发射机监控系统的实现.docx
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发射机监控系统的实现
发射机监控系统的实现
【摘要】 本文以模块化的设计思想,构建了发射机的监控系统,该系统实时监测发射机各部分的运行参数、故障报警、自动开关机、运行参数调整等,并且能够存储、显示、管理发射机的运行数据。
【关链词】 工控机 总控单元 电控单元 功放数据采集模块
1前言
对于发射机的运行监控,传统的方式都是人工巡机、手工记录、手工操作。
这样的方式,不仅工作量大、工作效率低、存在人为差错,而且由于是定时巡机和记录,既不能及时发现故障隐患,也不能完整地记录发射机运行数据。
为此,有必要开发基于计算机控制的发射机监控系统,将以往人工巡视的传统工作模式,转换为计算机实时监控的先进模式。
该监控系统涉及自动控制技术、检测技术和计算机技术,要求它能对发射机的运行参数和运行状态进行动态监测,保障发射工作的稳定运行。
同时它还应该具备以下功能:
实时监测、显示发射机各部分的运行参数、实现故障报警、故障定位、自动开关机、调整运行参数;还能对发射机的运行数据进行存储、统计、查询和打印等。
2系统组成
发射机被监控的内容,有些是只监测其“是”、“非”或“有”、“无”的状态量;有些是要监测其具体数值的模机量;有些参数需要进行设置,比如激励器的激励功率、工作频率等;有些操作则需要进行控制,比如供电单元的开关机等。
为对上述内容实施最优先化的监控,设计时采用了模块化结构,将系统划分为若干子系统,解除子系统之间的耦合,使它们之间相对独立,以便分别设计硬件电路和实时监控软件。
在子系统最优化的基础上,考虑各模块之间的相互联系,协调各子系统运行,从而达到对发射机的最优化监控,为此,选择了集散型监控方案,来构建发射机的监控系统。
该系统主要由总控单元(下位机)、激励器模块(原有)、电控单元(包括电控模块和功放电源测控模块)及功放数据采集模块组成。
各单元模块的硬件部分是单片机及其外围扩展电路和采集控制电路;软件部分采用模块化程序设计方法来实现,发射机监控系统组成框图如图l所示。
总控单元是整个监控系统的核心,向下负责各功能模块的数据采集、存储、监视和控制。
向上负责传送数据并接收指令,同时负责指挥各模块的工作,是整个监控系统不可缺少的一部分。
其他各模块都各自有自身的测试功能,负责对自身的数据进行采集传送,其中,电控模块还有控制功能,可接受来自总控单元或上级工控机的控制指令,并做出相应反应;功放数据采集模块负责采集功放的参数;激励器模块是激励器的原有部件,它接收并执行总控单元指令,负责激励器开机和关机程序,以及设置和调整激励信号电平,当总控单元呼叫时,负责上传激励器的数据。
总控单元与各测控模块之间及总控单元与工控机之间都是用RS485接口进行通信。
RS485相对于RS232来说,它的传送距离更远,数据速率更高,带负载能力更强。
由于激励器及工控机均为RS232接口,所以需要用2个RS232/RS485转换器。
整个系统总体工作原理可分为以下两个部分;
(l)数据采集传送:
发射机各单元的待测参量先通过敏感元件转换成摸拟量,然后再送到各测控模块转换成数字量,最后通过RS485接口上传到总控单元,由总控单元存储、分析和显示。
在总控单元,数据采集记录包括:
测试时间(年、月、日、时、分、秒)、激励器各参数、功放各参数、总输出功率、驻波比、电源和风机等参数。
(2)指令控制与处理:
本系统除了数据采集传送功能外,还具有控制功能。
首先,总控单元不仅采集和存储数据,还负责对这些数据进行实时监视,一旦某个参量超出允许范围,就会立即报警,同时发出相应的控制指令。
具体表现为:
功率放大器过激励、过载和供电电压异常等,均由总控单元做出判断,并向激励器发出相应的故障信息,激励器接到信息后,分析原因,做相应故障处理;其次,电控单元还可接受总控单元或上级工控机的控制指令,实现自动开关机;最后,总控单元可与上级工控机进行通信,除上传数据外,还也可接收其控制指令。
3总控单元
3.1硬件组成
发射机总控单元结构框图如图2所示。
总控单元主要由下面几个部分组成:
(l)两个RS485接口,一个用于与各测控模块通信,另一个用于与上级工控机通信;
(2)一个32k存储器,用于整机所有数据的存储;
(3)一个实时时钟,以便在每一个数据记录中,都有一个实时的时间记录;
(4)一个模拟开关和一个A/D变换器,用于总输出功率,反射功率等参数的测量;
(5)一个4×20液晶字符显示屏和一个5按键的小键盘,用于简单的人机对话,实现本机监视和设置;
(6)一个看门狗,用以保证单片机不死机。
由图2可以看出,总控单元具有对电源的缺相监测功能,但在给发射机供电的三相电源中,只要有一相有电,总控单元、电控模块和功放数据采集模块就能正常工作,因此不会出现发射机工作而测控系统不工作的情况。
3.2软件流程
发射机总控单元的简要软件流程如图3所示。
软件流程主要完成总控单元的数据采集管理功能和与上级通信功能。
在总控单元中,发射机累计工作时间的最小单位是“分”,总控单元每分钟监测一次总输出功率,只要调频发射机输出功率大于10W,即进行工作时间累计。
发射机总控单元与工控机通信采用中断接收方式,其软件流程如图4所示。
在总控单元可通过按键设置本机地址,用于工控机与多台发射机之间的通信,当发现总控单元点名时,各发射机可自动核对地址:
地址不符,不予理睬;地址相符,判断指令,做出相应反应。
在发射机的上传数据过程中,每发送完一条数据记录后,都将发送校验字节,然后等待工控机的确认信号,再顺序发送下一条记录。
工控机接收数据后,若校验错误,则做丢弃处理。
4电控单元
电控单元用于电源、风机及面板按键的管理。
它向总控单元发送电源和风机的工作状况以及各功放电源电流数据,同时可实现自动开关机功能,省去了原有发射机繁琐的开关机步骤。
电控单元主要由一个电控模块和四个功放电源测控模块两个部分组成,其中功放电源测控模块负责各功放电源的数据采集并上报给电控模块,同时执行电控模块的开关(功放电源)命令;而电控模块除收集来自功放电源测控模块的各功放电源数据外,还与总控单元通信、上传数据、接受命令,此外,还负责整机电源、风机电源的开关和整机电源和风机的状态监测。
下面分别介绍电控模块和功放电源测控模块的硬件组成及软件流程。
4.1电控模块
电控模块结构图如图5所示。
电控模块主要由以下几个部分组成:
一个数据检测口和一个A/D变换器,用于风机风压的检测;两个RS485接口,一个用于与主控板通信,另一个用于与功放电源测控模块通信;面板按键接口,用于实现本机自动开关机,即一键开关机;一个看门狗,用以保证单片机不死机。
从图5可以看出,电控模块除负责与功放电源测控模块通信、收集各功放电源电流数据和电源的状态指示,以及通过电控模块控制各功放电源的开关外,还控制着整机电源和风机电源的开关,并对功放电源和风机进行状态监视和数据采集,其采集到的电源和风机的数据都将上报到总控单元。
电控模块的软件流程如图6所示。
4.2功放电源测控模块
功放电源测控模块结构框图如图7所示,主要包括:
一个电源参量检测口、一个模拟开关和一个A/D转换器,用于对功放电源数据的检测;一个RS485接口,用于与电控模块的通信;一个看门狗,用以保证单片机不死机;拨码开关,用于设置本机地址,完成电控模块与每个功放电源测控模块的通信。
功放电源测控模块是从属于电控模块的独立模块,其主要任务是对功放电源数据(包括交流过压、直流欠压以及电源过热等状态量和电源电流)进行检测,同时接受电控模块的命令,对各功放电源进行开关操作,其软件流程如图8所示。
5功放数据采集模块
每个基本功放单元数据采集模块,均负责对本单元内两个功放模块的输出功率、反射功率、供电电压、工作温度及功放模块的工作电流进行检测,同时还对其是否过激励、是否过载、供电电压和工作温度是否正常等进行监测。
功放数据采集模块的结构框图如图9所示,功放数据采集模块主要由以下部分组成:
两个多路开关,一个用于检测模拟量,另一个用于检测各状态量;一个RS485接口,用于与总控单元进行通信;一个看门狗,用以保证单片机不死机;地址存储器,用工控机设定功放地址,省去了原有的地址拨码;设有单片机工作状态指示灯,灯的闪烁证明单片机工作正常。
功放数据采集板的软件流程可分两部分;即主程序和中断程序,其流程图如图10、图11所示。
功放数据采集板主要负责对功放单元各参数进行检测,在此基础上,还加入了对功放个别模拟量的超限判断功能(主要是功放供电电压和工作温度),这些模拟量一旦超过其正常范围,就将记录下来,当总控单元点名时,将测试数据和故障信息上报。
6网络监控系统
把多台发射机的数据送到工控机进行存储和处理。
值机人员通过人机界面监控发射机的运行状况,工控机可实现参数界面显示、故障报警和定位、自动开关机、调整激励器重要参数等监控功能。
同时,还负责数据的存储、分析、查询、打印,以及日期设定和时间的校准。
为了实现网络化监控,采用C/S方式构建局域网,用服务器存储和处理数据,网内PC机通过访问服务器,实现发射机的监控,使工作人员在值机室或办公室都能够掌握发射机的运行情况.并能够调整运行参数和开关机,网络结构示意图如图12所示。
6.1软件开发平台
选择VC.NET作为监控系统软件的开发工具,采用SQLSERVER2005作为数据库的开发工具,软件开发环境为:
操作系统:
Windows2003Server/WindowsXP/2000
数据库:
SQLSERVER2005
开发语言:
MicrosofiVisualStudio.NET2003
6.2主要软件界面
(1)发射机参数监测界面
对每部发射机总输出功率、反射功率、驻波比、功放电源的电压、电流、风机的风量等运行参数进行实时监测与显示;对每个放大器的输出功率,反射功率、工作温度和每个放大器模块的工作电压、工作电流,以及过激励、过载、过欠压、过热等参数进行实时监测与显示;对每部激励器的发射频率、激励功率、调制度等参数进行实时监测与显示。
(2)故障报警界面
报警的方式主要有声光报警、语音报警、自动推出报警相关画面、相关画面、相关图元闪烁等,并且记录报警事件。
服务器根据不同的故障情况进行不同的报警处理,并设立报警确认按键。
当故障发生时,系统进行报警,只有经人工确认后,报警才取消。
(3)发射机参数设置界面
发射机状态监测界面详细显示所有监测的模拟量和数字量,并有操作按钮,可以对设备进行操作。
显示的内容主要包括:
载波频率、总输出功率、驻波比、激励功率、反射功率、调制度等。
主要操作包括:
开关机、升功率、降功率、复位等。
(4)数据管理界面
对系统运行期间产生的一些重要数据进行显示、查询、打印、导出等操作。
主要包括系统日志,监控数据日志,报警日志,开关机日志,播出统计等。
数据可以生成EXCEL报表,以方便作汇报,数据可以按表格方式进行打印。
(5)系统安全管理界面
系统设置了两种不同级别用户,优先级由高到低依次为:
系统管理员和操作员。
系统级管理员具有本系统的所有权限,并可以进行用户管理,可以添加或删除用户;操作员则可以进行除了系统设置以外的操作,操作员本人可以自己修改设定密码。
7结束语
当我们需要对发射台全面监控时,与发射工作相关的电力系统和节传系统,也可以采用模块化结构的方法,纳入本监控系统。
另外,为了实现远程监控,客户机可通过调制解调器经电话网与本地局域网相连,其功能与本地PC机相同,这样即使坐在家里,您也能随时监测发射台内各发射机的工作情况。
考虑到网络安全问题,远程客户机的控制功能需经本地服务器授权。
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