一种卫星天线除雪控制器及系统

技术领域

本发明涉及广播电视和卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星天线除雪控制器及系统。

背景技术

在我国，全国范围内的广播电视信号源的传输分发依赖于同步卫星传输和广电国家干线网(光缆)传输。由于广电国家干线网容量有限，目前只承载了中央电视台的节目传输，省台等地方卫视节目只能靠同步卫星进行传输，事实上，包括中国在内，世界各国的广播电视远距离传输几乎都是依赖卫星传输平台。

相比光缆传输，同步卫星的传输可靠性要差许多，由于同步卫星离地面距离远，要求地面发送和接收天线的反射面直径尽量大，以保障接收端的信号强度，即便如此，传输信号还是很容易被干扰。一类是电磁波干扰，如5G信号的干扰，另一类是日凌、雨雪等自然环境引发的干扰，本发明就是针对冬季下雪和结冰引发干扰的一种解决方法。

卫星天线是椭球面，对于接收天线来说，其焦点处固定着高频头，来自卫星的微弱信号经过椭球面的反射刚好汇聚到高频头位置，经放大和降频后送给卫星接收机解出相应信号。而如果是下雪天，并在天线反射面上积了雪，一方面信号会存在一定比例的散射，另一方面本应汇聚到焦点的信号也随着积雪的增厚，等距离平移偏离了高频头，导致高频头接收到的信号衰减，直至无信号输出。同理，对于发射天线来说，由于焦点位置的变化，使得发往同步卫星的信号产生衰减，结冰的情况也类似。因此，要保障雪天卫星通信的正常运行，除雪是一个必须的环节。

那么如何给卫星天线除雪呢，从国内外了解到的情况来看，大量的仍是人工除雪，对于离地面不高的小天线来说，人工除雪不算难事，但许多天线往往装在楼顶高处，且是大口径的天线，离地位置高，人要爬到锅面上去才能除雪。一方面容易使反射面变形影响接收性能；另一方面雪天反射面滑，发生人员人身伤害风险高，特别是必须深夜除雪的情况。

对于一些重要的卫星天线，会采用自动除雪技术，但我国目前还没有成熟、通用的自动除雪设施，常见的有电加热融雪、热风机除雪、压缩空气吹雪、机械刮板清雪、水喷淋除雪等等，各有自己的特点，但不足之处也明显，如耗电厉害、效率低下、除雪效果不佳等等。往往每个天线的除雪设施都相当于一个工程，可移植性差；对于多个天线的场合，管理也会成为负担，比如对于电加热融雪，如果同时开启电加热，大电流可能会导致供电线路过载跳闸等，或者压缩空气喷嘴同时开启风压下降吹雪能力下降，所以实际上主要采用人工+自动组合方式来除雪。

由于不同厂家生产的卫星天线大小、结构各异，除雪装置的设计既要考虑机械结构、又要考虑使用地区（南方和北方气候差异对除雪有不同的要求），更要考虑单天线除雪和多天线除雪的控制，这样每个单位情况不同，都是一项独立工程，改造费用高；除雪策略虽有几种模式可选，但不能结合实际进行编制，改造后运行费用往往居高不下，还有效率低的情况很难解决，最终导致许多单位放弃自动除雪改造的想法。

如果能把卫星天线除雪控制器从传统自动除雪装置中剥离出来，自成系统，采用通用智能化设计： 一方面满足不同除雪方式的控制和个性化除雪策略的定制，另一方面能把数量众多天线实现统一除雪管理，让用电负荷平稳、让空压机出风稳定，实现高效低耗除雪。相信和卫星天线生产厂家结合，自动除雪将能得到方便的推广应用。

基于此，提出本申请。

发明内容

针对我国广电及卫星通信领域在冬季给卫星天线人工除雪上的安全风险，以及现有自动、半自动除雪装置形态各异，往往存在能耗高、效率低、除雪效果差、系统维护复杂等情况，结合我国地域辽阔，南北通用性差及卫星天线个体形态的不同等等实际问题，本发明把卫星天线除雪控制器从传统自动、半自动除雪装置中剥离，自成系统，采用通用智能化设计，一方面满足不同除雪方式的控制和个性化除雪策略的定制，另一方面能把数量众多天线实现统一除雪管理，让用电负荷平稳、让空压机出风稳定等等，最终达到高效低耗自动除雪及方便推广的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种卫星天线除雪控制器及系统，包括若干采集控制器、监控专网、除雪监控服务器；

所述监控专网为除雪监控服务器与若干采集控制器之间提供数据传输通道；

所述采集控制器用于采集信息，采集信息包括环境相关参数和除雪设施相关参数，并将信息传输给除雪监控服务器，同时根据除雪监控服务器发送的指令，进行除雪设施的驱动；

所述除雪监控服务器通过接收采集信息，来监测卫星天线所处的环境状态和除雪设施的准备状态，同时根据采集信息和预先配置好的策略，进行指令的下发。

进一步的，所述监控专网采用有线和/或无线组成以太专网。

进一步的，所述采集控制器包括多点温度采集模块。

进一步的，所述采集控制器包括联动控制参数采集模块，用于采集除温度数据以外的环境相关参数和除雪设施相关参数。

进一步的，所述采集控制器包括驱动输出模块，用于除雪设施的驱动，所述驱动输出模块提供多个继电器隔离输出。

进一步的，所述采集控制器包括网络接口模块，网络接口模块包括有线网口和/或无线接口。

进一步的，所述除雪监控服务器包括采集控制器及接口配置模块，用于对采集控制器及各接口的定义和配置。

进一步的，所述除雪监控服务器包括除雪策略配置模块，用于对除雪策略进行定制。

进一步的，所述除雪监控服务器包括数据库表和参数对应转换模块，数据库表用于储存除雪策略、采集参数和驱动输出过程的数据；参数对应转换模块根据接口的定义将采集到的数据进行量程或格式转换，并保存于表中。

进一步的，所述卫星天线除雪控制器及系统包括摄像头，用于获取现场的实时景象，并通过监控专网输送至除雪监控服务器；所述除雪监控服务器包括视频图像处理模块，对获取的实时景象进行展示。

进一步的，所述除雪监控服务器包括自动/手动控制管理模块，所述自动/手动控制管理模块包括采集信息监看单元、策略选择单元、手自动切换单元、手动控制单元及自动控制单元，所述采集信息监看单元提供各卫星天线环境相关参数的监看和除雪设施相关参数的监看，所述手自动切换单元用于自动模式和手动模式的切换，所述自动控制单元用于实现自动模式下的自动控制，所述手动控制单元用于实现手动模式下的手动控制，所述策略选择单元用于提供除雪策略的选择。

本发明的优点在于：降低现有卫星天线自动除雪改造的难度（擅长除雪执行机构的团队不懂除雪自动监控）；提供根据不同地域、不同天线规格、不同除雪方式、不同类型雪等的定制除雪策略设置，达到最大限度降低除雪耗能、提升除雪效率的特点；消除了长期来自动除雪改造难、改造后运行费用高和运行效果差让其他单位望而却步不敢改造的尴尬局面，该发明的使用解除使用单位的后顾之忧，让卫星天线运维人员真真切切地摆脱下雪天登高人工除雪的人身安全风险。

附图说明

图1是实施例中通用除雪系统组网框图；

图2是实施例应用一中单天线电热除雪控制实例框图；

图3是实施例应用二中单天线压缩空气吹雪控制实例框图；

图4是实施例应用三中单天线水喷淋除雪控制实例框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，为本实施例的一种通用除雪系统组网框图，包括若干采集控制器、监控专网、除雪监控服务器及附属网络设施，附属网络设施包括现场摄像头和手机操控接口等，手机操控接口用于手机登陆除雪监控服务器。现场摄像头、手机等，本身具备网络接口，可通过有线或无线直接连接到除雪监控服务器，其中摄像头向除雪监控服务器传输卫星天线现场的图像，手机一般提供参数显示和手动控制功能。

监控专网，用于室外卫星天线现场的所有采集控制器和附属网络设施与除雪监控服务器之间的数据传输。监控专网采用有线和无线两种方式组建以太专网。

采集控制器，安装于卫星天线所在的室外的防雨防晒箱体内（无线联网时，需将WIFI天线引至箱外或采用非金属箱体），包括多点温度采集模块、联动控制参数采集模块、处理器、网络接口模块及驱动输出模块，来担任参数采集和除雪控制两项职能。其中采集信息包括是否在下雪、室外温度多少、天线反射面当前温度等，及与除雪相关的如电力参数、水压水温、气压气温、开关阀门状态等等；除雪驱动控制是提供继电器开和关的输出，用于直接或间接启动除雪设施；采集控制器将采集到的信息通过监控专网传输给除雪监控服务器，同时根据服务器发送的指令启动和关闭除雪执行机构（也称除雪设施）。

所述处理器分别与多点温度采集模块、联动控制参数采集模块、驱动输出模块、网络接口模块通讯连接，网络接口模块用于实现与监控专网的通讯。考虑到室外卫星天线安装位置布设网线不方便，或者至少难以规范，所以采集控制器将有线RJ45网口和无线WIFI接口同时设计于内，为组网提供方便。

其中，多点温度采集模块主要针对地域通用性相对较广的电热膜等加热除雪场合下反射面不同区域温度的监测，该模块对外提供两种接口，一种为配套目前应用广泛的美国DALLAS公司设计的智能温度传感器DS18B20，实现单总线多点测温方案，另一种为RS485接口，下挂多个基于MODBUS协议的智能温度采集仪，无论哪种接口，都可采集数个、十数个或更多点的温度数据。

联动控制参数采集模块，用于采集除温度数据外的开关控制量数据和其它数据，作为除雪服务器启动或关闭除雪设施动作的依据。该模块也提供两种接口，一种是RS232接口，用于采集如电压、电流、功率、用电量等数据；另一种接口为开关量输入，这些开关量分别代表一个控制参数，比如：动力电是否准备就绪、用电负荷是否过载、气压包压力是否合格、雨雪传感器有否检测到下雪、开关阀门状态是否处于就绪状态等等。采集控制器的多点温度采用模块和联动控制参数采集模块将卫星天线现场采集的相关参数通过监控专网传输给除雪监控服务器。采集控制器可以是1台，也可以多台共同合作运行。

驱动输出模块的作用是驱动除雪执行机构的动作，完成除雪的任务。由于除雪的方法多种多样，所以驱动输出只提供多个继电器隔离输出（一般选择触点容量为10A的继电器），由这些继电器按次序或组合控制后续设施完成除雪任务。

除雪监控服务器设置在机房控制室，通过接收来自采集控制器的采集信息，来监测室外卫星天线接收区的气温、是否下雪、天线上是否有积雪等等，同时监测除雪相关的电力设施、水、气或其它除雪方式的准备状态；并根据预先配置好的策略进行自动或手动控制除雪设施的运行。除雪监控服务器根据当前所选择的除雪策略，随时对采集到的参数进行组合运算，随时驱动或关闭相应的继电器输出，动态控制整个除雪过程。

除雪监控服务器至少包含采集控制器及接口配置、除雪策略配置、数据库表和参数对应转换模块、视频图像处理、自动/手动控制管理五大模块。

由于本采集控制器和监控系统为通用型的，可以适应不同规格的大小卫星天线、适应不同除雪方式的控制和适应单面和多面卫星天线的场合，所以对于具体的应用，需要采集的参数数量、含义及控制的参量、控制方式等等都不会相同，因此，需要通过采集控制器及接口配置模块对采集控制器及各端口进行定义和配置。比如一面卫星天线对应几个采集控制器，反射面的不同区域温度对应哪些编号的测温器件，驱动输出的这几个继电器分别对应发射面哪几个区域的加热，联动控制的哪个输入端口代表什么含义等等。只有把通用的采集控制器固化到实际系统后，才能根据这些输入参数和除雪策略来最终控制输出。

设置除雪策略配置模块，由于本控制器及系统的通用特性，就要求能适应不同除雪方式下的除雪策略，所以除雪策略配置模块用于提供除雪策略的定制功能。举电加热融化雪来讲：雨雪传感器检测到下雪，天线反射面某区域平均温度为-10℃，动力电准备已就绪状态，一个简单的策略就是满足这三个条件时，就将该反射面区域加热所对应的继电器开启，一直等到区域平均温度达到2℃以上数分钟（认为雪已化掉）再关闭继电器停止加热。但实际上对加热融化雪的用电负荷往往需要控制，如果同时满足这些条件的反射面区域有很多个，又同时开启这些反射面一起加热，会导致用电负荷的超限而跳闸，所以在策略中还会添加上分组巡回控制输出的条件。

在数据库表和参数对应转换模块中，数据库表用于储存除雪策略、采集参数和驱动输出过程的数据；参数对应转换模块根据接口的定义将采集到的数据进行量程或格式转换，并保存于表中。该模块一方面将采集到的数据进行量程或格式转换后保存在表中；另一方面针对下雪的大小、持续时间、环境问题等不同的情况，结合本地区域、卫星天线规格大小的不同，可以制订多个不同的除雪策略，这些策略都存储于数据库表之中，供选择调用。另外还可以记录各继电器驱动输出时的时间及各项采集参数，为后续分析优化除雪策略提供依据。

通过现场摄像头向除雪监控服务器传输卫星天线现场的图像，视频图像处理模块可以直观地看到天线除雪的效果，方便优化除雪策略，也为手动控制除雪提供依据，另外也可以防止下雨被误当成下雪而启动除雪的情况，因为雨雪传感器分不清是雨还是雪的，自动控制中会根据雨雪传感器的报警和室外温度结合来认定是下雨还是下雪，会存在误报情况。

自动/手动控制管理模块包括采集信息监看单元、策略选择单元、手自动切换单元、手动控制单元及自动控制单元，所述采集信息监看单元提供各卫星天线环境相关参数的监看和除雪设施相关参数的监看，所述手自动切换单元用于自动模式和手动模式的切换，所述自动控制单元用于实现自动模式下的自动控制，所述手动控制单元用于实现手动模式下的手动控制，所述策略选择单元用于提供除雪策略的选择。

该卫星天线除雪控制器及系统的除雪控制过程，包括如下步骤：

S1. 根据天气预报的下雪预警，提前检查、维护并准备好除雪相关设施，比如：除雪专用的配电设施，合上闸让采集控制器的联动控制参数采集模块能检测到“动力电准备就绪”的参数，如果是水喷淋或吹气等除雪的，那还要检查水泵、水管、阀门、储水罐等或空压机、气包等的状况，确保联动控制参数采集模块能检测到除雪控制机构已处于准备好的状态；

S2. 采集控制器检测到的参数在除雪监控服务器的界面上显示，除雪监控服务器根据除雪策略来判断是否需要启动除雪及如何除雪；

S3. 当雨雪传感器检测到下雨或雪，且室外气温或者天线反射面的温度低于-2℃（可设置修改）时，系统认为下雪条件满足；由于其它联动控制已提前准备满足了条件，这时除雪监控服务器将通过网络按预定的策略驱动继电器闭合，控制除雪设施运作。

为节约能源或安全除雪需要，除雪过程并非所有天线和所有反射面一同进行的，在策略中会有意设置为一定顺序轮流进行，而后重复进行或一个循环后全部暂停，而后再往复进行。

下文将附图1中的通用除雪系统进行实际应用。

应用一

如图2为单天线电热除雪控制实例框图，是一种通过电热膜对天线反射面分区域加热进行融化雪的应用。采集控制器及接口的配置和融雪运作情况如下：

第一，对卫星天线融雪分区控制。本应用按8个控制区域划分，每个区域设置2个温度检测点（可根据需要调整数量），每个区有一个对应的继电器输出来控制是否加热；

第二，确定采集控制器的数量。该数量需要依据单独控制加热区域的数量来确定。本例采集控制器按6路驱动输出设计，单台只能控制6个区的加热融雪，所以需要2台采集控制器；

第三，对输入输出端口的配置。对2台采集控制器的端口，可采用均分，也可采用先配置满一台，剩余的配到另一台，从多天线除雪时资源综合利用角度来看，宜选用后者。本例中采集控制器1的6个驱动输出口（即加热控制模块）全部使用，与这些口对应融雪分区的12个测温点配置到温度采样端口。其它开关量的联动控制参数先配置在第一台上，如动力电准备就绪，负荷过载检测，雨雪传感器检测等；数据类的联动控制配置在第二台，如电压、电流、功率、用电量等的数据通过负荷采样接口传输；

第四，接入现场摄像头。摄像头本身带网络接口，直接连接监控网络；

最后，除雪监控服务器根据当前所选择的除雪策略，随时对采集到的参数进行组合运算，随时驱动或关闭相应的继电器输出，动态控制各区域的加热膜加热，实施整个融雪过程。

应用二

如图3为单天线压缩空气吹雪控制实例框图，是一种通过控制压缩空气吹向卫星天线反射面把雪吹离反射面的应用，该应用特别适用北方干燥环境下的雪的吹离。采集控制器及接口的配置和吹雪运作情况如下：

第一，卫星天线反射面间隔120度安装上三个可控摇头压缩空气喷嘴，通过控制喷嘴的摇晃，由压缩空气将雪吹离天线；

第二，3个放气控制、3个喷嘴转向控制就需要1台采集控制器，如果还需要其它控制，如对压缩空气加热控制、夜间摄像头的辅助照明控制等，那就需要2台采集控制器，当然根据卫星天线规格大小不同，空气喷嘴数量及安装位置等需要根据实际效果进行调整，驱动接口也根据实际分配；

第三，本应用中，温度采集不需要采集反射面多点温度，只需室外环境温度即可；其它联动控制采集的开关量和数据量、现场摄像头等与应用一实例类似；

第四，除雪监控服务器根据当前所选择的除雪策略，随时对采集到的参数进行组合运算，随时驱动或关闭相应的继电器输出，动态控制各喷头的朝向及出风，实施整个吹雪过程。

应用三

如图4为单天线水喷淋除雪控制实例框图，是一种通过控制安装于卫星天线反射面顶上的管道式水喷淋装置出水，来把积雪冲离反射面的应用，比较适用南方气温不是很低环境下的除雪。采集控制器及接口的配置和冲雪运作情况如下：

第一，采集控制器的数量依据需要单独控制参数的数量来确定，在本应用中，需要驱动控制输出的参数有：冷水加热控制、放水除雪控制、管道排空控制和夜间照明控制等4个，一个采集控制器可驱动6个，尚有富余；

第二，本应用中，温度采样只有室外温度检测和喷淋水温度检测；联动控制包括动力电准备就绪、储水罐水位压力合格、雨雪传感器检测等，根据实际需要添加；另外附属设施为现场摄像头，这些与应用一实例类似；

第三，除雪监控服务器根据当前所选择的除雪策略，随时对采集到的参数进行组合运算，随时驱动或关闭相应的继电器输出，动态控制各参数的变化，实施持续的冲雪过程。

在应用中，冷水加热是为了高效冲雪，管道排空是为了防止冲水后遗留在管道中的水结冰爆裂管道。

上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。