广播电视地球站微机管理控制系统

摘 要]:本文主要介绍了广播电视地球站微机管理控制系统的构成、主要功能、特点及软、硬件的设计方案。 
[关键词]：地球站 管理控制系统 数据采集模块 
一、 前 言: 
随着卫星广播电视事业的迅猛发展，中央电视台及省级电视台节目都采用了卫星传送。相当一部分地球站地处市郊，设备众多，自成系统。节目从传输到切换、小信号处理、高功放放大、天线发送、下行接收以及配电，需要监视控制的环节很多。为了保证安全优质播出，提高工作效率，使设备的管理自动化、科学化，针对地球站的特点，我们研制了广播电视地球站微机管理控制系统。该系统由微机实时监控系统和行政管理系统两部分组成。其中微机实时监控系统主要监视控制地球站设备运行，行政管理系统用于行政管理、办公自动化。 我们研制的微机实时监控系统，功能齐全。可以实现无信号的报警和记录,信号的自动切换，设备的故障报警和故障分析，设备的自动倒换，运行数据记录，远程微波机房的遥测遥控等等。出现运行故障时，可自动通过BP机提示值班员。该系统支持网络运行，经过联网，可以使设备的管理、数据的传输网络化，使网络上的用户能及时的了解,必要时并能控制设备的运行情况，确保安全、优质播出。在行政管理系统，根据需要建立相应的管理数据库及办公文档资料，自动生成各种报表，通过光纤与台内办公网络远程连接，实现信息的传输和资源的共享。行政管理系统的服务器与互联网相连，还可实现站内微机的上网，并能通过互联网，使用浏览器实时监视设备的运行。
二、 系统的构成: 
 地球站微机管理控制系统由监控域、管理域两部分构成。如图1所示，监控域位于机房内，由值班机、事务处理机和集线器1组成。值班机采用研华(ADVANTECH)公司的工业级AWS-825PB-T一体化工作站，该工作站配有15寸彩色CRT显示器，前面板带有59个按键，机器内有7个PCI/ISA总线插槽。主板为研华PCA-6159L，CPU为奔腾200，内存64M，硬盘4G。工作站显示器装有触摸屏，配合前面板按键，值班人员不用外接键盘、鼠标，就可完成值班操作。事务处理机选用研华IPC-610工业PC, 内有14个ISA/PCI插槽，CPU为PII450,内存128M，硬盘4G。 
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值班机和事务机都装有网卡NE2000，网卡与集线器1按星形连接，集线器1采用D-LINK公司的DE-809TC，传输速率为10Mbps。值班机、事务机和集线器1构成微机实时监控网络：监控域。事务处理机设于设备机房内，作为监控系统的主机，连接前端的数据采集控制模块，进行实时的设备监视和控制，记录运行数据和故障，支持网络上的微机进行远程监控。值班机放置在监控台上，作为事务处理机的一个远程节点，用于值班员进行设备的实时监视，故障报警，设备的控制导换。值班机和事务机内装组态控制软件FIX6.15和使用FIX6.15开发的系统，FIX6.15软件是32位的程序，功能强大，支持网络运行，完全可以满足广播电视地球站的监控要求。 
管理域由七台办公微机构成一个办公网络，其中主控室放置一台服务器，采用Inter N440BX服务器主板，双Pentium II 400MH处理器，内存256M，双8.4G硬盘，内装WINDOWS NT 4.0 SERVER。集线器2的传输速率为100Mbps，集线器1和2相连，就可以连接管理域和监控域。通过联网，网络上的微机能够随时监视系统设备的运行状况，查看运行数据。 
三、 系统主要功能特点介绍：
3.1系统主要功能 
 1． 配电电源监测：a.外电电源数值及表头显示。b.外电停电、缺相或电压过低报警。c.主用外电指示或发电机工作指示。d.UPS工作状态指示。 
2． 微波机房18楼远程监控，可以实现：a. 微波设备运行状态实时显示。b. 遥控开关1、2号整流配电盘。c. 星期二定时进行图文与电视信号的切换。d. 每天定时开关微波机房的照明灯，为摄像监视提供照明。 
3． 传输机房设备监测：监测光端机、微波设备运行状态。出现故障时，显示故障的单元。
4． 信号的监视和切换：实时多路广播、电视信号动态指示和故障告警，可以同时监视五路电视信号源、四路广播信号源、两路电视上行信号，两路广播下行信号和两路电视下行信号。故障告警功能既可以通过微机告警声音提示值班员，也能通过自动传呼台，用BP机通知工作人员；告警查看功能可以查询告警性质、告警发生时间及故障持续时间；当使用信号源出现中断时，可以自动切换到备用信号。与人工监控方式相比较，反应速度快。手动和自动功能的并存，保证了系统的可靠性。
5． 小信号机房的设备监测控制：可以对上行、下行小信号设备进行监测，出现故障时，能在故障设备原理框图上显示具体的故障单元。并设置了重要设备的维修指南，方便了工作人员的维修。调制器、解调器中频电平、视频幅度的实时数值显示。上行1#、2#设备倒换，设置了二次确认程序，防止了误操作。下行12米、7.3米接收网络切换。 
6． 高功放功率、衰减、束电压、束电流、体电流、激励功率、灯丝电压、灯丝电流运行数据记录，高功放故障分析。波导同轴开关状态指示。12米天线与7.3米天线导换控制和显示。
7． 天线控制单元方位角、俯仰角、信标电平数据记录，天线控制单元故障分析。
8．机房环境温度显示。 
3.2系统主要特点 
1．界面友好 系统界面是在WINDOWS NT 4.0环境下,使用FIX软件工具开发的，多级图形显示，设备状态显示直观，操作方便。全中文字符提示，支持中文的输入及数据打印。 
2. 支持网络管理 该系统支持网络管理，通过联网，网络上的微机能够随时监视系统的运行状况，查看运行数据，进行设备控制，实现网络化管理。并能通过互联网实时监视设备的运行。 
3．可靠性高 系统硬件采用台湾研华公司的IPC－610工控机, ADAM5510可编程控制器和ADAM5000系列工控模块以及ATMEL公司的AVR系列单片机。软件采用FIX组态软件和使用Borland C ++ 3.0编写的自开发程序，运行环境为WINDOWS NT 4.0。由于系统带有看门狗电路（Watch Dog），可以达到很高的可靠性。
4．数据记录及存储 在数据记录功能中，目前设置记录30多个数据（也能根据需要再增加），若2秒取样一次，一天的数据记录占用硬盘约2M，每隔24小时生成一个数据文件，存储在硬盘上。 
５．告警故障记录 记录告警设备、告警起始结束时间、告警性质，并且每隔24小时生成一个告警文件，存储在硬盘上。
６．安全管理设置 　　分级设立操作权限，设置操作口令，登记注册后方可操作。 
７．对原系统的指标影响小 　　系统运行过程中，使用视频测量仪VM700A和音频测量仪测试视、音频指标，发现微机监控系统几乎不影响原系统的技术指标。
８．扩展性强 　　本系统采用模块化结构，对检测和控制的路数可以很容易地进行扩展，该系统扩展功能最多可支持监控60000多个点的电信号，满足扩展需要；同时ADAM－5510带有一个RS485接口和一个RS232接口，可以很方便地与其他设备进行连接和通讯，如：RS232接口可以连接高功放进行通讯。 
９．维护方便 由于系统采用模块化结构，使得查找故障非常方便，通过更换模块，可以在很短的时间内排除故障。 
四、 微机实时监控系统的硬件支持 
地球站微机实时监控系统主要由AWS-825PB-T一体化工作站（值班机）、IPC-610工控机（事务处理机）和研华ADAM系列数据采集控制模块以及ATMEL公司的AVR系列单片机组成。ADAM系列模块是一种内置微处理器、传感器的智能化设备，它通过RS-485通讯协议发送或接收ASCII码格式的命令，模块与模块之间通讯都以ASCII码实现，这就意味着ADAM模块能以任何高级语言编程。ADAM模块主要有ADAM4000系列和ADAM5000系列两种。ADAM4000系列是一个体积小巧的数据采集控制家族，适用于数据采集点分布不太集中的场合。地球站微机实时监控系统中用到的ADAM4000系列模块有模拟量输入模块ADAM4017、数字量模块ADAM4050和ADAM4053。ADAM5000系列通过多通道I/O模块来实现控制和数据采集，主要应用于数据采集点比较集中的场合。我们在系统中使用的ADAM5510是基于PC的可编程控制器。 
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地球站微机实时监控系统硬件构成如图2所示,可分为:传输、切换、小信号、高功放、天控和配电六部分。传输部分除需要监视地球站的微波和光端机设备，还远程监控微波机房的设备，传输部分由1块ADAM4053和1块 ADAM4050模块完成。信号监视切换部分进行多路信号的监视及自动切换，其中电视包括：5路信号源、2路上行信号、2路下行信号的视、音频监视，5路信号源的自动切换；广播包括：4路信号源、2路下行信号的音频监视，4路信号源的自动切换。切换部分的功能主要由1块ADAM5510和上面插的3块ADAM5017、1块ADAM5050完成。3块ADAM5017完成24路视、音频信号的监测，1块ADAM5050由系统程序控制其9路数字输出，再控制9个继电器，进行信号源的自动切换。为了安装方便，我们研制了SMC-98，内装视频、音频预处理电路，继电器输出电路，ADAM5510，ADAM4520，数据采集模块供电电源等部分，用以实现信号监视切换。小信号部分需要监测上行、下行设备的运行状况，进行数据记录、故障报警。这部分功能由1块ADAM5510和上面插的1块ADAM5017、1块ADAM5060、2块ADAM5050实现。这块ADAM5510还负责1#、2#高功放的通讯，通过高功放的微机接口，传送高功放的运行数据、故障报警和分析。另外，还有1块ADAM4053用于监视高功放波导同轴开关（VZC）和上行设备倒换开关（UAS）的状态。1块ADAM4017监视配电学院线、义姚线和发电机的供电情况。BP机告警和天控单元（ACU）的通讯采用了两块单片机完成，型号为AT90S2313。 
ADAM4520为通讯模块，它能提供RS-485到RS-232的转换，一般微机带有RS-232接口,通过ADAM4520通讯模块,可以将ADAM模块和单片机使用的通讯方式由RS-485转换为RS-232，这样就能实现微机与ADAM模块、单片机的通讯。 
五、系统软件
地球站微机实时监控系统采用INTELLUTION公司的FIX6.1组态控制软件进行开发，运行环境为WINDOWS NT 4.0。硬件部分ADAM5510可编程控制器使用 BORLAND C++ 3.1进行编程，来实现ADAM5510与高功放单元的通讯。 单片机与ACU的通讯、单片机控制BP机告警，采用汇编语言编写。 
FIX6.1是32位的组态控制软件，支持网络运行，适用于大中型企业。
FIX6.1软件的核心是一个应用数据库，用户根据需要建立自己的数据库，并用I/O驱动程序将硬件和数据库连接起来，执行监视、报警、控制程序（SAC），就可以完成数据的采集和控制。FIX的报警和报警管理功能，可以提醒操作者注意一些潜在的问题，灵活的配置使用户可以定义所用的报警界限，报警信息可以输出至打印机、显示器或报警文件。应用WINDOWS图形设备接口（GUI），用户可以使用绘图工具（DRAW）描绘出图形对象，或使用FIX提供的图形，根据要求设置丰富的操作界面。操作者通过监视（VIEW）操作界面，可以了解系统的运行状况。由历史数据记录可以收集、存储、显示数据，还可以使用历史趋势进行图像显示，通过放大/缩小，滚屏来显示各个变量之间的变化关系。 FIX6.1功能十分强大，运行状态稳定，在此基础上开发地球站微机实时监控系统，可以缩短开发的周期，同时也满足系统功能的要求。
对于SMC-98的信号切换部分，为了保证播出时的可靠性，我们又用 BORLAND C++ 3.1对ADAM5510可编程控制器进行编程。即使FIX应用程序不能正常运行时，信号也能自动切换，这里简述一下SMC-98控制软件的开发过程，SMC-98控制软件流程图如图3所示： 
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程序运行时，先进行初始化，然后对电视和广播信号进行监测，计算每路信号的状态，并传送到事务机。然后，查询是否接收到事务机的命令，如果接收到命令就执行该命令；否则进行计时，如果连续10s没有接收到事务机的命令就由SMC-98执行自动控制功能。
六、行政管理系统 
地球站行政管理系统由站长、副站长、行政科、技术科、传输科、文档处理6个分系统组成。应用Microsoft Access软件分别建立站长管理数据库、行政科管理数据库、技术科管理数据库、传输科管理数据库，自动生成各种文件报表。通过联网，各个分系统之间，按照操作权限建立共享目录，实现信息的传输和资源的共享，还可实现与其他网络的连接。行政管理系统的服务器与INTERNET相连，还可以实现站内微机的上网。 站长管理分系统是行政管理系统的核心，主要负责全站的行政事务。通过该分系统可以了解全站各科室的工作情况，指挥站内的各项工作。行政科管理分系统负责站内行政办公日常事务的管理，建立全站职工的情况档案。另外，行政科管理分系统还负责地球站所属培训中心的管理，其中包括人员、经营、财务等方面的事务。技术科和传输科负责站内的技术管理工作，根据微机实时监控系统的运行状况，使用动态数据交换（DDE）将设备运行数据传送到其他应用程序中，如MICROSOFT EXCEL。生成小信号运行数据报表、配电运行数据报表、高功放运行数据报表、天控ACU运行数据报表、月份播出统计报表。另外还负责建立相关的技术档案，进行站内设备和备份器材的统一管理，零配件库存、入库、出库情况登记，制定各包机组维修计划，存储设备图纸、设备运行记录和播出记录。文档处理分系统主要负责全站的文字处理和文件管理。 
七、结束语 
广播电视地球站微机管理控制系统由微机实时监控系统和行政管理系统两部分联网组成。微机实时监控系统采用开放式结构，扩展性强，方便于以后系统设备的添加和改造。该微机实时监控系统的使用，使我站的自动控制、信号监测水平有了很大的提高，为安全播出提供了可靠的技术保证。为站内机房无人值班、有人留守打下了基础。而行政管理系统负责站内的日常事务管理，降低了劳动强度，实现了办公自动化。整个广播电视地球站微机管理控制系统支持网络化运行，将来通过与厅、台的微机联网，还可以实现远程网上办公。