DX-600 发射机单PB 上天线一键切换系统的设计与实现

周欣国

（国家广播电视总局 北京广播电视维护中心，北京 100035）

0 引言

DX-600 发射机由3 个功放单元（PB）组成，可以提供N-0（3PB 并机）和N-1（2PB 并机）两种工作模式，以保证在一个功放单元（PB）出现故障时将其“甩开”，从而不至于影响整机播出。尽管DX 中波发射机工作稳定，由多个功放单元组成的发射机还可以在N-1 或者N-2 的状态下播出，但是遇到电源、合成网络、天馈线等公共部分发生故障，还是很有可能出现停播。DX-600 发射机出厂时不具备N-2（单PB）工作模式，北京广播电视台技术人员通过前期改进，初步实现了DX-600发射机单PB（即N-2 模式）上天线工作。但是现有的单PB 上天线播出系统涉及线路较多，想要实现单PB 上天线播出，需要多达7 个操作步骤，并且每个步骤均需要人工手动操作，切换线路复杂，切换时间长。中间的操作步骤稍有遗漏，就会造成发射机无法开机，甚至损坏设备。因此，为了最大程度地缩短停劣播时长，减少人为操作失误，需要设计DX-600 发射机单PB 上天线一键切换系统，从而最大程度地减少操作步骤，缩短发射机停播时长。

1 整体系统设计

由于DX-600 发射机出厂时不具备N-2 模式（单PB）工作模式，也就是说在N-2 模式（单PB）工作模式下，发射机控制单元不会发出开机指令，单PB 工作模式对于发射机原有设计功能来说就处于关机状态，因此，单PB 上天线一键切换系统的设计就要包括发射机冷却系统的启动、模式开关的切换、天线交换开关的切换以及PB 单元的开/关机等功能。

1.1 控制系统的设计

单PB 一键上天线控制系统采用西门子S7-200 SMART 系列可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作为控制系统的核心。该PLC 的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）模块自带丰富的输入/输出（I/O）接点，同时还能够满足扩展需求，配备高速处理器芯片，指令执行时间仅0.15 μs，达到了大型PLC 的性能。触摸屏采用西门子SMART LINE，与S7-200 SMART PLC组成自动化控制和人机交互平台。控制系统结构如图1 所示。

图1 控制系统框图

PLC 自带共计60 个数字量输入/输出接点，为满足功能需要，这里增加一个16 路数字量输出扩展模块和两个8 路模拟量输入模块。触摸屏通过RS-485 通信来实现对PLC 的数据交互。系统的主要功能是在触摸屏上点击按键，实现指定的PB 单元上天线开机播出。控制流程为：按下触摸屏单PB 一键上天线开机按键，指定的PB 单元模式开关动作，模式开关切换到测试位置，天线交换开关自动转动到测试网络输出到天线位置，同时交换开关向PLC 返回位置状态，冷却系统自动由远程控制切换为本地控制，冷却系统自动启动，PB 单元控制位置自动由远程倒换为本地，如果上述步骤均已完成，PLC 发出PB 单元开机指令，指定的PB 单元开机播出，并向PLC 实时传送功率、电压、电流3 个模拟量，整个控制流程结束。这样就实现了在触摸屏上点击一个按键实现PB 单元上天线播出。

同时，为了配合PB 单元上假负载进行试验，系统还加入了对假负载的开关机控制和模拟量取样。PLC 的数字输出指令包括PB 单元的本地/远程切换控制、冷却系统本地/远程切换和开启/关闭控制、PB 单元开关机控制、天线交换开关的控制、假负载开关机控制以及模式开关的切换和隔离。状态输入包括PB 单元开关机状态、模式开关位置状态、天线交换开关的位置以及假负载的开关机状态。实时监测的模拟量包括3 个PB 单元的功率、电压、电流以及假负载的功率和温度取样。PLC 的各个指令均通过继电器来实现输出控制。

触摸屏是人机交互的核心。要利用触摸屏发出各个指令，从而实现单PB 一键上天线播出，需要对触摸屏进行编程开发。编程软件采用WinCC flexible Smart V3 软件。触摸屏界面实现对PB 单元一键上天线开机和关机，同时还包括对模式开关、天线交换开关、假负载等的单独控制，并且需要对PB 单元的模拟量进行实时监控。触摸屏界面友好，既有单PB 上天线操作等界面，也包含了发射机工作状态。触摸屏主界面如图2 所示，单PB 上天线操作界面如图3 所示。触摸屏主界面实时显示当前发射机的工作状态，包括当前工作模式（单PB 上天线工作模式或者整机上天线工作模式），同时实时监测显示发射机3 个PB 单元的功率、电压、电流。在主界面上点击某个PB 单元进入单PB 上天线操作界面，点击PB 一键上天线开机按键，指定的PB 单元开机，点击PB 一键上天线关机按键，指定的PB 单元关机。只需通过一个按键，就能够实现单PB 一键上天线播出[1]。

图2 触摸屏主界面

图3 单PB 上天线操作界面

1.2 发射机线路改造

PLC 是系统的控制核心。要想实现单PB 一键上天线播出，就要对发射机线路进行改造。本着尽可能不影响发射机原有工作模式和原有线路的原则，系统对原有线路改动很小，巧妙地做到了既实现系统的功能，又保证在新增加设备故障的情况下不影响发射机原有工作状态。下面对发射机线路技术改造进行分别说明。

1.2.1 冷却系统改造

冷却控制系统是发射机工作期间控制发射机冷却的核心部件。发射机正常工作的情况下，冷却控制系统在远端控制，发射机发出远程开启/关闭指令。由于该系统是由技术人员单独开发的单PB一键上天线系统，发出单个PB 开机/关机指令，所以需要对冷却控制系统进行技改，才能实现系统一键开机的同时冷却系统启动、系统一键关机同时冷却系统关闭。冷却控制系统受两个豆开关控制，分别是本地/远程、开启/关闭。要想开启或者关闭冷却系统，单PB 一键上天线系统需要实现自动将本地/远程豆开关的本地接点接通，开启/关闭豆开关的开启接点接通。通过加装继电器，由继电器的接点来实现豆开关各个接点的接通和断开，能够实现由单PB 一键上天线系统控制冷却系统的开启和关闭[2]。

1.2.2 PB 单元改造

发射机各个单元的开机和关机是由TCU PLC发出指令来实现，并且正常工作中PB 单元的控制位置需要在远程位置，这样才能够受控于发射机TCU PLC。如果要实现某个PB 单独的开机和关机，需要将PB 的控制位置由远程倒换为本地。PB 单元的线路改造主要是实现系统自动将PB 单元的控制位置由远程倒换为本地，并给PB 单元的开关机按键触发信号，同时还需要对PB 单元的模拟量进行实时监控，加装3 个带隔离功能的一分二模拟量模块。模块的输入取发射机PB 接口板，输出一路送PB 单元的PLC，一路送系统的模拟量扩展模块。这样就实现了PB 单元的功率、电压、电流的采样，并实时地显示在触摸屏上[3]。

1.2.3 模式开关改造

合成器部分的线路改造主要是为了实现系统自动切换模式开关的位置，同时对模式开关的位置状态进行取样。由于模式开关正常工作是通过发射机合成器部分的220 V 电源控制模式开关动作，所以系统为了保证既不影响发射机原有工作状态，又保证模式开关供电的可靠，采用了发射机另一路带隔离的电源。同时，为了对模式开关的位置状态进行取样，在模式开关的接线端子并上继电器，通过继电器的接通和断开来判断模式开关的当前位置。这样就实现了通过单PB 上天线切换系统来单独控制某个PB 单元的模式开关。

1.2.4 天线交换开关的控制

为了提供测试网络至天馈线的硬件通路，同时考虑到紧急情况下用单PB 上天线来恢复播出后，同时能安全地对合成器故障部分进行检修和恢复，技术人员对馈管的尺寸、连接、走向进行详细的测量，并绘制详细的图纸，加装天线交换开关，从而实现了单PB 通过测试网络再经过天线交换开关实现上天线播出，并将交换开关的倒换控制和单PB 一键上天线系统进行了对接，设计了接线，最终实现了系统能够自动和手动控制交换开关的倒换。天线交换开关作为单PB 上天线的重要通路，要实现单PB 一键上天线播出，需要通过系统发出倒换指令，控制交换开关转动。交换开关转动到位后，将交换开关位置信号返回给PLC，从而实现系统自动控制交换开关的动作[4]。

2 系统功能和特点

该系统通过PLC 编程和触摸屏编程，三个功放单元（PB）、模式开关及冷却系统的控制线路技改，天线交换开关和馈管的安装与调试，最终实现了在触摸屏界面上一键将某个PB单元上天线开机播出。只通过触摸屏上一个按键实现了多个动作，包括天线交换开关动作、发射机冷却系统启动、PB 模式开关切换以及PB 单元开机[5]。触摸屏界面同时将开机中和开机后的各个动作到位情况及时显示，任何一个动作没有到位，开机指令将不会送出。通过调试和试验，系统各项功能达到要求。经过长时间的运行和考验，系统工作正常。

该系统充分利用现有设备，实施简洁，对原机线路改动较小，倒换操作仅需一个按键即可完成，极大地缩短了倒换时间，提高了安全播出保障能力。该设计创造性地开发出仅需一个按键即可实现DX系列400 kW 以上发射机的单PB 上天线播出，操作极为简单，具有很强的实用性[6]。

3 结语

通过DX-600 发射机单PB 上天线一键切换系统的设计，实现了DX-600 发射机单个PB 单元只需要通过一个按键即可上天线播出，突破了DX 系列发射机原厂功能的限制，并且操作步骤仅需一步，极为简洁，极大地缩短了发射机停播时间，同时对发射机原有控制系统不做改动，从而并不影响发射机原有功能，保证了该系统出现故障的情况下，不影响发射机自身正常运行。经过单PB 一键上天线改造，DX-600 发射机进一步提高了系统“冗余”性能，提高了安全播出保障能力。该系统在北京广播电视台使用至今，稳定可靠，操作极为简单，极大地减轻了值班一线的工作压力，缩短了停播时间。