摘要：本文針對原交換開關(guān)控制系統(tǒng)在設計時存在的不足問題進行分析，并運用實例進行反復研討論證從而確定了在原有交換開關(guān)控制系統(tǒng)的基礎上進行開發(fā)應用，經(jīng)過交換開關(guān)系統(tǒng)技術(shù)改造后，使備機融入代播體系，使其發(fā)揮效益，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　0 引言

　　我臺于2006年8月進行室內(nèi)交換開關(guān)控制系統(tǒng)改造，通過室內(nèi)交換開關(guān)的倒換，實現(xiàn)了每部發(fā)射機都可以上任意一副天線，使發(fā)射機間的相互代播簡單快捷，提高了發(fā)射機應急播出能力。

　　隨著時間的推移，原交換開關(guān)控制系統(tǒng)在設計時存的不足逐漸暴露出來：

　　1.當服務器端死機后，客戶端無法及時發(fā)現(xiàn)。即當天控工控機出現(xiàn)死機時，值班員是無法察覺的（系統(tǒng)無監(jiān)控、報警界面）。

　　2.該系統(tǒng)人機交換界面設計不夠人性化，操作不方便，功能不夠強大，系統(tǒng)不夠完善。

　　3.該系統(tǒng)不能進行系統(tǒng)升級。隨著事業(yè)的發(fā)展，我臺安裝了一部150kW發(fā)射機備機，備機無法融入當前系統(tǒng)，發(fā)揮應有的作用。

　　在經(jīng)過反復研討論證后，我們確定了在原有交換開關(guān)控制系統(tǒng)的基礎上進行開發(fā)應用。改造分為三個方面：

　?。?）對原有交換開關(guān)控制系統(tǒng)使用的PLC控制器進行改進，即基于增加一部備機和一個同軸開關(guān)的前提下，重新設計了PLC硬件接線和PLC端口分配；

　　（2）對原有交換開關(guān)控制系統(tǒng)使用的PLC控制器的內(nèi)部程序進行編寫，達到需要的擴展功能；

　?。?）開發(fā)了一套基于PC終端的自動化軟件，使新的天控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)自動化和遠程監(jiān)控功能。

　　一、PLC控制器硬件的改進

　　我臺原有室內(nèi)交換開關(guān)控制系統(tǒng)使用的PLC控制器是AB公司的Logix5561,經(jīng)面查看硬件設備后，結(jié)合升級改造的要求，重新設計了PLC控制器的硬件接線和PLC端口分配：

　　1.增加一部發(fā)射機和一個同軸開關(guān)控制

　　相應新增加的信號有：來自發(fā)射機備機的合高壓信號、去往發(fā)射機備機的天線正常信號、備機同軸開關(guān)的天線位和負載位返回信號和控制同軸開關(guān)轉(zhuǎn)動的電機電源輸入信號。

　　因此，將這幾個信號做了如下分配：備機的合高壓信號接到天控柜的FBT板，此板有12路輸入，此前四部發(fā)射機的合高壓信號用了四路；備機的天線正常信號接到天控柜TXBSFA板，此板有12路輸出，此前四部發(fā)射機的天線正常信號用了四路；備機同軸開關(guān)的信號接到天控柜控制板2上的第四個端子，該端子上的直通和轉(zhuǎn)向返回信號接備機同軸開關(guān)的天線位和負載位，該端子的直通輸出和轉(zhuǎn)向輸出接到分別通過二極管并聯(lián)控制中間繼電器，中間繼電器的輸入接220VAC,輸出接備機同軸開關(guān)電機電源。

　　2.硬件端口分配

　　根據(jù)以上的硬件連接，給各信號分配相應的PLC端口：備機的天線正常信號分配的端口地址是模塊2的4號端口，同軸開關(guān)的直通輸出和轉(zhuǎn)向輸出分配的端口地址是模塊4的15號和14號地址；備機合高壓信號分配的端口地址是模塊7的4號端口，同軸開關(guān)的直通返回和轉(zhuǎn)向返回地址分別是模塊9的15和14號端口。

　　二、PLC控制器內(nèi)部程序編寫

　　完成了PLC控制器的硬件接線和端口分配，我們對PLC內(nèi)部程序進行編制。PLC控制器內(nèi)部編程主要實現(xiàn)以下功能：交換開關(guān)和同軸開關(guān)的轉(zhuǎn)動、天線正常信號的輸出、指示信號的輸出（包含PLC和上位機的通訊）。

　　1.交換開關(guān)和同軸開關(guān)的轉(zhuǎn)動

　　設計如下：設置允許接收變量，每當需要轉(zhuǎn)動開關(guān)時，該變量設置為允許，當接收來自上位機的轉(zhuǎn)動信號完成之后，如果交換開關(guān)處于高壓狀態(tài)，則相應的轉(zhuǎn)動信號被置為零，重新設置該變量為禁止接收狀態(tài)，然后進行相應開關(guān)的轉(zhuǎn)動。

　　2.天線正常信號的輸出

　　這部分的內(nèi)容設計思路如下：列出發(fā)射機上天線的所有情況，根據(jù)當前的交換開關(guān)狀態(tài)輸出是否允許發(fā)射機加高壓，如果允許發(fā)射機加高壓，輸出天線正常信號，如果允許并且發(fā)射機處于合高壓狀態(tài)，則禁止相應開關(guān)轉(zhuǎn)動。

　　3.指示信號的輸出（包含PLC和上位機的通訊）

　　每當輸入信號發(fā)生變化之后，上位機程序能夠及時讀取相應信號，控制系統(tǒng)能夠及時驅(qū)動相應的指示燈。

　　新的PLC程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)設計目標，需要進行PLC程序調(diào)試。為此，編寫了一份測試文檔，針對天控系統(tǒng)的各種運行情況，查看運行結(jié)果是否符合預期目標，主要內(nèi)容是交換開關(guān)和同軸開關(guān)的轉(zhuǎn)動、高壓狀態(tài)下是否禁止運行、運行圖禁止/自動情況下交換開關(guān)的轉(zhuǎn)動情況、輸出指示是否正常，經(jīng)過反復測試修改，PLC程序能夠?qū)崿F(xiàn)預期目標。

　　三、開發(fā)一套基于PC終端的天控自動化軟件

　　本次交換天關(guān)系統(tǒng)的軟件部分，充分利用的軟件復用技術(shù)，結(jié)合以往在自動化方面基礎，重新定制了新交換開關(guān)系統(tǒng)。首先，使用了基于ACE網(wǎng)絡通訊組件包，解決了服務器端死機后，客戶端無法發(fā)現(xiàn)的問題；其次，使用類visio組件包，解決了窗口在重新繪制和通訊斷開時，用戶點擊后出現(xiàn)“未響應”的問題；然后，利用日志組件包，解決了設備狀態(tài)變化無法查詢的問題；，利用語音組件包，更人性化地提示值班員設備狀態(tài)變化過程。（軟件復用就是將已有的軟件成分用于構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)。可以被復用的軟件成分一般稱作可復用構(gòu)件，無論對可復用構(gòu)件原封不動地使用還是作適當?shù)男薷暮笤偈褂茫灰怯脕順?gòu)造新軟件，則都可稱作復用。軟件復用主要用來縮減軟件開發(fā)和維護的花費，是提高軟件生產(chǎn)力和質(zhì)量的一種重要技術(shù)。）1.基于ACE的網(wǎng)絡通訊組件包

　　舊系統(tǒng)采用了windows自帶的通訊組件包，由于系統(tǒng)的通訊組件包未加入心跳機制，所在當服務器出現(xiàn)死機時，客戶端用戶無法知道它已與服務器斷開連接，嚴重影響了播出任務。如何解決及時發(fā)現(xiàn)連接被斷開呢？結(jié)合我臺在通訊組件方面的知識積累，本次通訊組件包，采用了基于ACE開發(fā)的通訊組件包，下面介紹一下這個組件包的內(nèi)容：

　　ACE自適配通信環(huán)境（Adaptive CommunicationEnvironment）是可以自由使用、開放源碼的面向?qū)ο罂蚣?，在其中實現(xiàn)了許多用于并發(fā)通信軟件的模式。ACE提供了一組豐富的可復用C++ Wrapper Facade和框架組件，可跨越多種平臺完成通用的通信軟件任務。ACE的目標用戶是高性能和實時通信服務和應用的開發(fā)者。它簡化了使用進程間 通信、事件多路分離、顯式動態(tài)鏈接和并發(fā)的OO網(wǎng)絡應用和服務的開發(fā)。此外，通過服務在運行時與應用的動態(tài)鏈接，ACE還使系統(tǒng)的配置和重配置得以自動化。

　　ACE有以下優(yōu)點：增強可移植性；有更好的軟件質(zhì)量；有更高的效率和可預測性；更容易轉(zhuǎn)換到標準的中間件；系統(tǒng)具備工業(yè)級質(zhì)量，可靠性非常高。我臺開發(fā)出了一套基于ACE的高效網(wǎng)絡通信組件包，隱藏層的細節(jié)問題，剝離復雜度，讓每位網(wǎng)絡通信的開發(fā)者不用理會數(shù)據(jù)是如何傳輸?shù)?，而是更加專注于邏輯的開發(fā)，進而降低軟件開發(fā)周期。目前此套組件已實現(xiàn)功能：

　　1）服務器會根據(jù)操作系統(tǒng)的不同，自己選擇Proactor（windows）框架還是Reactor（linux）框架。

　　2）對底層數(shù)據(jù)加密，剝離出來一個類，可以通過給這個類注入自己的加密算法完成對數(shù)據(jù)包的加密，使數(shù)據(jù)在被竊取后也不能知道真正內(nèi)容，保證數(shù)據(jù)的安全性。

　　3）完善的日志系統(tǒng)，服務器會動態(tài)的記載當前處理指令情況，每個鏈接處理數(shù)據(jù)包的時間，數(shù)量，以及工作線程的狀態(tài)。提供給開發(fā)者完善的數(shù)據(jù)分析標準，也提供給開發(fā)人員對服務器的效率進行分析和配置。

　　4）服務器和客戶端做了心跳處理，會自動斷開或重連無效鏈接。

　　5）在發(fā)送一些大數(shù)據(jù)時候，采用自主研發(fā)的粘包算法，避免大數(shù)據(jù)的粘包問題。

　　6）大量使用內(nèi)存池和對象池，使組件運行效率更高、速度更快。

　　7）允許和禁止接入的IP地址控制，避免非法終端接入，竊取機密數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)更加具有安全性。

　　8）簡化調(diào)用接口，在設置好配置文件后，開發(fā)人員只需要調(diào)用一個函數(shù)就可完成UDP,TCP/IP及MDP等網(wǎng)絡通訊模塊，并可通過回調(diào)函數(shù)和發(fā)送函數(shù)進行收發(fā)數(shù)據(jù)管理。

　　2.基于多線程的類visio可視組件包

　　工業(yè)控制軟件對圖形處理要求很高，需要很強的實時響應能力，往往開發(fā)類似的界面需要花費很長的開發(fā)時間，尤其是當您的應用程序還需要支持打印、關(guān)系復雜的連接圖以及拖拉操作等功能的時候就更是如此，此類應用程序要求用戶可以能夠在上面動態(tài)的調(diào)節(jié)各種數(shù)據(jù)關(guān)系，并處理非常復雜的數(shù)據(jù)流程。再加上MFC只提供了一些基本的GDI調(diào)用函數(shù)，它能夠提供給我們的幫助非常非常少。因此開發(fā)這類應用程序不僅要求開發(fā)人員要去處理大量的非常復雜的WindowsGDI的調(diào)用，而且還需要繁雜的數(shù)學計算。這將是一個非常耗時耗力的工作。

　　因此，為了節(jié)省每次系統(tǒng)的開發(fā)周期，通過研究與實踐，我臺自主開發(fā)出了一套類似visio功能的組件。開發(fā)人員可通過此組件，在改動少量的代碼條件下，就可實現(xiàn)適合各自的業(yè)務需求軟件。

　　由于舊系統(tǒng)的圖形組件都是基于事件觸發(fā)的，當繪制未完成時，用戶如果點擊鼠標或輸入等操作，軟件會出現(xiàn)未響應及假死情況發(fā)生，進而使關(guān)鍵指令不能及時觸發(fā)處理，帶來嚴重的后果。因此，本組件采用多線程繪制模式，即不在基于以往的事件觸發(fā)模式，而是啟動一個獨立的線程，對加入組件并且需要顯示的元素進行實時繪制顯示，讓用戶不再碰到假死情況。并且經(jīng)過開發(fā)人員測試和用戶測試，可以實現(xiàn)隨意功能操作，而軟件不會出現(xiàn)未響應的情況，保證用戶操作的連續(xù)性。充分解決了舊系統(tǒng)“未響應”事件和軟件假死情況的發(fā)生。

　　為了適應軟件在開發(fā)好后，在不需要開發(fā)人員參與情況下，使用者就可實現(xiàn)對設備的增、刪、改功能，進而對系統(tǒng)進行重新布局，此套組件擁有編輯功能，非開發(fā)人員可通過鼠標便可手動操作設備。用戶可以自行編輯當前交換天關(guān)邏輯，并可對設備的大小、位置、角度等參數(shù)及設備屬性進行修改和保存，生成后的交換天關(guān)邏輯圖將自動加載，并根據(jù)新的邏輯圖運行，具有非常好的通訊性。

　　3.基于多線程的日志組件包

　　軟件運行日志的對象是軟件維護人員、資深客戶（比如客戶方的系統(tǒng)管理員）。軟件中的錯誤信息，應該分為兩類，一類是軟件用戶能夠理解的，另一類是軟件用戶不能理解的，需要軟件維護人員介入的。前者，通常與軟件用戶的操作行為相關(guān)，軟件用戶在得到提示后，可以自行進行處理；而后者，通常與軟件自身缺陷、軟件部署環(huán)境問題相關(guān)的，只有軟件維護人員才能處理的。

　　很明顯，對于后者的詳細內(nèi)容，沒必要用告警對話框的方式提供給軟件用戶，而且這樣做，會大大增加軟件錯誤處理的復雜度。直接將其寫入運行日志，是簡便、也可靠的方法。可以想象下面的場景，應用軟件在某臺電腦上運行出錯，軟件維護人員或客戶方系統(tǒng)管理員查看運行日志，發(fā)現(xiàn)了一些系統(tǒng)模塊調(diào)用失敗的信息，并與開發(fā)人員遠程溝通，開發(fā)人員根據(jù)這些信息，迅速定位錯誤的代碼，隨后開發(fā)人員可能反饋，某個系統(tǒng)組件沒有的到正確的配置，也可能反饋，軟件中有一處缺陷，將在下一個版本或補丁包中得到修正。不管是哪一種情況，這一過程都可以提高軟件的健壯性。

　　現(xiàn)代軟件日益復雜，徹底消除軟件中的錯誤已經(jīng)被證明是不可能的，那么，及時發(fā)現(xiàn)錯誤、定位錯誤現(xiàn)場信息，迅速排除軟件錯誤就成為非常重要的事情，甚至在軟件實際運行環(huán)境中也是如此。因此，軟件運行日志就是捕獲錯誤現(xiàn)場信息的一種重要手段。

　　日志流程圖如圖1所示：

　　4.基于microsoft speech sdk v5.1語音組件包

　　應用微軟提供的SAPI可以讓我們的軟件能說會道。軟件中的語音技術(shù)主要包括兩方面的內(nèi)容，一個是語音識別（ s p e e c hrecognition），另外一個是語音合成（speechs y n thesis ），也即是文本語音轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（TTS）。TTS系統(tǒng)使用合成語音合成文本字符串和文件到聲音音頻流。而語音識別系統(tǒng)則是轉(zhuǎn)換人類的聲音語音流到可讀的文本字符串或者文件。這兩個工作，都是通過各種語音引擎來完成的。微軟所提供的SAPI（全稱The Microsoft Speech API），正是在應用程序和語音引擎之間提供一個別的接口，它實現(xiàn)了所有必需的對各種語音引擎的實時的控制和管理等低級別的細節(jié)。語音引擎通過DDI層（設備驅(qū)動接口）和SAPI進行交互，應用程序通過API層和SAPI通信。通過使用這些API,我們可以快速開發(fā)在語音識別或語音合成方面應用程序。SAPI應用程序編程接口（API）明顯的減少了構(gòu)建一個使用語音識別和文本語音轉(zhuǎn)換的應用程序所需要的高層代碼，使語音技術(shù)更加容易使用并且更加擴大了應用的范圍。雖然現(xiàn)在SAPI并不是業(yè)界標準，但是應用非常廣泛。

　　雖然SAPI功能如此強大，但其是基于COM技術(shù)，使用起來過于復雜，若每次開發(fā)都從新布置，大大延長了開發(fā)周期，而且加大了出錯概率。因此，我臺技術(shù)人員對其進行了二次封裝，讓未來開發(fā)人員在不需要了解SAPI底層細節(jié)的情況下，正確使用。語音組件邏輯流程圖如圖2所示：

　　5.天控編輯平臺

　　由于以往平臺都是定制開發(fā)，即開發(fā)的平臺只適用與當前臺站，當在其它臺站需要部署相同設備，但邏輯不同時，需要對軟件進行重新開發(fā)。就如我們臺，此次加了一臺備機和一個同軸開關(guān)，若使用舊系統(tǒng)，需要再次請開發(fā)人員重新設計開發(fā)，大大增加了人力、物力及財力。因此，為了解決這個問題，本系統(tǒng)在開發(fā)之初，經(jīng)過整個團隊的整體研究，并結(jié)合我臺自動化方面的基礎，自主開發(fā)了一套編輯平臺，在未來可能需要新加入發(fā)射機、交換開關(guān)或天線時，不再需要對軟件重新開發(fā)，只需要通過編輯功能自動加入或刪除相應的設備即可使用，這樣不僅具有很高的經(jīng)濟價值，而且，經(jīng)過長期的運行和維護，相應的邏輯功能也會變得越來越穩(wěn)定。

　　我機房交換開關(guān)系統(tǒng)技術(shù)改造后，使備機融入代播體系，使其發(fā)揮效益，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)功能更加完善，在安全播出工作中取得了明顯的效果。（作者：梁延成）