发射平台（共7篇）
发射平台 篇1
1 系统建设背景
TBH522型150k W短波发射机作为无线局的主力机型之一,在安全播出中发挥了重要作用。在实际运行过程中,发射机运行较为稳定,本文主要讨论的是改善发射机的保护系统,使发射机的稳定性将会进一步提升。
现有的保护系统中,发射机的保护信号有 :高前打火、高前管打火、高末打火、高末帘栅打火和T网络打火;高前帘栅流、高前板流、高末帘栅流、高末板流、驻波比稍大和驻波比过大、过耗 ;风接点和水接点信号。目前,发射机只针对高前板流、高前帘栅流、高末帘栅流和高末板流等四个电流值进行保护,一旦出现高前板流或高前帘栅流过大的情况,发射机保护系统就断开高前 ;出现高末帘栅流和高末板流过大的情况,发射机保护系统就断开高末。上述的电流保护措施是非常必要的,然而,这样的保护措施还是不够的。没有对水泵和气泵等辅助设备进行监测,一旦风机等设备出现三相不平衡等异态,我们就无法检测。因此,如果能够监测这些电流值,我们就很容易做出判断。
2 系统总体架构
发射机保护系统监控平台设计了服务器端和客户端软件,服务器端通过接口转换模块7520访问牛顿模块7017,各模拟量通过滤波器连接到牛顿模块7017各个端口。客户端通过服务器端获取相应信息。
发射机保护系统监控平台主要由28个牛顿模块I-7017、牛顿模块I-7520、28块滤波板、一台本地服务器等硬件构成。如图1所示。
(1)信号处理电路 :在采集模块的前端加装具有滤波、限流和稳压功能的小板进行信号处理 :稳压的作用是当输入信号发生突变时能保护采集模块的安全,牛顿模块端口输入电压不能大于24V,该稳压二极管的稳压值在12v左右,有足够的安全范围 ;限流的作用是因为目前的采集方式下,如果模块损坏后,会将输入的模拟量短路,造成电控小盒内所需的正常模拟量也被短路,就不能进行正常的控制操作,增加此电阻后,模块的损坏不会影响到电控小盒的正常功能,模块功能正常时,其输入阻抗足够大(高达20MΩ),因此限流电阻不会影响采样值。
(2)模拟量采集模块
本系统模拟量采集使用的牛顿模块I-7017。该模块安全性高,模块自带双看门狗,保障系统安全。通用性好,内置鸿格专利自适应芯片,方便组网连接。快速组网,仅需要两根通讯信号线就可以建立起一个多点的分布式RS-485网络。
该模块具有如下特点 :
●通道 :8路差动或6路差动 +2路单端(跳线选择);
●分辨率 :16位 ;
●输入类型 :m V,V,m A(接125Ω外电阻);
●精度 :0.1% ;
●输入阻抗 :20MΩ ;
●过电压保护 :35V ;
(3)接口转换模块
接口转换模块使用的是牛顿模块I-7520。
7520的简单技术参数如下 :
●输出 :RS-232协议 ;
●输入 :RS-485协议 ;
●速率 :300-115200bps,自动识别
●隔离电压 :3000Vdc,保护在RS485端 ;
●传输距离 :1200m或256个模块。
7520模块在这里主要用于连接上位机和采集牛顿模块7017,起到RS-485协议和RS-232协议之间的转换作用,并进行正常通信。
3 系统工作原理
发射机保护系统监控平台的数据采集集过过程程 ::远远程程控控制制台台通通过过网网络络访访问问本本地地一一体体体化化化机机机,,,一一一体体体化化化机机机通通过过串串口口读读取取牛牛顿顿模模块块各各端端口口的的数数值值。。
发射机保护系统监控平台是由软件分析采集的数据,根据结果自动做出判断,并提前预警。现有的150k W发射机采集的数据量很少,仅限于高前级和高末级的有关电流电压等数据,监控的范围很小,很多设备没有监控,比如风机和水泵等设备。在当前,我们只能通过巡视来查看设备是否正常,而实际上,巡视中获取的信息是有限的,只能通过设备是否振动等获知设备的工作状态。还有,相比较而言,巡视所占的时间很短,不超过百分之一,大部分时间都处在非巡视时间,那么这段时间内设备的运行状况就处于无人看管的状态。发射机保护系统监控平台的作用之一就是可以实时监控电流来确定设备的工作状态,并且根据设备的运行状态提前进行预警,比如电机三相电流不平衡,可以提前警告,做到防患于未然,而不必等到巡视或者故障发生之后才发现。
发射机保护系统监控平台的作用之二就是可以根据表值变化判断发射机是否正常,及时自动发出告警信号,从而有效降低值班监控人员的工作压力。比如可以设定正常工作时的板压、板流等范围,如果采集的数据超过这个范围,就发出发射机异态信号,从而提醒值班监控人员进行相应操作。例如,一般情况下,150k W发射机的末极栅流处于0.5A到1.0A之间,如果末极栅流小于0.5A,系统提示末极栅流太小,需要增加末极栅流,值班监控人员根据表值进行调整。对值班监控人员来说,不需要查看每一个表值,只需查看监控平台是否有告警指示即可,极大提高工作效率。
4 总结
发射机保护系统监控平台不仅采集了150k W发射机的各级电流和电压数据,同时也采集了发射机辅助系统的电流数据,根据数值变化,软件可以自动判断发射机的工作状态,如果出现异常,能够自动判断并发出提示,有效保障发射机系统稳定运行,为发射机的检修维护提供可靠的参数,和原保护系统相比,扩大了保护的范围和类型,并且能够提前进行预警,提高保障级别。
摘要：本文讨论的是TBH522型150k W短波发射机保护系统监控平台的设计,本系统不仅主要监控发射机的各级电流和电压数据,更增加了辅助系统的技术数据的监控,如水泵和气泵等,并且依据数据大小,系统能够有效进行判断,并自动发出提示。
关键词：保护系统,牛顿模块,监控
发射平台 篇2
按照一般型号研发流程,需要为不同的型号单独研发各自的故障诊断系统,研发周期长,需要投入的人力成本高。随着型号日益增多,对于一个通用导弹发射车故障诊断平台的需求日益突出。基于该平台,设计人员通过配置管理,就能获得满足各型号的故障诊断系统大大缩短开发周期,降低开发成本,实现“一次开发,灵活配置,全面匹配”的目标。
1 发射车车载系统概述
如图1所示,发射车主要模块包括车控、液压、底盘、温控、供配电等,它们基于CAN[6,7]总线构成车载系统的主体。利用CAN总线良好的可
扩展性,故障诊断系统可以作为一个独立的CAN节点无缝接入原有系统;数据记录仪记录了所有总线上的历史数据,所以故障诊断系统既可以从总线获取实时数据,也可以从数据记录仪获取历史数据进行分析。总线网关负责车载系统与其他总线(如以太网)之间的通信。对于不同型号而言,虽然发射车功能有差别,但是其车载系统的架构却是基本相同的,这也为我们能够设计通用故障诊断系统的基础。
2 发射车通用故障诊断平台设计
2.1 发射车故障诊断系统功能抽象
若想设计发射车通用故障诊断平台,首先必须要详细了解各型号故障诊断系统的功能,并且提炼出统一的功能模型[5]。图2描述了发射车故障诊断系统的一般功能抽象,其中用户管理模块负责对故障诊断系统操作人员的管理;状态检测模块负责监控系统实时状态信息;故障推理模块负责在发生故障时对故障进行诊断分析;数据存储模块负责存储管理整个故障诊断系统需要保存的数据;数据通信模块负责故障诊断软件与系统其他模块的通信;人机交互模块负责信息的显示以及指令交互。
2.2 通用故障诊断平台设计
不同型号发射车故障诊断系统之间的差异,都可以归结到如图2所示的抽象功能模块之间的不同。如果将这些通用模块定制为可配置的,那么通过配置管理的方式,就能得到不同型号的故障诊断系统,这也是实现通用故障诊断平台的基本思想。
图3描述了通用故障诊断平台的功能架构,在此我们主要对系统的可配置性设计进行说明。
1)人机交互可配置设计
故障诊断系统的图形交互界面,主要显示系统的各种状态量、基本故障信息等。图形界面的需求千变万化,每个故诊系统包含的图形元素都不尽相同,在布局位置等要求上也各有差异,对其进行常规意义下的可配置设计,几乎不可能。
对此,通用平台采用“图形元素控件库”与“人机界面设计工具”来解决图形界面配置化问题。“图形元素控件库”通过对各型号故障诊断系统界面需求的调研,将图形要素归纳为如下几个主要控件:模拟量控件、开关量控件,曲线图控件以及信息显示控件。这些控件的表现形式一定,但数量、位置、大小都是可配置的。这样对于故障诊断系统界面设计而言,可以将每个界面包含的控件数量、位置、大小等信息写入配置文件,从而实现了界面的配置化生成。“人机界面设计”是基于控件库的可视化界面设计工具,设计人员通过直观、简单的操作就能完成界面设计,并将配置信息自动添加到配置文件中。
对通用平台而言,图形控件不仅需要能够适应不同的外观配置,更重要的是其与数据的关联性也要具备可配置性,如一个模拟量控件到底是显示温度还是速度?为此,我们在控件中加入CAN通信ID属性,在控制流程中通过轮询数据流ID、控件属性ID的方式实现数据与空间的关联性,如图4所示。
2)数据通信可配置设计
故障诊断软件需要获取系统状态信息,才能进行诊断与推理,所以对通用平台而言,数据通信协议的可配置设计必不可少。发射车车载系统采用CAN总线作为数据通信方式,通信协议基于CANOpen协议实现,它们自身都具有很高的可配置属性[],这为通用故障诊断平台可配置数据通信设计打下了良好的基础。
CAN数据帧通过“ID+数据”的方式传输。通过分配不同的ID,可以对应不同的数据。对于每个CAN设备而言,都有一个管理ID的配置文件,只要通过该文件就能配置CAN通信中的数据通信协议。对于一个针对特定应用的CAN系统而言,这样的配置一般是不变的,而故障诊断系统也是CAN网络中的一个CAN设备,所以只要在系统设计中,确定该配置文件定义,将接收到的数据按协议解析,就可以对应到不同模块,如开关量、模拟量或报警信息,从而实现数据通信的配置,如图5所示,该CAN配置文件也成为通用平台配置文件的一部分。
3)故障推理算法可配置分析
故障推理算法主要实现对故障的分析、推理以及定位。通用故障诊断平台采用基于故障树的分析方法实现故障推理。故障树分析法是一种国内外公认的对复杂系统故障分析比较实用的方法,已经在航空航天、机械、电子等领域被广泛应用[2,3,4]。故障树采用树形结构、与或逻辑将故障现象、中间过程以及底层原因组织在一起,其推理过程实质是对树形结构的遍历检索。不同故障的差异体现在树具体的内容,但是遍历检索的过程是一致的,所以图3中“故障诊断软件运行壳”实现了这一故障树检索算法,并且可以在各型号故障诊断系统中通用。
4)通用故障诊断系统配置文件设计
配置文件包含了通用故障诊断系统的所有可配置数据,如上面提及的控件信息、CAN数据配置信息等。如何有效地管理这些数据,是通用平台必须要解决的问题。
通用平台采用面向对象思想,基于XML[8,9]格式实现对配置文件数据的管理,如图6所示。文
件结构分为两层,第一层为对象名,第二层为对象属性以及属性值。故障诊断系统通过对象名解析不同对象的属性,这种结构具有良好的可扩张特性。
图3所示的其他模块功能简述如下,用户管理主要负责平台用户的权限管理;故障树管理负责向故障平台数据库录入故障树;故障诊断系统生成模块负责将各功能模块打包成可执行故诊程序;项目管理模块将各个型号的故障诊断系统按独立的项目进行管理。这些模块也是实现通用故障诊断平台必不可少的辅助功能。
3 结束语
本文通过对各型号车载故障诊断需求的详细分析,结合控件技术、CAN通信、可配置设计思想,提出了一种通用故障诊断平台的设计与实现。利用该平台设计人员可以通过配置管理,得到适用于各个型号的故诊系统。目前,该平台已经成功应用与多个型号的故障诊断系统的开发,各型号间的模块复用度大于90%,大大缩短了各型号故障诊断系统的开发周期,降低了研发成本。
参考文献
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发射平台 篇3
关键词：声发射,海上平台,安全评估
引言
随着人类科技的进步, 石油以及石油制品在人类生活中扮演着不可或缺的角色。海上平台作为海洋石油生产的重要设施与生活区域, 其安全性对海上石油开采、运输具有极其重要的意义。海洋平台的生产运行环境存在多种不利因素, 如风浪、载荷、海水腐蚀、北方海域的海冰撞击等。在如此环境下长期运行, 平台的结构、设备等容易产生内部、外部损伤。这不仅会影响平台的安全性, 也将影响平台的使用寿命。海洋平台一旦发生坍塌, 将会造成大量人员伤亡以及财产损失。
安全生产不应是以牺牲经济利益为基础的。调节好安全与利益的平衡, 是海上平台安全评估的重点问题。声发射检测技术, 作为一种被动的检测手段, 可以做到对平台结构、主要设备进行在线检测, 不需停产, 进行实施监测。
声发射技术可以应用在平台结构健康监测、海冰撞击监测、吊机监测以及整体安全评估中, 可使企业在有限的时间、资金范围内对危险实施最有针对性的措施, 以保证安全的前提下最大限度地保证企业的经济利益。
尽管用无损技术进行定期检查已经被规定到生产程序中, 但仍然不足以发现全部潜在的结构缺陷及这些缺陷在生产过程中的发展趋势。究其原因, 在于定期检查是被安排在一个特定的时间间隔内。因此, 有限的技术并不能检测到活跃的缺陷和它们真正在生产过程中的发展。因此, 需要用在线实时监测尤其是声发射监测, 保障生产和使用过程中的结构完整性。
1声发射技术
1.1声发射检测原理
声发射 (AE) , 即材料中某局域中声发射源释放能量并产生瞬态弹性波的现象。声发射检测技术是一种被动检测技术。它是通过“听”被检测对象所发出的声发射信号, 来判断这些信号所载有的声发射源的信息。在声发射检测过程中, 由于内部压力、应力等原因, 被检测材料诱发瞬态弹性波, 并沿材料传播到表面, 再通过声发射传感器利用压电效应将材料表面的微位移转换为电信号, 然后经放大、传输后显示和处理, 再通过分析载有声发射源特征信息的AE信号来解析缺陷部位的情况[1]。
基于以上原理, 声发射技术可以动态检测出材料、结构的微观变形、裂纹开裂、腐蚀发展等情况。
1.2声发射技术特征
声发射技术检测应用于海上平台安全评估的主要优点[2]:
(1) 声发射动态的检验方法。它检测到的能量是由被测物体所发出, 而非由无损检测仪器提供。
(2) 声发射检测对线性缺陷较为敏感。进行海上平台安全评估时, 它可以有效提供缺陷信息。
(1) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感, 能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况。
(2) 在一次检测过程中, 声发射能够对整体结构进行探测, 并且评价整个结构中缺陷的状态。
(3) 声发射检测可提供被测材料中, 缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息, 有助于了解在当前环境中设备的运转情况, 使海上平台安全评估更加贴近设备所在环境。
(3) 声发射检测对于被测物体的接近要求不高。进行海上平台安全评估时, 它可用于难于或不能接近的环境下检测。
(4) 在进行海上平台安全评估时, 声发射技术对压力容器、常压容器等检测方便有效。对于压力容器的耐压试验, 声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力。
(5) 被检测对象的几何形状对声发射检测的影响不明显。由于这种对构件的几何形状的不敏感, 故而在进行海上平台安全评估时, 它适用于检测形状复杂的构件。
(6) 声发射检测对设备完整性不产生任何影响, 不需拆卸, 通过在被测设备材料表面布置高灵敏度的AE传感器, 判定内部是否存在缺陷, 检测方便、结果直观。在开车前进行的海上平台安全评估不可能将设备再次拆卸下来检测, 故而声发射检测技术在此时的优势显得格外明显。
声发射作为一种动态下检测缺陷的方法, 具有对构件的几何形状无特别要求、可对构件进行整体检测等诸多优点。这些特点使其能够进行其他方不能进行的检测。可见, 声发射技术的诸多优势使其非常适合在海上平台安全评估中使用。
2声发射技术在海洋平台海冰撞击安全评估监测中的应用
2.1海冰撞击安全评估监测的意义
渤海海域随着冬季冰期的到来, 海面上会逐渐生成海冰, 而浮冰受到风浪、潮汐等作用, 会对海上平台形成周期性的冲击, 这就将给平台结构健康带来安全隐患。海冰撞击这类时常发生的持续性影响, 将会在潜移默化中影响平台结构安全。为了获取海冰撞击带来的影响, 我们采用声发射技术进行海冰撞击的监测与评估。
2.2海冰撞击安全评估监测的目的
对于冰期海冰撞击声发射监测, 主要从以下几个方面循序进行。
(1) 监测、记录海洋流动浮冰对平台结构的撞击强度、频率, 结合其他外参数, 如风向、风速、机械运转记录等, 综合评估海冰撞击对于平台的影响。
(2) 经过一段时间的监测分析, 对发现的结构薄弱点加大监测密度, 更合理地布置传感器位置, 从而捕捉平台结构的裂纹发生及扩展。
(3) 将监测数据进行横向与纵向的对比。具体来说, 就是进行冰期与非冰期的数据对比, 同时与海况水纹记录、振动监测等进行对比, 从而建立海冰撞击信号的数据库。
(4) 研究声发射信号参数与实际海冰撞击之间的关系。
(5) 实践在海洋平台上开展远程全天候结构健康监测。
2.3海冰撞击安全评估监测的实施及发现
声发射传感器均匀布置于平台的桩腿及立管上, 且在平台上设置气象、位移、振动监测设备。
图1为冰期一段时间内海冰撞击声发射监测信号情况, 得出以下初步结论。
(1) 在非冰期, 声发射信号基本处于26d B以下, 而海冰撞击作用下信号幅度明显高于26d B。所以, 声发射能够较为准确地反应映海冰撞击对于平台的影响, 即通过声发射监测, 可得到海冰撞击的频次与能量程度。
(2) 在海洋的结冰期, 海冰对于平台的撞击与潮汐存在比较紧密的联系。在涨、落潮期间, 海冰撞击的相对作用越强;在稳定期间, 海冰撞击作用相对作用较弱。
(3) 声发射信号往往受到噪声的干扰, 在平台上常见的为机械、泊船、风浪、下雨等。监测过程中通过特征识别、数据过滤、辅助分析等手段, 可以基本将影响控制在可接受范围内。
3声发射技术在海洋平台裂纹安全评估中的应用
3.1平台裂纹安全评估意义
在一些高应力点的近海平台结构中, 如桩靴, 缺陷的尺寸太小很难通过常规的设备与定期检测来有效观察缺陷及其发展过程。为了保证使用的安全, 对缺陷萌生的监测被视为安全情况保障的最关键部分。许多时候, 当停工检查期间, 发现结构部件可能在特殊部位已经产生裂纹。而这些裂纹产生的原因却无法解释。实时在线监测能够用来确定当断裂发生时的情况, 从而确定断裂发生的原因。
3.2平台裂纹监测实施
声发射是一项全局性的监测技术。例如, 传感器可以布置在想要监测的区域, 并探测到离传感器一定距离的缺陷。理论上, 想要监测的区域放置的传感器越多越好。尽管如此, 实际使用中, 考虑到成本问题, 要在满足衰减和需要的情况下用最少的传感器覆盖到最大的范围。考虑到无齿条板的结构, 只有很少的布局方式可以考虑。
图2为裂纹定位图。可以明显看出, 在6、7、8号传感器之间形成的阵列中存在明显的定位点。经过信号处理与波形分析后, 确定为结构缺陷信号[3]。经超声检测的结果对比, 在实际的检测区域位置上确实存在此裂纹, 并且经过长时间监测后, 可以观测出裂纹是否存在发展的趋势。
4海上平台吊机监测
吊机作为海上平台重要的作业动设备, 其安全性尤为重要。结合国外声发射在动设备监测、评估方面的优秀成果, 对吊机基座进行声发射监测, 有助于我们了解吊机在进行作业过程中缺陷的发生和发展[4]。
由图3可以看出, 经过一定时间的监测后, 吊机基座部门出现部分声发射信号。经过信号分析, 并结合作业工况以及信号特征, 可以初步分析出:定位图中, 信号并没有呈现聚类的情况, 所以判定并没有新生裂纹等结构缺陷, 也并没有旧的缺陷发展生长的情况。结合天气及作业情况报告, 确定信号来源主要为作业噪声及天气影响。
5声发射技术在海上平台容器安全评估中的应用
对于海上平台的容器类设备, 声发射技术最大的优势就是可以进行不开罐、不停产的在线检测安全评估, 可以为我们的安全工作节约大量的时间和资金资源。
目前, 海上平台已经成功运用声发射技术进行压力容器、常压方罐、沉箱等的检测、安全评估工作, 并取得了宝贵的工作成果。
罐体声发射监测, 是通过安装在罐体上的声发射传感器阵列, 来探测罐体母材和焊缝的表面与内部缺陷开裂及扩展产生的声发射源。
对罐体进行的声发射监测能探测到加压过程中由应力增加导致的缺陷开裂部位。这些部位包括壁板、罐壁与垫板和接管相连接的角焊缝、罐壁与加强板相连接的环焊缝等。这种部位可能出现潜在的声发射源[5]。
6结论
声发射技术于近些年快速发展。相较于海洋石油, 它在陆地的应用更加广泛。声发射技术的整体监测、被动检测等特性是其他无损检测手段所不具备的, 而这些特性也决定了其在海洋石油特别是海上平台安全评估中应用的可能性与重要意义。
本文通过理论研究并结合相关的实际工程应用案例, 分析声发射技术在海上平台安全评估中的应用。从各项应用情况来讲, 声发射技术可以为我们在海上平台的安全评估、安全管理工作提供高效的帮助。但在应用过程中也伴随着一些需要在今后进一步解决和发展的问题: (1) 对于噪声干扰, 应从信号分析、现场排除等角度进一步研究海上平台声发射信号处理技术。 (2) 建立声发射结合其他相关技术的全天候实时监测系统。
参考文献
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发射平台 篇4
1 监控平台总体设计要求和构成
1.1 总体设计要求
监控平台设计应符合GY/T 252-2011广播电视发射台自动化通用技术要求。广播发射台自动化逻辑上由“播出管理与控制”和“设备自动化”两层组成,每一层都可由多个物理子系统构成。设备指播出设备(包括发射机、天线切换、节目传输等设备)、电力设备、以及其它附属设备。设备自动化系统和播出管理与控制系统应符合通用技术要求。发射机自动化、天馈线切换、节目传输、电力等设备自动化系统应符合播出设备自动化通用要求以及对以上各个系统的具体要求。播出管理与控制要求描述了对设备调度管理、设备运行监控、播出统计、时钟管理、对外数据交换等方面的要求;同时,该标准还规范了自动化系统网络安全,与国际互联网物理隔离、设备工作状态应采用不同颜色区分、电源失电后恢复供电时系统能自启动、关键设备供电应考虑冗余等要求。
1.2 监控平台构成及功能
根据发射台自动化通用技术要求,自动化监控平台的功能有以下几点:
第一,运行管理系统,运行在技术网,对设备自动化系统的运行和相应的业务处理过程进行统一管理和监控。作用范围是播出发射业务的实时运行系统,覆盖发射机房、节传、电力设备。系统接收来自上级的调度令,解析后下发给各自动化系统执行,并接收各自动化系统的设备运行状态信息和质量保证系统的信息,以监测调度令的执行情况和播音质量。系统以定时和实时方式将各自动化系统的运行状态信息、调度令执行信息通过数据接口模块提供给技术业务系统。
第二,技术业务系统,运行在办公网,负责管理业务,为传输发射设备的正常运行提供后台技术保障、信息管理保障和业务工作管理保障,提供对上级平台的统一的数据上传服务。其作用范围是播出发射业务的技术保障环节的业务管理,覆盖发射机房、节传、电力、维修室、技办室与播出发射直接相关的技术保障和管理业务。
第三,机房运行监控系统,进行机房设备调度和管理控制策略的制定和维护,接收并执行调度指令,自动调整发射机及天馈线状态,向运行管理系统实时反馈指令执行情况及设备运行状态;发射机自动化系统具备应急独立运行能力和人工操作模式。天馈线交换系统按运行图实现对天线交换开关的自动控制,实时监测天线现场开关状态。
第四,节传自动化系统,根据节目运行图实现节目信号自动切换,保证送给发射机的节目信号的正确性。
第五,质量保证系统,从运行管理系统获取发射台运行图,据此对播音的发射机进行实时监测,分析判断发射机的播出效果,达到及时发现异态,减少发射机停/劣播时间,保证发射机以“三满”状态运行,实现自台播出质量监测。
第六,电站自动化系统,全面监控电站运行状态,向运行管理系统实时提供各种运行数据;系统具备人工操作模式。
第七,台站巡检系统,值班人员对技术设备的日常巡视检查,通过巡检系统对巡查工作进行必要的记录和管理。
第八,环境安防系统,建立具备温湿度、烟雾消防、浸水防潮以及空调电力异常等报警功能的机房环境监控系统,使监控平台值班员对机房环境能及时了解和掌控。视频监控及红外防护系统对重要区域、设备进行视频监控、录像。
第九,时钟同步系统:采用标准时钟源对各自动化系统进行统一授时,各自动化系统应具有自动和手动校时功能。系统时间与标准时间的误差应不大于1s。
2 725台监控平台应用实践
2.1 实施方案
分析725台安全播出和自动控制现状,按照“整体规划,分布实施”的原则,制订实施方案,对前期建成的运行管理系统、技术业务系统以及发射机、节传、电力等环节自动化系统重新部署;实施备份发射机自动化及一键代播系统;完善自台监测手段;改造技术网,增加网络接入冗余;完善环境安防系统,最终建成中控机房自动化监控平台,实现对发射机、节传、电力、调度、自台监测等系统运行数据、设备状态的集中监控,对台内重要技术区环境安防监控,通过大屏幕监视墙显示;远程控制发射机及其备份机自动化系统,备机一键操作完成代播。自动化监控平台功能框图如图2所示。
2.2 监控平台运行特点
第一,作为台内自动化监控平台,完成对发射机、节传、电力、调度、播出质量监测、环境安防等系统运行状态的集中监控和大屏显示。第二,远程控制发射机及其备机自动化系统。在中控机房运行监控系统发起操作,通过自动化下位机控制发射机状态;通过天馈线自动切换下位机控制天线切换,完成日常播出和紧急代播。第三,备机一键代播。一键操作实现发射机房备机1:n保护。在运行监控系统一键操作发起代播,自动控制备机自动化、天线、节目切换,完成代播。第四,采用合适的技术手段保障技术网稳定。技术网是监控平台的重要支撑,各技术部门间网络连接考虑接入冗余,通过不同路由、端口聚合等手段,实现负载均衡和1+1保护。第五,播出质量监测开环、闭环收测结合,弥补不足。通过河北泰顺公司质量保证系统闭环收测发射机播音情况;同时,运行自台研发的远程开路监听系统开环收测。
2.3 下一步需完善的地方
第一,电力保障,随着应用系统和服务器等设备的增加,对稳定电力供给的需求不断增长,原有的UPS单机配置在容量和冗余上不再满足发展的需求。因此,需对供电系统进行改造、升级。第二,增强网络保障能力。技术网的稳定、畅通是监控平台可靠运行的保障,所以需完善技术网接入手段,增加技术部门接入冗余。第三,按照台内整体规划方案,建立台内巡检、环境监测等系统,进一步完善监控平台,为下一步中控机房总值班创造条件。
3 结语
发射台自动化监控平台的建设,进一步促进了发射台从传输到发射各环节的自动控制、监测和播出资源的统筹管理,极大的提高了安全播出的保障水平,提升了工作效率,减少各类停播事故;同时,为实现中控机房总值班、其它技术部门“有人留守,无人值班”创造了条件。
摘要：自动化技术、网络信息技术在发射台的广泛应用,为实现发射台从传输到发射各环节的自动控制、监测和播出资源的统筹管理,提升安全播出的保障水平提供了技术基础。笔者分析了广播发射台自动化监控平台的作用、设计要求、平台构成和功能,并介绍了725台自动化监控平台应用实践情况。
发射平台 篇5
1 电视调频发射台机房设备遥控测平台的功能要求
随着计算机信息技术的日益成熟, 人们对于广播电台的播出有了更高的要求, 当前高山发射台机房设备在某种程度上确定遥控遥测平台的过程中, 不仅仅要实现信号源的一种在线监测, 同时做好发射机的在线监测, 做好无线点的在线监测, 实现发射机的自动控制和基本连接, 进而实现的一种自动化系统。
电视调频发射台机房设备遥控平台, 主要是实现机房设备展示于同一个界面上, 并实现远程配套设备, 仅仅通过借助于计算机的相关网络控制, 做好设备运行参数的合理设置, 并借助于各个设备的面板功能键, 进而实现的一种遥控操作, 做好系统中的相关设备故障的处理。
一旦设备运行时, 不仅仅要实现科学合理的监控设备的运行状态, 同时也要实时监测播出的相关指标, 在设备的实际运行中, 充分体现出多种的报警方式, 并在某种程度上将多种解除的方法实现, 保证设备有着灵活的配置, 对多种可编辑的格式记录报表加以提供, 并对权限进行详细的设置, 保证加密的方法有着一定的高强度, 对系统进行保护。
智能化接口的设备往往有着相关的接口控制协议, 并在电视调频发射台机房设备遥控测平台进行添加。一些虚拟化的设备监控界面, 在设备故障出现时, 将会产生自动报警, 将机房设备运行状态的监测力度全面提高, 采取科学化的手段实现对设备运行的一种维护和管理。
2 电视调频发射台机房设备遥控测平台的设计
电视调频发射台机房设备遥控测平台设计过程中, 可以依据于信号源的智能监测设计, 并做好发射机自动化控制的设计, 最后就要做好播出节目无线监测的全面设计。
2.1 信号源的智能监测设计
电视调频发射台机房设备遥控测平台设计过程中, 智能检测电视调频发射台机房设备中的信号源, 自动化控制信号源, 保证设备的可靠运行。信号源在实际的监测过程中, 就要采取相对较高可靠性的智能应急切换器, 并采用当前的多画面视音频监测系统, 将两台相互补充的一种信号源监测控制系统形成, 保证信号源有着正常性的播出。应急切换系统主要是实现信号之间的切换, 将模拟信号向数字信号之间进行转换, 同时多画面视音频监测系统主要借助于一台主机, 将多路广播电视报音频信号的实时监测实现, 并将成本的开支有效降低。
2.2 发射机自动化控制设计
发射机自动化控制系统设计的过程中, 主要是实现参数的一种检测。在实际的设计中, 就要依据于一种智能控制接口, 这种智能控制接口主要是发射机自带的一种系统, 通过读取发设计上的相关参数, 并全面控制发射机的操作。一般而言, 这种设计过程中虽然有着相对较小的投入成本, 同时也有着相对较高的计算机可靠性, 但是这种设计方案在实际的出厂时没有一定的控制协议。在对硬件采集器采用的同时, 通过对发射机数据进行采集, 将发射机的控制实现, 这种设计方案, 可以实现一种独立性的运行, 并将系统的可靠性和稳定性全面提高, 这种设计方案相对来说有着较高的成本费用。关于电视调频发射台机房设备遥控测平台设计的过程中, 保证发射机有着稳定的运行, 并借助于智能接口对数据进行采集, 实现一种远程上的监控, 对系统的稳定性和可靠性加以保证。关于发射机自动化控制设计的过程中, 其遥控遥测平台的系统结构主要有信号源监测系统和信号源分配切换系统组成, 做好机房设备遥控遥测平台的设计时, 同样也要做好视音频信号的处理系统的设计, 并做好发射机监测控制系统的设计, 最后就其实质性而言, 这种机房设备遥控遥测平台同样也存在相关的电力监测系统和环境监测系统, 而安防摄像系统和无线监测系统同样也是其基础架构。
2.3 对播出节目质量无线监测的一种设计
就播出节目质量无线监测而言, 主要是确保信号源的合理性和安全性, 在信号源发送的过程中, 对发射设备的正常工作加以保证, 实现安全播出, 对人们的节目信号进行极好的保证, 实现前端监测的同时, 更要做好监测信号的全面覆盖, 通过对建立一个定点监测点, 并建立其它分布式的监测点, 做好信号的一种全面接收和监测, 监测数据回传时, 合理的采用光纤, 并通过对太阳能电源供电方式采用, 借助于无限发送模块配置, 采取3G通讯方式实现监测数据的回传, 并依据于监测参数设置的相关要求, 将监测数据在监测中心发送。
电视调频发射台机房设备遥控测平台设计过程中, 通过对各个检测点的相关节目内容进行监听和监看, 对各个监控点的收听收视情况进行随时的掌握, 通过对监测点节目接收场强的一些周期变化充分的了解, 实现电视调频发射台机房设备的实时监测。综合性的分析监测点的监测终端进行分布, 监测之后, 绘制场强的覆盖效果, 并评价软件的界面, 现实效果评估图。软件界面评价的过程中, 同样也可以采取节目的质量控制, 将彩色柱状图显示, 作为对监测端节目接受效果的一种评估。
总而言之, 电视调频发射台机房设备遥控测平台设计的过程中, 更要结合电力监测和相关的环境监测技术, 保证电视调频发射台机房设备能够有着安全可靠性的运行基础保证。
3 结语
时代经济多元化发展的同时, 推动了现代化计算机技术的成熟性发展, 我国电视广播发展速度不断加快, 人们对于发射台机房设备提出了更好的要求, 对于电路元件集成度的要求越来越高, 而机房设备性能要求同样也有着越来越高的要求。而电视调频发射台机房设备遥控测平台设计的过程中, 一方面就要对信号源的智能监测进行科学合理的设计, 一方面做好发射机自动化控制的设计, 另一方面就要做好播出节目无线监测的全面设计, 采取3G通讯方式实现监测数据的回传, 并依据于监测参数设置的相关要求, 将监测数据在监测中心发送, 实现电视调频发射台机房设备的实时监测, 推动我国广播电视行业的飞速发展, 推动我国国民经济的可持续健康发展, 跟上时代发展的步伐, 顺应时代发展的潮流。
摘要：近些年来, 随着时代经济的飞速发展以及科学技术的日新月异, 我国广播电视事业发展进程不断加快, 同时电视调频发射设备逐渐趋向于一种全固态化的趋势, 对于机房设备遥控测平台的设计有着越来越高的要求。本文在对电视调频发射台机房设备遥控测平台设计方案研究分析时, 首先分析了电视调频发射台机房设备遥控测平台的功能要求, 最后对电视调频发射台机房设备遥控测平台的设计方案作了主要的分析。
关键词：电视调频,发射台机房设备,遥控测平台,设计方案
参考文献
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发射平台 篇6
在发射台站以往的自动化监测系统中, 我们可以清楚地看到每部发射机天馈线的使用现状, 比如软件中设置的项目字段有正在运行发射机的机号、频率、天线号、天线方向等。这给值班人员提供了清晰的值机数据显示, 但是一旦天馈线发生故障, 值机人员往往会因维护经验不足, 而无法迅速做出正确判断, 并选择合理、有效的处置故障方案, 从而错过了最佳处理故障时机, 延误了时间, 造成不必要的技术停播。针对各个发射台站天馈线故障发生的可能性, 总结以往对发射机的维护经验, 结合大数据技术的应用, 我们设计和研发了发射台站的天馈线系统预警平台。
2 发射台站的天馈线系统预警平台的设计
无线局预警平台主要由局预警平台和局属发射台站预警平台等部分组成。无线局预警平台的架构图如图1所示。
发射台站预警平台由发射机系统预警、节目传输系统预警、天馈线系统预警、电力系统预警和发射机自动化监测系统预警等多个子系统构成。与以往监测系统不同的是, 此平台从监测系统的实时数据出发, 利用大数据技术进行分析和评测, 一旦发现数据异常, 在进行分析评测的同时, 可以根据故障的数据判别故障的类型, 然后得出预警类别, 进而进行故障处理, 简便有效。
以某台站的天馈线事故即将发生为例:假设某天, 某台站发生了天馈线故障, 故障数据会自动传送到台站天馈线系统预警平台进行分析、判别, 当事故类别归属于需要在台站间启动的代播事故处理类别时, 其信息就会迅速传送到局预警平台, 局预警平台会利用大数据技术迅速响应相应台站的代播信息, 局预警平台则可依据故障类别, 紧急调配局属发射台站的播出资源, 由局预警平台自动切换, 进行代播工作, 从而大量节省了处理异态的停播时间, 起到了为安全传输发射工作保驾护航的作用。
2.1 发射台站的天馈线系统预警平台的构成和功能
发射台站的天馈线系统预警平台是发射台站预警平台的子系统之一, 图2为发射台站天馈线系统预警平台的组成方框图。
下面以发射台站天馈线系统三种典型的故障报警为例, 介绍天馈线预警系统模块的主要功能。
(1) 故障报警一
如某发射台某机房短波发射机, 在正常播音过程中, 出现瞬间驻波比异常掉高压的现象, 而后电控系统又迅速自动上高压, 恢复播出。此时, 发射台站的天馈线预警系统会根据天馈线的各项技术指标进行大数据分析, 做出明确判断, 并将此类故障显示为“故障报警一”。当出现此类故障时, 将由发射机自带的自动化监测系统自动进行故障记录, 而不进行任何操作, 只起到监测的作用。
目前, 在中短波发射机播音中, 其自动化监测系统都能及时准确地对此类故障进行故障记录, 并留有故障记录日志。
(2) 故障报警二
如发射机天馈线自动化系统倒频的过程中, 天线交换开关无法正常切换, 发射台站的天馈线预警系统在报警的同时将此类故障显示为“故障报警二”。
众所周知, 此类故障现象在发射机倒频或代播过程中时有发生, 在遇到此类故障后, 可以将天馈线自动控制系统改为手动操作, 进行手动切换。按常规在天馈线系统操作机柜处设置有倒换开关, 值机人员可以进行手动倒换, 紧急处置异态。这样处理, 既节省异态处理时间, 又可避免因层级上报而延误故障处理时间。
(3) 故障报警三
当发射台站某中波发射机天馈线系统中的某段路由出现问题, 出现发射机驻波比异常、多次过荷复位、无法恢复等现象时, 发射机将无法正常工作, 而此时发射机房又无可代播资源的情况下, 发射台站的天馈线预警系统将会显示为“故障报警三”。机房将依照“故障报警三”进行处置。
很显然, 处置此类故障, 系统软件必须具有台级代播的功能需求设计。如发生此类故障现象, 台站天馈线系统预警平台会将事故数据上传到局端的预警平台系统, 局端的预警平台会迅速做出响应, 合理调配全局的代播资源, 在台级代播系统中进行自动切换, 省去了许多以前人为代播的核验时间, 有效地节省了代播时间。这也是局预警平台系统研发的主旨之一。在自动切换后, 负责紧急代播的同志必须对在台级代播过程中的频率、台站、机型、节目、时间等内容进行核验, 填报相关故障记录, 以确保代播工作的万无一失。这类故障处理, 无论是在故障监测和事故判别上, 还是在代播资源数据查验和事故处理上, 都是对大数据技术应用的最好体现。
2.2 发射台站的天馈线系统预警平台的设计
2.2.1 网络架构
发射台站天馈线系统预警平台的网络架构如图3所示。
发射台站天馈线系统预警平台的整个系统都部署在发射机内网的技术网段, 通过交换机接入到内网的核心交换机上, 所有用户通过内网的核心交换机便可访问到该系统。
2.2.2 发射台站天馈线系统预警平台的B/S逻辑结构
本系统采取有别于C/S传统逻辑结构的B/S逻辑结构。下面就两种结构的优缺点进行分析说明。
(1) C/S结构
C/S结构是Client/Server的缩写, 即客户机/服务器结构。它将一个大型的计算机应用系统变为多个相互独立的子系统, 而服务器便是整个应用系统资源的存储与管理中心, 多台客户机则各自负责相应的功能, 共同完成完整的应用。
(2) B/S结构
B/S结构是Browser/Server的缩写, 即浏览器/服务器结构。在传统的C/S结构的中间加上一层中间层, 把原来客户机所负责的功能交给中间层来实现, 这个中间层即为Web服务器, 这样, 客户端就不负责原来的数据存取, 而只需在客户端安装浏览器就可以了。把原来的服务器作为数据服务器, 在数据服务器上安装数据库管理系统和创建数据库。Web服务器的作用就是对数据库进行访问, 并通过Internet/Intranet网络传递给浏览器。这样, Web服务器既是浏览器的服务器, 又是数据库服务器的浏览器。基于B/S模式的结构将Web与数据库相结合, 形成基于数据库的Web计算模式, 并将该模式应用到Internet/Intranet中, 最终形成三层功能层面, 它们之间进行了明确的分割, 使其在逻辑上各自独立。三层B/S系统结构图如图4所示。
基于对上述两种结构的分析, 本系统的逻辑结构采取的就是B/S逻辑结构。
本系统的表示层就是系统的界面表示层, 包括系统的现实逻辑, 它是系统与使用者的接口, 负责用户与系统的交互, 通过功能层来访问数据库或控制层, 显示Web服务器返回的应答信息。客户端的用户都是通过Web浏览器来访问系统, 利用ASP.NET Web和XML Web Services, 客户端能够以可视形式, 为应用程序提供丰富、灵活和交互的用户界面。
考虑到本系统的数据结构的复杂性及用户数目的不确定性, 选择了SQL Server 2000作为数据源, 利用ADO.NET Data Set对象的断开式访问。在Data Set与数据源之间, Data Reader组件利用Command对象在数据源中执行SQL命令, 以便将数据加载到Data Set中;当Data Set中数据更改时, DataAdapter组件也可以利用Command对象中的相应命令实现对数据源的更新, 从而保证了Data Set与数据源的数据一致性。发射台站的天馈线系统预警平台逻辑结构图如图5所示。
2.2.3 软件开发
基于B/S的结构的发射台站的天馈线预警平台的开发, 系统前端采用的开发工具是C#, 系统后端采用的开发工具是SQL Server2000, 系统服务器平台为ASP.NET, 服务器端是Windows 2000 Server, 客户端为Windows系统。下面主要介绍一下对系统服务器平台ASP.NET的编译和使用。
(1) ASP.NET技术
ASP.NET即Active Server Pages.NET, 是.NET Framework的一部分。ASP.NET是使用.NET框架所提供的类库构建而成, 它提供了一个Web应用程序模型, 该模型由一组控件和一个基本机构组成。开发人员可以直接使用ASP.NET控件集, 该控件集封装了公共的、用于超文本标识语言 (HTML) 用户界面的各种小组件 (诸如文本框、下拉菜单等等) 。实际上, 这些控件运行在Web服务器上, 它们将用户界面转换成HTML格式后, 再发送给浏览器。在服务器上, 控件负责将面向对象的编程模型呈现给我们;它还提供了一些基本结构的服务 (诸如回话状态管理等等) , 这些服务进一步减少了我们编写的代码量, 并使应用程序的可靠性得到了大幅度的提高;ASP.NET还允许我们只需进行简单的业务逻辑编程, 就可由ASP.NET基本结构通过SOAP的传送服务。
(2) ASP技术
ASP (Active Server Page) 是一种类似于Visual Basic.NET的面向对象的程序语言, 它具有创作动态页面的能力, ASP是一套微软开发服务器端运行的脚本平台。通过ASP, 我们可以结合HTML网页、ASP指令和Active X元件建立动态、交互且高效的WEB服务器应用程序。同时, ASP也支持VBScript和Java Script等脚本语言。ASP是经过服务器解析之后, 再向浏览器返回数据, 所以有了ASP, 就不必担心客户的浏览器是否能运行你所编写的代码。因为所有的程序都将在服务器端执行, 包括所有嵌在普通HTML中的脚本程序。当程序执行完毕后, 服务器会将执行的结果返回给客户浏览器, 这样, 也就减轻了客户端浏览器的负担, 大大提高了交互的速度。但是, 这样也导致了一个问题, 即运行ASP时, 相对于普通的HTML页面, 其速度要慢一点, 因为普通的HTML页面只需要浏览器就能够解析, 而ASP则必须是服务器将整页的代码都执行一遍后, 再发送数据。
(3) ASP.NET与ASP相比较
①ASP.NET支持多语言
ASP.NET不再限定使用什么语言, 默认情况下可以使用VB.NET、C#和Jscript.NET等, 在Visual Studio.NET中还增加了对Visual C++的支持。
②运行机制不同
ASP属于一种解释型的编程框架, 它的核心是VBScript和Java Script.NET, 受这两种脚本语言的限制, 决定了ASP先天不足, 它无法进行像传统编程语言那样的底层操作, 所以如果你需要进行一些诸如Socket文件等的操作时, 不得不借助于其他传统编程语言如C++、Visual Basic.NET等编写的组件, 并且由于它是解释执行的, 所以在运行效率上大打折扣。而ASP.NET是一种编译型的编程框架, 除了和ASP一样可以采用VBScript和Java Script作为编程语言外, 还可以用Visual Basic.NET和C#来编写, 这就决定了它功能的强大, 可以进行很多底层操作, 而不必借助于其他编程语言。
③速度不同
ASP.NET是编译后执行的, 也就是说当ASPX文件 (ASP.NET的WEBFORM文件) 第一次被请求时被编译, 以后的请求就不需要重新编译了。而ASP是解释性脚本语言, 每次都需要重新编译, 由于这种原因, 其速度就无法和ASP.NET来比较了。
④ASP.NET的功能无比强大
ASP.NET几乎能做我们在网络上能想到的任何事情, 比如文件的上传, 在ASP中, 只能通过组件才行, 但是在ASP.NET中, 只需要简单的代码就可以了。
⑤服务器处理
ASP.NET中的控件都可以在服务器端处理, 它本身就包含了一系列服务器控件, 而且可以把一个普通的HTML控件转变成一个服务器控件, 只需要在使用标准的HTML控件脚本中添加“run at=server”属性, 这样就可以利用服务器端的代码对控件进行逆向编程, 而且由该控件的ID直接识别它。
⑥代码和内容的分离
在ASP中, 通常代码 (ASP脚本) 和内容 (HTML) 混合在一起, 这使得同时设计和编写代码变得困难, 而且页面升级时, 也存在潜在危险。在ASP.NET中一般可通过代码内联和后台编码两种方法实现代码和内容的分离。
⑦ASP.NET在改进应用程序功能方面创造出难以置信的奇迹
ASP.NET在现有的基于ASP的应用程序性能的基础上, 其性能优化了三倍之多, 使生产效率大幅提高。
ASP.NET的上述这些新特性, 让它远远超越于ASP, 有效缩短了Web应用程序的开发周期。
3 结束语
天馈线系统预警平台的设计, 通过对大数据技术进行合理应用, 进一步完善了发射机监测软件的各种监测和预警功能, 并对各种故障现象分门别类进行故障处理, 从而极大地提高了台站故障处理的工作效率和管理水平, 为传输发射工作的顺利进行起到了很好的保驾护航作用。
参考文献
[1] (美) 奥尼恩, 施诺译.ASP.NET基础教程——C#案例版.北京:清华大学出版社, 2003.
发射平台 篇7
我台两部S7HP型发射机系法国Thomson公司生产的大功率全固态中波发射机,由3个单元机组成,每个单元机输出功率为400k W,三并机输出功率为1200k W,可实现N-1和N-2状态播出,即可以实现三并机、两并机和单机播出。即使有一个或者两个单元机发生故障甚至关闭,发射机的并机管理系统可甩开故障单元机,发射机仍可降功率正常运行。维护操作只需针对故障单元机,这种设计维护方便,而且具有很高的可靠性,但对并机管理系统要求却很高,一旦并机管理系统出现大故障,将造成长时间的停播,严重威胁安全传输发射工作。
我台两部发射机于2002年正式播音,已运行十三年,随着设备老化,许多板件很容易损坏。若并机底板等大板件损坏,并机管理系统将处于故障状态,从而关闭整部发射机,而更换大板件耗时长,将造成长时间的停播。若对发射机进行备机,需重新改造机房,且价格昂贵,耗费巨大。
分析发射机运行方式,在并机管理系统出现故障的情况下,单元机将出现并机封锁故障(Blocking by GESMUL),断开单元机与并机管理系统的光纤通信连接,单元机将出现并机安全装置故障(Combiner safety device)。由此可见,在并机管理系统出现故障的情况下,单元机本身并无故障,只是受并机控制,无法开机,若甩开并机管理系统,接入单机通信平台,代替并机管理系统与无故障单元机进行通信,解除并机控制,即可实现开单机应急播出,维持发射机正常运行。
2单机通信平台的系统设计
S7HP型中波发射机在两个单元机出现故障的情况下,可以以降级方式运行,将无故障的单元机通过单机滤波柜切换到天线上,人工操作单元机触摸屏开启单元机,维持单机400k W播出。
当并机管理系统出现故障,无法短时间内恢复播出时,可断开并机管理系统与无故障单元机之间的光纤连接,接入单机通信平台,使其与单元机建立通信连接,解除并机封锁,实现应急开单机播出。
本文基于STM32单片机和以太网控制芯片W5200搭建单机通信平台,经过光纤收发器与单元机进行以太网通信,硬件连接示意图如图1所示。
2.1硬件设计
单机通信平台硬件系统由主控模块、以太网模块、光纤模块和显示模块等四部分构成。主控模块是系统的核心模块,模拟并机管理系统与单元机进行数据交换;光纤模块主要实现数据的网络传输;以太网模块按照TCP/IP协议,完成主控模块通信数据的转换;显示模块可以显示系统的运行状态。主控模块、以太网模块和显示模块的电路集成在一块板件上,光纤模块使用外置光纤收发器。
2.1.1主控模块
主控模块的设计采用32位处理器,STM32F103VET6为主控芯片,该芯片由ST公司生产,其外设丰富、性能优越。作为本系统的控制中心,协调各个模块的工作,以实现与单元机的通信。
STM32F103系列芯片是ST公司推出的基于Cortex-M3核的微控制器,它在Cortex-M内核的基础上扩展了高性能的外围设备,工作频率最高可达72MHz,内置有高速存储器,有丰富的增强I/O端口和链接到APB总线的外设。STM32产品成熟、性价比高、集成度高、功耗低,在编程时可以使用其自带的固件库,使整个程序架构清晰,方便易懂。
STM32F103VET6是100脚STM32F103系列的高端芯片,其高达512k的FLASH存储器和64k的RAM可存储大量用户数据,从而在设计时不需要外接存储芯片,简化了整个设计过程。100脚的处理器封装小巧、功能强大,因此整个设计选择了此款芯片作为主控芯片。
主控模块电路实际上就是基于芯片STM32F103VET6的最小系统,主要包括晶振电路、复位电路、启动模式选择电路和调试接口电路等。最小系统电路如图2所示。
(1)晶振电路
高速外部时钟信号HSE由8MHz晶振产生,为系统提供精确的主时钟,低速外部时钟信号LSE由32.768k Hz晶振产生,为实时时钟或者其他定时功能提供低功耗且精确的时钟源。与晶振连接的负载电容器必须尽可能地靠近晶振引脚,可减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间。
(2)复位电路
采用RC复位电路,在上电或者按下复位按键时,在NRST引脚产生高于20μs的低电平延时脉冲,从而使芯片复位。
(3)启动模式选择电路
通过设置BOOT[1:0]引脚可以选择三种不同的启动模式,如表1所示。
在系统复位后,SYSCLK的第四个上升沿,BOOT管脚的值将被锁存。通过设置BOOT1和BOOT0引脚的状态,来选择在复位后的启动模式。
2.1.2以太网模块
以太网模块采用韩国WIZnet公司生产的以太网控制芯片W5200,该芯片利用内部硬件实现了TCP/IP协议栈,内部有32k的存储器用于通信数据的存储,通过SPI接口就可以实现网络的连接,而不必要处理复杂的以太网控制。SPI的时钟最高可达到80MHz,极大地提高了网络通信的传输速率。
以太网模块结构如图3所示,STM32单片机提供了时钟信号、控制信号和复位信号,利用串行接口SPI进行通信数据的接收与发送,RJ45提供了以太网通信接口,网络指示灯指示网络的工作状态。
2.1.3显示模块
使用LED指示灯显示系统工作状态,指示灯功能如表2所示。
2.1.4光纤模块
发射机的并机管理系统与三个单元机之间采用光纤通信进行数据的交换,传输方式为多模光纤,工作波长为850nm。使用美国IMC Networks公司推出的光纤收发器Mc Basic MM850,即可实现单机通信平台与单元机的通信连接。该光纤收发器功能强大、质优价廉,端口速率为10Mbps,支持多模850nm传输,采用ST光纤接口。
2.2软件设计
2.2.1设计要求
单机通信平台必须具有以下几个功能:
(1)自动识别已连接的单元机,并显示连接设备号;
(2)自动保持与单元机的通信连接,并在连接正常后,自动发送解除并机封锁指令;
(3)通信中断后,可重新等待客户端接入;
(4)可显示通信连接状态。
2.2.2开发环境
Keil是德国知名软件公司Kei(l现已并入ARM公司)开发的微控制器软件开发平台,是目前ARM内核单片机开发的主流工具。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(u Vision)将这些功能组合在一起。u Vision当前最高版本是u Vision5,它的界面和常用的微软VC++的界面相似,界面友好、易学易用,在调试程序,软件仿真方面也有很强大的功能。本软件编写使用的开发环境是Keil u Vision4,并用Keil编译器附带的烧写程序,用Cortex_M3J_LINK方式完成程序的下载。
2.2.3发射机通信协议
S7HP型中波发射机是通过以太网的光纤传输控制协议来进行信息交换,TCP协议的报文有两种类型,一个是服务报文,一个是数据报文。其中,数据报文又分为三种:
(1)状态数据报文,传输发射机并机或放大单元的状态信息;
(2)模拟值数据报文,传输发射机并机或放大单元的运行参数;
(3)命令数据报文,MMI本地操作或远程控制中心发送的操作命令。
2.2.3.1服务报文
服务报文的结构为:服务码>0x8000。
发射机各放大单元(客户端)与并机管理系统(服务端)的正常通信需要一个心跳机制,心跳包(服务报文)为0x CAFE。为了确保客户端与服务端之间的正常通信,客户端须每500ms发送一个心跳包,服务端收到心跳包则回送一个心跳包,若连续10次(5s)没有收到心跳包,则判定通信中断。
2.2.3.2数据报文
(1)数据报文的结构如表3所示。
(2)报文头的结构如表4所示。
(3)报文类型定义如表5所示。
(4)源设备定义如表6所示。
(5)发射机命令消息正文不需要正文头,消息格式如表7所示。
(6)单机通信平台和放大单元通信成功后,主要任务是发送命令,解除并机封锁,用到的命令有本地指令和放大单元上天线指令。若要发送本地指令,则发送的代码如表8所示。
其他数据报文类型在本系统并未用到,可做扩展功能使用,在此就不一一介绍。
2.2.3.3网络参数设置
发射机端口号为2332,设备的IP地址如表9所示。
将单机通信平台的IP地址设置为192.6.2.210,端口号设置为2332,即可模拟并机管理系统和放大单元进行通信,通过三次握手和放大单元建立连接,并保持与放大单元的心跳通信,给放大单元发送命令,解除放大单元的并机封锁,使其处于无故障状态,即可实现单机应急播音。
2.2.4软件编程
系统软件主要完成W5200的SPI通信、状态显示以及模拟并机同单机的以太网通信。程序采用STM32的固件函数库在Keil u Vision4环境下编写,主要包括以下内容。
2.2.4.1初始化
首先完成GPIO口初始化配置,将PA3配置为W5200的复位信号,配置PA8引脚为W5200的SPI从模式片选,配置PA5为SPI时钟,配置PA7、PA6为SPI的输入输出口。
2.2.4.2以太网通信
系统程序流程如图4所示。
单机通信平台模拟并机管理系统,对W5200配置网络参数,设置平台IP地址为192.6.2.210,默认网关为192.6.2.1,子网掩码为255.255.255.0。
系统初始化设置完成后,等待客户端的连接,对于单机发送的连接请求,通过三次握手建立TCP连接,之后客户端和服务器开始传送数据。平台与单机建立连接后,给单机发送指令,解除其并机封锁故障,这时可人工操作单机触摸屏(MMI)使其开单机播音。为了保持通信连接正常,平台与单机之间需要进行心跳通信,平台收到单机发送的心跳数据报文,立即回送一个心跳数据报文,并将心跳丢失次数寄存器清零,若在500ms内未收到心跳数据报文,则心跳丢失次数寄存器加1,当累加到10次,平台自动断开连接,等待新的客户端重新连接。
3结束语
单机通信平台已投入使用,在并机失效情况下,实现发射机应急播出,为维护工作争取了宝贵时间,使安全传输发射任务多了一份技术保障。我们将进一步优化软件代码,使其稳定运行,确保设备间通信连接正常,我们还将设计外壳,使平台更美观,使用更方便。随着科技的不断进步,作为技术维护人员,我们要时时刻刻严格要求自己,努力学习新知识,将自己所学运用到广播事业中去。
摘要：本文设计了以STM32单片机为核心的单机通信平台,介绍了单机通信平台的硬件组成及工作原理,同时给出了软件流程图,该平台采用以太网TCP/IP协议模拟发射机的并机管理系统与单元机进行通信,开单机应急播出,维持发射机正常运行。
关键词：中波发射机,单机通信平台,硬件设计,软件设计,应急播出
参考文献
[1]廖义奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计.