PLC在发射台天线交换系统的设计与应用

廖世得

摘 要 大功率短波广播发射台一般设有多部大功率短波发射机及多副大功率短波发射天线。为了使发射机能在不同的时间使用不同的频率对不同服务区进行广播，就必须有能把发射机灵活转接到不同天线上的天线交换系统。本文针对我台三个发射机房的十部发射机和十付发射天线交换控制系统，应用PLC可编程逻辑控制器为控制核心进行改造，使得全台天线资源得到充分利用，改造后的天线交换系统操作方法简单直观、维护方便，提高了天线使用率，减小了发射机停播时间。

关键词 PLC 短波发射机 天线交换开关 控制系统

中图分类号：TN948.5文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.03.074

Design and Application of PLC in the Transmitting

Station Antenna Switching System

LIAO Shide

（State Press and Publication Administration of Radio Qiliuyi Station， Yong'an， Fujian 366000）

Abstract Short wave radio transmitting power generally has multiple power shortwave transmitters and multiple vice power shortwave antenna. In order for the transmitter to be able to use different frequencies at different times for different broadcast service area， there must be flexible and be able to turn the transmitter to the antenna switching system on different antennas. In this paper， ten sets of three transmit transmitter for my room and pay ten transmitting antenna switching control system， PLC programmable logic controller application to control the core transformation， making the whole station antenna resources are fully utilized， after the transformation of the antenna switching system operation is simple and intuitive， easy to maintain and improve the utilization of the antenna， reducing the transmitter off the air time.

Key words PLC; shortwave transmitter; antenna switching switch; control system

0 引言

隨着计算机信息技术的飞跃发展，原来大功率发射台天线交换控制系统已经告别了单纯的继电器控制，取而代之的是单片机和以PLC为核心的可编程逻辑控制器技术，同时也将过去的天线交换控制由室外切换改为室内切换。以我台而言，三个发射机房原都有独立的天线交换系统，由于发射机投产是不同年代，天线交换系统设备也就不统一，不在同一个起点;有的在室内切换、有的在室外切换，不适应信息化管理的需求。为此，我们利用PLC为核心的可编程逻辑控制器对原三个发射机房的十部发射机户内外天线控制系统进行了改造，增加了控制系统的软硬件设备设施及连接网络等;成功将三个发射机房的十数部发射机灵活转接到不同天线上。通过改造充分整合利用有效的发射天线资源，实现了发射机在不同时间使用不同频率对不同服务区的实验广播，实现了不同机房的发射机之间及同一机房发射机之间的相互代播。

1 短波天线交换系统概述

大功率广播信号的传输方式分为平衡传输（双馈线传输）和不平衡传输（同轴馈线传输），中波广播信号一般采用不平衡的同轴馈线传输方式，短波广播信号一般采用平衡的双馈线传输方式。双馈线传输方式又分为带馈筒的屏蔽式平衡传输和不带馈筒的开放平衡传输，屏蔽式平衡传输一般用于室内，不带馈筒的开放平衡传输一般用于室外。屏蔽式平衡传输方式的传输效率高、故障率低、维护量小、相邻馈线间的干扰小。

目前，短波广播信号一般采用在平衡传输方式下进行切换，有室外切换和室内切换。由于天线交换系统是整个短波天线传输中的一个重要环节，该系统的传输质量的好坏直接影响到短波广播的传输效率和播出效果。它主要由交换单元和操作控制电路组成，交换单元的各个开关单元机械性能和可靠性是保证天线灵活、准确转换的关键，而各单元中传输的是高频大电流信号。因此，交换开关无论是机械特性，还是电气特性都有非常严格的要求，如果天线交换系统安装在室外切换，所属设备容易受到天气等气候条件的影响，故障率高、维护量大，现在都倾向于室内切换。室内短波天线交换系统随着传输技术的发展，具有传输效率高、运行稳定、故障率低特点，现以成为大功率中短波发射台的发展趋势。

2 原有短波天线交换系统存在的问题

我台装备的10部大功率短波发射机，10副短波发射天线，分属甲乙丙三个发射机房。上世纪90年代建设的丙机房天线交换系统，由按钮和各种继电器实现逻辑控制，操作复杂、故障率高，每次操作需先查询校队各场地开关状态，然后在分别按下相应的按钮驱动各个电机动作，无法进行自动化通信操作;发射机之间互相交换是由两台室内同轴开关完成，同轴馈管的尺寸是4吋，耐压偏低，天馈线系统上的驻波一旦偏大，馈管内部就容易打火，造成工作频段许多频率无法开。2001和2003年改建投产的甲、乙机房天线交换系统也是在室外进行，室外天线交换开关定位偏差大、故障率高、相邻馈线间的干扰大。2013年组装的一部备份发射机，由于没有可靠的天线交换系统因此没能够充分发挥代播机功能;而三个发射机房的天线交换系统都是独立单元，不具备统一调度功能，造成机房之间的发射机相互代播必须经过电话联络等一系列程序，效率低，极容易发生人为责任事故。为此，规范对我台三个机房公共天线交换系统和丙机房天线交换系统进行改造是必要的。

3 设计要求

为使发射机的输出功率尽可能多地传输到天线上，要求天线阻抗与传输馈线在工作频段上实现阻抗匹配，但天馈线系统的驻波比指标分别受天线、馈线、天馈线交换系统的状况影响，尤其是对多个机房、多部发射机、多付发射天线的天线交换系统来说各项技术指标有更高的要求。为此，选择了传输效率高、故障率低、维护量小、干扰小的屏蔽式平衡传输方式是首选;天线交换自动控制系统的核心控制器选用Allen-Bradley PLC可编程逻辑控制器。改造后三个机房10部发射机所属天线可实现天线交换开关的手动操作、电动控制和自动控制三种模式，三个机房天线频段相同可互相代播，备份机也可直接代播甲乙丙三个机房所有的发射机;三个机房根据运行时间表，实现对交换开关的自动控制;天线交换开关的路由由台运行管理系统实现，同时天线自动交换系统也保留路由计算功能;系统实现对天线工作状态的监测、监控，故障联锁、报警等功能;系统具有本地显示天线交换开关的状态及发射机高压状态以及手动/自动模式的显示;馈筒和开关部分任意通道的驻波比保持在1.15以下，保证发射机能够安全运行。

4 天线交换自动控制系统

天线交换自动控制系统，由上位控制计算机（下称上位机）、下位控制计算机（下称下位机）、控制柜，核心部件采用PLC可编程逻辑控制器及连接网络等组成。

4.1 PLC可编程逻辑控制器

根据国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案中，对PLC作了如下定义：“是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”我们选用Allen-Bradley PLC作为天线交换系统的控制核心，通过与计算机通信联网实现三个发射机所属发射机天线有条件状态的互代以及各种控制功能的实现。

4.2 系统介绍

（1）天线交换系统上位机的人机界面程序采用Visual Basic6.0编写，主要功能是监测和控制天线交换开关的切换、天线交换开关的工作状态、实现远程通信、以及GPS同步系统时钟等;上位机控制天线交换开关的操作方式分别有：运行图操作、单开关操作和通道操作。

运行图操作：是把编辑好的运行图下载到控制柜里的PLC，PLC按照运行图自动操作天线交换开关的切换;

单开关操作：就是对每一台单个的天线交换开关进行切换操作;

通道操作：是用户根据需要选择信号传输通道的发射机和天线，系统自动完成该传输通道的建立，但天线交换控制系统必须是在 “远程控制”的工作模式下;天线交换控制系统与远程的机房平台的通信在上位机中完成，天线交换控制系统通过上位机接收来自机房平台的运行图等操作指令，机房平台通过上位机获取天线交换系统的工作状态;上位机接收GPS的时间，把GPS的时间与系统时间进行比较，达到一定的差值后自动校准系统时间，并可通过手动操作校准PLC的时间。

（2）下位机的人机界面程序采用Visual Basic6.0编写，主要功能是监测和控制天线交换开关的切换、天线交换开关的工作状态等，操作方式与上位机一样，但天线交换控制系统必须是在“本地控制”的工作模式下。

（3）控制柜的核心是Allen-Bradley PLC，天线交换控制系统的底层逻辑运算、天线交换开关的切换执行以及运行图的执行都在PLC中完成;PLC的外围电路是天线交换控制系统的基础，这部分包含外围继电器、开关电源、UPS电源连线等。

（4）连接网络是天线交换控制系统的重要组成部分，系统中的上位机、下位机和PLC之间的通信完全依赖连接网络;三个机房的上位机和下位机分别与三个机房的PLC都需要用连接网络组网到一起，这部分包括上位机和下位机的网卡、PLC的网络模块、网线、光通信模块、光缆和交换机等。

5 技术措施与实现

天馈线传输方式采用前面叙述的屏蔽式平衡传输方式;改造升级后的天线开关自动控制系统必须实现甲乙丙三个机房有条件互相代播，具有手动、电动、自动切换，实时监测开关工作状态;具备根据周期的运行时间表实现远程动控制等功能。天线交换系统如图1所示，用10台室内短波天线交换。

图1 天线交换系统图

图2 天线交换开关布局圖

开关组成甲、乙、丙的天线交换公共系统。由于是在原机房里安装设备，为了在有限的空间里，使用尽可能最少的设备，又能够实现系统功能;对原需要用20台开关方可实现系统功能的方案进行了大胆创新。对部分开关无论是功能还是工艺进行了改进，在开关上增加一副转向刀，达到增加天线交换系统的功能目的。所增加的刀体与原转向刀体相互之间的隔离度保持在50dB以上，确保了不影响系统的传输效果。这项技术创新的成功实现，使一台开关完成四台普通开关的功能，大大缩减了开关的使用数量，同时还能保证系统功能不受影响;既节省了建设天线交换控制室的经费，也为日后运维大大缩减了维护成本和工作量。

此外，系统增加5台封闭式天线转换开关，建立甲、乙、丙三个机房互相代播公共通道，实现有条件下机房之间互相代播。丙机房原开放式天线转换开关改造后更换为封闭式天线转换开关，使两部发射机有了互相代播的通道，另增加1台封闭式天线转换开关使丙机房两部发射机接入台代播公共通道。同时增加1台封闭式天线转换开关，使1部备份机接入台天线交换通道，这样一旦需要就可以代播甲乙丙三个机房的任意一部发射机。改造升级后的天线交换开关自动控制系统，完全达到和实现了设计要求。

图2是系统开关布局图。相关控制程序由于篇幅有限，不再一一叙述。

6 结束语

PLC是一款程序设计简单，改变程序灵活，功能强大、通用性好，控制可靠的通用控制装置。我台通过PLC在天线交换自动控制系统的应用证明：此系统抗干扰性强、性能稳定、操作方便、控制可靠，不但降低了故障率，也减轻了维护成本，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 李建斌.TBH522型150kW短波发射机天线自动交换系统的改造.广播电视信息，2013（7）.

[2] 陈冠强，覃晓志，谢春声，洪亮.PLC同轴天线转换开关控制器的研制.视听，2012（4）.