融入原有智能监控系统的发射机接口设计

王贵金 叶圣陶 毛超 扬州广电总台传输控制中心中波发射部

融入原有智能监控系统的发射机接口设计

王贵金 叶圣陶 毛超 扬州广电总台传输控制中心中波发射部

本文阐述了新发射机如何设计接口相关电路，以融入原有智能监控系统，介绍了相关的安装调试流程。

发射机 接口设计 融入智能监控系统

一、前言

通过探讨，改造的主要方法有：（1）采用通讯接口为基础，通过通讯协议转换实现智能监控系统的控制。（2）以原有发射机接口功能为标准，在新发射机上改造，建立与智能监控系统下位机匹配连接的新接口电路，最终实现将新发射机融入机房智能监控系统。

二、两种智能监控系统改造方案比较

2.1 采用通讯接口协议控制方式

采用通讯接口协议控制方式改造是一种简单有效又十分可靠的方案。按照增添通讯电缆和网桥接入总线，将发射机通讯接口软件协议转换为智能监控系统总线软件协议，再利用组态软件在上位机上新建新发射机界面，并实施发射机功能状态的编程，增加分站点，升级软件融入原有智能监控系统平台。但这种方式面临以下几个问题：

（1）由于是软件改造升级，首先需要软件编程人员参与，而当初软件开发编程都是专业公司人员负责，我们对此不熟悉；

（2）原有智能监控系统是在04年建成使用，采用了当时先进的网络结构和模式，用硬件PLC模块及组态软件开发建成，当时许多发射设备无通讯接口；

（3）05年实施的音频和配电融入智能监控系统扩容升级已经用足了主站PLC控制器模块CPU的内存资源，如果再增加监控单元将导致主站计算机内存系统运行速度变慢，可能会破坏系统的可靠性，从而影响系统的正常使用，若要升级智能监控系统就得增加内存资源。再则仅依靠升级原有智能监控系统已不能满足设备更新和数字化发展的需要。更新或添置设备配套进行局部小的升级改造代价并不低，而老的设备因网络固有性能导致升级效果有限，其性价比不如采用新标准重建一套新的智能监控系统。原有智能监控系统从建成使用十多年来一直运行正常，可靠性较高，维护保养得当可以继续使用。若能将新发射机代替旧发射机融入智能监控系统，则升级改造智能监控系统的实用意义不大。

2.2 采用新建发射机接口融入控制方式

为了检验改造后大直径旋流器的分级效果，对改造前后旋流器底流、溢流进行了多个班次不同入料压力的采样分析，结果见表3和表4。

由于旧发射机融入智能监控系统是通过发射机附带的远程遥控监控与智能监控系统下位机之间的连接，实现在发射机的控制器与下位机可编程控制器PLC之间的各类变量信号传送。新发射机接口的新建必须以旧发射机接口功能为参考标准。旧发射机接口与发射机下位机的连接只需要部分变量，因此要熟悉了解旧发射机遥控接口的功能，分清哪些端子变量被选用，新发射机应以此变量为参考，从单片机控制板上寻找相关取样点。

2.3 旧发射机遥控接口功能及对应下位机连接变量

老发射机远程接口功能如表1所示共有25个变量。表1中最上面的两行和最后一行共有11个模拟量，其它为状态量及开关量。在与下位机连接中，为了保持有效应用，采用最能直接反应发射机运行状态和可靠控制的变量，缩减变量的总数量，这样可减少下位机PLC模块的配套使用，减轻编程量。

实际选用的从发射机监控与下位机连接的各类变量如表2所示，共采用了12个变量，其中:5个状态量，5个模拟量，4个开关量可合并为2个常闭常断开关量（高电平开，低电平关）。

旧发射机接口与下位机连接的变量及参数范围主要有开关量（开高压，播出，关机），状态量（高压、连锁、过压、过流、故障报警等），遥测量（输出功率、电压电流、反射电压等），状态量参数是高低电平或状态信号，模拟量经过转换参数范围在0—10V之间。

2.4 新发射机显示控制系统特点及新建接口的可行性

新发射机与旧发射机工作原理和电气网络结构基本相同，都采用PDM脉宽调制制式，输出功率及采用的功放管型号都相同，主电源也采用-140V。尽管控制系统面对的各类被控制对象的功能相同，参数范围几乎一致，但新旧发射机的控制系统单元有很大区别。旧发射机采用集成电路构成控制系统，实现开关机，保障设备协调运行保护，各类故障信息的显示，通过仪表显示遥测量参数大小数值；而新发射机采用单片机为控制中心，所有各类变量信息都送入单片机协调处理，以小液晶屏数字显示模拟量参数，状态量变化及故障信息，发射机开关机通过面板按键输入由单片机执行。单片机设有通讯接口，可以使用相同标准接口用电缆联通，通过通讯协议传送控制变量、遥测量信息或开关机控制信号。

表1 旧发射机远程遥控接口变量类型

表2 旧发射机远程遥控接口与下位机连接变量类型

如果通过在新发射机上取样改造可以使新发射机具有旧发射机同样功能的远程监控接口，并且主要参数标准也相同,那么新发射机就能融入原有的机房智能监控系统。假如将新旧发射机全部遥控接口端子通过继电器同步切换二选一与智能监控系统下位机进行连接，就可实现新、旧发射机与智能监控系统之间遥控开关机控制，遥测数据，传递状况量信息，实现新发射机融入机房智能监控系统运行，同时无须对智能监控系统进行内存资源升级，可节约改造经费，延长原有机房智能监控系统的使用寿命。

新发射机的监控接口状态量和遥测量的转换电路相对简单，而开关机电路改造比较困难。原有的控制信息是时间状态量，通电保持闭合开机，断电关机，新发射机是脉冲量，一触发就会动作，开机，开播出，关机都是脉冲量，为了实现改造需将通电保持的开机量转换为开机及延迟开播出脉冲量。技术改造新建发射机接口应保证不影响发射机的性能指标及正常功能，不影响机房智能监控系统的使用与稳定。

三、新发射机接口的改造设计

3.1 状态量接口电路设计

新发射机接口输入连接智能监控系统的状态量共5个，在新发射机单片机控制外围功能电路板上“准备状态”、“播出状态”、“故障报警”、“低压电源故障”都能找到对应取样电路单元，它们都送往单片机外围接口电路，唯独没有“遥控变量”功能电路。在单片机内的操作界面中有远程遥控的选择菜单，这是为满足通讯接口允许通讯协议软件访问设置的。遥控状态量可以利用开关简单制作取得，同时与下面开主电源，播出继电器端子所需接电源配合实现遥控，遥控开关一端连接单片机5V电源，另一端接继电器端子，实现只有在遥控接通状况下才能远程智能操作发射机。

由于状态量主要是采用高低电平表示电路工作状况，从电气性能参数来讲，高低电平代表的实际电平电压不同，新发射机为低电平0V，高电平5V，智能监控系统为低电平0V，高电平15V；另外代表的实际意义也不一样，同一状态量，新发射机输出高电平为正常，智能监控系统却要求输出低电平，因此一定要分清并进行电平转换。用三极管就可以进行高低电平转换，隔离和干扰可采用光耦电路。

图1 新建或转换状态量接口电路图

3.2 模拟量取样接口电路设计

新发射机的接口输入连接智能监控系统的模拟量共4个：主电源电压、反射功率、输出功率，调幅度监控已建有通用，在新发射机单片机控制板外围接口电路上都能够找到取样电路。它们经相关电路处理变换后送往单片机，高频激励没有送入单片机电路。为了减少对后续单片机电路的影响产生误差及满足智能监控系统下位机输入范围的限制，4个模拟量可以从取样电路引入，再用放大电路转换满足需求，实际可应用单个运放集成电路获得解决。

3.3 常闭、常开与双脉冲触发开关机转换装置电路设计

图2 模拟量取样接口电路图

新发射机采用面板按键脉冲触发，按下高压键、按下播出键，有单片机控制器对应启动电路上高压、开播出，关机按钮触发可同时关闭高压，播出。如果新发射机融入智能监控系统执行远程控制，开关量还是遥控控制开高压，播出和关机，新发射机接口与智能监控系统下位机的连接同样可以采用继电器方式，但智能监控系统输出的控制电平是短暂脉冲，而不应是长期保持的高电平。事实上智能监控系统软件是与旧发射机配合运行的，智能监控系统输出遥控信号开高压、开播出都为锁存的高电平到隔离继电器，继电器一直吸合相当于开高压，开播出按键拨动通电发射机运行，只要高压、播出高电平信号任一消失或为低电平，对应继电器断开，发射机断电关机。用原有智能监控系统软件与新发射机配合运行，开关量必须从常闭常断转变为脉冲触发，并且要满足开关机时序的要求，简单可靠。为此我们开发设计了一电路装置实现上述功能转换，如图3所示。

图3 常闭、常开转换双脉冲触发开关机装置电路原理

转换装置电路以555时基电路为核心开发，采用智能监控系统输出的高电平作为电路工作电源和触发电平。当接通电源后，电源高电平VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，这样自接通电源起到Uc充电到≥2/3VDD时输出Vo为脉冲高电平，脉宽时间T=1.1(R1+R2)C，电平幅度≥2/3VDD，该输出脉冲高电平Vo使发光二极管点亮，使继电器K1短暂吸合开高压。对于开播出，利用继电器K1另一组端子巧妙实施，端子4接电解电容，常开端子5并接5v电源，常闭端子6并联播出按键，当继电器K1短暂吸合开高压，同时5v电源给电解电容直接充电，当继电器K1断电，端子4-6常闭电容放电触发（如按下播出键）开播出。

关机电路供电依然采用高电平为电源，与开机电路之间使用二极管隔离电源。高电平三极管Q2饱和导通，与三极管C极相连的关机集成块555时基电路4脚为低电平复位，3脚被锁定输出低电平，当三极管Q2截止3脚输出高电平。在高电平输入二极管并接入2200/25V电解电容C7一只，储电应急电源。当高电平断开，关机集成块555时基电路U2的 3脚立即输出高电平，点亮发光二极管，并驱动继电器吸合，时长达到1-2秒以上，完全满足按键触发时间，直到电容放电完关机电路没电工作。至于遥控柜人工操作关机，只要按钮按下提供一高电平信号，关机电路一接通电源，因4脚不是低电平，3脚直接输出高电平驱动继电器关机。

四、调试运行

围绕新接口功能需要，我们制定了实施制作方案。在单块组合装置各项功能测试合格后接入发射机联机测试，主要测试开关量可靠性，检测状态量，遥测模拟量的影响。仿真输入高电平信号检测发射机的反应，必须达到反应如同操作发射机面板按键一样迅速。状态量，模拟量要检测当各自取样电路连接控制板取样点后，发射机无异常反应，同时显示屏显示的4个遥测模拟量参数没有变化，监测模拟量取样放大电路有输出。

最后与智能监控系统下位机连接联调，人工操作智能监控系统电脑发出遥控开关机信号，检测开关量的可靠性，仿真发射机状况量各个故障信号，检测智能监控系统的反应是否一致。查看模拟量接入智能监控系统后显示的参数数值，可通过调整输出改变参数数值，如调整有限或超出范围，电路需重新设计。外部干扰可通过并联电容滤波，用屏蔽线或改变布线路径等措施消除。

在联调完成后，新发射机融入智能监控系统试运行。在试运行中也出现了许多未曾预料的问题，如开关量失效、电磁随机干扰、状态变化不明，还有主备发射机倒换时间不协调等现象。针对这些现象，通过重做电路，更换器件等措施排除了相关问题。