鄒瑜

摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了PSM短波發(fā)射機(jī)原理和功能，在針對(duì)SW-100F發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)提出了自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案的同時(shí)，著重介紹了模擬人工調(diào)諧的設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 廣播 發(fā)射機(jī) 自動(dòng)化 改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

PSM Shortwave Radio Transmitter Automatic

Control System Design and Implementation

ZOU Yu

（State General Administration of Press and Publication， Radio and Television QiLiuYi Station， Yongan， Fujian 366000）

Abstract This paper introduces the principles and functions of PSM shortwave transmitter， focuses on how to achieve simulation of artificial tuning design scheme， while put forward the design automation program based on the control systems of SW-100F broadcast transmitter.

Key words broadcast； transmitter； automation； reform

0 引言

自動(dòng)化的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。自動(dòng)化同時(shí)是一門(mén)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。自動(dòng)化系統(tǒng)組成，主要由自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、硬件和軟件等。

SW-100F短波發(fā)射機(jī)是上世紀(jì)末產(chǎn)品，由于歷史原因該機(jī)自身不具備自動(dòng)化功能，需要手動(dòng)來(lái)完成倒換頻率、上高壓、調(diào)諧等一系列操作。隨著廣播事業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)字化、智能化的設(shè)備在廣播領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，迫使自動(dòng)化程度相對(duì)滯后的發(fā)射技術(shù)設(shè)備必須加快數(shù)字化、智能化的改進(jìn)步伐。本文應(yīng)用DOS操作系統(tǒng)和C程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了SW-100F短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，也就是為建立一套基于計(jì)算機(jī)控制的短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行管理及監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)科學(xué)化地維護(hù)管理設(shè)備，有效提高廣播發(fā)射機(jī)的安全播音質(zhì)量和效率，減輕值班人員的工作強(qiáng)度、降低人為失誤概率、降低停播率。

1 SW-100F短波發(fā)射機(jī)原理

SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)為廣播電臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)合乎要求的大功率射頻信號(hào)，受音頻信號(hào)調(diào)制后，經(jīng)饋線由天線向空間輻射出去，完成廣播信號(hào)的無(wú)線傳輸。該發(fā)射機(jī)的主要功能特點(diǎn)原理在此分別進(jìn)行介紹分析。

1.1 特點(diǎn)

（1）SW-100F短波發(fā)射機(jī)高頻放大器采用了耦合腔電感器，提高了短波發(fā)射機(jī)在高頻段的效率；①（2）調(diào)制采用了PSM技術(shù)，②用全固態(tài)器件將傳統(tǒng)的調(diào)幅器和主整變壓器合二為一，主整電壓化整為零從而使儲(chǔ)能大大降低，又由于PSM功率模塊采用空轉(zhuǎn)二極管（DF）續(xù)流，而使48個(gè)串聯(lián)的功率模塊相當(dāng)于并聯(lián)，從而提高了整機(jī)的可靠性；（3）在監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)諧設(shè)備中采用了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別完成控制和調(diào)諧功能?？刂品绞接惺謩?dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)和遙控四種方式可選。監(jiān)控保護(hù)由另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，有完善的故障保護(hù)和故障記憶功能；（4）在提高可靠性方面采用了較大的降額系數(shù)，高頻放大器中耦合腔電感器、VHF濾波器、高頻饋線均為300kW量級(jí)的器件；（5）發(fā)射機(jī)四周都裝有活門(mén)，門(mén)內(nèi)的器件都采用平面安裝，在門(mén)內(nèi)有高壓器件的門(mén)上還裝有門(mén)開(kāi)關(guān)，用以保護(hù)人身和設(shè)備的安全。

1.2 控制系統(tǒng)

SW-100F短波發(fā)射機(jī)監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)諧設(shè)備CT由模擬量和數(shù)字量監(jiān)測(cè)單元、控制單元、調(diào)諧單元、同步控制單元和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成。

（1）操作控制與顯示面板：模擬量電表指示面板、發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)指示與控制面板、伺服手動(dòng)調(diào)諧控制與顯示面板；（2）發(fā)射機(jī)控制組合：包括發(fā)射機(jī)的控制、監(jiān)測(cè)、時(shí)序控制；（3）研華工控機(jī)：CPU是586 90MHz，內(nèi)存32M，硬盤(pán)4.3G，3.5英寸軟驅(qū)，9英寸彩色VGA顯示器，操作系統(tǒng)DOS 6.22。RS232串口COM1與調(diào)諧控制組合（CT2）通訊，發(fā)送相應(yīng)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)控制，波特率為9600 BPS；（4）PSM控制組合AF3：外部信號(hào)和指令經(jīng)過(guò)加工后控制功率模塊開(kāi)關(guān)為射頻功放提供屏壓、簾柵壓。

1.3 SW-100F短波發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)說(shuō)明

（1）完成各項(xiàng)安全檢查后給發(fā)射機(jī)設(shè)備通電并調(diào)整工作狀態(tài)；（2）按冷卻開(kāi)按鈕同時(shí)檢查A1板與風(fēng)、水有關(guān)的指示燈是否變?yōu)檎?；按燈絲開(kāi)按鈕，穩(wěn)壓器從0V升至80V約停30″，升至220V約停30″，再升至380V共需1′30″，并檢查低壓柜穩(wěn)壓表是否指示在380V位置；（3）復(fù)查頻率合成器的輸出頻率和幅度，若與需要播音的頻率不相符，則鍵入SYNT**選擇相應(yīng)頻率，發(fā)射機(jī)粗調(diào)到位；（4）加偏壓，V1Eg1表、V2Eg1表指示到位，A1、A2、A3板的狀態(tài)指示燈正常；（5）將模式開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置；按[推動(dòng)級(jí)細(xì)調(diào)]，略降功率，加高壓，選擇[M1]按鈕，調(diào)整[M1]位置，完成推動(dòng)級(jí)細(xì)調(diào)；按[末級(jí)細(xì)調(diào)]按鈕，選擇[M3]按鈕，調(diào)整M3位置，觀察并調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率到額定值；再微調(diào)[M3]、[M4]、[M5]，使得發(fā)射機(jī)的輸出狀態(tài)最好；釋放音周，發(fā)射機(jī)進(jìn)入播音狀態(tài)。

2 SW-100F短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜合以上SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)特點(diǎn)、控制系統(tǒng)以及開(kāi)關(guān)機(jī)步驟原理簡(jiǎn)介，該類(lèi)型發(fā)射機(jī)有足夠的空間和條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。在此，著重針對(duì)發(fā)射機(jī)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)及檢測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)電臺(tái)播出任務(wù)、管理要求、維護(hù)發(fā)射機(jī)經(jīng)驗(yàn)及值班人員的工作習(xí)慣、擴(kuò)容等多方面的考慮，發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，③見(jiàn)圖1軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

每部發(fā)射機(jī)均按照符合發(fā)射機(jī)操作習(xí)慣的形式設(shè)計(jì)了相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示圖，可分別對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)保留了手動(dòng)模式下的監(jiān)測(cè)和控制，讓值班員對(duì)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行情況一目了然。對(duì)主要采集的模擬量有：高末簾柵極電流、電壓；陽(yáng)級(jí)電流、電壓；直流輸入功率、射頻輸出功率、效率；燈絲電流、電壓等。如圖2發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制。

圖1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖2 發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制

2.3 UML為系統(tǒng)建模

統(tǒng)一建模語(yǔ)言④UML（Unified modeling language）是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語(yǔ)言，用于對(duì)軟件進(jìn)行描述、可視化處理、構(gòu)造和建立軟件系統(tǒng)的文檔。

用例圖是作為參與者的外部用戶所能觀察到的系統(tǒng)功能的模型圖。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程都是圍繞需求階段的用例進(jìn)行的。

由發(fā)射機(jī)操作過(guò)程可知，操作人員在訪問(wèn)系統(tǒng)時(shí)可以進(jìn)行查看發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)整發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)間、處理發(fā)射機(jī)故障報(bào)警、調(diào)整發(fā)射機(jī)各頻道等操作，顯然系統(tǒng)存在前端用戶這一角色，可以建立系統(tǒng)用例圖，如圖3。

2.4 系統(tǒng)程序流程圖

程序流程圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術(shù)，它是進(jìn)行流程程序分析過(guò)程中最基本的工具，是人們對(duì)解決問(wèn)題的方法、算法和思路的一種描述。為了清晰表達(dá)發(fā)射機(jī)運(yùn)行過(guò)程，我們給出以下程序流程圖，直觀反映了SW-100F發(fā)射機(jī)播出過(guò)程。如圖4發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)流程圖；圖5發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)流程圖。

圖3 系統(tǒng)用例圖

圖4 發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)流程圖

3 發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

SW-100F發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)是基于DOS操作系統(tǒng)使用C程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，而工控計(jì)算機(jī)（CT3）的CPU 586 90MHz，內(nèi)存32M，硬盤(pán)4.3G，滿足該自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件需求。工控機(jī)內(nèi)插有五塊接口板，一塊VGA顯卡，兩塊32路光隔離數(shù)字輸出板（PCL-734），一塊32路光隔離數(shù)字輸入板（PCL-733），一塊高速多功能A/D接口板（PCL-818L）。

圖5 發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)流程圖

圖6 發(fā)射機(jī)各狀態(tài)指示圖

當(dāng)發(fā)射機(jī)處于“自動(dòng)”模式，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的各頻道參數(shù)值，開(kāi)機(jī)時(shí)間，發(fā)射機(jī)將提前完成預(yù)熱，并在指定時(shí)間完成播音任務(wù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主界面指示發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)：播出節(jié)目、時(shí)間、機(jī)器狀態(tài)等。

運(yùn)行圖中預(yù)置的滿足開(kāi)機(jī)條件的頻率可在主界面時(shí)間軸上自動(dòng)生成。

發(fā)射機(jī)試機(jī)時(shí)間表預(yù)置的時(shí)間及頻率并不會(huì)在主界面時(shí)間軸上顯示，但時(shí)間條件滿足時(shí)，發(fā)射機(jī)能自動(dòng)試機(jī)，程序設(shè)置試機(jī)時(shí)間為120秒，即從試機(jī)時(shí)間起120內(nèi)機(jī)器完成開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程，若出現(xiàn)故障且持續(xù)時(shí)間超過(guò)120秒，機(jī)器自動(dòng)落高壓，試機(jī)失敗。

SW-100F自動(dòng)控制系統(tǒng)在發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)及播音過(guò)程中能對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)記錄發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)，值機(jī)員參照面板上機(jī)械表值進(jìn)行比對(duì)，調(diào)整發(fā)射機(jī)狀態(tài)；發(fā)射機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，各伺服位置都有可能偏離預(yù)設(shè)位置，需要定時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)；另外，操作人員可以根據(jù)面板及顯示器提示對(duì)發(fā)射機(jī)故障迅速做出判斷，節(jié)省了故障查找、處理的時(shí)間，保證播音高質(zhì)量、高效率。自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖6：發(fā)射機(jī)各狀態(tài)指示圖。

4 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試平臺(tái)：SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)、研華工控機(jī)；在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，編碼過(guò)程中主要使用了單元測(cè)試，完成整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)后主要又進(jìn)行黑盒測(cè)試⑤（功能測(cè)試）。其中發(fā)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的一些工作異常，大致概括如下：

單元測(cè)試用例一：主界面時(shí)間軸上最末一頻率播音任務(wù)完成，對(duì)時(shí)間軸上首頻率進(jìn)行試機(jī)，報(bào)錯(cuò)。臨時(shí)處理方法：最末頻率播音完成后不試機(jī)，封鎖音周、落高壓兩分鐘后自動(dòng)關(guān)機(jī)。

單元測(cè)試用例二（圖7）：時(shí)間軸上有兩個(gè)相同頻率間隔播音任務(wù)，當(dāng)完成前一播音任務(wù)時(shí)進(jìn)行試機(jī)，失敗。原因：第一個(gè)播音任務(wù)完成后，自動(dòng)系統(tǒng)掃描下一時(shí)間段有無(wú)播音任務(wù)；當(dāng)同相同頻率試機(jī)時(shí)，由于頻率相同，自動(dòng)系統(tǒng)無(wú)須置換頻率，連續(xù)播音兩分鐘，造成多播，屬于停播事故。處理方法：給播音任務(wù)結(jié)束時(shí)間標(biāo)記，在準(zhǔn)確時(shí)間結(jié)束播音任務(wù)。缺點(diǎn)：由于試機(jī)時(shí)間不宜設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，同相同頻率進(jìn)行試機(jī)時(shí)，可能因?yàn)殚_(kāi)關(guān)機(jī)、伺服調(diào)諧等動(dòng)作的時(shí)間消耗導(dǎo)致正常試機(jī)時(shí)間短暫甚至可能不能完成試機(jī)，所以同相同頻率間隔播音期間設(shè)置關(guān)機(jī)后試機(jī)并沒(méi)有太大意義。

圖7 單元測(cè)試用例二

圖8 功能測(cè)試 （下轉(zhuǎn)第114頁(yè)）（上接第63頁(yè)）

功能測(cè)試（圖8）：臨時(shí)運(yùn)行圖中輸入相應(yīng)頻率、時(shí)間、天線方向，發(fā)射機(jī)即可進(jìn)入緊急代播狀態(tài)，只要天線系統(tǒng)自動(dòng)切換到我臺(tái)天線交換中心就可執(zhí)行該天線工作頻段內(nèi)的緊急播音任務(wù)。缺點(diǎn)：從手動(dòng)輸入播音任務(wù)到發(fā)射機(jī)播音開(kāi)始所用的時(shí)間并不比一個(gè)熟練的值班員手動(dòng)執(zhí)行臨時(shí)調(diào)度所用的時(shí)間有明顯優(yōu)勢(shì)，加上天線系統(tǒng)自動(dòng)切換功能還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，所以自動(dòng)臨時(shí)運(yùn)行還有待改進(jìn)后再進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)，使我深刻認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，為我們廣播運(yùn)行維護(hù)提供了廣闊的平臺(tái)，欲使廣播傳輸發(fā)射不間斷、高質(zhì)量，作為廣播技術(shù)工作者只有通過(guò)學(xué)習(xí)新知識(shí)，引進(jìn)新技術(shù)，才能在廣播發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)維護(hù)工程中擔(dān)當(dāng)國(guó)家社會(huì)賦予我們的使命，才能完成好廣播覆蓋和實(shí)驗(yàn)重任。自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，工控機(jī)能夠通過(guò)程序控制代替人對(duì)發(fā)射機(jī)的一些列手動(dòng)操作，不僅降低了人為錯(cuò)誤率，同時(shí)也提高了工作效率。面板顯示的工作狀態(tài)信息準(zhǔn)確直觀地表達(dá)了發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，在異態(tài)時(shí)直觀顯示出故障信息，降低了故障判斷時(shí)間，為安全播音工作爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。因此，自動(dòng)化系統(tǒng)的改造意義深遠(yuǎn)。

注釋

① 中國(guó)航天科工集團(tuán)二院二十三所.SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].

② 魏瑞發(fā)，陳錫安.脈階調(diào)制設(shè)備[M].天線電臺(tái)管理局教育處，1999.11：34-59.

③ 張友生.軟件體系結(jié)構(gòu)（第二版）[M].清華大學(xué)出版社，2006.11.

④ Mark Priestley，Practical Object-Oriented Design with UML[M].清華大學(xué)出版社，2005.5.

⑤ 朱少民，軟件測(cè)試方法和技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2005.7.