發(fā)射機高壓掉落報警系統(tǒng)

賀

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心839臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

一般發(fā)射臺對于發(fā)射機運行狀態(tài)的監(jiān)測，大多采用值守人員盯測結(jié)合巡查方式。即值守人員定時巡視發(fā)射機和參考幅度值，發(fā)現(xiàn)高壓掉落后按壓報警警鈴，通知技術(shù)人員到場處理。這種方式在實際操作中暴露出很多問題，主要體現(xiàn)在效率低、實時性差，會出現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)不及時、報告不及時、處理不及時”的情況，導(dǎo)致發(fā)射機停播時間變長，造成播出事故。

為避免此類情況的發(fā)生，結(jié)合智慧廣電相關(guān)要求，堅持從實際出發(fā)，科技創(chuàng)新，保證高質(zhì)量、不間斷的優(yōu)質(zhì)播出。亟需一款可以實施全天候、不間斷監(jiān)測，報告準(zhǔn)確率更高，精準(zhǔn)定位，及時報警的監(jiān)測報警系統(tǒng)。

1 發(fā)射機高壓掉落系統(tǒng)特點與組成

1.1 系統(tǒng)特點

發(fā)射機高壓掉落系統(tǒng)，采用了硬件采集、軟件分析相結(jié)合的方式。為避免對受測發(fā)射機本身的干擾，整個發(fā)射機高壓掉落報警系統(tǒng)必須完全獨立于發(fā)射機系統(tǒng)，故而判斷發(fā)射機高壓是否正常所使用的監(jiān)測信號必須來自于發(fā)射機外部，經(jīng)過發(fā)射機高壓合閘狀態(tài)下的常閉節(jié)點，與監(jiān)測設(shè)備形成閉合回路，同時將回傳信號通過RS-485接口轉(zhuǎn)為USB接口，送至PC端的軟件部分進(jìn)行判斷。

這種方式，只需一臺設(shè)備，就可以將所有發(fā)射機設(shè)備的高壓狀態(tài)集中判斷，節(jié)省了設(shè)備成本和安裝成本，降低風(fēng)險；同時具有UI界面，值守人員對當(dāng)前各發(fā)射機的高壓監(jiān)測狀態(tài)可以以更為直觀的方式掌握，在出現(xiàn)高壓異常掉落的情況下，以圖形的變換、數(shù)值顯示、聲音提示等方式第一時間告知值守人員，充分做到人防技防相結(jié)合。

發(fā)射機高壓掉落報警系統(tǒng)（High Voltage Disconnection Alarm，簡稱：HVDA）由硬件和軟件兩部分組成?；竟ぷ髁鞒倘鐖D1所示。

圖1 HVDA工作流程圖

1.2 硬件部分

HVDA的硬件部分包含設(shè)備電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、通訊接口轉(zhuǎn)換單元和其他硬件。

設(shè)備電源：硬件部分采用220V電源供電，分為兩路，一路通過150W/24V開關(guān)電源轉(zhuǎn)為24V直流電，為所有硬件設(shè)備供電；另一路通過100W/5V開關(guān)電源轉(zhuǎn)為5V直流電，作為監(jiān)測信號。

模數(shù)轉(zhuǎn)換單元：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元是整個硬件部分的核心，本系統(tǒng)采用工業(yè)級模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，具有以下優(yōu)點：內(nèi)置雙看門狗，有效杜絕死機，增強運行可靠請；電源供電范圍為9V~30V，同時具有極性反接保護(hù)，現(xiàn)場適應(yīng)性強；采用差分輸入，從輸入端抑制共模干擾，獨立通道，杜絕串?dāng)_；精度高，采用24位ADC芯 片，16位分辨率，將誤差控制在1‰；多個獨立通道，可單獨設(shè)置采集類型和量程；多重隔離，通訊、輸入輸出分別隔離，增加可靠性，同時具有抗雷干擾。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路及實物如圖2所示。

圖2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

通訊接口轉(zhuǎn)換單元：由于RS-485接口無法被計算機直接連接，所以必須通過通訊接口轉(zhuǎn)換為計算機可接駁的RS-232或USB接口，本系統(tǒng)采用工業(yè)級轉(zhuǎn)換單元，實現(xiàn)將RS-485轉(zhuǎn)化為USB接口，本單元具有如下優(yōu)點：RS-485端帶有硬件自動數(shù)據(jù)流控制，無需額外進(jìn)行軟件自動流控；采用高性能FTDIFT232主控芯片，具有超高可靠性；具有2500V光電隔離能力，抗強磁干擾，抗雷擊；具有±15KV ESD保護(hù)和TVS過流保護(hù)，有效防浪涌和靜電；支持Windows、Linux等主流操作系統(tǒng)。通訊接口轉(zhuǎn)換模塊電路及實物如圖3所示。

圖3 通訊接口轉(zhuǎn)換模塊

其他硬件：HVDA其他硬件包含機箱、線纜、開關(guān)等，這類硬件均采用工業(yè)級設(shè)備，同時具有較強的抗干擾能力。

1.3 軟件部分

HVDA系統(tǒng)的軟件部分是基于Microsoft.NET Framework，采用Microsoft Visual Studio 2017中的C#開發(fā)，軟件可部署于Windows7及以上任意Windows操作系統(tǒng)。

整個軟件系統(tǒng)共分為兩大部分、七個區(qū)域，第一部分為發(fā)射機高壓掉落報警所需的主要功能，包含報警區(qū)域、監(jiān)測選擇區(qū)、采集顯示區(qū)、警報閾值設(shè)定區(qū)和播出狀態(tài)設(shè)定區(qū)；第二部分是考慮系統(tǒng)的可移植性和通用性所必需的功能部分，包含通訊參數(shù)設(shè)置區(qū)、設(shè)備連接區(qū)。軟件系統(tǒng)整體布局如圖4所示。

圖4 軟件系統(tǒng)整體布局圖

1.3.1 發(fā)射機高壓掉落報警功能

報警區(qū)域：主要是以圖像方式提醒值守人員，當(dāng)全部受測發(fā)射機高壓正常時，圖像區(qū)域顯示綠色圖片；當(dāng)任意受測發(fā)射機高壓異常時，圖像區(qū)域顯示紅色圖片。解除警報按鈕可臨時解除報警狀態(tài)，以便在檢修人員搶修時暫時停止對該故障機進(jìn)行監(jiān)測，時長為15分鐘。

監(jiān)測選擇區(qū)：主要用于確定受測發(fā)射機。

采集顯示區(qū)：用于反饋采集值的類型，使能狀態(tài)、具體數(shù)值以及幅度變化；同時在權(quán)限允許的情況下，可控制監(jiān)測的開始與結(jié)束、以及實施數(shù)據(jù)的記錄。

警報閾值設(shè)定區(qū)和播出狀態(tài)設(shè)定區(qū)：警報閾值設(shè)定區(qū)是考慮發(fā)射機至監(jiān)測設(shè)備遠(yuǎn)近不同，等電壓監(jiān)測信號送出后，反饋值會受線路長短、線損大小等因素影響，有微弱變化，為保證精確，故需各發(fā)射機需設(shè)定不同的監(jiān)測閾值。

播出狀態(tài)設(shè)定區(qū)是考慮實際使用中，發(fā)射臺出現(xiàn)的幾種播出狀態(tài)。其中“一般播出”是指每日的正常播音時段監(jiān)測，其余時段停止監(jiān)測，檢修日的檢修時段停止監(jiān)測；“重大播出”是指除停機時段外全天候監(jiān)測。

1.3.2 通用功能部分

通訊參數(shù)設(shè)置區(qū)：主要提供對不同設(shè)備波特率、校驗方式，設(shè)備地址的參數(shù)調(diào)整功能。

設(shè)備連接區(qū)：可以檢測當(dāng)前計算機可用COM接口，提供波特率、校驗方式、設(shè)備地址的選擇，在權(quán)限允許下，可操作軟件連接或斷開硬件部分。

以下為軟件系統(tǒng)部分代碼：

//給各機閾值賦初值（因使用5V信號電源，故初值為“4”）

2 應(yīng)用部署情況

目前，本系統(tǒng)已完成部署并投入使用。

系統(tǒng)主體硬件布置在監(jiān)控機房，采用獨立箱體，連接8部發(fā)射機，輸出端連接至監(jiān)控計算機，由軟件端實現(xiàn)整個系統(tǒng)的顯示和控制。具體部署電路如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)部署電路圖

HVDA硬件集成箱體，包含模數(shù)轉(zhuǎn)換、通信接口轉(zhuǎn)換，電源及輔助電路，如圖6所示。

圖6 HVDA硬件集成箱體

通訊線纜：為符合抗高頻干擾要求，監(jiān)測信號線纜必須采用屏蔽雙絞線，集成箱體與上位計算機連接采用抗干擾USB線路。上位計算機需配有音箱。上位機軟件運行情況如圖7所示。

圖7 軟件運行情況

3 運行效果及可持續(xù)性

3.1 運行效果

自系統(tǒng)部署以來，有效的減輕了值守人員的工作負(fù)擔(dān)，真正體現(xiàn)了以人為本的觀念，值守人員可以很直觀的判斷當(dāng)前受測發(fā)射機的高壓閉合狀態(tài)是否正常，同時系統(tǒng)全天候不間斷的監(jiān)測，有效解決了過去人工巡查周期長可能會出現(xiàn)的“三不及時”問題。

從監(jiān)測周期角度來看，HVDA采用全自動方式，每日的停機時段和每周的檢修時段均可以自動停止監(jiān)測，在恢復(fù)播音前自動打開監(jiān)測功能，無需人工干預(yù)。

HVDA系統(tǒng)為發(fā)射臺提供了一種新的監(jiān)測模式，對于其他發(fā)射臺的其他種類發(fā)射機也可以提供一種新的監(jiān)測思維。

3.2 可持續(xù)性

該系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了系統(tǒng)的合理性、先進(jìn)性、實用性、可靠性和可擴(kuò)展性的原則。

合理性：為了保證整個系統(tǒng)從設(shè)備配置到系統(tǒng)構(gòu)成的合理性，系統(tǒng)設(shè)計在貼近839臺實際狀況的基礎(chǔ)上，充分考慮到軟、硬件方面的可擴(kuò)展性和通用性。

先進(jìn)性：選用當(dāng)前市場上具有先進(jìn)性的設(shè)備，同時能夠徹底解決監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化過程中的瓶頸問題。真正實現(xiàn)科技創(chuàng)新的目標(biāo)。

實用性：是采用統(tǒng)一的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，使整個系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)間能互聯(lián)互控，充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的功能。

可靠性：采用多級電路保護(hù)、雙看門狗、接地保護(hù)、高性能芯片等措施，保證整個系統(tǒng)的安全、準(zhǔn)確地完成相應(yīng)功能，保證系統(tǒng)的完整性、精確性和可恢復(fù)性。

可擴(kuò)展性：整個系統(tǒng)的硬件部分采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)，可隨時增加；軟件部分已預(yù)留接口，方便擴(kuò)展，同時采用C#開發(fā)，具有很強的移植性，方便納入其他監(jiān)測系統(tǒng)。

HVDA雖 是針 對839臺 設(shè)備開發(fā)，但其工作原理和工作方式并非只針對短波發(fā)射機，硬件部分完全獨立于受測設(shè)備，且軟件具有很強的兼容性，具有較強的可推廣性。