广播发射台站天线交换控制系统控制原理浅析

周艳坤

【摘 要】代播机是广播发射台站里安全播出的一个重要保障，可有效的缩短发射机停播时间，代播机在使用时需要经过交换开关上主播机天线，因此设计一套稳定可靠控制交换开关的系统极为重要。本文从硬件的控制原理和软件方面对交换控制系统进行了浅析。

【关键词】交换开关；变频器；控制系统；软件

中图分类号： TN827.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）36-0266-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.114

Analysis on the Control Principle of Antenna Exchange Control System at Broadcast Station

ZHOU Yan-kun

（State Administration of Press， Publication， Radio， Film and Television 594 Station ，Shanxi Xianyang 712000， China）

【Abstract】Backup broadcast transmitter is an important guarantee for the safe broadcasting of broadcast stations. It can shorten the time of the break of principal broadcast transmitter. When the backup broadcaster transmitter act as a substitute for the principal broadcaster， It needs to connect with the antenna of the principal broadcast transmitter through the exchange switch. Therefore， it is extremely important to design a stable and reliable control exchange switch system. This paper analyzes the exchange control system from the aspect of hardware control principle and software.

【Key words】Exchange switch； Frequency converter； Control system； Software

1 交換开关的控制原理

交换开关是在广播发射电台普遍使用的一种切换开关，开关内的刀体驱动是通过三相异步电机经过二级变速后通过槽轮机构带动主轴，主轴带动刀体转动，在开关内的触点之间切换来完成通路的切换。交换开关里一般有两组接点。我们需要完成的工作是控制交换开关的两组接点之间来回切换。通过对三相异步电机转向的控制，即可实现对交换开关位置的控制。在交换开关的底部安装有微动开关，这个微动开关有两个端子，是交换开关两组触点到位信号采样端子。

变频器应用变频技术和微电子技术，改变电机的工作电源频率来控制交流电动机，变频器主要由整流、滤波、逆变器、控制器等几部分组成。整流是将工作频率固定的交流电机转换为直流电；整流后的直流电压中，含有电源倍频的脉动电压，并且逆变器产生的脉冲电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动所以采用电感和电容组成的滤波电路来吸收脉动电压；逆变器的主要作用是将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波；控制器作为控制部件，主要作用是使变频器按系统设定的程序运行，控制输出方波的幅度与宽度，使其输出成频率可控的近似三相正弦交流电，驱动交流电动机。变频器有控制电机正反转的功能，工作时稳定可靠，且能输出电机转动所需的控制电压。因此通过接入正转和反转控制电，并对变频器进行设置，即可实现对变频器输出正反转控制电压，进而对交换开关实现控制。

2 天线交换控制硬件系统控制原理

按照四备一的原则，一个机房的天线交换控制系统内至少有4个交换开关。一套完整的天线交换控制系统，各个交换开关的控制系统不是独立的，需要每个交换开关之间接入控制信号以实现相互连锁，形成一套完整的硬件闭锁系统。根据代播发射机和主播发射机之间的位置关系，将交换开关的微动开关接点定义为直通和转向位置接点。

2.1 单个交换开关的控制

交换开关的控制其实是对变频器的控制，硬件系统为变频器提供正转和反转控制信号，变频器驱动交换开关的驱动电机转动进而带动交换开关的转动，在交换开关到位后返送至控制系统，断开变频器的控制电压。变频器的控制信号电压为24V，微动开关到位信号也是24V，因此控制的主要器件采用24V继电器。

电路设计图如下1所示。

图中A继电器为转向驱动继电器，C继电器为转向到位采样继电器；当转向到位后，C得电吸合，此时A立即失电断开；图中B继电器为直通驱动继电器，D继电器为直通到位采样继电器；当直通到位后，D得电吸合，此时B立即失电断开。

交换开关控制实现的条件如下：

（1）开关控制要求：电动控制条件：三相异步电机控制电压220V、变频器控制信号24V和两个公共端供电正常；

（2）转向驱动：当开关在直通位或不在转向位时，并且满足条件1时，给转向驱动24V，开关就向转向位置转动，当转向返回位高电平时，应立即把转向驱动24V断掉，转向动作完成；

（3）直通驱动：当开关在转向位或不在直通位时，并且满足条件1时，给直通驱动24V，开关就向直通位置转动，当直通返回位高电平时，应立即把直通驱动24V断掉，转向动作完成。

2.2 多个交换开关的控制

多个交换开关的控制电路设计主要解决发射机天线到位信号问题，天线到位信号需要送至发射机作为发射机的加高压一个控制信号，如果天线通路信号不正常，发射机是无法加高压的。电路设计如图2所示。

以交换开关K1为例，K1为1#发射机和代播机天线通路上的交换开关。代播机和1#天线的通路接在转向到位继电器的一组常开接点上，1#发射机和1#天线的通路接在直通到位的一组常开接点上，而代播机和代播天线的通路是经过转向和直通到位两个继电器上的两组常开接点进行连接。从图中可以看出，在K1转向到位后，K1的转向到位继电器吸合，此时的1#天线通路经过转向到位继电器上的一组常开接点将天线信号送至代播发射机作为天线到位信号，代播天线通路信号经过另外一组接点送至1#发射机作为天线到位信号。在K1直通到位时，直通到位继电器吸合，其内部的常开接点吸合，此时1#发射机与1#天线通路连接，代播机和代播天线连接。在交换开关转动的过程中，转向到位和直通到位继电器均是不吸合的，此时天线到位信号无法送至发射机，保证了发射机不会在无负载时加高压。

当这个4个交换开关中有一个开关在转动时，负责这个交换开关到位信号采样的转向到位和直通到位继电器均不吸合，此时代播机和主播机与天线通路之间的接点均没有吸合，天线到位信号无法送至发射机，发射机就无法加高压。如图2所示，在代播机的天线通路上，需要经过所有的交换开关，只要有一个交换开关动作，代播机就没有天线到位信号。当交换开关到位信号正常时，硬件系统向软件系统送出硬件闭锁正常信号。

3 天线交换软件系统控制

天线交换控制系统由工业控制计算机对系统进行管理和控制。控制时由软件系统通过DIO卡对硬件控制电路发出控制指令，硬件电路根据控制指令对执行单元进行相应的控制动作。软件系统在硬件系统正常的同时检测天线到位信号正常送出，软件系统指示天线正常。

軟件系统和硬件系统均处于正常时，用户通过操作界面发出操作指令。软件在接到指令后系统首先判断发射机的状态，如果发射机处于加高压状态，就发出告警并取消指令。如果发射机未加高压，操作指令则经过DIO卡送至交换开关控制继电器，使继电器吸合送出控制信号，交换开关接到信号后开始动作。

系统的软件经过计算机语言编程，以完成天线控制系统的全部功能为目的，本着操作简单实用，界面友好美观的基本设计思路来设计。软件系统有以下主要功能：（1）手动/自动切换功能；（2）自动控制功能里包含运行时间表管理、自动切换天线交换开关、故障报警及连锁功能；（3）实时监测功能；（4）日志管理功能。

4 结束语

但是随着信息化技术的发展，发射机机房需要建立自动化平台以减少人工操作带来的工作失误。因此这套系统需要在软件系统里增加远程控制功能，与机房平台结合实现自动倒换天线功能。要实现远程控制就要保证机房自动化平台对发射机和天线控制系统统一授时，保证天线控制系统和发射机时间的一致性，进而保证发射机换频操作和天线切换在同一时间进行，不会出现偏差。在自动化平台建立之前，天线交换开关控制系统需要在手动模式下操作，由机房值班员来完成天线的操作。