Thales500kW 主控系統控制體系分析與應用

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 發射機控制系統——StationMaster plusⅡ。該系統運用了先進的控制技術，實現了在強電磁干擾情況下對大功率發射機集中遠程控制，滿足了現代化電臺的自動化需要。整個系統通過以太網技術，將全臺技術設備連接在一起，并通過經典的三層控制體系使中央控制室的主控計算機監控所有的技術設備，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的穩定性。

1 Thales 控制體系

發射機主控系統從控制體系上劃分主要分為遠程控制結構和中控機房的主備機控制結構。Thales 遠程控制結構主要涉及主控計算機與各發射機房發射機、天線矩陣控制系統、電力監視系統的數據傳遞、分發及響應，該結構用于實現用戶與設備執行機構的交互，完成對發射機的一系列操控和對各技術設備實時狀態信息的回傳任務；而中控機房的主備機控制結構主要是基于對整個控制的可靠性要求而設計的，用于加強系統的安全性。

1.1 遠程控制結構

圖1 控制結構

如圖1 所示為經典控制系統的原形，Thales 遠程控制結構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：傳感器和執行機構（“Process”）

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

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

1）翻譯與通訊協議有關的傳感器信號；

2）對照網絡信息地址，翻譯收到的信息，轉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廠家的設備到Process 層，例如：不同型號的發射機，天線系統，消防系統，監視系統，電力管理系統等，都可以整合到控制系統，提高了系統的靈活性。控制系統因此能夠具有一個清晰的和標準模塊化的架構，便于進行維護和升級。

1.1.2 數據通信：任何網絡設備和子系統或者點對點連接單獨設備的傳感器（Communication）之間數據流

根據設備型號和廠商提供的通訊架構和通訊協議，可以實現分別直接連接多種網絡設備，各種設備的驅動可以使控制系統了解到詳細的網絡協議。這表示，對于控制軟件，各種通訊協議的種類是不重要的；可以看作是所有的數據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動程序的加載，能夠采用相同的協議進行通訊。這樣就為系統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 計算機控制整個發射臺設備并顯示所有重要設備的數據，并以各種方式應用這些數據。（Control and Visualization)依據控制系統的規范，這種控制系統可以整合各種自動控制系統或智能系統的功能。

1.2 中控機房主控計算機控制結構

中控機房主控計算機既是整個發射機控制系統指令的發起者同時又是全臺發射機狀態，各機房電力，天線矩陣回傳數據的監測者，是整個控制系統的核心，他的安全性對整個控制系統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構，確保了主控系統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主要由兩臺相同的互為熱備份的工業計算機（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，當主計算機出現錯誤時，PLC 會發出切換鍵盤，鼠標，顯示器和網絡命令，將設備切換到備份計算機。熱備份系統具有以下主要功能：

1）持續升級備份計算機的日志文件和系統文件，目的是確保平滑切換；

2）持續監視主運行圖，一旦系統崩潰會重新啟動程序；

3）持續監視數據通信進程DB Center 是否正常，一旦出現錯誤會切換到另一臺計算機上；

4）持續監視計算機工作是否正常，出現錯誤會切換到另一臺計算機上；

5）重新啟動系統會重新啟動所有控制模塊；

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

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

圖3 主控系統子程序間關系

1.2.2 主控系統的運行方式

主控系統構成中雖然有兩臺工業計算機（SCADA1 和SCADA2），并且他們是互為熱備份的，但整個系統在任何時刻只有一臺計算機控制整個系統，負責對整個主控系統進行監控，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據是時刻同步并且完整的，只有兩臺計算機在PLC 的監測下，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的主控制機器，而獲得控制權的主控計算機對發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，它功能是監控系統所有動態程序，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 是針對處理遠端發射機房數據而獨立運行的進程，每個機房都對應一個相應的AutoMaster.exe。

Evelistgen.exe 是為了記錄發射機各種狀態信息而設計的進程。

這三個程序所采集到的數據和將要發出的指令最終都將會匯總到主控計算機通訊軟件DBCENTE（SCADA 程序在控制系統中指DBCenter 程序）中同步數據。DBCENTE 這一程序在系統后臺運行。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 程序通過調用Windows XP 底層驅動與遠端設備進行通訊，實時處理整個系統的各種數據，從而完成主控計算機對整個系統的控制流程。

2 Thales 控制體系的應用

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

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

2）遠程控制協議采用TCP/IP，可以使用網絡實時監控發射機和各系統設備的運行狀態。

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

4）控制系統的設計理念是從工業控制的角度出發，采用先進的計算機網絡技術和設備，達到系統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控，而且對發射臺多個控制子系統，例如電力監視，150kW 發射機控制和天線控制等自動化子系統也可以通過SNMP 協議，全部納入到主控制系統中來，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，提高了系統工作效率。

6）本系統還增加了對DRM 發射機節目源進行處理和傳輸的設備，為今后實現數字廣播打下了很好的基礎。

3 結束語

經過對Thales 500kW 主控系統控制體系的分析，我們可以看出該系統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中既能實現自身單一功能又可與其它功能模塊協調處理公共數據，增強了系統的健壯性。整個系統在我臺實際應用過程中，所有控制的發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射工作可靠性、安全性。