發(fā)射臺(tái)天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造

羅濱霖

摘要 本文針對(duì)發(fā)射臺(tái)在播音過(guò)程中，發(fā)射機(jī)需要倒換發(fā)射天線，靠人工或簡(jiǎn)單的電動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)天線開(kāi)關(guān)的切換，效率低、耗人力、耗時(shí)間、且容易誤操作等原因;基于PLC數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程控制器，以其結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度快、靈活性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可根據(jù)切換指令自動(dòng)倒換發(fā)射天線的系統(tǒng);系統(tǒng)通過(guò)在某發(fā)射臺(tái)的好幾個(gè)發(fā)射機(jī)房，多部短波發(fā)射機(jī)和多付發(fā)射天線的天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與應(yīng)用，對(duì)提高工作效率，減少了人為失誤具有顯著的優(yōu)越性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞 發(fā)射機(jī)天線開(kāi)關(guān)自動(dòng)交換 PLC 改造應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN948 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.078

Design and Transformation of Transmitting Station

Antenna Automatic Exchange Control System

LUO Binlin

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

Abstract In this paper， the process of transmitting stations in the broadcasting transmitter transmitting antenna to be switched， by manual or electric device to achieve a simple antenna switch to switch， low efficiency， the consumption of manpower， time-consuming， and easy to misuse and other reasons; digital computing operation based on PLC electronic system programmable controller， with its compact， fast， flexible， high reliability， strong anti-interference ability， short development cycle， etc.， designed to automatically transmit antenna switching system according to the switching instruction; system by a launch pad for several transmitter room， many of the short-wave transmitters and multiple transmit antennas of antenna design and application of automatic switching control system transformation， to improve work efficiency， reduce human error have significant advantages and advanced features.

Key words transmitter antenna switch automatic exchange; PLC; retrofit applications

引言

直屬大功率短波廣播發(fā)射臺(tái)，播音任務(wù)繁重，發(fā)射機(jī)互代需要天線自動(dòng)交換系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來(lái)，直屬臺(tái)為此做了許多工作，各式各樣繼電器控制以及簡(jiǎn)單的電子控制等等。雖然比人工操作在穩(wěn)定性、安全性等方面有不同程度的提高，但是自動(dòng)化程度，靈敏度、準(zhǔn)確性等方面還是存在許多不足。隨著PLC技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，廣電領(lǐng)域?qū)LC電控制器的可靠性、時(shí)效性、運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)十分青睞。本文針對(duì)我臺(tái)應(yīng)用PLC可編程邏輯控制器做為天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)的控制核心，對(duì)三個(gè)機(jī)房、十副發(fā)射天線自動(dòng)交換控制系統(tǒng)進(jìn)行改造;實(shí)現(xiàn)了所有的發(fā)射機(jī)與天線的互聯(lián)、互通，當(dāng)工作任務(wù)需要發(fā)射機(jī)能夠智能靈活轉(zhuǎn)接到任何一副天線上，為安全傳輸發(fā)射提供了技術(shù)保障。

1 PLC基本原理、功能及特點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使各種功能全面、性能可靠、小巧玲瓏的模塊應(yīng)運(yùn)而生，為各種電子控制系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的功能。PLC就是集邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、 步進(jìn)（順序）控制、PID控制 、數(shù)據(jù)控制、通信、聯(lián)網(wǎng)等功能于一體，適用于各種特殊控制功能的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它是由CPU運(yùn)算和控制中心、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、編程器組成，采用的可編程序的存儲(chǔ)器是按照順序一個(gè)周期、一個(gè)周期的循環(huán)掃描進(jìn)行工作的，每個(gè)循環(huán)掃描周期經(jīng)過(guò)了輸入刷新—運(yùn)行用戶程序—輸出刷新—在返回輸入刷新，重新開(kāi)始新的一個(gè)周期的輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新的循環(huán)反復(fù)，圖1是它的工作流程圖。

首先用戶按照工程和受控設(shè)備器件要求，編制控件程序存于PLC存儲(chǔ)器中，工作時(shí)，CPU接到運(yùn)行指令即按程序執(zhí)行：邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)計(jì)數(shù)等操作指令作周期性循環(huán)掃描;當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)繼電器、晶體管或晶閘管輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。

PLC具有高可靠性特點(diǎn)，所有I/O接口電路采用的是高性能的光電隔離電路;輸入采樣使用的濾波電路時(shí)間常數(shù)為10～20msR-C濾波器;模塊選用的是防高溫、防各種射線、防電磁輻射以及抗高寒、抗各類干擾的屏蔽措施;它的開(kāi)關(guān)電源采用的是性能優(yōu)良和先進(jìn)的具有良好的故障診斷功能，一旦電源中斷或者突發(fā)故障引起PLC中軟、硬件發(fā)生異常，將自行啟動(dòng)有效措施防止故障擴(kuò)大等功能;由于PLC將各類數(shù)字運(yùn)算、控制技術(shù)、信息通訊高密度集中于一體，采用的是模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合;因此無(wú)論是用戶應(yīng)用時(shí)的編程，還是安裝、維修，都是非常便捷的。

2 PLC在發(fā)射機(jī)和天線交換控制系統(tǒng)的應(yīng)用

直屬短波廣播發(fā)射臺(tái)，由于場(chǎng)地、設(shè)備等一系列原因，目前尚不可能做到有足夠的備份發(fā)射機(jī)和備份的發(fā)射天線。因此，要保障繁重的播音任務(wù)完成，整合利用有效的發(fā)射天線資源，通過(guò)天線交換使發(fā)射機(jī)承擔(dān)足夠多的廣播任務(wù)和臨時(shí)代播任務(wù)是非常必要的。

PLC在發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制方面，主要是擔(dān)任天線自動(dòng)交換系統(tǒng)的主控任務(wù)。它是由通過(guò)人機(jī)接口、PLC通信上位機(jī)向工作人員顯示PLC網(wǎng)絡(luò)所采集到的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成了對(duì)信息的集中處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將相應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)傳遞給相應(yīng)的前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成系統(tǒng)設(shè)定的邏輯操作。在天線交換系統(tǒng)中具體由控制單元來(lái)控制天線自動(dòng)交換中電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來(lái)控制發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線的互聯(lián)、互通、互代;由自保單元為電機(jī)動(dòng)作和控制系統(tǒng)提供自動(dòng)保護(hù)措施;由互鎖單元為系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)、天線識(shí)別、切換進(jìn)行檢索防止誤動(dòng)作;而交換矩陣是由發(fā)射機(jī)數(shù)量、發(fā)射天線數(shù)量及系統(tǒng)連線的復(fù)雜程度決定控制電路，也就是交換矩陣的復(fù)雜程度。這些就是PLC在天線交換系統(tǒng)中控制單元、自保、互鎖和交換矩陣等電路組成。

3 我臺(tái)天線交換系統(tǒng)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題

我臺(tái)現(xiàn)有的10付天線交換通路經(jīng)過(guò)六年多時(shí)間運(yùn)行，問(wèn)題和缺陷逐步顯現(xiàn)出來(lái)，己不符合自臺(tái)代播的要求，表現(xiàn)在：新增備用發(fā)射機(jī)的原室外轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)功能單一，控制不可靠，不能滿足現(xiàn)有自臺(tái)代播要求;在用的天線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)都是室外型，已經(jīng)多年風(fēng)吹雨淋、日曬，銹蝕嚴(yán)重，隨著天氣的變化觸頭位置常發(fā)生偏離，頻繁出現(xiàn)過(guò)倒換不到位和折斷磁棒的故障，而且這些轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)都是多年前的產(chǎn)品，現(xiàn)在備件很難購(gòu)置，嚴(yán)重影響正常的運(yùn)行與維護(hù)。

4 設(shè)計(jì)改造思路

設(shè)計(jì)天線交換通路和天線交換控制系統(tǒng)。天線交換自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制器選用抗電磁干擾強(qiáng)和能夠在惡劣環(huán)境下工作的Allen-Bradley PLC可編程邏輯控制器。改造后的備機(jī)可實(shí)現(xiàn)上十付發(fā)射天線中的任何一付天線進(jìn)行代播。在備機(jī)使用的情況下，甲、乙、丙發(fā)射機(jī)可實(shí)現(xiàn)有條件互相代播。我臺(tái)原天線交換系統(tǒng)是在室外進(jìn)行切換的，因此，天線交換開(kāi)關(guān)等設(shè)備易受氣候、環(huán)境等條件的影響，故障率高、維護(hù)工作量大。改造后天線交換系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，具有傳輸效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，將原開(kāi)放式的室外轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)更換為封閉式的室內(nèi)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在天線控制系統(tǒng)中增加了手動(dòng)操作、電動(dòng)控制和自動(dòng)控制三種模式，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)發(fā)射機(jī)機(jī)房天線在工作頻段內(nèi)能夠互相代播，備份發(fā)射機(jī)可直接代播三個(gè)機(jī)房任何一部發(fā)射機(jī)，以及三個(gè)發(fā)射機(jī)房單獨(dú)控制的同時(shí)，還必須預(yù)留天線切換總控功能。

5 改造的具體內(nèi)容及功能實(shí)現(xiàn)

5.1 ?PLC在天線自動(dòng)交換中應(yīng)用

是起到一個(gè)控制核心的作用。系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算、天線交換開(kāi)關(guān)切換執(zhí)行、運(yùn)行圖校隊(duì)執(zhí)行、各種控制繼電器的指令執(zhí)行都在PLC中完成;它的外圍電路開(kāi)關(guān)電源、控制繼電器、UPS電源、串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)連線等也是天線交換控制系統(tǒng)的重要部分。從圖2所示的連接網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)平臺(tái)圖可看出，無(wú)論是臺(tái)控制系統(tǒng)平臺(tái)、還是各發(fā)射機(jī)房的上位機(jī)、下位機(jī)和PLC之間都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)串口連接，包括了上位機(jī)和下位機(jī)的網(wǎng)卡、PLC的網(wǎng)絡(luò)模塊、網(wǎng)線、光通信模塊、光纜和交換機(jī)等。系統(tǒng)中天線交換控制的上、下位工控機(jī)人機(jī)界面程序采用Visual Basic6.0編寫(xiě)，上位機(jī)監(jiān)測(cè)和控制天線交換開(kāi)關(guān)的切換、天線交換開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，提供遠(yuǎn)程通信、GPS時(shí)間、系統(tǒng)同步時(shí)鐘校時(shí)等;控制天線交換開(kāi)關(guān)具備運(yùn)行圖操作、單開(kāi)關(guān)操作和通道操作等操作方式。

（1）運(yùn)行圖操作：首先，自動(dòng)接收由主管部門(mén)統(tǒng)一格式的運(yùn)行圖信息。其次，將運(yùn)行圖信息進(jìn)行編輯輸入，通過(guò)系統(tǒng)把自動(dòng)編輯好的運(yùn)行圖下載到PLC，由PLC對(duì)照運(yùn)行圖對(duì)天線交換開(kāi)關(guān)和天線進(jìn)行自動(dòng)沖突檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)沖突即進(jìn)行報(bào)警提示，且不反饋到PLC;一旦檢測(cè)符合要求PLC既按照頻率運(yùn)行圖對(duì)天線自動(dòng)交換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作。

（2）單開(kāi)關(guān)操作：既對(duì)每一臺(tái)單個(gè)的天線交換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作，不僅對(duì)單個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，而且可以對(duì)天線交換系統(tǒng)進(jìn)行通道操作。

（3）通道操作：首先，用戶根據(jù)需要通過(guò)天線交換控制系統(tǒng)在“遠(yuǎn)程控制”的工作模式下，選擇信號(hào)傳輸通道與發(fā)射機(jī)和天線在上位機(jī)中自動(dòng)完成該傳輸通道的建立。其次，系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)將機(jī)房平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)GPS的時(shí)間、實(shí)時(shí)發(fā)射頻率運(yùn)行圖指令、發(fā)射天線交換開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)進(jìn)行比較;并根據(jù)比較結(jié)果：對(duì)時(shí)間誤差，既自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間（系統(tǒng)具備手動(dòng)操作校準(zhǔn)PLC時(shí)間），若天線開(kāi)關(guān)對(duì)不到位既發(fā)出開(kāi)關(guān)告警提示。

下位機(jī)主要監(jiān)測(cè)和控制天線交換開(kāi)關(guān)的切換、天線交換開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)等，操作方式與上位機(jī)一樣，采用的是觸摸操作。系統(tǒng)的上、下位機(jī)都具有黑匣子功能，方便在本地對(duì)天線交換開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作;同時(shí)還可以查閱最近一個(gè)月的相關(guān)的操作記錄、故障告警等信息記錄。

（4）PLC具有邏輯判斷功能和邏輯互鎖功能，確保在控制柜停電的情況下，系統(tǒng)能保存運(yùn)行圖和所存儲(chǔ)的信息的安全，一旦系統(tǒng)恢復(fù)供電后能夠正常的工作;控制柜配置UPS電源，保證控制柜在突發(fā)斷外電情況下，最少可工作10分鐘以上，當(dāng)然UPS電源容量決定了系統(tǒng)工作時(shí)間;系統(tǒng)設(shè)置了安全控制，重新登入須在“本地控制”的工作模式下進(jìn)行身份認(rèn)證才能登陸，并對(duì)登陸人員行為進(jìn)行記錄。圖3是甲乙丙機(jī)房天線交換控制系統(tǒng)各單元物理網(wǎng)絡(luò)圖。

5.2 天線交換開(kāi)關(guān)通路實(shí)例

由天線交換開(kāi)關(guān)通路圖4所示。備份發(fā)射機(jī)可任意為十付發(fā)射天線中任何一付天線進(jìn)行代播，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)備機(jī)在使用時(shí)，三個(gè)機(jī)房仍可實(shí)現(xiàn)互代功能等：詳細(xì)介紹如下：

（1）C02機(jī)通過(guò)CK01 （直通）和CK06（直通）上302天線;C02 機(jī)通過(guò)CK01（直通）、CK06（轉(zhuǎn)向）和CK07（轉(zhuǎn)向）上301天線;C02機(jī)通過(guò)CK01 （直通）、CK06（轉(zhuǎn)向）和CK07（直通）進(jìn)入丙機(jī)房出線：①若通過(guò)CK08（轉(zhuǎn)向）到乙機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)對(duì)乙機(jī)房代播;②若通過(guò)CK08（直通）、CK09（直通）、CK10（轉(zhuǎn)向）到甲機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)對(duì)甲機(jī)房代播。

（2）C01機(jī)通過(guò)CK02 （直通）和CK07（直通）上301天線;C01 機(jī)通過(guò)CK02（轉(zhuǎn)向）、CK01（轉(zhuǎn)向）和CK06（直通）上302天線;C01機(jī)通過(guò)CK02 （直通）和CK07（轉(zhuǎn)向）進(jìn)入丙機(jī)房出線：同理到乙、甲機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)乙甲機(jī)房代播。

（3）甲機(jī)房出線（本機(jī)房外代播）信號(hào)通過(guò)CK03（轉(zhuǎn)向）、進(jìn)入丙機(jī)房進(jìn)線、再經(jīng)CK02（轉(zhuǎn)向）和CK07 （直通）上301天線，代播丙機(jī)房C01機(jī);甲機(jī)房出線（本機(jī)房外代播）信號(hào)通過(guò)CK03（轉(zhuǎn)向）、進(jìn)入丙機(jī)房進(jìn)線、CK02（直通）、CK01（轉(zhuǎn)向）和CK06（直通）上302天線，代播丙機(jī)房C02機(jī)。乙機(jī)房出線代播時(shí)，同理。

（4）當(dāng)C01機(jī)被代播時(shí)，C02機(jī)上301天線正常播音。C01機(jī)處理好后， 可以通過(guò)CK02（轉(zhuǎn)向）、CK01 （直通）、CK01和CK06外側(cè)的連接饋筒、CK06（直通）、CK07（直通）、進(jìn)入丙機(jī)房出線、通過(guò)乙機(jī)房進(jìn)線（或甲機(jī)房進(jìn)線），去實(shí)現(xiàn)對(duì)外代播。C02機(jī)被代播時(shí)，處理好后同理實(shí)現(xiàn)對(duì)外代播。

（5）當(dāng)備機(jī)通過(guò)CK05 （直通）、CK04（直通）和CK03（直通）、進(jìn)入丙機(jī)房進(jìn)線，實(shí)現(xiàn)代播丙機(jī)房時(shí)，乙機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)乙機(jī)房出線、CK09（雙向轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)）和CK10（轉(zhuǎn)向）進(jìn)入甲機(jī)房進(jìn)線可實(shí)現(xiàn)代播甲機(jī)房;甲機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)甲機(jī)房出線、CK03（直通）和CK08（直通）到乙機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播乙機(jī)房。

（6）當(dāng)備機(jī)通過(guò)CK05 （轉(zhuǎn)向）、CK10（直通）、經(jīng)過(guò)甲機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播甲機(jī)房是時(shí)，乙機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)乙機(jī)房出線、CK09（直通）、CK04（轉(zhuǎn)向）、CK03（直通）、到丙機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播丙機(jī)房;丙機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)CK08（轉(zhuǎn)向）實(shí)現(xiàn)代播乙機(jī)房。

（7）當(dāng)備機(jī)通過(guò)CK05 （直通）、CK04 （直通）、CK03（轉(zhuǎn)向）、CK08 （直通）、進(jìn)入乙機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播乙機(jī)房時(shí)，丙機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)CK08（直通）、CK09（直通〉、CK10（轉(zhuǎn)向）、進(jìn)入甲機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播甲機(jī)房;甲機(jī)房信號(hào)也可通過(guò)CK03（轉(zhuǎn)向）、進(jìn)入丙機(jī)房進(jìn)線，去實(shí)現(xiàn)代播丙機(jī)房。

為了確保系統(tǒng)安全可靠，設(shè)計(jì)上天線交換系統(tǒng)從原理上杜絕了并機(jī)的可能性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC技術(shù)在發(fā)射機(jī)天線自動(dòng)交換開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，新技術(shù)、新器件對(duì)發(fā)射機(jī)自動(dòng)化、智能化創(chuàng)新的前景是非常廣泛的;展望信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)前景，新器件和模塊的不斷推陳出新必將引起新的一輪技術(shù)飛躍。因此，努力更新知識(shí)、不斷提高技術(shù)創(chuàng)新水平是安全傳輸發(fā)射事業(yè)的需要和希望。

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