Thales500kW 主控系统控制体系分析与应用

杨 凯

（国家新闻出版广电总局 五九四台，陕西 咸阳 712000）

0 引言

我台在近几年的自动化改造过程中全套引进了瑞士Thales 公司较为先进的500kW 发射机控制系统——StationMaster plusⅡ。该系统运用了先进的控制技术，实现了在强电磁干扰情况下对大功率发射机集中远程控制，满足了现代化电台的自动化需要。整个系统通过以太网技术，将全台技术设备连接在一起，并通过经典的三层控制体系使中央控制室的主控计算机监控所有的技术设备，主控计算机本身也采用了主、备机互为热备的可靠性设计模式，保证了整个控制系统的稳定性。

1 Thales 控制体系

发射机主控系统从控制体系上划分主要分为远程控制结构和中控机房的主备机控制结构。Thales 远程控制结构主要涉及主控计算机与各发射机房发射机、天线矩阵控制系统、电力监视系统的数据传递、分发及响应，该结构用于实现用户与设备执行机构的交互，完成对发射机的一系列操控和对各技术设备实时状态信息的回传任务；而中控机房的主备机控制结构主要是基于对整个控制的可靠性要求而设计的，用于加强系统的安全性。

1.1 远程控制结构

图1 控制结构

如图1 所示为经典控制系统的原形，Thales 远程控制结构也是基于此三层控制原理模式设计的，它主要分为控制与显示层、通讯层、处理层。

1.1.1 各种单独的设备接口：传感器和执行机构（“Process”）

在Process 层，远程终端设备（Remote Terminal Units）实现翻译各种设备数据的任务，能够通过通讯层与控制系统进行通讯。

一个远程终端设备一般包括一个带有输入/输出的PLC 系统和完整的处理器，具备以下三条功能：

1）翻译与通讯协议有关的传感器信号；

2）对照网络信息地址，翻译收到的信息，转换成简单的控制命令；

3）对输入／输出信号进行预处理，降低主控计算机的负担。

这种方式允许整合不同生产厂家的设备到Process 层，例如：不同型号的发射机，天线系统，消防系统，监视系统，电力管理系统等，都可以整合到控制系统，提高了系统的灵活性。控制系统因此能够具有一个清晰的和标准模块化的架构，便于进行维护和升级。

1.1.2 数据通信：任何网络设备和子系统或者点对点连接单独设备的传感器（Communication）之间数据流

根据设备型号和厂商提供的通讯架构和通讯协议，可以实现分别直接连接多种网络设备，各种设备的驱动可以使控制系统了解到详细的网络协议。这表示，对于控制软件，各种通讯协议的种类是不重要的；可以看作是所有的数据通讯都是在和同一个设备进行，也就是说各种设备通过各自的驱动程序的加载，能够采用相同的协议进行通讯。这样就为系统的整合和第三方设备的加入提供了非常有利的条件。

1.1.3 计算机控制整个发射台设备并显示所有重要设备的数据，并以各种方式应用这些数据。（Control and Visualization)依据控制系统的规范，这种控制系统可以整合各种自动控制系统或智能系统的功能。

1.2 中控机房主控计算机控制结构

中控机房主控计算机既是整个发射机控制系统指令的发起者同时又是全台发射机状态，各机房电力，天线矩阵回传数据的监测者，是整个控制系统的核心，他的安全性对整个控制系统的可靠运行起到至关重要的作用。因此，该主控计算机设计上最终采取了在线式主备机互为热备设计结构，确保了主控系统核心计算机的安全性。

1.2.1 主控计算机热备份

中控机房的主控制系统主要由两台相同的互为热备份的工业计算机（SCADA1 和SCADA2）、输入设备切换器（KVM Switch）、显示和控制板及PLC 可编成控制器构成。

图2 热备份原理框图

如图2 所示，正常工作时两台计算机同时运行，当主计算机出现错误时，PLC 会发出切换键盘，鼠标，显示器和网络命令，将设备切换到备份计算机。热备份系统具有以下主要功能：

1）持续升级备份计算机的日志文件和系统文件，目的是确保平滑切换；

2）持续监视主运行图，一旦系统崩溃会重新启动程序；

3）持续监视数据通信进程DB Center 是否正常，一旦出现错误会切换到另一台计算机上；

4）持续监视计算机工作是否正常，出现错误会切换到另一台计算机上；

5）重新启动系统会重新启动所有控制模块；

6）如果从主计算机发出的心跳信号没有通过交换机发出，PLC 会切换到备份计算机上。

当主计算机出现故障，热备份切换同时，蜂鸣器会报警，直到系统正常后声音才停止，给值班人员提供一个实时声音和图像同步指示。

图3 主控系统子程序间关系

1.2.2 主控系统的运行方式

主控系统构成中虽然有两台工业计算机（SCADA1 和SCADA2），并且他们是互为热备份的，但整个系统在任何时刻只有一台计算机控制整个系统，负责对整个主控系统进行监控，实际上互为热备份，只是保证了两台可作为主控计算机的数据是时刻同步并且完整的，只有两台计算机在PLC 的监测下，使其中的一台获得了控制权之后，这台计算机才是整个系统的主控制机器，而获得控制权的主控计算机对发射机远程控制工作实际是由该台计算机上运行的若干个程序组成。各个程序间的联系如图3 所示。

从图中可以看出当一台计算机获得控制权后，首先会运行WDogHot.exe，即看门狗程序，它功能是监控系统所有动态程序，实时地传送给PLC 设备控制，在它的引导下会相应的启动Bcs.exe、AutoMaster.exe 和Evelistgen.exe 三个程序。

Bcs.exe 是广播控制系统的主控程序，提供给用户一个图形化的控制界面。

AutoMaster.exe 是针对处理远端发射机房数据而独立运行的进程，每个机房都对应一个相应的AutoMaster.exe。

Evelistgen.exe 是为了记录发射机各种状态信息而设计的进程。

这三个程序所采集到的数据和将要发出的指令最终都将会汇总到主控计算机通讯软件DBCENTE（SCADA 程序在控制系统中指DBCenter 程序）中同步数据。DBCENTE 这一程序在系统后台运行。程序的功能是管理所有设备通讯，程序名是dbcentre.exe。DBCenter 的配置文件含有所有设备的信息。通过对DBCenter 的配置，DBCenter.exe 程序通过调用Windows XP 底层驱动与远端设备进行通讯，实时处理整个系统的各种数据，从而完成主控计算机对整个系统的控制流程。

2 Thales 控制体系的应用

StationMaster plusⅡ控制系统是在Thales 公司多年从事控制系统研发的基础上，推出的一个比较新的控制系统，在实际运行过程中具有如下特点：

1）发射机本地控制系统从ECAM 升级到ECOS2，而且在硬件上也进行了很大的升级，发射机控制系统和天线控制系统都是目前世界上最先进的系统之一。

2）远程控制协议采用TCP/IP，可以使用网络实时监控发射机和各系统设备的运行状态。

3）通讯的稳定性和可靠性是保证控制系统稳定运行的基础。整个控制系统采用光缆、工业级计算机等设备，能够大大降低短波发射带来的强电磁干扰。

4）控制系统的设计理念是从工业控制的角度出发，采用先进的计算机网络技术和设备，达到系统简化和可靠性提高的双重效果。全台的技术设备都可以通过中央控制室的两部主控计算机进行实时监控，而且对发射台多个控制子系统，例如电力监视，150kW 发射机控制和天线控制等自动化子系统也可以通过SNMP 协议，全部纳入到主控制系统中来，具有较高的整合度。

5）程序设计中采用模块化设计，多进程多任务处理模式，提高了系统工作效率。

6）本系统还增加了对DRM 发射机节目源进行处理和传输的设备，为今后实现数字广播打下了很好的基础。

3 结束语

经过对Thales 500kW 主控系统控制体系的分析，我们可以看出该系统在控制体系上设计合理，各层次划分明确，各功能模块在整个系统中既能实现自身单一功能又可与其它功能模块协调处理公共数据，增强了系统的健壮性。整个系统在我台实际应用过程中，所有控制的发射机及相关技术设备各项功能正常，设备运行良好，进一步提高了安全传输发射工作可靠性、安全性。