调频发射机N+1自动切换控制系统设计研究

杨 婷

（作者单位：南岳电视调频发射台）

对于调频发射机N+1自动切换控制系统，备用发射机用数字“1”表示，具体的电台节目用“N”表示，通过设计和应用该系统，不仅可以借助同一个发射台将有故障的发射机切换为运行正常的备机，还能够确保调频系统稳定、可靠、安全地运行，为人们实时收听调频广播节目提供便利。因此，为了保证界面播出的连贯性和持续性，如何科学设计调频发射机N+1自动切换控制系统是技术人员必须思考和解决的问题。

1 系统功能特点

1.1 功能强大

调频发射机N+1自动切换控制系统的功能强大、实用性强，具体体现在以下几方面：

第一，用户通过利用N+1控制器，可以对整个系统进行自动化切换操作。系统自动切换流程如下：首先，判断和分析主机的故障问题，关闭相应的主机，同时可以借助同轴倒换开关，对备机频率进行设置调整，保证运行性能。其次，能够根据实际使用需求，自动选择主机音频信号，确保该音频信号选择的科学性和合理性[1]。此时，系统会自动开启备机，且以上自动操作会在30 s内快速完成。第二，具有手动切换功能。通过采用手动切换的方式，实现对各个主机的控制。第三，具有手动复位功能。当主机故障问题得以解决后，用户可以采用手动操作的方式，对主机进行复位操作。第四，具有完全自锁功能。通过利用该功能，可以进一步提高动作自锁操作的可靠性和安全性。第五，具有声光报警功能。通过利用该功能，系统在初始启动状态下，可以进行输出声光报警，并借助面板，清晰明了地呈现主机的型号和产地[2]。第六，具有完全手动切换功能。当N+1备机出现切换故障问题时，用户可以采用手动方式切换控制整个系统。

1.2 支持网络管理

调频发射机N+1自动切换控制系统对网络管理具有良好的支持作用，通过借助物联网技术，调频发射机可随时随地监控系统的实际运行状态，从而及时发现和解决系统运行的异常问题，并根据系统运行数据，实现对系统的自动化控制和管理，以促进网络管理向自动化、智能化、信息化方向不断发展。另外，由于该系统与发射机监控系统之间完全独立，不存在任何关系，因此通过使用星型接法，可以实现机房主机的远程化控制和管理。

1.3 可靠性高

该系统硬件在具体的设计中，主要借助了PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）模块，能够确保所采集的数据全部来自于发射机所模拟处理过的信号数据。同时，该系统还能在系统检波、系统调理、系统转换等环节对备机进行自动化控制，整个控制过程不会受到外界环境的干扰，极大地提高了整个系统的稳定性、可靠性和安全性。

1.4 维护方便

系统在具体的设计中，主要采用了模块化设计思想，并通过借助不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）完成对电能的稳定供电，保证了维护和抢修操作的方便性和高效性，为进一步提高节目播出的质量打下了坚实基础。此外，模块化设计还降低了系统的维护成本，有效地提高了系统的运行性能。

2 系统设计方案

调频发射机N+1自动切换控制系统主要由以下4部分组成，分别是N+1控制器、音频切换器、主机和备机。其中，N+1控制器内部主要包含了PLC控制器、继电器、功率检测电路和开关电源等零件，通过利用N+1控制器，可以实现对发射机的自动化切换和控制。N+1控制器具有通信能力强、数据采集高效、主机和备机切换快速等特点，因此，在确定系统设计方案的过程中，为充分发挥N+1控制器的应用优势，技术人员要借助输出功率检测电路[3]。检测主机内部的输出功率是否正常时，技术人员可通过接入发射机完成对一系列测试信号的高效输出，并采用检波处理的方式，将这些测试信号转化为电压信号。此外，与所规定的电压值进行比较时，若电压信号低于所设定的标准值，说明主机的输出功率较低[4]，而为了进一步提高备机的运行性能，技术人员要为备机安装独立天线，使其成为具有一定规模的全频段发射机。

3 系统硬件设计

硬件作为系统的主要组成部分，主要负责对软件的部署、搭建和运行，为了确保系统能够稳定、可靠、安全地运行，技术人员要重视对系统硬件的设计。系统硬件主要由信号切换器、频率切换器、同轴开关控制器、个人计算机（Personal Computer，PC）控制器、备机等部分组成（见图1）。

图1 系统硬件设计示意图

系统内部结构的具体设计，将连锁控制、发射机及各个切换控制器进行了有效连接，保证了各个零件之间连接的可靠性和紧密性，同时，系统在日常的运行中可以针对发射机的实际运行状态，对各个电路进行全方位的保护。同轴开关主要负责以下两种切换器的控制，这两种切换器分别是信号切换器和频率切换器，一旦发现发射机出现运行异常问题，系统会自动切换发射机频率与信息源之间的状态[5]，确保调频发射机能够安全、可靠地运行。PC控制器作为系统硬件的重要组成部分，主要负责整个发射机运行情况的追踪和监控，从而及时地解决发射机在运行中出现的故障问题[6]，此外，PC控制器还为各个发射机天线提供了强大的倒换支持。对于调频发射机N+1自动切换控制系统而言，要想保证其能够稳定、可靠、安全地运行，需要确保该系统内部各个硬件设备能够安全、可靠地连接，只有确保各个硬件设备之间建立密切的合作关系，才能保证N+1调频发射机切换工作向智能化、自动化、数字化方向不断发展。

4 系统软件设计

在进行系统软件设计期间，技术人员要尽可能提高发射机切换系统的运行性能，也要保证界面的干净性与整洁性，系统软件主要包含以下四大板块（见图2）。

图2 系统软件板块设计示意图

4.1 数据通信板块设计

数据通信板块在具体的设计过程中，需要综合处理各个发射机运行数据，然后以命令控制的方式，对这些发射机进行自动化控制。此时，系统会自动进入到大脑运转模式，为实现对发射机的自动化控制打下坚实的基础。

4.2 自动故障倒机处理板块设计

自动故障倒机处理板块主要用于对发射机的检查，一旦检测出发射机存在运行异常问题，系统会自动分析这些异常问题，然后根据最终的分析结果，向其他设备发送相关信号指令，确保故障切换工作落实到位。

4.3 数据库处理板块设计

数据库处理板块主要用于对发射机日常运行数据的传输、存储和管理，这些数据主要包含发射机开机数据、关机数据及故障信号数据等，通过全面记录和整理这些数据，数据库处理板块可对其进行一系列的统计和汇总，从而为系统的可靠运行提供重要依据和参考。

4.4 软件界面板块设计

软件界面设计是否合理直接影响了用户的使用体验，为了给用户提供良好的使用体验，技术人员要重视对软件界面的科学设计。在这一过程中，首先，对于菜单模式，技术人员要使用比较鲜明的色彩或者标志对发射机的重要功能模块进行区分，使系统界面更加层次化、明了化，从而确保系统界面操作的简易性[7]，以达到提高用户使用体验的目的。其次，系统软件界面主要由发射机天线实际位置、发射机运行情况和倒换板块等部分组成，因此，技术人员可以通过设计系统软件界面，确保系统更加全面地掌控发射机的运行状态，当发现发射机出现故障问题时，系统可以自动点击对应的发射机图像，以实现相关功能的自动化切换，这样一来，不仅最大限度地提高了发射机的播放效率，还提高了发射机的运行性能。

5 系统工作流程

调频发射机N+1自动切换控制系统的工作流程主要包含两种：一种是系统自动切换流程，另一种是系统手动切换流程。为降低用户的操作难度，提高用户的使用体验，技术人员要重视两个切换流程的设计。

5.1 系统自动切换流程

当处于正常播出阶段时，发射机会自动开机，此时，主发射机会在第一时间内快速吸合所有交流接触器。然后，N+1调频发射机会实时检测主发射机的运行状态，从而确保主发射机运行正常、可靠。发射机功率显示正常时，系统自动切换流程如图3所示。

图3 系统自动切换流程图

从图3中可以看出，首先要对发射机功率值进行检测，一旦发现发射机功率值低于标准值时，N+1控制器会自动进入倒计时状态，并发出一系列报警声，如果15 s后信号仍然保持不变，N+1控制器会向继电器发出相应的关机信号，此时，继电器处于吸合状态，需要及时关闭主机。其次，确保备机一直处于工作状态。在这一环节中，需要将主机功率设置为0，然后借助N+1控制器所发出的信号指令，实现对交流接触器的远程化控制，只有这样才能确保备机一直处于稳定的工作状态。再次，对备机信号进行实时切换。在这一环节中，N+1控制器需要借助RS485接口，发出一系列的改频指令，并将其传输到备机中，此时，系统会自动更改备机的频率，使其与故障主机的频率始终保持一致，并会在此基础上向音频切换器发送相应的操作指令，对备机信号进行切换处理，从而切换到用户感兴趣的界面。最后，应按下主机复位键，便于后期主机维修工作有效开展，同时还要借助N+1控制器，向继电器发送关机信号，以实现对继电器运行状态的自动化控制。随后，继电器自动断开所连接的触点，使得交流接触器始终处于暂停状态，备机会自动断开与电源的连接，呈现关机状态。此时，技术人员需要启动N+1控制器，向下一个继电器发送开机信号，使得负责开机的继电器自动关闭所连接的各个触点，成功开启主机。

5.2 系统手动切换流程

对于调频发射机N+1自动切换控制系统而言，除需要具备强大的自动切换功能外，还要具备基本手动切换功能，从而满足用户多样化的使用需求。任何一个主机经常长时间的运行，难免会遇到各种问题，一旦发现主机出现运行异常问题，技术人员就要对备机进行强制性开启，从而取代主机使用。此外，技术人员也可以采用手动切换的方式，实现对主机的全方位控制。

系统手动切换流程如下：（1）将主机设置为关闭状态；（2）采用手动的方式切换主机的音频信号到指定的备机上；（3）借助空气开关，为备机提供源源不断的电能，并采用手动控制方式对备机进行开启操作；（4）调整和修改备机的实际功率，使其与主机的工作频率相同；（5）启动备机，并将发射机的实际工作频率设置为标准值。此外，还要借助N+1控制器提供强大的按键切换操作功能，确保主机能够稳定、可靠、安全地运行，同时还要开启和使用备机，从而取代相应主机的应用（见图4）。

图4 系统手动切换流程图

6 结语

随着社会经济水平的不断提高，人们对精神生活有了更高的追求，这使得调频广播电台逐渐成为人们日常生活中的重要组成部分，因此，我国对调频广播电台播放性能提出了更高的要求，旨在提高电台播放的正常性、稳定性和安全性，以满足人们的收听需求。调频发射机N+1自动切换控制系统的出现和应用可以很好地实现以上目标，不仅可以将软硬件进行充分结合，还能全面了解和掌控调频广播电台，为进一步提高调频发射机的运行性能、降低发射机的维修成本提供有力保障。