□ 農(nóng)偉華 古文生 韋麗鳳

一、引言

在廣西廣播電視的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站中，30至50瓦發(fā)射機等小型發(fā)射機設(shè)備是最常見的發(fā)射設(shè)備。整個臺站的發(fā)射總功率一般都在1至2千瓦之間，鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站建設(shè)規(guī)模小、場地占地面積小、發(fā)射功率小，通常不會安裝大型發(fā)電機作為備用電源。而小型水冷發(fā)電機在運行經(jīng)濟性，散熱效率等方面的特點，使其更適合在無人值守的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站中運行。本文通過在鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站部署兩臺以上3至10千瓦輸出功率的小型家用發(fā)電機，并且對小型發(fā)電機進行程序調(diào)度，確保發(fā)電機不會因為運行過久過熱導(dǎo)致?lián)p壞或者燒缸。同時，對油壓和剩余發(fā)電小時數(shù)進行監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)進行程序調(diào)度，在停電狀況下配合UPS系統(tǒng)對臺站進行供電，實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站停電不停播。

二、發(fā)電機部署模式

鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站部署的發(fā)電機使用的是小型發(fā)電機，其制造工藝沒有大型發(fā)電設(shè)備精細和復(fù)雜，穩(wěn)定性也沒有大型發(fā)電設(shè)備高，因此較為適宜的方案是在小空間內(nèi)部署多臺小型發(fā)電設(shè)備，并對發(fā)電機的工作狀態(tài)和工作時間進行監(jiān)測。當(dāng)工作時間過長或者發(fā)電機的設(shè)備溫度高于某一閾值時，停止該臺發(fā)電機工作并啟用另一臺發(fā)電機供電。該模式需要對兩臺甚至三臺小型家用發(fā)電機部署ATS(Auto Transfer Switching,自動轉(zhuǎn)換開關(guān))，同時對發(fā)電機進行自動程序切換。

小型發(fā)電機建立在機房旁邊的專用發(fā)電機儲存柜，橫排方式或者四方方式部署兩臺以上發(fā)電機，并且接入自動切換開關(guān)，建立水冷系統(tǒng)和通風(fēng)窗口，與供油箱連接在一起。部署圖如圖1。

圖1 發(fā)電機部署圖

微型水冷發(fā)電機使用冷卻液冷卻，可以根據(jù)實際情況采用三相微型家用發(fā)電機或者單相微型家用發(fā)電機。發(fā)電機的輸出端連接電動的真空開關(guān)，并通過真空開關(guān)對發(fā)電機與機房的ATS輸出供電進行控制，通過采樣芯片對發(fā)電機的輸出電流和運行狀態(tài)進行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)電機啟動或者電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后，即將真空開關(guān)接通向機房的供電。

三、發(fā)電機的監(jiān)控控制

發(fā)電機部署完成以后，需要對發(fā)電機進行水冷溫度和油位監(jiān)測，當(dāng)水溫過高或者油位過低的時候就向系統(tǒng)提交水溫高或者油位低的告警。如果水溫高，則準(zhǔn)備切換到下一臺發(fā)電機繼續(xù)發(fā)電，該臺發(fā)電機在下一臺并聯(lián)發(fā)電機啟動完成后即停止供電。為保各臺發(fā)電機之間的正常切換，需設(shè)定一個定時開關(guān)，定時開關(guān)保證單臺發(fā)電機在運行小時（如2小時）內(nèi)對機房供電，超時即進入該臺發(fā)電機自動切換程序并關(guān)斷發(fā)電機。程序偽碼如圖2所示。

圖2

Soc(System On Chip，片上系統(tǒng))采用嵌入式的ARM（Advanced Reduced Machine,高級精簡指令計算機）芯片作為主控程序裝置，ARM芯片是移動嵌入式芯片，大量運用于智能手機和移動終端設(shè)備，可以搭載微軟的Windows PE嵌入式操作系統(tǒng)，也可以搭載開源的Linux嵌入式操作系統(tǒng)，這里采用Linux的操作系統(tǒng)作為調(diào)度程序的操作系統(tǒng)，通過安裝了Linux操作系統(tǒng)和書寫相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序?qū)π酒腎/O(Input And Output，輸入輸出口)進行控制，讀寫I/O輸出口對發(fā)電機進行程序控制。將與發(fā)電機連接的電動真空開關(guān)和繼電器進行連接，當(dāng)該臺發(fā)電機需要向外供電時，啟動該臺發(fā)電機，與芯片I/O口連接的對應(yīng)引腳輸出+5V直流電壓信號，驅(qū)動繼電器吸合向真空開關(guān)供應(yīng)220V交流電壓，使得真空開關(guān)動作轉(zhuǎn)向開的狀態(tài)，將該臺發(fā)電機與臺站的輸入電纜接通供電。當(dāng)程序檢測到該臺發(fā)電機應(yīng)該進入停止供電狀態(tài)時，則將I/O口對應(yīng)的引腳設(shè)置為低電平0V電壓，驅(qū)動真空開關(guān)停止供電，轉(zhuǎn)向關(guān)狀態(tài)，使得該臺發(fā)電機向機房的供電停止。

四、發(fā)電機的電力均衡

為了節(jié)約有限的燃油資源和達到經(jīng)濟運行，需要對供電總電路用電情況進行監(jiān)測，即在總供電電路上接入電流傳感器和電壓傳感器。發(fā)電機負載功率P=U X I,當(dāng)這兩個傳感器的乘積即總功率大于單臺發(fā)電機的額定功率的92%時，系統(tǒng)就會同時啟動下一臺發(fā)電機供電，當(dāng)功率再次低于單臺發(fā)電機額定功率92%的時候，我們又繼續(xù)切斷該臺發(fā)電機的運行。鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的空調(diào)等調(diào)溫供電設(shè)備一般不接入發(fā)電機，發(fā)電機主要對核心設(shè)備即播出機器和信號源交換機等設(shè)備進行供電，而市面上的小型家用發(fā)電機以3至10千瓦為主，對于一般的播出臺站，在主備機存在3至6套發(fā)射機的情況下，單臺發(fā)電機的供電已經(jīng)足夠支撐鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的用電需求，采用電力調(diào)度是為了未來在擴展鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站用電設(shè)備的時候便于接入更多的運行設(shè)備，而且電力均衡模塊可以有效的節(jié)約鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的用電量，智能調(diào)節(jié)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的發(fā)電機運行數(shù)量和用電輸出。在設(shè)備總負載達到發(fā)電機額定功率92%時即啟動下一臺發(fā)電機供電，低于滿度值92%時則停止該臺附加發(fā)電機的供電。當(dāng)總功率高于單臺發(fā)電機額定功率時，由于發(fā)電機發(fā)電功率不足，發(fā)電機的輸出電壓還會出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象，當(dāng)設(shè)備檢測到這種現(xiàn)象發(fā)生時也會啟動另一臺發(fā)電機同時供電。

五、發(fā)電機的啟停電路

微型發(fā)電機采用電機帶動啟動，而關(guān)斷采用舵機拉供油閥門關(guān)停的方式，如果是汽油發(fā)電機，由于汽油發(fā)電機是采用電火花點燃油燃燒，與柴油發(fā)電機采用壓縮達到高溫自動點燃機理不一樣，則汽油發(fā)電機可以采用直接斷掉供應(yīng)往火花塞的電路進行關(guān)斷汽油機，而柴油機需要使用舵機關(guān)斷油閥的方式。偽代碼如圖3所示。

圖3

微型發(fā)電機采用12V蓄電池帶動發(fā)電機的方式來啟動發(fā)電機，同時對于單缸四沖程微型發(fā)電機每次在做功沖程都需要對發(fā)電機產(chǎn)生電火花點燃汽油混合氣體。因此，一旦將蓄電池的電流斷開，則汽油發(fā)電機即停止運行進入停機狀態(tài)，因此，我們需要將微型蓄電池接入繼電器開關(guān)，并且將繼電器的控制端接入ARM芯片對發(fā)電機的啟停進行綜合調(diào)度，程序負責(zé)在發(fā)電機需要停止運行的時候向繼電器發(fā)送0V電壓，停止往發(fā)電機電火花端供電，關(guān)斷發(fā)電機的運行。柴油發(fā)電機的停機則采用關(guān)斷油門開關(guān)的方式。微型汽油發(fā)電機和柴油發(fā)電機還具有油門閥門裝置，通過芯片對輸出功率的檢測，可以動態(tài)調(diào)節(jié)舵機轉(zhuǎn)角，控制油門閥門的大小從而控制發(fā)電機的總輸出功率，并對經(jīng)濟運行和節(jié)約燃油起到調(diào)度控制的作用。

六、A/D控制模塊采樣電路

為了采集發(fā)電機的發(fā)電功率、油溫和水溫，我們需要使用A/D（Analog And Digital,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）電路，本文的監(jiān)控電路采用廣西廣電局的數(shù)據(jù)采集器作為A/D采樣電路。其中數(shù)據(jù)采集器的PA口用于將采樣的到模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量通過UDP（User Data Protocol,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）的方式傳輸?shù)紸RM芯片端，框架圖如圖4。

圖4 采樣電路系統(tǒng)框架圖

采樣電路接入廣電局的PA輸出口，電力采集器的芯片負責(zé)將電壓的高低值轉(zhuǎn)換為0至1024的整數(shù)值傳輸給芯片，芯片需要將整數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際的電壓電流數(shù)據(jù)值，因此需要使用廣電局的上位機軟件對采集器的PA口進行數(shù)值標(biāo)定。當(dāng)電腦控制芯片檢測到采集器傳輸過來的油壓過高或者過低，或者水溫過高或者水壓過低的時候，都需要啟動芯片的停機程序?qū)υ撆_發(fā)電機進行關(guān)斷冷卻，保護該臺發(fā)電機不因過熱而損壞，同時也為維護人員的維修和維護工作提供數(shù)據(jù)。

七、結(jié)論

廣電局的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站在建設(shè)面積小，發(fā)射設(shè)備功率低的情況下，不適宜采用大型柴油發(fā)電設(shè)備。采用小型家用發(fā)電機及微型發(fā)電機進行多臺輪換供電的方案，可以減輕臺站電力的實際消耗，節(jié)約能源。而且小型發(fā)電機易于安裝，大部分小型發(fā)電機為汽油型發(fā)電機，穩(wěn)定性和可靠性在短工作時間內(nèi)是相對較好的。對該小型發(fā)電機采用監(jiān)控管理ARM芯片，搭載開源Linux系統(tǒng)可以有效管理多臺發(fā)電機的協(xié)同運行，并延長其使用壽命。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以提供給維護人員，方便對微型發(fā)電機進行定期維護和清理。本文通過部署發(fā)電機監(jiān)管系統(tǒng)，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站微小型汽油和柴油發(fā)電機進行自動化運行調(diào)度，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的不間斷供電提供了一種可參考的解決方案。