周欣國

（國家廣播電視總局 北京廣播電視維護(hù)中心，北京 100035）

0 引言

DX-600 發(fā)射機(jī)由3 個功放單元（PB）組成，可以提供N-0（3PB 并機(jī)）和N-1（2PB 并機(jī)）兩種工作模式，以保證在一個功放單元（PB）出現(xiàn)故障時將其“甩開”，從而不至于影響整機(jī)播出。盡管DX 中波發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定，由多個功放單元組成的發(fā)射機(jī)還可以在N-1 或者N-2 的狀態(tài)下播出，但是遇到電源、合成網(wǎng)絡(luò)、天饋線等公共部分發(fā)生故障，還是很有可能出現(xiàn)停播。DX-600 發(fā)射機(jī)出廠時不具備N-2（單PB）工作模式，北京廣播電視臺技術(shù)人員通過前期改進(jìn)，初步實現(xiàn)了DX-600發(fā)射機(jī)單PB（即N-2 模式）上天線工作。但是現(xiàn)有的單PB 上天線播出系統(tǒng)涉及線路較多，想要實現(xiàn)單PB 上天線播出，需要多達(dá)7 個操作步驟，并且每個步驟均需要人工手動操作，切換線路復(fù)雜，切換時間長。中間的操作步驟稍有遺漏，就會造成發(fā)射機(jī)無法開機(jī)，甚至損壞設(shè)備。因此，為了最大程度地縮短停劣播時長，減少人為操作失誤，需要設(shè)計DX-600 發(fā)射機(jī)單PB 上天線一鍵切換系統(tǒng)，從而最大程度地減少操作步驟，縮短發(fā)射機(jī)停播時長。

1 整體系統(tǒng)設(shè)計

由于DX-600 發(fā)射機(jī)出廠時不具備N-2 模式（單PB）工作模式，也就是說在N-2 模式（單PB）工作模式下，發(fā)射機(jī)控制單元不會發(fā)出開機(jī)指令，單PB 工作模式對于發(fā)射機(jī)原有設(shè)計功能來說就處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，因此，單PB 上天線一鍵切換系統(tǒng)的設(shè)計就要包括發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)的啟動、模式開關(guān)的切換、天線交換開關(guān)的切換以及PB 單元的開/關(guān)機(jī)等功能。

1.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計

單PB 一鍵上天線控制系統(tǒng)采用西門子S7-200 SMART 系列可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為控制系統(tǒng)的核心。該P(yáng)LC 的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）模塊自帶豐富的輸入/輸出（I/O）接點，同時還能夠滿足擴(kuò)展需求，配備高速處理器芯片，指令執(zhí)行時間僅0.15 μs，達(dá)到了大型PLC 的性能。觸摸屏采用西門子SMART LINE，與S7-200 SMART PLC組成自動化控制和人機(jī)交互平臺。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

PLC 自帶共計60 個數(shù)字量輸入/輸出接點，為滿足功能需要，這里增加一個16 路數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊和兩個8 路模擬量輸入模塊。觸摸屏通過RS-485 通信來實現(xiàn)對PLC 的數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)的主要功能是在觸摸屏上點擊按鍵，實現(xiàn)指定的PB 單元上天線開機(jī)播出?？刂屏鞒虨椋喊聪掠|摸屏單PB 一鍵上天線開機(jī)按鍵，指定的PB 單元模式開關(guān)動作，模式開關(guān)切換到測試位置，天線交換開關(guān)自動轉(zhuǎn)動到測試網(wǎng)絡(luò)輸出到天線位置，同時交換開關(guān)向PLC 返回位置狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)自動由遠(yuǎn)程控制切換為本地控制，冷卻系統(tǒng)自動啟動，PB 單元控制位置自動由遠(yuǎn)程倒換為本地，如果上述步驟均已完成，PLC 發(fā)出PB 單元開機(jī)指令，指定的PB 單元開機(jī)播出，并向PLC 實時傳送功率、電壓、電流3 個模擬量，整個控制流程結(jié)束。這樣就實現(xiàn)了在觸摸屏上點擊一個按鍵實現(xiàn)PB 單元上天線播出。

同時，為了配合PB 單元上假負(fù)載進(jìn)行試驗，系統(tǒng)還加入了對假負(fù)載的開關(guān)機(jī)控制和模擬量取樣。PLC 的數(shù)字輸出指令包括PB 單元的本地/遠(yuǎn)程切換控制、冷卻系統(tǒng)本地/遠(yuǎn)程切換和開啟/關(guān)閉控制、PB 單元開關(guān)機(jī)控制、天線交換開關(guān)的控制、假負(fù)載開關(guān)機(jī)控制以及模式開關(guān)的切換和隔離。狀態(tài)輸入包括PB 單元開關(guān)機(jī)狀態(tài)、模式開關(guān)位置狀態(tài)、天線交換開關(guān)的位置以及假負(fù)載的開關(guān)機(jī)狀態(tài)。實時監(jiān)測的模擬量包括3 個PB 單元的功率、電壓、電流以及假負(fù)載的功率和溫度取樣。PLC 的各個指令均通過繼電器來實現(xiàn)輸出控制。

觸摸屏是人機(jī)交互的核心。要利用觸摸屏發(fā)出各個指令，從而實現(xiàn)單PB 一鍵上天線播出，需要對觸摸屏進(jìn)行編程開發(fā)。編程軟件采用WinCC flexible Smart V3 軟件。觸摸屏界面實現(xiàn)對PB 單元一鍵上天線開機(jī)和關(guān)機(jī)，同時還包括對模式開關(guān)、天線交換開關(guān)、假負(fù)載等的單獨控制，并且需要對PB 單元的模擬量進(jìn)行實時監(jiān)控。觸摸屏界面友好，既有單PB 上天線操作等界面，也包含了發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)。觸摸屏主界面如圖2 所示，單PB 上天線操作界面如圖3 所示。觸摸屏主界面實時顯示當(dāng)前發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，包括當(dāng)前工作模式（單PB 上天線工作模式或者整機(jī)上天線工作模式），同時實時監(jiān)測顯示發(fā)射機(jī)3 個PB 單元的功率、電壓、電流。在主界面上點擊某個PB 單元進(jìn)入單PB 上天線操作界面，點擊PB 一鍵上天線開機(jī)按鍵，指定的PB 單元開機(jī)，點擊PB 一鍵上天線關(guān)機(jī)按鍵，指定的PB 單元關(guān)機(jī)。只需通過一個按鍵，就能夠?qū)崿F(xiàn)單PB 一鍵上天線播出[1]。

圖2 觸摸屏主界面

圖3 單PB 上天線操作界面

1.2 發(fā)射機(jī)線路改造

PLC 是系統(tǒng)的控制核心。要想實現(xiàn)單PB 一鍵上天線播出，就要對發(fā)射機(jī)線路進(jìn)行改造。本著盡可能不影響發(fā)射機(jī)原有工作模式和原有線路的原則，系統(tǒng)對原有線路改動很小，巧妙地做到了既實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，又保證在新增加設(shè)備故障的情況下不影響發(fā)射機(jī)原有工作狀態(tài)。下面對發(fā)射機(jī)線路技術(shù)改造進(jìn)行分別說明。

1.2.1 冷卻系統(tǒng)改造

冷卻控制系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)工作期間控制發(fā)射機(jī)冷卻的核心部件。發(fā)射機(jī)正常工作的情況下，冷卻控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)端控制，發(fā)射機(jī)發(fā)出遠(yuǎn)程開啟/關(guān)閉指令。由于該系統(tǒng)是由技術(shù)人員單獨開發(fā)的單PB一鍵上天線系統(tǒng)，發(fā)出單個PB 開機(jī)/關(guān)機(jī)指令，所以需要對冷卻控制系統(tǒng)進(jìn)行技改，才能實現(xiàn)系統(tǒng)一鍵開機(jī)的同時冷卻系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)一鍵關(guān)機(jī)同時冷卻系統(tǒng)關(guān)閉。冷卻控制系統(tǒng)受兩個豆開關(guān)控制，分別是本地/遠(yuǎn)程、開啟/關(guān)閉。要想開啟或者關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，單PB 一鍵上天線系統(tǒng)需要實現(xiàn)自動將本地/遠(yuǎn)程豆開關(guān)的本地接點接通，開啟/關(guān)閉豆開關(guān)的開啟接點接通。通過加裝繼電器，由繼電器的接點來實現(xiàn)豆開關(guān)各個接點的接通和斷開，能夠?qū)崿F(xiàn)由單PB 一鍵上天線系統(tǒng)控制冷卻系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉[2]。

1.2.2 PB 單元改造

發(fā)射機(jī)各個單元的開機(jī)和關(guān)機(jī)是由TCU PLC發(fā)出指令來實現(xiàn)，并且正常工作中PB 單元的控制位置需要在遠(yuǎn)程位置，這樣才能夠受控于發(fā)射機(jī)TCU PLC。如果要實現(xiàn)某個PB 單獨的開機(jī)和關(guān)機(jī)，需要將PB 的控制位置由遠(yuǎn)程倒換為本地。PB 單元的線路改造主要是實現(xiàn)系統(tǒng)自動將PB 單元的控制位置由遠(yuǎn)程倒換為本地，并給PB 單元的開關(guān)機(jī)按鍵觸發(fā)信號，同時還需要對PB 單元的模擬量進(jìn)行實時監(jiān)控，加裝3 個帶隔離功能的一分二模擬量模塊。模塊的輸入取發(fā)射機(jī)PB 接口板，輸出一路送PB 單元的PLC，一路送系統(tǒng)的模擬量擴(kuò)展模塊。這樣就實現(xiàn)了PB 單元的功率、電壓、電流的采樣，并實時地顯示在觸摸屏上[3]。

1.2.3 模式開關(guān)改造

合成器部分的線路改造主要是為了實現(xiàn)系統(tǒng)自動切換模式開關(guān)的位置，同時對模式開關(guān)的位置狀態(tài)進(jìn)行取樣。由于模式開關(guān)正常工作是通過發(fā)射機(jī)合成器部分的220 V 電源控制模式開關(guān)動作，所以系統(tǒng)為了保證既不影響發(fā)射機(jī)原有工作狀態(tài)，又保證模式開關(guān)供電的可靠，采用了發(fā)射機(jī)另一路帶隔離的電源。同時，為了對模式開關(guān)的位置狀態(tài)進(jìn)行取樣，在模式開關(guān)的接線端子并上繼電器，通過繼電器的接通和斷開來判斷模式開關(guān)的當(dāng)前位置。這樣就實現(xiàn)了通過單PB 上天線切換系統(tǒng)來單獨控制某個PB 單元的模式開關(guān)。

1.2.4 天線交換開關(guān)的控制

為了提供測試網(wǎng)絡(luò)至天饋線的硬件通路，同時考慮到緊急情況下用單PB 上天線來恢復(fù)播出后，同時能安全地對合成器故障部分進(jìn)行檢修和恢復(fù)，技術(shù)人員對饋管的尺寸、連接、走向進(jìn)行詳細(xì)的測量，并繪制詳細(xì)的圖紙，加裝天線交換開關(guān)，從而實現(xiàn)了單PB 通過測試網(wǎng)絡(luò)再經(jīng)過天線交換開關(guān)實現(xiàn)上天線播出，并將交換開關(guān)的倒換控制和單PB 一鍵上天線系統(tǒng)進(jìn)行了對接，設(shè)計了接線，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)能夠自動和手動控制交換開關(guān)的倒換。天線交換開關(guān)作為單PB 上天線的重要通路，要實現(xiàn)單PB 一鍵上天線播出，需要通過系統(tǒng)發(fā)出倒換指令，控制交換開關(guān)轉(zhuǎn)動。交換開關(guān)轉(zhuǎn)動到位后，將交換開關(guān)位置信號返回給PLC，從而實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制交換開關(guān)的動作[4]。

2 系統(tǒng)功能和特點

該系統(tǒng)通過PLC 編程和觸摸屏編程，三個功放單元（PB）、模式開關(guān)及冷卻系統(tǒng)的控制線路技改，天線交換開關(guān)和饋管的安裝與調(diào)試，最終實現(xiàn)了在觸摸屏界面上一鍵將某個PB單元上天線開機(jī)播出。只通過觸摸屏上一個按鍵實現(xiàn)了多個動作，包括天線交換開關(guān)動作、發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)啟動、PB 模式開關(guān)切換以及PB 單元開機(jī)[5]。觸摸屏界面同時將開機(jī)中和開機(jī)后的各個動作到位情況及時顯示，任何一個動作沒有到位，開機(jī)指令將不會送出。通過調(diào)試和試驗，系統(tǒng)各項功能達(dá)到要求。經(jīng)過長時間的運(yùn)行和考驗，系統(tǒng)工作正常。

該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備，實施簡潔，對原機(jī)線路改動較小，倒換操作僅需一個按鍵即可完成，極大地縮短了倒換時間，提高了安全播出保障能力。該設(shè)計創(chuàng)造性地開發(fā)出僅需一個按鍵即可實現(xiàn)DX系列400 kW 以上發(fā)射機(jī)的單PB 上天線播出，操作極為簡單，具有很強(qiáng)的實用性[6]。

3 結(jié)語

通過DX-600 發(fā)射機(jī)單PB 上天線一鍵切換系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了DX-600 發(fā)射機(jī)單個PB 單元只需要通過一個按鍵即可上天線播出，突破了DX 系列發(fā)射機(jī)原廠功能的限制，并且操作步驟僅需一步，極為簡潔，極大地縮短了發(fā)射機(jī)停播時間，同時對發(fā)射機(jī)原有控制系統(tǒng)不做改動，從而并不影響發(fā)射機(jī)原有功能，保證了該系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，不影響發(fā)射機(jī)自身正常運(yùn)行。經(jīng)過單PB 一鍵上天線改造，DX-600 發(fā)射機(jī)進(jìn)一步提高了系統(tǒng)“冗余”性能，提高了安全播出保障能力。該系統(tǒng)在北京廣播電視臺使用至今，穩(wěn)定可靠，操作極為簡單，極大地減輕了值班一線的工作壓力，縮短了停播時間。