PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

檀 杉

（國(guó)家新聞出版廣電總局五五四臺(tái)，河南 滎陽 450100）

PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

檀 杉

（國(guó)家新聞出版廣電總局五五四臺(tái)，河南 滎陽 450100）

近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，100 kW短波發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化水平不斷提高，促進(jìn)了廣播電視業(yè)的發(fā)展。文章以PSM 100 kW短波發(fā)射機(jī)為例，對(duì)其硬件構(gòu)造、自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)剖析，同時(shí)探討自動(dòng)化系統(tǒng)常見故障及處理方法。

PSM 100 kW短波發(fā)射機(jī)；自動(dòng)化系統(tǒng)；廣播電視

伴隨數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展及廣播電視業(yè)信息化建設(shè)的推進(jìn)，使短波發(fā)射器自動(dòng)化改造不斷深入[1]，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)能有效提高廣播電視信號(hào)傳播質(zhì)量，同時(shí)還能大大減輕工作強(qiáng)度?；诖耍斜匾接憣?duì)短波發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期改進(jìn)和完善系統(tǒng)功能。

1 PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)的概括

PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)在當(dāng)前廣播電視系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用，主要包括調(diào)諧、控制、電源、冷卻等系統(tǒng)，各系統(tǒng)發(fā)揮自身效用，分工協(xié)作達(dá)成短波信號(hào)發(fā)射。射頻系統(tǒng)是其核心主要有頻率合成器、帶寬放大器、高前級(jí)射頻放大器、屏極輸出網(wǎng)絡(luò)等。

2 PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件方面

廣播電視發(fā)射系統(tǒng)所用的PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)，其自動(dòng)化硬件構(gòu)造有：（1）計(jì)算機(jī)構(gòu)件，主要有PISO數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集卡，功能在于發(fā)出隔離及妥善輸入和輸出各路發(fā)射機(jī)數(shù)字量開光信號(hào)；PCL-813轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡，主要采集經(jīng)調(diào)制后的32路模擬信號(hào)；D/A卡主要對(duì)8路發(fā)射機(jī)的調(diào)諧裝置轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制。（2）外部設(shè)備及接口，該部分的構(gòu)件較多，主要有頻率預(yù)置板、調(diào)制器母板、馬達(dá)緩沖板、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)放大板等。（3）輔助設(shè)備，包括機(jī)箱、傳感裝置（主要是溫度、電壓、電流等方面的傳感器件）及取樣板（用來取樣末前、高末屏壓、簾柵壓、偏壓等）。

2.2 軟件方面

2.2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)中，馬達(dá)是其自動(dòng)化運(yùn)行的核心部件，但對(duì)其自動(dòng)化控制必須由軟件來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)了兩種驅(qū)動(dòng)方式[2]。

（1）快速驅(qū)動(dòng)，就是先從計(jì)算機(jī)的D/A卡輸出一高固定電平，然后經(jīng)馬達(dá)放大，讓其高速達(dá)預(yù)定值的控制方式。其特點(diǎn)在于：倘若對(duì)于驅(qū)動(dòng)精度沒有較高要求，且是長(zhǎng)距離的驅(qū)動(dòng)，那么就會(huì)開啟快速驅(qū)動(dòng)；倘若在倒頻時(shí)，就可先行快速驅(qū)動(dòng)，再使其達(dá)到預(yù)定位的臨近位置。因快速驅(qū)動(dòng)是基于不高的精度要求運(yùn)行的，因而不能有效滿足自動(dòng)調(diào)諧的要求。

（2）脈沖驅(qū)動(dòng)，即經(jīng)脈沖產(chǎn)生電平，讓馬達(dá)精確運(yùn)行，且可快速、精準(zhǔn)地達(dá)到預(yù)定位置完成控制。在短距離驅(qū)動(dòng)，且有較高驅(qū)動(dòng)要求情況下可采取該方式。譬如：倒頻操作中，對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)有較高要求，需準(zhǔn)確達(dá)到預(yù)定位置。此外，自動(dòng)調(diào)諧及依照表值開展精確調(diào)諧操作時(shí)，那么就要求快速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)至預(yù)定位，然后再通過脈沖驅(qū)動(dòng)至更為準(zhǔn)確位。

在應(yīng)用該方式時(shí)，必須設(shè)定好運(yùn)行參數(shù)。從實(shí)際操作情況來看，PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件設(shè)置需要對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定，目的在于更好地達(dá)到脈沖驅(qū)動(dòng)以提高精確度，進(jìn)而確保電機(jī)運(yùn)行得到及時(shí)有效的控制。具體而言，順時(shí)針轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)為向左，逆時(shí)針則對(duì)應(yīng)向右，力度則是對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電平，步長(zhǎng)則對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)時(shí)間方式，進(jìn)而確定各路電機(jī)左右運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)電平及時(shí)間。為確保電機(jī)能夠正常驅(qū)動(dòng)同時(shí)準(zhǔn)確到位，先要設(shè)置好該參數(shù)，然后再使自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，原因在于脈沖驅(qū)動(dòng)基本在各類電機(jī)控制中[3]。在進(jìn)行參數(shù)設(shè)定時(shí)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化最理想的效果，必須準(zhǔn)確設(shè)定各路電機(jī)參數(shù)。參數(shù)設(shè)置極為關(guān)鍵，且是最為重要的一個(gè)[4]。在未更換或維修電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)下，該參數(shù)在首次設(shè)定成功后，就不要再改動(dòng)了。

2.2.2 調(diào)諧系統(tǒng)

（1）高前調(diào)諧，其運(yùn)行原理就是高末柵流最高，末前陰流最低。該調(diào)諧方式主要是模擬人調(diào)。為有效消除末級(jí)對(duì)前級(jí)調(diào)諧影響，一般在進(jìn)行末級(jí)初始調(diào)諧操作時(shí)，需要對(duì)高末屏壓進(jìn)行抑制。為能夠迅速、準(zhǔn)確地定位調(diào)諧點(diǎn)，于馬達(dá)初始定位操作時(shí)，高前采取預(yù)失諧。基于高前表值，分成粗、細(xì)調(diào)[5]。在進(jìn)行粗調(diào)操作時(shí)，能夠準(zhǔn)確判定高末柵流值，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是在0.4 A以上的，倘若低于該值，那么程序就會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)分別往左或右轉(zhuǎn)動(dòng)，直到能使高末柵流增大向，同時(shí)持續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使高末流超過0.4 A。在開展細(xì)調(diào)時(shí)，需要對(duì)高前陰流值進(jìn)行判定，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是讓高前陰流盡量小，就是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)逐步到最小點(diǎn)，同時(shí)讓其停于該點(diǎn)位置，讓末前級(jí)精確調(diào)諧到諧振。

（2）高末調(diào)諧，運(yùn)行原理就是簾柵流最高，而屏流最小。其方式同樣是以模擬人為操作為主。在操作上主要分為5 kV，10 kV兩種調(diào)諧，在操作原理及方式上是相同的。在啟動(dòng)頻率非新頻率狀態(tài)下，自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)直接于10kV實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，要不然先開展5 kV調(diào)諧，再進(jìn)行10 kV調(diào)諧。操作步驟：①在末前調(diào)諧達(dá)成后，釋放出屏壓進(jìn)行抑制；②升至5 kV或者10 kV；③馬達(dá)準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)到預(yù)定位置；④采取逐步逼近方法來達(dá)成馬達(dá)定位。方法：準(zhǔn)確找到達(dá)到正確向；記錄即刻簾柵流的Ig21，Ia01及馬達(dá)位I，再驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行一步，同時(shí)記錄簾柵流的Ig22，Ia02及馬達(dá)位II，先進(jìn)行Ia01和Ia02的對(duì)比，倘若前者大于后者，那么可以判定當(dāng)前轉(zhuǎn)向是正確的；倘若兩者差距不明顯，那么則對(duì)比Ig22和Ig21來確定方向，要不然則判定方向正確；找到諧振點(diǎn)，應(yīng)用II的值代替I值，再往正確向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行一步，進(jìn)行相同處理，直至Ia01＜Ia02或者Ig21＞Ig22，那么馬達(dá)位I是屏流最低，并且柵流和最高值相近，即諧振點(diǎn)，使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)到此點(diǎn)完成調(diào)諧。

3 PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)作分析

3.1 獨(dú)立性能

基于上述設(shè)計(jì)，可完整保留PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)既有的功能，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。所以，針對(duì)調(diào)諧控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)計(jì)手動(dòng)和自動(dòng)的切換功能，如此不但能便于操作，同時(shí)對(duì)其他性能也不會(huì)產(chǎn)生影響。如處在自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)，面板協(xié)調(diào)電位裝置也不會(huì)影響到系統(tǒng)性能的發(fā)揮；在手動(dòng)操作時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)諧控制則處在打開狀態(tài)。

3.2 性能可靠

該自動(dòng)化系統(tǒng)的控制是應(yīng)用專業(yè)計(jì)算機(jī)，有著良好的抗干擾能力，且具有高集成、安全穩(wěn)定、故障少等特點(diǎn)。同時(shí)，在其外圍電路應(yīng)用一定的干擾技術(shù)，比如：電源隔離、光電隔離等方式，能保證發(fā)射機(jī)達(dá)到更高要求。此外，該系統(tǒng)本來就有高速、穩(wěn)定的協(xié)調(diào)性能。因其數(shù)字采集快、處理迅速，再因高前、高末調(diào)諧邏輯的合理設(shè)計(jì)，能充分提高諧調(diào)性能的要求。通常而言，20～40 s 就能完全實(shí)現(xiàn)，即便是新開平，也在90 s內(nèi)能完成，符合國(guó)家制定的倒頻開機(jī)時(shí)間要求。

3.3 正調(diào)諧點(diǎn)性能

由于在發(fā)射器的自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用了高速采集板和高分辨率轉(zhuǎn)換器，在數(shù)據(jù)處理速度和能力上均得到大幅提升，且具有極高定位精準(zhǔn)度，如此可更為快速地找到正協(xié)調(diào)點(diǎn)。該系統(tǒng)本身的協(xié)調(diào)性操作穩(wěn)定、良好：在系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開機(jī)時(shí)，就可保持高度一致的運(yùn)行狀態(tài)，如條件一致，調(diào)諧操作比人工操作的一致性更高。

3.4 網(wǎng)絡(luò)信息交互

在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和交互中應(yīng)用系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)， 再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和交換，包括運(yùn)行圖的自行下達(dá)、天線交換信號(hào)燈等方面。采用集成軟件，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)上對(duì)數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，并可開展實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。

4 PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)常見故障及應(yīng)對(duì)措施

一般在出現(xiàn)故障時(shí)，首要判斷是系統(tǒng)問題還是發(fā)射機(jī)硬件問題，在操作上把自/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)倒置于手動(dòng)處，同時(shí)開機(jī)運(yùn)行，再仔細(xì)查看故障發(fā)生點(diǎn)。具體有以下幾種情況：

（1）調(diào)諧未成功，主要包括馬達(dá)處在零點(diǎn)、表值失準(zhǔn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)偏少且相對(duì)密集、存在無用數(shù)據(jù)、諧波數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)值存在較大差距等。

（2）硬件方面，主要有主控內(nèi)板卡故障、外圍接口不良、外圍板卡故障等，一般是對(duì)故障部件進(jìn)行更換。

（3）自動(dòng)化故障及處理，一是無法讀取馬達(dá)位引起的故障，具體表現(xiàn)為手動(dòng)或者自動(dòng)操作馬達(dá)時(shí)，相應(yīng)位的A/D值是不變的；原因是馬達(dá)緩沖板的TL074損壞。從故障的表現(xiàn)看，是系統(tǒng)馬達(dá)位的信號(hào)處理電路出現(xiàn)問題，也就是隨動(dòng)電位裝置中心抽頭電壓至工控機(jī)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡通路存在故障。因?yàn)轳R達(dá)位信號(hào)先通過緩沖板實(shí)現(xiàn)1/3倍放大電路后再和-5V參考電壓相疊加，輸出0～10V DC電壓，通過濾波墻傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)節(jié)板實(shí)施濾波緩沖處理，再送到813卡完成信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)而準(zhǔn)確讀取馬達(dá)所在位。對(duì)于該故障處理，先斷開馬達(dá)運(yùn)行電源，再更換新繼成板，并調(diào)節(jié)放大1/3倍，確保參考電壓達(dá)到-5V DC。

5 結(jié)語

通過對(duì)PSM100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行進(jìn)行分析，明確了硬件和軟件設(shè)計(jì)是重點(diǎn)內(nèi)容，要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，并要掌握系統(tǒng)常見故障及處理方法，以確保自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

[1]阿迪力·巴拉提.短波發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技，2016（4）：137-138.

[2]方源.DF100A型100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)淺析[J].現(xiàn)代鹽化工，2016（4）：40-41.

[3]李芳軍.關(guān)于PSM100 kW發(fā)射機(jī)末級(jí)電子管的維護(hù)分析[J].中國(guó)新通信，2015（12）：29.

[4]鄧?yán)?短波發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)淺析[J].經(jīng)貿(mào)實(shí)踐，2015（6）：285.

[5]張國(guó)強(qiáng).100 kW短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化前后的調(diào)諧系統(tǒng)回路分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（2）：157-159.

Design and implementation of PSM100 kW HF transmitter automation system

Tan Shan
（554 Channel of State Press and Publication Administration of Radio, Film and Television, Xingyang 450100, China）

In recent years, with the development of modern science and technology, the automation level of 100kW shortwave transmitter continues to improve, promote the development of the broadcasting industry. Based on PSM 100 kW shortwave transmitter as an example, the hardware structure, software design and operation automation system are analyzed, and discussed the automation system common faults and processing methods.

PSM 100 kW short wave transmitter; automatic system; radio and television

檀杉（1980— ），男，河北安國(guó)，本科，助理工程師；研究方向：廣播發(fā)送技術(shù)。