楊 凱

（國家新聞出版廣電總局 五九四臺，陜西 咸陽 712000）

0 引言

我臺在近幾年的自動化改造過程中全套引進了瑞士Thales 公司較為先進的500kW 發(fā)射機控制系統(tǒng)——StationMaster plusⅡ。該系統(tǒng)運用了先進的控制技術，實現(xiàn)了在強電磁干擾情況下對大功率發(fā)射機集中遠程控制，滿足了現(xiàn)代化電臺的自動化需要。整個系統(tǒng)通過以太網(wǎng)技術，將全臺技術設備連接在一起，并通過經(jīng)典的三層控制體系使中央控制室的主控計算機監(jiān)控所有的技術設備，主控計算機本身也采用了主、備機互為熱備的可靠性設計模式，保證了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 Thales 控制體系

發(fā)射機主控系統(tǒng)從控制體系上劃分主要分為遠程控制結(jié)構(gòu)和中控機房的主備機控制結(jié)構(gòu)。Thales 遠程控制結(jié)構(gòu)主要涉及主控計算機與各發(fā)射機房發(fā)射機、天線矩陣控制系統(tǒng)、電力監(jiān)視系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞、分發(fā)及響應，該結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)用戶與設備執(zhí)行機構(gòu)的交互，完成對發(fā)射機的一系列操控和對各技術設備實時狀態(tài)信息的回傳任務；而中控機房的主備機控制結(jié)構(gòu)主要是基于對整個控制的可靠性要求而設計的，用于加強系統(tǒng)的安全性。

1.1 遠程控制結(jié)構(gòu)

圖1 控制結(jié)構(gòu)

如圖1 所示為經(jīng)典控制系統(tǒng)的原形，Thales 遠程控制結(jié)構(gòu)也是基于此三層控制原理模式設計的，它主要分為控制與顯示層、通訊層、處理層。

1.1.1 各種單獨的設備接口：傳感器和執(zhí)行機構(gòu)（“Process”）

在Process 層，遠程終端設備（Remote Terminal Units）實現(xiàn)翻譯各種設備數(shù)據(jù)的任務，能夠通過通訊層與控制系統(tǒng)進行通訊。

一個遠程終端設備一般包括一個帶有輸入/輸出的PLC 系統(tǒng)和完整的處理器，具備以下三條功能：

1）翻譯與通訊協(xié)議有關的傳感器信號；

2）對照網(wǎng)絡信息地址，翻譯收到的信息，轉(zhuǎn)換成簡單的控制命令；

3）對輸入／輸出信號進行預處理，降低主控計算機的負擔。

這種方式允許整合不同生產(chǎn)廠家的設備到Process 層，例如：不同型號的發(fā)射機，天線系統(tǒng)，消防系統(tǒng)，監(jiān)視系統(tǒng)，電力管理系統(tǒng)等，都可以整合到控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的靈活性?？刂葡到y(tǒng)因此能夠具有一個清晰的和標準模塊化的架構(gòu)，便于進行維護和升級。

1.1.2 數(shù)據(jù)通信：任何網(wǎng)絡設備和子系統(tǒng)或者點對點連接單獨設備的傳感器（Communication）之間數(shù)據(jù)流

根據(jù)設備型號和廠商提供的通訊架構(gòu)和通訊協(xié)議，可以實現(xiàn)分別直接連接多種網(wǎng)絡設備，各種設備的驅(qū)動可以使控制系統(tǒng)了解到詳細的網(wǎng)絡協(xié)議。這表示，對于控制軟件，各種通訊協(xié)議的種類是不重要的；可以看作是所有的數(shù)據(jù)通訊都是在和同一個設備進行，也就是說各種設備通過各自的驅(qū)動程序的加載，能夠采用相同的協(xié)議進行通訊。這樣就為系統(tǒng)的整合和第三方設備的加入提供了非常有利的條件。

1.1.3 計算機控制整個發(fā)射臺設備并顯示所有重要設備的數(shù)據(jù)，并以各種方式應用這些數(shù)據(jù)。（Control and Visualization)依據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)范，這種控制系統(tǒng)可以整合各種自動控制系統(tǒng)或智能系統(tǒng)的功能。

1.2 中控機房主控計算機控制結(jié)構(gòu)

中控機房主控計算機既是整個發(fā)射機控制系統(tǒng)指令的發(fā)起者同時又是全臺發(fā)射機狀態(tài)，各機房電力，天線矩陣回傳數(shù)據(jù)的監(jiān)測者，是整個控制系統(tǒng)的核心，他的安全性對整個控制系統(tǒng)的可靠運行起到至關重要的作用。因此，該主控計算機設計上最終采取了在線式主備機互為熱備設計結(jié)構(gòu)，確保了主控系統(tǒng)核心計算機的安全性。

1.2.1 主控計算機熱備份

中控機房的主控制系統(tǒng)主要由兩臺相同的互為熱備份的工業(yè)計算機（SCADA1 和SCADA2）、輸入設備切換器（KVM Switch）、顯示和控制板及PLC 可編成控制器構(gòu)成。

圖2 熱備份原理框圖

如圖2 所示，正常工作時兩臺計算機同時運行，當主計算機出現(xiàn)錯誤時，PLC 會發(fā)出切換鍵盤，鼠標，顯示器和網(wǎng)絡命令，將設備切換到備份計算機。熱備份系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）持續(xù)升級備份計算機的日志文件和系統(tǒng)文件，目的是確保平滑切換；

2）持續(xù)監(jiān)視主運行圖，一旦系統(tǒng)崩潰會重新啟動程序；

3）持續(xù)監(jiān)視數(shù)據(jù)通信進程DB Center 是否正常，一旦出現(xiàn)錯誤會切換到另一臺計算機上；

4）持續(xù)監(jiān)視計算機工作是否正常，出現(xiàn)錯誤會切換到另一臺計算機上；

5）重新啟動系統(tǒng)會重新啟動所有控制模塊；

6）如果從主計算機發(fā)出的心跳信號沒有通過交換機發(fā)出，PLC 會切換到備份計算機上。

當主計算機出現(xiàn)故障，熱備份切換同時，蜂鳴器會報警，直到系統(tǒng)正常后聲音才停止，給值班人員提供一個實時聲音和圖像同步指示。

圖3 主控系統(tǒng)子程序間關系

1.2.2 主控系統(tǒng)的運行方式

主控系統(tǒng)構(gòu)成中雖然有兩臺工業(yè)計算機（SCADA1 和SCADA2），并且他們是互為熱備份的，但整個系統(tǒng)在任何時刻只有一臺計算機控制整個系統(tǒng)，負責對整個主控系統(tǒng)進行監(jiān)控，實際上互為熱備份，只是保證了兩臺可作為主控計算機的數(shù)據(jù)是時刻同步并且完整的，只有兩臺計算機在PLC 的監(jiān)測下，使其中的一臺獲得了控制權之后，這臺計算機才是整個系統(tǒng)的主控制機器，而獲得控制權的主控計算機對發(fā)射機遠程控制工作實際是由該臺計算機上運行的若干個程序組成。各個程序間的聯(lián)系如圖3 所示。

從圖中可以看出當一臺計算機獲得控制權后，首先會運行WDogHot.exe，即看門狗程序，它功能是監(jiān)控系統(tǒng)所有動態(tài)程序，實時地傳送給PLC 設備控制，在它的引導下會相應的啟動Bcs.exe、AutoMaster.exe 和Evelistgen.exe 三個程序。

Bcs.exe 是廣播控制系統(tǒng)的主控程序，提供給用戶一個圖形化的控制界面。

AutoMaster.exe 是針對處理遠端發(fā)射機房數(shù)據(jù)而獨立運行的進程，每個機房都對應一個相應的AutoMaster.exe。

Evelistgen.exe 是為了記錄發(fā)射機各種狀態(tài)信息而設計的進程。

這三個程序所采集到的數(shù)據(jù)和將要發(fā)出的指令最終都將會匯總到主控計算機通訊軟件DBCENTE（SCADA 程序在控制系統(tǒng)中指DBCenter 程序）中同步數(shù)據(jù)。DBCENTE 這一程序在系統(tǒng)后臺運行。程序的功能是管理所有設備通訊，程序名是dbcentre.exe。DBCenter 的配置文件含有所有設備的信息。通過對DBCenter 的配置，DBCenter.exe 程序通過調(diào)用Windows XP 底層驅(qū)動與遠端設備進行通訊，實時處理整個系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，從而完成主控計算機對整個系統(tǒng)的控制流程。

2 Thales 控制體系的應用

StationMaster plusⅡ控制系統(tǒng)是在Thales 公司多年從事控制系統(tǒng)研發(fā)的基礎上，推出的一個比較新的控制系統(tǒng)，在實際運行過程中具有如下特點：

1）發(fā)射機本地控制系統(tǒng)從ECAM 升級到ECOS2，而且在硬件上也進行了很大的升級，發(fā)射機控制系統(tǒng)和天線控制系統(tǒng)都是目前世界上最先進的系統(tǒng)之一。

2）遠程控制協(xié)議采用TCP/IP，可以使用網(wǎng)絡實時監(jiān)控發(fā)射機和各系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)。

3）通訊的穩(wěn)定性和可靠性是保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎。整個控制系統(tǒng)采用光纜、工業(yè)級計算機等設備，能夠大大降低短波發(fā)射帶來的強電磁干擾。

4）控制系統(tǒng)的設計理念是從工業(yè)控制的角度出發(fā)，采用先進的計算機網(wǎng)絡技術和設備，達到系統(tǒng)簡化和可靠性提高的雙重效果。全臺的技術設備都可以通過中央控制室的兩部主控計算機進行實時監(jiān)控，而且對發(fā)射臺多個控制子系統(tǒng)，例如電力監(jiān)視，150kW 發(fā)射機控制和天線控制等自動化子系統(tǒng)也可以通過SNMP 協(xié)議，全部納入到主控制系統(tǒng)中來，具有較高的整合度。

5）程序設計中采用模塊化設計，多進程多任務處理模式，提高了系統(tǒng)工作效率。

6）本系統(tǒng)還增加了對DRM 發(fā)射機節(jié)目源進行處理和傳輸?shù)脑O備，為今后實現(xiàn)數(shù)字廣播打下了很好的基礎。

3 結(jié)束語

經(jīng)過對Thales 500kW 主控系統(tǒng)控制體系的分析，我們可以看出該系統(tǒng)在控制體系上設計合理，各層次劃分明確，各功能模塊在整個系統(tǒng)中既能實現(xiàn)自身單一功能又可與其它功能模塊協(xié)調(diào)處理公共數(shù)據(jù)，增強了系統(tǒng)的健壯性。整個系統(tǒng)在我臺實際應用過程中，所有控制的發(fā)射機及相關技術設備各項功能正常，設備運行良好，進一步提高了安全傳輸發(fā)射工作可靠性、安全性。