基于组态软件平台实现调频发射机自动化监控

目前国内大部分广播电视发射台站工作方式为专人全天24小时值班，定时巡视、检查设备和机房的工作情况以及周边环境。这种工作形式让值机人员背负了沉重的负担，值机人员无法及时发现设备故障以及排除故障，对突发状况的准确时间和责任也没有科学的管理，更缺乏对发生的故障做全面数据分析的能力，使得问题不能得到妥善解决。随着广播电视设备的数字化、网络化技术的不断发展，计算机自动化监控系统逐步渗入到广播电视领域，为广播电视节目的安全优质播出起到了不可或缺的重要作用。1.组态软件组态软件通常被叫作组态监控系统软件，它是一种专用于数据采集和过程控制及监控的专用软件。组态软件一般处于自动控制系统中监控层级别的开发环境和软件平台，它可以提供灵活的组态方式，方便用户快速实现对工业现场的监视与控制。通俗意义上来讲组态软件给用户提供了一个简单便捷的操作平台，用户借助此平台只需要做一些简单的二次开发，就可以快速实现对自动化生产过程和工业现场的实时监视控制功能。组态软件支持TCP/IP、RS232/485/422、SNMP、OPC、DDE、MODBUS、SUB等各种标准化协议和接口与多种硬件设备通信，利用其提供的硬件设备（板卡、变频器、智能模块、PLC、智能仪表等）的I/O驱动、组态软件实时采集工业现场的各种数据和信号，从而实现对工业现场的监视以及控制。2.研华采集模块研华系列数据采集模块是内置微控制器、传感器，连接计算机接口的一种智能设备。这些模块可以发出ASCII码格式的简单命令集，通过RS-485通信协议发送并予以遥控。模块能够提供信号调理、隔离、A/D转换、调整量程、数据通讯及数据比较等功能。调频发射机自动化监控系统将采用研华公司的ADAM-4017、ADAM-4060模块采集发射机数据。ADAM-4017，是16位A/D、具有8通道的模拟量输入模块。能够采集电流、电压等模拟量信号，它支持2路单端信号，6路差分输入，其输入范围+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。在测试电流信号时，需要在输入端口并联一个125欧姆电阻。它的每个通道都有可编程的输入范围，并且可以在模拟量输入通道和模块之间提供达到3000V直流电的光隔绝保护，这样就避免模块以及周边设备被输入线上的高压电损坏，它的应用在工业测量和监控中提供了很好的性价比。ADAM-4060，继电器输出模块提供4路继电器通道，其中2路A型，2路C型，击穿电压：500Vac(50/60Hz)，绝缘电阻：最小1000M(500Vdc时)，非常适合开关控制或低压开关控制的应用。3.调频发射机自动化监控系统介绍调频发射机的自动化监控，究其本质就是对开关量、电位器、电压、电流、各类电阻、电容、电感量以及输入输出信号的监测和调整。本调研使用的调频发射机有ELENOS-1000系列、ELENOS-3000系列、RVR-3000系列。ELENOS调频发射机是近年生产的数字调频发射机，提供完整的数字通信协议，在组态监控软件中按照通信协议开发驱动程序，通过DB9接口就可以实现计算机对调频发射机的自动监控。RVR调频发射机使用年限较长，没有数字通信协议，可以采用智能模块、可编程逻辑控制器（PLC）或单片机--这些设备在系统中统称为下位机，通过模拟量输出接口采集数据，实现对调频发射机的自动监控。4.实施步骤以国内组态软件--组态王监控软件为平台设计开发调频发射机自动监控系统。具体的实现步骤如下。4.1数据处理（1）数据采集：组态王监控软件通过研华公司的亚当4017、4060等系列智能模块，采集调频发射机的开关量、模拟量（功率、反向功率、电流、电压、输入输出信号等重要参数），经放大或分压，使信号限制在0～5v范围内，连接智能模块的标准I/O接口传输到监控主机进行数据操作。我们把机房内的各台设备以总线方式连成一个网络，监控软件对每个采集模块（或者设备）分配一个地址，依靠地址来区分设备。将总线与监控主机的串口相连，监控主机通过RS232/485通信协议与采集模块（或者设备）交换数据，对调频发射机进行自动监控。监控软件与设备的通信频率根据用户需求调整，可以精确到毫秒级，真正实现对设备的实时监控，如图1。图1数据采集示意图（2）数据显示：设备的各种参数（功率、电流、电压、输入输出信号等）可以数字、报表、图形、曲线等形式显示在监控系统中，便于用户查看、分析。监控软件中图形、画面的变化与实时数据库变量的对应关系建立起“动画连接”属性，当现场设备的参数发生变化时，通过I/O接口将引起实时数据库中变量的变化，最终以图形变化的方式显示给用户。这样开发系统中制作的静态画面就动态地反映出设备现场的变化情况，如图2。图2监控系统运行图（3）数据记录：监控软件对数据的记录形式分为数据变化记录和定时记录。数据变化记录，当I/O变量的值发生变化，并且现今数值与上次数值之间的差值大于设定的数值变化灵敏度时，该变量值允许记录，这种数据记录方式一般适用于数据变化较快的情况；定时记录，不论I/O变量是否变化，运行系统按照事先定义的时间间隔将数据变量值记录保存下来，每隔设定的时间间隔都对变量值进行一次记录，这种方式适用于数据变化缓慢的场合。数据记录文件包括三种：*.tmp、*.std、*.ev。*.tmp为临时的数据文件；*.std为压缩的原始数据文件；*.ev为进行了数据处理的特征值文件，供监控软件历史趋势曲线调用。此外监控软件能够和其他外部数据库（支持ODBC访问接口）之间传输数据，如图3。图3数据查询图4.2故障报警报警指的是系统中某些变量的值超越了所规定的界限时，运行系统就会自动发出相应的警告信息，以动态图像、声音、手机短信等方式通知用户。组态网监控软件对报警的处理方法为：每当报警发生时，把这些报警信息按照先进先出的队列形式保存在内存中的缓冲区中，当缓冲区容量达到指定数目或者到达记录定时时间，系统自动记录报警信息。报警信息的显示和记录方式分为：报警窗口输出显示、文件形式记录、数据库形式记录、实时打印。报警信息显示报警事件的日期、时间、变量名、报警值、报警类型、恢复值等内容。4.3运行安全调频发射机自动化监控系统为了保证自身运行安全，对监控画面上的图形要素设置了访问权限，同时给用户分配安全区和访问优先级。当用户的优先级小于图形要素的访问优先级或不在图形要素的访问安全区内时，该图形要素不可访问。简单地说，访问一个有权限设置的图形要素，首先要具有访问优先级，而且用户的操作安全区必须在图形要素的安全区内时才能访问。这样的安全设置充分保证了不同权限的用户对监控系统的操作权利，确保了监控系统的安全稳定运行。4.4远程访问系统采用B/S结构，支持Internet/Intranet网络上的任何一台PC机通过IE浏览器浏览设备现场的实时画面，监控各种设备采集数据，实现了对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。WEB功能结构如图4所示。图4WEB功能结构图5.系统功能（1）利用声音、动画和图形等方式形象直观的呈现出调频发射机设备运行现场信息，实时监视设备的工作运行情况，并且可以修改设备的工作参数，控制设备的运行情况，做到充分干预工作现场。（2）通过声音、动态画面、电子邮件、短信、语音等手段及时将设备工作中的紧急情况和突发状况通知给相关工作人员，确保用户第一时间掌控调频发射机的运行状况。（3）逻辑运算、数字运算调频发射机现场数据，统计设备工作时长、停播时长、报警次数，并将计算结果存盘保存。（4）将调频发射机的运行参数、报警信息、操作信息记录存储，提升设备的运行效率。当设备发生故障时，调用保存的工况数据和运行参数，分析事故原因，追查人为责任。（5）把设备的工作参数、运行数据、报警信息以及用户的操作信息以曲线或者报表形式显示，方便用户参考和打印。（6）组态软件能够提供多种外设接口，方便用户编写程序实现自己特定的功能需求。（7）确保数据安全可与外部数据库（Oracle、SQLServer、Mysql等）共享数据。（8）系统提供服务器/客户端架构，实现了集中管理分散控制，有利于系统的安全稳定。6.系统特点（1）功能强大系统提供丰富的编辑和作图工具，提供大量的工业设备图符、仪表图符以及趋势图、历史曲线、数据分析图等；提供友好方便的图形化用户界面，比如工具栏、按钮、菜单、信息区、滚动条等整套的Windows风格窗口。系统画面灵活多变、丰富多彩，能够形象显示设备的工作运行状况，方便用户的集中监控，具有强大的通信功能和良好的开放性，系统向下可以与数据采集硬件通信，向上可与管理网络互联。（2）实时性与多任务组态软件运行系统中，数据的采集、输出和处理是实时进行的，没有数据延迟，确保数据的准确无误。动态画面、图形显示、算法实现、数据存储、曲线报表、数据查询、人机互动等多任务完全在一台计算机上同时实现，资源利用率高。采用组态技术实现的控制系统从硬件到软件开发设计都具有组态性，不仅降低了系统的开发设计难度并且提高了系统的完成速度和可靠性。（3）简单易学不需要掌握太多的编程语言技术，甚至不需要编程技术，根据工程实际情况，利用其提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O驱动以及开放式的数据库和图形界面制作工具，便可以实现一个具有动画联动效果、实时数据处理、历史数据记录、曲线报表显示以及具有网络功能和多媒体功能的庞大工程。（4）扩展性好利用组态软件开发的应用工程，当现场因素（硬件设备、系统结构等）改变或者用户需求发生变化时，不需要过多改动便能顺利完成软件的更新和升级。（5）可靠稳定组态王监控软件提供了双设备冗余、双机冗余和双网络冗余功能，能够有效地减少