肖明明
国家广播电影电视总局654台
[摘要]大功率短波机房的环境参数直接关系到了发射机的实际运行状态，本文研究了一种基于ADAM模块搭建的大功率短波机房机房环控系统，综合了新型传感技术、自动控制技术、计算机网络技术、数据库技术于一体，监测对象是发射机房内动力设备及机房环境。环控系统提供的一种以TCP/IP协议传输为基础、基于集中管理监控模式的自动化、智能化和高效率的技术手段，实现真实3D场景还原，极大的减轻了值机员的劳动强度，保障发射机房的安全运行，为实现发射机房有人留守无人值班奠定基础。
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[关键词] 发射机房 ADAM模块 环境控制 监控系统
1大功率短波机房环控系统的设计背景和需求
1.1大功率短波机房环控系统的设计背景
射伴随信息技术不断发展，计算机系统及通信设备数量和规模也与日俱增。为保证发射机房的播出安全万无一失，与之配套的动力系统、环境控制系统、安防系统、必须稳定协调运行。[[]]如果机房环控设备出现故障，轻则导致机房环境失去控制，重则导致发射机停播等严重后果。因此，一套高效可靠能实现对机房进行实时监控的系统非常重要。
1.2大功率短波机房环控系统的设计需求
西北地区昼夜温差大，冬季最低温度较低，系统改造升级之前，为防止确保整个机房室内处于正压状态以避免负压状态室外冷风会迅速进入室内，冻坏发射机的冷凝器，夏季温度过高发射机掉高压造成事故，发射机房值机员仍需要频繁手动操作开关百叶窗、补水开关、冷却水等附属设备才能确保设备正常运行，人工操作存在难以避免的主观性存在误操作的可能会，同时也受限于值机员专业知识和操作水平，对机房的环境参数无法实现实时、准确、标准化的巡视和控制，实现环境参数的实时监控和自动控制已是大势所趋。
发射机房环控系统为了将机房环境温度以及相关模拟量控制在合理的动态范围，使发射机房附属设备准确、高效、稳定的运行。系统基于TCP/IP网络传输协议，采用树型拓扑结构实现数据采集模块与上位机之间的通讯。
2大功率短波机房环控系统功能分析
对于发射机温压力液位等模拟量采用模拟量输入模块ADAM 6017进行采集，水泵、百叶窗等数字量的采用ADAM6066采集，通过网络回传给公共ADAM6017模块和上位机程序对数据的判断分析从而实现对环境温度的动态控制。同时数据会被汇总上传至机房环境控制系统上位机界面进行实时数据显示、报警和记录，值机员可以直观的对机房的环境参数和环境控制附属设备的运行监测。
大功率短波机房环控控制系统的设计需求分为数据实时监测、风机自动控制、异常声光报警、设备远程操作、数据记录分析五个部分，
2.1数据实时监测
在机房环境控制系统运行时必须实时在上位机界面显示包括发射机温度压力液位、环控附属设备自动运行状态、数据采集模块和上下位机的网络链接状态等。
2.2数据实时监测
机房环境控制系统需根据采集的数据进行分析判断对参与控制的包括风机变频器、水洗风水泵、百叶窗等设备的合理调用，既要保证设备良好的冷却效果，兼顾机房大厅内的正负压以及室内温度处在合适的区间，还要尽可能避免设备频繁启停或者长时间高负荷运转。
2.3异常声光报警
对于在环控附属设备运行中监测到的异常数据机房环境控制系统要在操作界面显示例如：“某设备温度过高报警”，内含准确报警参数的报警信息，并伴有准确的语音播报。网络断线、采样模块死机同样需要报警。报警机制应设置为事件触发机制，只要异常状态未解除，就会不断触发报警，知道值机员对相应异态进行有效处理后方可通过上位机界面操作关闭报警。
2.4设备远程操作
用户在使用个人账户登录机房环境控制系统后可通过切换操作模式实现对包括风机变频器、冷凝器百叶窗等环控附属设备的远程操作，可对报警阈值进行在线修改。
2.5数据记录分析
对机房环境控制系统的运行记录、操作记录、异常报警记录，要通过数据库进行实时存储，记录间隔应为一分钟以内，记录的信息需要完整、准确，方便对环境量的定性分析以更加智能化的实现环境控制。
3大功率短波机房环控系统的硬件设计
3.1机房环境控制系统布设的硬件设备组成
机房环境控制系统布设的硬件设备总共由五部分组成，其分别是被控设备、数据采集控制模块、监测系统、网络传输设备和采样设备。
机房环境控制系统布设的被控设备包括百叶窗，水泵，变频器，百叶窗用于控制空气的进出，通过变频器控制风机的转速。数据采集控制模块包括模拟量输入模块Adam6017，功率继电器模块Adam6066通用输入\输出模块Adam6024。监测系统包括预装64位win7以上操作系统的工控机和.NET Framwork等系统必备的运行环境。采样设备包括温度压力液位变送器、干式变压器智能温度控制器、数字液位水阻显控仪。网络设备包括非网管型工业以太网交换机，24端口网络交换机。
机房环控系统硬件布设体系相比较于之前温控系统的分散式采集点布设，整体的数据传输、抗干扰能力都有了提升。机房环控需要布设大量的采样点硬件布设的主要任务集中在亚当模块的布设，所以我们在采样数据大的位置设置了汇聚点，采集数据在分析处理后上传至上位机实时显示和下发至输出模块操作附属设备。
3.2采样硬件与亚当模块设置与编程
传统的控制系统需要从输入模块获取数据，处理数据，依靠数据进行逻辑运算，依靠逻辑运算的数据对设备进行控制。相比较之下Adam-6000系列亚当模块完美支持TCP/IP协议稳定，可靠，便于数据传输。基于网络传输数据，根据实际操作设备的多少可以随意增减模块，单个的Adam-6000系列亚当模块都能完成多个设备的控制。多个Adam-6000系列亚当模块只需要通过网线接入网络就能组成一个控制网络。同样，通过网线接入其他网络可完美并入其他网络。独立控制，减少中央主机工作负荷。单个Adam-6000模块就能控制负载的运行与关闭，在集中控制系统中，Adam-6000系列模块可独立于中央主机单独运行，模块本身具有简单的计算功能，立即执行现场执行策略。减少了中央主机的计算工作量和数据传递的工作量，使得上位机不再参与大量数据处理的高级量工作，减轻上位机的负荷，使其将重点落在数据的实时显示和记录分析上。本系统使用到的Adam-6000系列模块有模拟量输入模块ADAM-6017，数字输入功率继电器模块ADAM-6066以及通用输入输出模块ADAM-6024。
百叶窗开/关状态、水泵开/关状态采样等开关量采样使用ADAM-6066的干接点DI进行输入，水温，水压，液位，风道温度，调变温度，水阻等模拟量采样采用ADAM-6017的Vin+和Vin-输入，本系统选取的采样探头输出的均为标准0-10V或4-20mA模拟量输出信号。同时系统选用ADAM-6024的AO和AI接点实现模拟量的输入输出用以控制风机变频器。
硬件系统整体的工作过程是由采样设备将数据采集后转化成0-10V或4-20mA模拟量输入到模拟量输入模块ADAM-6017，由模拟量输入模块进行逻辑判断后将数据分发给继电器模块ADAM-6066实现电机水泵的控制，传给用于汇总数据的模拟量输入模块ADAM-6017实现数据显示，传给通用输入输出模块ADAM-6024实现对风机变频器的控制。
单机冷却系统是可以实现自动/手动运行的，自动运行状态是动力电源通过继电器的常开节点接入用电设备。手动运行状态是动力电源通过继电器的常闭节点接入用电设备。继电器的控制电源通过小豆开关的开与关进行控制，达到常开节点接通与断开的功能。
Adam-6000系列亚当模块是一个可以独立运行的系统，其内部提供GCL图形编程功能，通过官方提供的应用程序可以对亚当模块进行逻辑编程。
逻辑运算方式包含四部分：Input Condition Stage，Logic Stage，Execution Stage，Output Stage。即输入条件，逻辑运算，执行周期和输出结果。每个模块只有16个规则设计块，每个规则设计块可逻辑独立，也可以与其下一个或其他规则设计块组成组合逻辑。
4大功率短波机房环控系统的软件设计
4.1软件开发环境
4.1.1运行平台选择
根据发射机房工作特点，要求软硬件运行平台必须稳定、可靠、便于操作人员掌握和使用、易于维护，决定采用微软WINDOWS 7专业版作为机房环控系统的运行平台。
4.1.2 编程环境选择
通过对机房环控系统的需求分析，机房对运行数据的需求实时性要求较高，而且许多需求属于并发性任务；从满足机房实时性、并发性以及软件未来的可升级性和扩展性考虑，决定编程环境采用Visual Studio 2013。
4.1.3 数据库管理系统选择
机房环控系统需要实现对发射机附属设备的运行状态实时存储，同时又兼顾到数据库管理系统的易维护性和可升级性，考虑采用微软的ACCESS 2010作为本系统的数据库管理系统。
4.2软件开发环境
机房环控系统软件架构从上向下设计成三层：用户界面层、数据处理层、数据交换层；三层各自实现相应的特定功能，每层之间均为数据交换方式调用，共同实现温控系统所有功能。下图为机房环控系统设计框架，其中黄色标注部分为本次项目需要开发的单元。
4.3软件功能设计
4.3.1用户界面层
用户界面层为数据处理层提供数据输入输出的接口，同时也为用户提供附属系统状态的界面。界面实时显示机房总进风、总水箱、假负载冷却系统等设备的工作状态；显示各发射机的进出水温度、流量、压力，水箱液位，百叶窗状态、水泵状态的显示；提供每部发射机运行模式切换，百叶窗状态、水泵状态用户半自动模式下目标状态的输入界面。显示分辨率也可以自行适应常见显示器的分辨率。下图为机房环控系统主界面：
4.3.2数据处理层
数据处理时对亚当模块状态的读取功能,读取完成后对获取的数据进行处理,把开关量的值翻译成用户界面显示需要的值,对读取到的模拟量进行处理，根据取样探头变送器参数将从亚当模块获取的4~20mA电流值和0~10V电压做解析。对于附属系统进行的水箱补水、百叶窗开关等操作，水箱液位、发射机温度，数值超过设定上下限记录为告警信息进行实施监测并记录到数据库中，实现操作记录、告警信息的存储与查询。
4.3.3 数据交换层
上位机程序与亚当模块的通讯使用UDP方式，与亚当模块建立UDP连接后定时发送通讯命令，亚当模块返回的信息通过解析后即可进行数据交换。
考虑到机房环控系统使用的数据较多，实时性较强，有些功能运行时间较长，如果采用单线程设计模式，而会大大降低程序运行效率；为了保证机房环控系统保持较高的整体性能，充分发挥操作系统能够执行多任务的能力，采用多线程技术，保证系统的实时性；其中主线程用于处理完成数据处理层中设备状态显示等功能，而各个子线程完成与相应系统的数据交换以及数据处理，其中子线程1完成与机房总进风系统的数据实时交换，子线程2－n处理与2-n个发射机自动化系统的数据实时交换。
4.4软件通用性设计
为了提高代码的通用性，软件采用面向对象的设计方法，将总进风和发射机均设计成类，所有关于百叶窗等设备的操作均为对类实例的操作；发射机也设计成类，方便生成实例。将常用函数设计成通用函数库，方便各个类对象调用；对所有功能采用模块化设计，并分解成具有最小功能块，用函数实现。
5结语
大功率短波机房环控系统部署后，可实时监测发射机环境附属设备的运行状态、实现了冷却设备的全自动运行，在保障发射机稳定运行在合适的温度区间的同时减少了人工操作带来的不确定因素，为将来建设信息化机房提供了有力保障。
参考文献：
[1]肖洲.分前端动力环境集中监控系统建设心得[J].中国有线电视，2017，（2）：147-147
目录
大功率短波机房环控系统的设计与实现 2
1 大功率短波机房环控系统的设计背景和需求 2
1.1大功率短波机房环控系统的设计背景 2
1.2大功率短波机房环控系统的设计需求 3
2 大功率短波机房环控系统功能分析 3
2.1数据实时监测 4
2.2数据实时监测 4
2.3异常声光报警 4
2.4设备远程操作 5
2.5数据记录分析 5
3 大功率短波机房环控系统的硬件设计 5
3.1机房环境控制系统布设的硬件设备组成 5
3.2采样硬件与亚当模块设置与编程 6
4 大功率短波机房环控系统的软件设计 9
4.1软件开发环境 9
4.1.1运行平台选择 9
4.1.2 编程环境选择 9
4.1.3 数据库管理系统选择 9
4.2软件开发环境 10
4.3软件功能设计 11
4.3.1用户界面层 11
4.3.2数据处理层 12
4.3.3 数据交换层 12
4.4软件通用性设计 12
5 结语 13
参考文献： 13