS-485总线为两线半双工串口总线，使用双绞线以平衡差分方式传送数据，使在传输中混入的干扰相互抵消，其主要特点有：传送速率快，最高达10Mbit/s；传送距离远，最远达1200m，抗于扰能力强。显然，RS-485总线对有着强烈高频及噪声干扰的机房内的计算机自动监控是很适合的，所以RS－485串行接口总线型传输网络在中波发射机计算机监控系统中逐渐得到推广和应用。485总线CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）一种现场总线。现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。星型拓扑结构的上下位机连接上位机（本地服务器）

上位机是监控系统的核心部件。在发射台内，它用于监视和控制本台内所有下位机及发射机，完成整个监控系统的大部分功能，包括自动监测和实时数据分析功能、开关机等控制功能、多级故障告警及自动备机倒换等故障处理功能、通知功能、专家库、本台内发射机故障和停播率统计功能等。同时它实时地向中心服务器上传本发射台内的各发射机的状态变化和端口采样数据，如开机、关机、故障、离线等状态数据，供远程客户端显示。它还接受远程客户端的监控请求，代理这些监控任务。另外，它还具有自动抄表功能，定时将抄表数据通过远程网络上传服务器，供服务器查询统计用。上位机的软件是模块化设计的，结合强大的数据库，使得功能设计灵活，容易扩充。上位机在监控网络中的位置上位机的管理功能上位机是现场监控系统的核心部件。在发射台内，它用于监视和控制本台内所有下位机及发射机，完成整个监控系统的大部分功能，包括自动监测和实时数据分析功能、开关机等控制功能、多级故障告警及自动备机倒换等故障处理功能、通知功能、专家库、本台内发射机故障和停播率统计功能等。同时它实时地向中心服务器上传本发射台内的各发射机的状态变化和端口采样数据，如开机、关机、故障、离线等状态数据，供远程客户端显示。它还接受远程客户端的监控请求，代理这些监控任务。另外，它还具有自动抄表功能，定时将抄表数据通过各类网络上传服务器，供服务器查询统计用。中心服务器中心服务器的主要功能是担当数据存储中心和代理远程客户端的监控请求。中心服务器主要功能：中心服务器定时接收和存储各发射台上位机上传过来的发射机的端口采样数据，替代了以前的人工抄表和传送的传统方式。同时，它还将每一个在监控网内的发射机的状态变化详细信息记录下来，包括某台发射机何时开机、关机或故障等信息。借助中心客户端软件，可以对以上这些信息进行统计分析以产生各种报表，取代以前的人工操作模式，方便、快捷、准确，体现出自动化和网络化的效果。另外，中心服务器将各上位机上传的发射机状态信息转发至合适的远程客户端，同时远程客户端产生的远程监控命令和通知也是通过中心服务器转发到上位机。中心服务器任务网络连接整个发射机监控系统实行多级多样的网络连接：发射机与下位机的联接下位机与上位机的联接上位机与地市中心服务器的联接地市服务器与省中心的联接在这中间联接方式、层次多样，有现场的串行通信、有本地局域网络，分布式系统需要远程网络，远程网络可采用有线、无线多种方式，但由于发射机监控系统的安全性、稳定性要求高，所以在选择远程网络方式时必须注意四、系统安装和运行1系统的抗干扰安装时要解决的干扰主要是外部干扰外部干扰是指由外界窜入到系统内的各种干扰，造成外部干扰的原因有:a控制系统供电电源波动及高次谐波等的干扰。b其他设备或空中电场通过电容耦合窜入控制系统而引起的干扰。c有(无)触点开关的启停形成的高(低)频干扰。d动力强电信号在下位机电路中产生感应电势而引起的干扰。e相邻信号线绝缘降低，通过导线电阻引起的干扰。干扰的形式干扰的形式多种多样，但都是通过传导和辐射两种途径进入到控制系统而对系统造成干扰的。因此，对系统进行电磁兼容性设计主要应从两个方面着手:一是阻断干扰侵入的途径，二是降低控制系统对干扰的敏感性，提高系统自身的抗干扰能力。接地问题下位机内部电路和外部电路应分别接地，下位机内部电路包括CPU、存储器等电路共接数字地，外部电路包括A/D、D/A等共接模拟地。下位机系统接地线和其它电器的机体接地线需各自单独接地。因为接地线越细，其阻抗越高，接地电位随电流的变化就越大，致使系统的基准电平信号不稳定，导致抗干扰能力下降，所以下位机接地线应尽量粗。一般大于8平方毫米，接地电阻不应小于100欧姆，接地点与下位机之间的距离应小于50米。终接电阻

对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。阻值取120欧姆。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配，如图。上位机配置上位机的软件是模块化设计的，结合强大的数据库，使得功能设计灵活，容易扩充。上位机硬件配置计算机：工控机或服务器联网通信要求：远程网络通信和本地局域网通信。软件环境操作系统数据库系统框架监控系统可以根据用户的需求搭建系统框架。如有下辖多个发射台，则可以采用：中心——发射台——发射机框架，见图1，如仅是一个发射台的系统，可采用图4架构。具有远程网络的发射机见监控系统中，其远程网络一般会采用无线网络的形式，如GPRS或者3G网