TBH522短波发射机自动控制系统上位机软件设计

摘要：本文介绍了TBH522短波发射机自动控制系统上位机软件设计思路，软件主要构成模块、软件自动控制流程和软件主要模块。该文对如何设计控制系统软件的界面、提高数据的准确性以及提高软件的可靠性有着一定的见解。
Abstract: In this paper, the design idea, the main composition module and the automatic control process of upper computer software for automatic control system based on TBH522 short-wave transmitter are introduced. Some opinions on how to design the interface of control system software, improving the accuracy of data and the reliability of software are advanced.
关键词：TBH522短波发射机、自动控制系统、上位机软件设计
Keywords: TBH522 short-wave transmitter, automatic control system, upper computer software design
 
一、 引言
TBH522型短波发射机是北广科技有限公司生产的150KW调幅双边带短波发射机。该机采用先进的PSM和谐振腔调谐等技术。在实际使用中，具有良好的技术指标和工作性能。其原机的控制系统、保护系统和调谐系统采用的是模拟电路和继电器控制逻辑。在自动化和信息化的发展要求下无法满足新的工作要求。为实现整机的全自动化运行和信息化管理。我们对原机的控制单元、保护单元、调谐控制单元、衰减器单元采用FPGA和单片机相结合的方式进行重新设计，也相应的重新设计了测量报警单元、灯丝控制单元等电路将原机的控制系统进行硬件的数字化改造，并设计了美观实用的上位机软件，实现了整机的自动控制系统。本文主要介绍自动化系统中人机接口的上位机软件设计，对整机自动化系统的硬件只作概况介绍。
二、 自动控制系统概况
整个自动控制系统主要由人机接口单元、控制单元、保护单元、自动调谐单元、及测量报警单元、衰减器单元。控制单元为整个控制系统的核心，控制着发射机的所有逻辑合和断；保护单元完成发射机的保护逻辑，对错误开关量状态和超过阀值的模拟量进行告警和执行发射机的自动保护动作，并对故障进行记录以及记录故障时的各种模拟量状态；自动调谐单元控制发射机的伺服系统，执行发射机的调谐逻辑控制；测量报警单元采样发射机各状态模拟量，并输出到相应表头指示，并将相应模拟量进行分配放大，送到自动调谐和保护单元进行AD转换，同时还提供保护相应的保护信号去保护单元；衰减器单元根据当前发射机工作状态和频率提供相应的射频信号输出。人机接口单元分别和控制单元、保护单元、自动调谐单元以及衰减器单元进行RS232方式通信进行数据交换实现对发射机的控制，对各个底层的硬件单元提供消费数据，对用户提供直观的显示和控制交互界面。
三、 人机接口单元构成及软件模块
硬件系统为一台工业控制计算机,配置必须有触摸屏和多串口卡(至少有3个空闲的RS-232串口)。3个串口分别与电控单元、保护单元、调谐单元进行通讯，通讯速率19200bit。衰减器单元调机时对新衰减器的参数进行设置时才进行连接使用，平时无需通过串口进行实时连接。因此衰减器单元的软件作为一个独立软件进行编写。因该套系统是出口设备，所以该版本软件设计为英文软件。用户平常使用时采用触摸屏进行操控。
系统构成图：

软件设计思路：软件运行环境采用英文版WINDOWSXP专业版作为运行的操作系统；采用数据库为运行数据提供管理和存储，选择英文版的Microsoft SQL Server专业版8.0为运行数据库。软件设计显示分辨率1024*768。


1、 通信模块
通信包括两部分：
一是三个串口通信模块分别和控制单元、保护单元、调谐单元进行RS232通信；串口通信数据采用二进制方式以提高数据吞吐量，满足控制数据和显示数据的实时性。
二是通过网口软件与天线系统通信获得天线状态和天线号、软件与总控系统通信传送发射机实时状态、接收校时指令、接收总控的调度运行指令。以及两部发射机进行空中并机时获取从机的工作状态（主机连接从机）。LAN通信使用Socket方式进行通信。
2、 数据处理模块
主要功能：将串口获得数据处理成可供显示的数据、表值数据修正处理、生成下位机消费的数据、自动操表数据处理、故障数据处理、数据库自动维护处理、网络数据处理等。
3、 控制模块
主要有：调谐控制模块（实现调谐控制逻辑）和控制模块（实现发射机断合的控制逻辑），直接操控的界面有预倒窗体界面（只进行伺服系统粗调动作）和换频操作界面（进行发射机开机操作和换频调谐操作）。
4、 运行数据设置模块
主要有：表值的修正界面（提供修正表值准确性的参数设置）、上位机设置窗体界面（设置上位机参数如：自动校时、天线和发射机编号设置、IP地址等）、伺服设置窗体界面（伺服限位和短路接点设置）、粗调设置窗体界面（设置伺服在各频段得初始数据）、预置信道窗体界面（将精确调谐的数据存储到指定的信道）、告警设置窗体界面（设置模拟量数据的软件告警阀值）、运行图设置窗体界面（设置进行全自动运行时的运行图）、调度令处理窗体界面（接收总控发出开关机指令和倒频指令，接收确认后将更新运行图）。除了上位机设置窗体界面、预置信道窗体界面、运行图设置窗体界面、调度令处理窗体界面外，其他的界面主要提供调机人员进行调机时进行数据参数的调整使用。
5、 数据查询模块
在查询窗体中可查询操作日志记录、表值记录、故障记录以及故障前60秒表值。
6、 用户管理模块：用户注销窗体界面、用户登录窗体界面和用户管理窗体界面，实行用户分级管理。
7、 运行界面：主界面、状态窗体界面、表值窗体界面。
四、 自动控制流程
对用户来讲，发射机一般分为开机状态、关机状态和播音状态，所以一般的自动控制只要将发射机控制到这三种状态即可，不必考虑对发射机中间状态的控制（如：只合高前，不合高末的状态）。在自动控制的过程中只需将控制的过程和导致自动控制失败的判断结果在操作提示的显示区域和信息提示的显示区域进行显示即可。另因上位机设计安装在发射机的控制单元上方，用户在发射机面前对发射机的按钮可进行直接控制，所以软件也不再设计对发射机的按钮进行软件控制。软件的自动控制流程主要分为：开机操作指令流程、关机操作指令流程和播音操作指令流程。
1、 开机操作指令执行流程

 
2、 关机操作指令执行流程

 
3、 播音操作指令执行流程
 

五、 软件主要窗体介绍
1、 主界面
 
整个主界面有109个信息显示点，其中有些信息显示点用不同的颜色表示不同的状态，有点信息显示点是内容动态变化的显示信息。直接进行操控的按钮有八个，进行控制和窗体切换。窗体上方还有一个隐藏式菜单栏，通过点击菜单按钮进行显示和隐藏，或5秒后自动隐藏。 
主界面的显示信息十分丰富，布局合理。主要信息均可直接显示或信息提示。基本满足主要信息的显示。
2、 状态显示界面
 
状态窗体上半部分为控制单元的状态和流程图。红色表示状态为故障或信号没有完成。橙色框表示故障或对应的接点没有上。画面可以直观观察到控制逻辑顺序和是因为那一个点的控制条件导致不能正常控制，从而查找对应的故障点。
状态窗体下半部分为保护单元的各开关点状态。OVERLOAD一栏指示的是保护单元的输入信号；ARC一栏指示的是发射机各部位的打火指示；O.L.OUTPUT 一栏指示的是保护单元的过荷保护输出信号；OTHER一栏指示的是PSM状态、保护单元的其他信号以及保护单元的内部信号。绿色表示正常，红色表示异态。
3、 自动运行图界面
 
 
运行图设置窗体显示的是当前自动执行的运行图，在此界面中可以运行图进行添加或删除。从总控制平台收到的调动令经手动或自动处理确认后，更新运行图内容。当发射机控制单元工作模式为自动方式和自动调谐单元模式为程控模式，软件将按照系统时间自动执行开机操作、关机操作、倒频操作。
4、 换频操作界面
 
 
当发射机控制单元工作模式为自动方式和自动调谐单元模式为程控模式，点击主界面换频按钮进入换频窗体。在换频窗体中输入频率或信道号、功率、天线号，点击“SURE”，软件回到主界面。上位机发出合高末指令，并按指定的频率进行自动调谐。此时系统处于遥控工作状态，将不再执行运行图的操作指令。如要释放权限只需点击遥控结束，即可释放权限。
 
六、 软件设计体会
1、 界面设计原则
整体布局合理、大方并尽可能提供最大的信息量。颜色风格要和硬件设备向匹配。考虑设备运行时间长，如果采用亮色调风格对显示器寿命不利，同时容易产生视觉疲劳，所以采用黑色和灰色基调为主风格，用红色、绿色和黄色作为信息显示色调。窗体嵌套层数原则为两层，为用户提供操作便捷的体验感。
2、 提高模拟数据取样的准确性
由于发射机工作的频率从3M到25.5M，载波输出功率150KW，在比较宽的带宽内且在输出功率电平比较低和比较高的情况下，都要获得模拟数据较高的取样线性度十分困难。为了提高数据的准确性，软件对模拟数据进行修正。方法一：对模拟的取样值采取按频率和对低电平到高电平进行分段修正，分段的数据点由调机人员可根据情况选择不同电平点进行校正。数据分段校正的多少数据点，调机人员也可根据情况自由选择。方法二：由于硬件取样采样数据速度比较快，且通信也采用了比较快方式，所以软件对获取的数据采取了逐次十组数据进行平均。消除取样数据的“毛刺点”。软件采用以上两种方法对模拟数据进行处理从而提高了显示数据的准确性。
3、 代码设计可靠性考虑
编程语言的选择最初考虑选择点NET，但考虑再三还是选择了自己最熟悉的VB作为编程语言。点NET语言固然可以获得较高的编程效率，缩短编程时间和较好的显示效果，但此由于该软件运用于控制系统，选用点NET语言编写软件进行发布时还带上比较的Framework运行环境软件包，增加了软件不稳定因素。而选用自己最熟悉的编程语言可以提高对软件代码的控制能力，健壮软件的可靠性。再则，对控制类的软件可靠性要求高，最好不要选择已经进行了封装第三方控件使自己的软件代码变得不受控，增加软件的不确定因素。
七、 结束语
笔者为该套自动化系统编写了三个版本的上位机软，对比三个版本的软件，该版本软件设计思想不考虑发射机的业务需求（不考虑由于不同业务进行提前或滞后开关机），自动化系统只考虑操作指令，从而简化软件设计。加强了软件运行错误的检查提示功能，极大方便了维护人员查找因误操作或数据设置不当造成软件不能运行的原因。同时加强对天线控制系统的通信，从而实现了对天线号的识别，防止用错天线进行播出。此版本软件还加强了调机人员的使用功能，并对用户进行分级管理，有效保护了核心数据。
 
 
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