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        10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2021-01-07 08:36:34
        數(shù)字通信世界 2020年12期
        關(guān)鍵詞:發(fā)射機(jī)指令故障

        席 霞

        (寧夏廣播電視臺,寧夏 銀川 750004)

        1 發(fā)射機(jī)配置備機(jī)要科學(xué)合理

        近年來,我國的調(diào)頻廣播事業(yè)得到了飛速的發(fā)展,播出的節(jié)目也日益增多,發(fā)射臺承擔(dān)的發(fā)射任務(wù)和管理難度日益增加。為了實(shí)現(xiàn)廣播節(jié)目不停播的目的,大多數(shù)發(fā)射臺站會采用1+1(主機(jī)+備機(jī))的工作模式,并且主、備機(jī)之間可以進(jìn)行自動切換,但這樣的配置資金投入相對較大。如何科學(xué)合理地為各發(fā)射機(jī)配置備機(jī),是解決安全播出問題的關(guān)鍵。

        寧夏廣播電視臺傳輸發(fā)射中心發(fā)射部作為省級一類發(fā)射臺站,主要承擔(dān)著8套廣播節(jié)目的無線發(fā)射任務(wù),但承擔(dān)8套廣播節(jié)目無線發(fā)射任務(wù)的調(diào)頻發(fā)射機(jī)均為單機(jī)播出,安全播出存在隱患。若采用1+1(主機(jī)+備機(jī))的工作模式,不但增加了發(fā)射機(jī)的數(shù)量,占用了有限的機(jī)房空間,同時(shí)也增大了投資經(jīng)費(fèi)。考慮到多方面的原因,傳輸發(fā)射中心發(fā)射部決定利用現(xiàn)有資源對原單機(jī)工作模式進(jìn)行升級改造。2014年傳輸發(fā)射中心通過公開招標(biāo)的方式又購置了1臺10 kW寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)作為公共備機(jī),將原有的8臺10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)與新購置的公共備機(jī),共同組建了10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)。

        本文就以四川凱騰四方廣播電視設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KFT系列10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)和8+1系統(tǒng)控制器為例,詳細(xì)闡述10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)的構(gòu)成及各部分主要功能、該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn),重點(diǎn)對該系統(tǒng)的核心部分8+1系統(tǒng)控制器進(jìn)行分析。

        2 10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)

        2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

        10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案:用1臺寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)為8臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)做備份。當(dāng)8臺發(fā)射機(jī)中的某1臺發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),能及時(shí)有效地將此故障發(fā)射機(jī)所有信息傳送到公共備機(jī)的8+1系統(tǒng)控制器上,并由8+1系統(tǒng)控制器在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)出指令關(guān)掉故障發(fā)射機(jī),啟動備用發(fā)射機(jī),代替故障發(fā)射機(jī)播出節(jié)目。這種工作模式,在確保廣播節(jié)目安全播出的同時(shí),節(jié)省了機(jī)房占地空間,降低了成本,提高了工作效率。自2015年該系統(tǒng)安裝調(diào)試運(yùn)行開始至今,設(shè)備運(yùn)行正常,有效確保了發(fā)射部的安全播出。

        2.2 系統(tǒng)構(gòu)成及各部分主要功能

        圖1 寧夏廣播電視臺傳輸發(fā)射中心發(fā)射部調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)框圖

        整個系統(tǒng)主要包括:

        (1)8臺10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)(主機(jī)):發(fā)射部目前使用的調(diào)頻發(fā)射機(jī)均為四川凱騰四方廣播電視設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KFT系列10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)。頻率范圍:87 MHz-108 MHz。每臺發(fā)射機(jī)均為雙激勵配置,可實(shí)現(xiàn)主、備激勵器之間人工或自動切換。

        (2)1臺10 kW公共備機(jī)(備機(jī)):發(fā)射部目前使用的公共備機(jī)為四川凱騰四方廣播電視設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KFT系列10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī),但與其他8臺主機(jī)不同,公共備機(jī)為寬帶發(fā)射機(jī),可以通過接收8+1系統(tǒng)控制器的指令變頻到任意一個頻點(diǎn)工作,從而代替故障發(fā)射機(jī)進(jìn)行工作。工作頻率范圍為87 MHz-108 MHz。該系統(tǒng)的核心部分8+1系統(tǒng)控制器、八切一音頻切換器均放置在公共備機(jī)的機(jī)柜內(nèi)。

        (3)1臺假負(fù)載:假負(fù)載的主要作用是吸收、耗散發(fā)射機(jī)輸出的射頻能量,并且假負(fù)載是一種不輻射能量的裝置,主要作為發(fā)射天線的替代。當(dāng)發(fā)射機(jī)不接入天饋系統(tǒng)時(shí),可以接入假負(fù)載對發(fā)射機(jī)進(jìn)行檢修、調(diào)試、測指標(biāo)等工作。一般假負(fù)載可工作于調(diào)頻全頻段。正常情況下,公共備機(jī)的輸出是接在假負(fù)載上的。當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障,系統(tǒng)控制器會發(fā)出指令關(guān)閉主機(jī),并將主機(jī)的輸出切換至假負(fù)載上;當(dāng)主機(jī)故障排除時(shí),將主機(jī)輸出接在假負(fù)載上進(jìn)行試驗(yàn),確認(rèn)正常后將主機(jī)接入原系統(tǒng)。

        (4)8只同軸開關(guān)(也稱天線倒換閘):在廣播無線發(fā)射系統(tǒng)中,天線倒換閘的作用非常重要,是影響廣播節(jié)目安全播出的一個重要節(jié)點(diǎn)。同時(shí),想要實(shí)現(xiàn)8+1自動切換控制的工作模式,自動倒機(jī)是最基本的功能,天饋倒換閘就為主、備發(fā)射機(jī)提供連鎖等必要的狀態(tài)信息,它需要具備遙控功能,可以接受控制系統(tǒng)的指令,提供天線位置、是否切換到位等狀態(tài)信息。發(fā)射部所使用的天線倒換閘為北京貝爾德公司生產(chǎn)的10 kW調(diào)頻天線倒換閘。

        (5)1臺六工器和1臺三工器:在一般的發(fā)射臺站,通常有多個頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)播出不同的廣播節(jié)目,但如果每部發(fā)射機(jī)都配備一副天線,則投資將會大幅度上升,同時(shí),發(fā)射塔上也需要留出更多的天線位置,饋線的投資也要增加很多。為解決這一問題,一般會采用多個不同頻率使用一副天線的辦法,將多個頻率合成后使用一副天線的設(shè)備就叫多工器??紤]到饋線容量的問題,為確保安全播出,發(fā)射部將8臺10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)分成兩組,使用兩副天線進(jìn)行無線發(fā)射。其中,5個頻率通過一臺六工器合成到一副天線上,其余3個頻率通過一臺三工器合成到另一副天線上。

        (6)1臺八切一音頻切換器:該設(shè)備放置于公共備機(jī)內(nèi),主要用于切換輸入備機(jī)的信號源。通常,八切一音頻切換器的輸入端將8套廣播節(jié)目的信號源全部接入,當(dāng)某一臺主機(jī)發(fā)生故障時(shí),8+1系統(tǒng)控制器將對八切一音頻切換器發(fā)出相對應(yīng)的指令,將音頻切換器的輸出切換至該頻率的信號源上,并將信號源送至公共備機(jī)。

        從圖1可以看出:在正常工作狀態(tài)下,發(fā)射部8臺主機(jī)分成兩組:5臺主機(jī)經(jīng)六工器、其余3臺主機(jī)經(jīng)三工器分別輸出至天線,公共備機(jī)處于假負(fù)載的位置。當(dāng)其中任意一臺主用發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),通過該機(jī)的同軸開關(guān)倒換至備機(jī),備機(jī)工作輸出至天線,故障主機(jī)輸出至假負(fù)載,以便技術(shù)人員維修主機(jī)。

        2.3 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

        該系統(tǒng)的主要特點(diǎn):能夠?qū)崟r(shí)自動檢測各發(fā)射機(jī)工作參數(shù);自動關(guān)閉故障發(fā)射機(jī),并完成倒機(jī);可通過液晶屏或客戶端進(jìn)行手動、自動、遙控三種工作模式的切換;故障檢測響應(yīng)時(shí)間≤10秒;主備倒機(jī)完成時(shí)間≤3分。

        3 8+1系統(tǒng)控制器

        四川凱騰四方廣播電視設(shè)備有限公司開發(fā)生產(chǎn)的8+1系統(tǒng)控制器整個系統(tǒng)的控制樞紐,主要負(fù)責(zé)故障發(fā)射機(jī)的檢測,執(zhí)行主備倒機(jī)步驟,故障發(fā)射機(jī)修復(fù)后,可恢復(fù)到原狀態(tài)等。

        在正常情況下,8+1系統(tǒng)控制器會實(shí)時(shí)收集8臺10 kW發(fā)射機(jī)的輸出功率,以此來判斷這8臺發(fā)射機(jī)是否工作正常。若判斷某一臺發(fā)射機(jī)故障,需要進(jìn)行倒機(jī)操作,8+1系統(tǒng)控制器就會發(fā)出相應(yīng)的控制指令,執(zhí)行倒機(jī)步驟。同時(shí),8+1系統(tǒng)控制器還可以將發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)傳送給客戶端電腦,方便值班人員在控制室對機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。下面將詳細(xì)介紹8+1系統(tǒng)控制器的主要組成、各部分的功能以及自動倒機(jī)的具體步驟。

        3.1 8+1系統(tǒng)控制器的組成及各部分的功能

        8+1系統(tǒng)控制器主要由總CPU、分CPU、液晶屏、碼流切換器及指示燈與聲光報(bào)警等部分組成(見圖2)。

        圖2 8+1系統(tǒng)控制器組成及信號流程

        (1)總CPU:作為8+1系統(tǒng)控制器的核心部件,主要用于接收客戶端電腦發(fā)送的查詢指令、設(shè)置倒機(jī)門限值的指令及控制發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)的指令,并將這些指令轉(zhuǎn)發(fā)至分CPU,同時(shí),接收分CPU的數(shù)據(jù)回復(fù)并轉(zhuǎn)發(fā)至客戶端電腦;接收客戶端電腦設(shè)置倒機(jī)優(yōu)先級的指令、設(shè)置該系統(tǒng)的工作模式(自動、手動或遙控)指令及倒機(jī)命令;總CPU還可以接收分CPU的故障指示,控制液晶屏的顯示等。

        在執(zhí)行倒機(jī)操作時(shí),總CPU會向故障主機(jī)的同軸開關(guān)下發(fā)改變同軸開關(guān)位置的指令,使故障主機(jī)的輸出接在假負(fù)載上,方便技術(shù)人員的維修,而公共備機(jī)的輸出則接在天饋系統(tǒng)上。同時(shí),總CPU分別向公共備機(jī)上的激勵器、濾波器下發(fā)修改頻率、改變?yōu)V波器位置的指令,以實(shí)現(xiàn)由公共備機(jī)代替故障主機(jī)播出的目的。

        (2)分CPU:每臺發(fā)射機(jī)都對應(yīng)一個分CPU,主要功能是與各臺發(fā)射機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信,獲取各發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)(發(fā)射功率、電流、電壓等),通過各項(xiàng)參數(shù)值來判斷發(fā)射機(jī)是否工作正常,并將故障指示傳送給總CPU。同時(shí),分CPU還負(fù)責(zé)接收總CPU的查詢、設(shè)置與控制指令。

        在整套系統(tǒng)中,判斷主用發(fā)射機(jī)是否工作正常的主要參數(shù)是發(fā)射機(jī)的輸出功率。根據(jù)不同功率的發(fā)射機(jī)設(shè)定不一樣的倒機(jī)門限值(發(fā)射部設(shè)定的倒機(jī)門限值為3 kW),若此時(shí)發(fā)射機(jī)的輸出功率低于倒機(jī)門限值時(shí),分CPU會以此判斷發(fā)射機(jī)出現(xiàn)了故障,并將故障指示傳送給總CPU,由總CPU下發(fā)倒機(jī)指令。

        (3)碼流切換器:在執(zhí)行倒機(jī)操作時(shí),8+1系統(tǒng)控制器會向碼流切換器發(fā)出控制指令,并碼流切換器控制備機(jī)的八切一切換器將音頻輸出切換至故障主機(jī)的信號源上,并將信號源送至公共備機(jī)。

        (4)液晶屏:主要功能是向總CPU發(fā)送倒機(jī)控制命令、設(shè)置倒機(jī)門限值與倒機(jī)優(yōu)先級的指令等,同時(shí),接收總CPU發(fā)送的控制、設(shè)置命令是否成功指令、顯示故障、倒機(jī)失敗的原因或倒機(jī)成功的提示等。

        (5)指示燈與聲光報(bào)警:主要由總CPU控制,顯示各類報(bào)警信息及狀態(tài)。

        3.2 8+1系統(tǒng)控制器工作流程

        3.2.1 初始化8+1系統(tǒng)控制器通電后,首先要進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)定。主要是由8+1系統(tǒng)控制器內(nèi)的總CPU對公共備機(jī)上的同軸開關(guān)的位置、濾波器的位置進(jìn)行初始化,保持掉電前的位置;初始化系統(tǒng)的倒機(jī)門限值(發(fā)射部設(shè)定的倒機(jī)門限值為3 kW)、倒機(jī)優(yōu)先級等參數(shù)。

        3.2.2 倒機(jī)前

        初始化完畢后,8+1系統(tǒng)控制器會向8臺發(fā)射機(jī)所對應(yīng)的分CPU以2秒一次的速度發(fā)送數(shù)據(jù)查詢指令,查詢指令包括各發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)(發(fā)射功率、電流、電壓等)。

        分CPU通過初始化設(shè)定的倒機(jī)門限值與當(dāng)前發(fā)射機(jī)的輸出功率值進(jìn)行對比,判斷發(fā)射機(jī)是否故障。若判斷到發(fā)射機(jī)有故障,則分CPU通過IO口向總CPU上傳此故障信息??侰PU接收分CPU上傳的故障信息,也進(jìn)行判斷,若當(dāng)時(shí)有且只有一臺主用發(fā)射機(jī)發(fā)生故障,則開始進(jìn)行自動倒機(jī)程序。

        3.2.3 倒機(jī)中

        (1)由總CPU向分CPU發(fā)送主機(jī)關(guān)機(jī)的指令;并在延時(shí)25秒后,通過反饋數(shù)據(jù)判斷主機(jī)關(guān)機(jī)是否成功;若關(guān)機(jī)失敗,總CPU點(diǎn)亮倒機(jī)故障燈,停止倒機(jī)操作。

        (2)總CPU發(fā)送低電平使繼電器動作輸出12V將故障主機(jī)接負(fù)載,備機(jī)接天線;并在3秒后總CPU通過兩路電平檢測轉(zhuǎn)換是否到位。

        (3)切換碼流、濾波器位置??侰PU發(fā)送三路電平使3個繼電器分別動作輸出切換信號,使得碼流切換器的輸出為故障機(jī)的信源,使公共備機(jī)的濾波器改變相應(yīng)的位置。

        (4)設(shè)置公共備機(jī)激勵器頻率??侰PU向公共備機(jī)的激勵器下發(fā)設(shè)置頻率命令。當(dāng)備機(jī)的激勵器收到來自總CPU下發(fā)的設(shè)置命令后,進(jìn)行校驗(yàn)并設(shè)置工作模式:

        一是若校驗(yàn)或設(shè)置錯誤,激勵器將錯誤報(bào)發(fā)送給總CPU;總CPU等待5秒后將重新發(fā)送設(shè)置報(bào),如此循環(huán)2次,若設(shè)置失敗,總CPU將碼流、濾波器切換至缺省位置,并將同軸開關(guān)位置還原??侰PU點(diǎn)亮倒機(jī)故障燈,將失敗位置上傳至PC機(jī)。二是若效驗(yàn)或設(shè)置正確,備機(jī)激勵器將發(fā)射頻率改為故障機(jī)的頻率。

        (5)開啟備機(jī)。若上述過程均正常運(yùn)行,總CPU向分CPU發(fā)送備機(jī)開機(jī)指令,并在延時(shí)25秒通過備機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)判斷備機(jī)開機(jī)是否成功。若開機(jī)失敗,總CPU將碼流、濾波器切換至缺省位置,將激勵器設(shè)置為缺省工作模式,并將同軸開關(guān)位置還原??侰PU點(diǎn)亮倒機(jī)故障燈,將失敗位置上傳至客戶端電腦。若開機(jī)成功,總CPU將倒機(jī)成功消息上傳至客戶端電腦。至此完成整個倒機(jī)程序。

        3.2.4 倒機(jī)后

        倒機(jī)成功后,若技術(shù)人員已維修完畢故障發(fā)射機(jī),欲將故障發(fā)射機(jī)重新使用,則可通過手動或遙控方式將備機(jī)倒回主機(jī),具體流程為主機(jī)倒備機(jī)的逆過程。

        4 結(jié)束語

        目前,寧夏廣播電視臺傳輸發(fā)射中心發(fā)射部的8+1自動切換控制系統(tǒng)已正常運(yùn)行多年,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,為調(diào)頻廣播安全播出提供了有力的技術(shù)保障,也為實(shí)現(xiàn)“無人值機(jī),有人留守”的管理模式奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)[2]。

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