组态技术在调频广播监控系统中的应用

罗宇晓

（浙江广播电视集团 浙江 310005）

0 引言

该项目主要研究组态王在调频广播监控中的应用，本部门发射机功放功率的大幅波动与天馈线故障，之前只能靠人工巡查发现，而由组态王软件开发的调频广播监控系统，通过设置功率上下限以及反射功率上限，监控系统可自动监测报警，提高了机房的自动化控制能力，有效保障了调频广播播出安全。该监控系统目前同时监测十二路调频高周，以便及时响应北高峰发射台的应急代播。

1 组态软件在远程监控系统中的研究应用现状

工控组态软件是面向监控与数据采集（SCADA）的软件平台工具，具有良好的开放性、丰富的功能模块，使用方法灵活，功能强大。它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。组态软件于80年代中期首先在国外出现，并得到很好的发展，80年代末进入我国，但在90年代中期之前，其在国内的应用并不普及。随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的系统时，人们逐渐意识到组态软件的重要性。在1995年以后，组态软件的应用逐渐得到了发展。其已在多种工程领域有所使用，如电力、天然气、石油、煤矿、铁路、水处理等。同样，在广播电视领域，组态软件的使用也越来越普遍，而组态王作为国内组态软件的翘楚，也越来越被大家所认知。

2 调频广播监控系统架构

调频广播监控系统平台主要由前端采集单元、传输单元和监控管理单元组成。前端采集单元采集到的数据，通过有线通道传输到监控管理单元，由监控管理单元负责数据的处理。（若有需要也可采用 3G无线、微波或光缆等传输手段，最终实现远程监控功能）。

前端采集单元负责本部门发射机、收音头等各类数据采集。传输单元负责前端采集数据的汇总、转换和上传，主要由信号集成转换器、网络交换机组成。将采集单元获取的数据信号进行汇总，并经网线将数据传输到监控管理单元。

监控管理单元即监控管理平台服务器，服务器汇总采集到的数据信息，动态实时显示，并发送控制指令到前端设备，运行异常时触发报警指令，同时所有操作数据实时存入后台数据库。

系统架构图如下：

图1 调频广播监控系统架构图

3 调频广播监控系统的总体设计

为使该项目满足调频广播监控的要求，并结合本部门的需要，在保证系统安全运行的同时，将监控界面设计为人性化、方便化的简洁风格，实时监控重要的参数及状态，使操作人员能对设备实时运行状态一目了然，方便进行各种操作。监控系统软件的层次结构图如图2所示，系统以监控软件的各项功能为对象进行模块化设计。

图2 监控软件层次结构图

3.1 监控系统主界面

（1）数据显示

图3图4所示为主界面上的数据显示，最左边一列可选择显示不同发射机的数据，包括激励器参数与功放参数。主界面上空收1-4按钮对应第一个收音头，空收5-8按钮对应第二个收音头，空收9-12按钮对应第三个收音头。

（2）控制命令

点击激励器设置栏下的频率设置、功率设置、左路电平设置、右路电平设置，可以进行相关参数的设置。

点击声音报警按钮可以测试报警喇叭是否正常。声音报警按钮右边的叉按钮按下可以禁止所有报警声音的出现，按下后出现红色闪烁警告按钮，再次点击该警告按钮后，恢复正常报警状态。

点击空收按钮之上的喇叭按钮，可以进行高周音频实时监听切换，通过选择点击三个空收按钮，可以分别监听12个高周音频，对应频率喇叭处于叉标志时，表明此时此频率未处于监听状态。

点击备一、备二、备三界面中的预置频率栏对应按钮，即可将对应发射机激励器的频率值一键改为预置频率值。

图3 监控系统主界面备机一

3.2 系统功能模块

系统由登录、用户管理、数据查询、参数设置、信息管理和报警设置六个模块组成：

3.2.1 登录模块

登录界面需要用户名和密码的验证，包括用户登录，进入和退出系统的功能。如下图所示

图4 登录模块结构图

用户分为三个级别，对应级别的用户操作权限有所不同：

（1）系统管理员：拥有最高权限，有配置管理其他用户和自身的权限。

（2）高级管理员：拥有次高权限，各用户均无法配置管理其他用户与自身。

（3）监视员：拥有最低权限，不能进行任何影响设备的操作，只可观看监控画面。

3.2.2 用户管理模块

图5 用户管理模块结构图

3.2.3 参数设置模块

图6 参数设置模块结构图

数据采集周期的设置直接对应数据刷新时间，而数据存储周期的设置直接对应历史数据保存时间间隔。

3.2.4 查询统计模块

图7 查询统计模块结构图

系统采用微软SQL SERVER大型工业数据库，对历史运行数据、报警数据、登录数据和开关机等重要操作信息进行了实时存储，提供了方便灵活的查询工具，保证了系统操作运行的可追溯性，为设备运行、故障及事故等提供了原始资料和依据。

下拉菜单中点查询统计按钮，选择报警数据、登录数据、重要操作数据、历史数据查询进入相应设置操作界面。

（1）报警数据

该项功能是对系统所有报警数据进行查询统计。点击数据导出，生成.CSV文件，可以直接打印监控平台数据明细。点击按条件查询，可以组合不同条件来查询相应的报警数据。点击按发射机查询，则可查询对应发射机的报警数据。界面上可以选择性显示报警日期时间、报警变量名和门限值等各项数据。

（2）登录数据

该项功能是对所有的登录信息进行查询统计，包含登录日期时间以及对应操作员等各项数据。

（3）重要操作数据

该项功能是对重要的操作数据进行查询统计，包含激励器的开关、激励器频率的修改等各项数据。

（4）历史数据查询

该项功能是对系统所有设备历史数据进行查询统计，可以查询发射频率、功放正反向功率以及激励器正反向功率等各项数据。

3.2.5 报警设置模块

图8 报警设置模块结构图

图9 报警开关设置

（1）点击报警开关后，进入发射机报警开关设置界面，单击相应按钮可以开/关报警声与重置报警。

（2）报警门限

该项功能是对报警上限、下限值进行设置。点击报警门限后，进入报警门限设置界面，给发射机功放正向功率设置一个适当的门限值，由此可以解决有时功放由于故障，突然降功率之后又自动恢复，难以及时发现的问题。而功放反向功率上限值的设定，进一步加强了该监控软件的报警能力。

（3）音频报警开关

该项功能是对无音频报警的开关设置。点击音频报警开关后，进入高周音频报警开关设置界面，点击关定时限制按钮后，转而出现开定时限制按钮，并同时处于24小时监控状态。默认处于定时限制报警状态，以便在对应频率的维护时间不触发语音报警。

3.2.6 信息管理模块

图10 信息管理模块结构图

点击信息输入提示，可以输入文字，直接在主界面信息提示栏上显示。

4 监控平台实时响应的优化

影响组态软件运行系统实时性的因素如下：（1）实时数据库的性能；（2）脚本功能模块与脚本引擎的接口效率及脚本的执行速度；（3）Windows操作系统消息队列对消息处理的处理机制；（4）后台数据库操作对实时性相关操作的阻塞；（5）设备通讯的IO操作。根据以上分析，平台着重于两个方面对实时响应进行优化。

4.1 根据实时性要求设定差异化采集频率

往往存在两种数据变量，一些变化很快，另外一些则相对变化缓慢，若对这两种变化频率不同的数据变量以相同的采集频率来采样，则会浪费IO（输入输出）时间，因此对于不同数据变量的采集需求而设定差异化采集频率。该优化方法是从采集频率的角度出发，通过减少平台中的数据请求指令来提高实时响应性能。

4.2 设置报警优先级

对于报警变量进行差异化优先级设置，对于最需关注的报警变量给予最高级别的优先级，以此类推。由此，假使在多个报警变量同时达到报警门限而出现告警时，最早出现的始终是优先级最高的那个报警变量。

以上两个方面的优化措施有效地改善了系统的实时响应性能，满足了目前使用的要求，并证明这是改善运行平台实时响应性能的有效手段。

5 结束语

该系统与本部门原有监控软件相比，解决了原软件在数据报表、数据查询等方面存在的问题，尤其是无法判断功放功率不稳定的问题。另外，该系统也提供了二次开发能力，可以扩充系统功能，使该系统能适应多种多样的需求。虽然在动态数据刷新时间等性能指标上，该平台还有进一步完善和改进的空间，但组态软件功能的强大已经让人眼前一亮，笔者相信，不远的将来，在广播电视领域，组态软件的应用将会越来越广泛。

[1]张晓霞.基于组态软件的天然气远程监控软件的研制开发[D].2013年西安电子科技大学硕士论文.2013.

[2]郝伟旭，郝英立，仲崇权，张利.工控组态软件运行平台的实时性研究[J].微计算机信息杂志.2005.