DX發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)材料

李 斌

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DX發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)材料

李 斌

DX機(jī)器中TCU（發(fā)射機(jī)控制單元）是整個機(jī)器中的心臟，線路復(fù)雜又涉及軟件，所以一旦發(fā)射機(jī)控制單元出現(xiàn)故障就是關(guān)機(jī)故障，而且還不容易查找到故障點(diǎn)，就會造成長時間的停播。有了TCU智能切換系統(tǒng)，就可以把幾小時的處理時間縮短為幾分鐘，為安全播出提供了有效的保障。

項(xiàng)目簡介

主要內(nèi)容

DX系列發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)的研發(fā)著眼于解決DX系列發(fā)射機(jī)故障高發(fā)的公共部位，通過采用硬件冗余技術(shù)和TCU智能切換技術(shù)后，可將此類故障處理時間由幾個小時縮短為5min之內(nèi)，對于改善不間斷安全播出具有非常重要的意義。它主要包括五個切換分系統(tǒng)：TCU子機(jī)柜切換系統(tǒng)、CCU子機(jī)柜切換系統(tǒng)、PLC子機(jī)柜切換系統(tǒng)、TCU電源切換系統(tǒng)、CCU電源切換系統(tǒng)和一個SIMENS PLC控制中心組成。作用是將進(jìn)口的發(fā)射機(jī)控制單元TCU柜和國產(chǎn)化的發(fā)射機(jī)控制單元柜間故障時具備本地切換/遠(yuǎn)程切換/智能切換的功能。

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

DX系列發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)

TCU切換系統(tǒng)采用以PLC為控制核心的智能切換系統(tǒng)，外圍整合了計(jì)算機(jī)科技應(yīng)用技術(shù)、過程監(jiān)控和無線監(jiān)測報(bào)警技術(shù)等。為真正意義上實(shí)現(xiàn)了中波臺發(fā)射機(jī)房“有人留守，無人值班”的新運(yùn)維模式奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

主要技術(shù)特性有：

高可靠性：主備用TCU控制柜在物理上相互隔離，避免了兩套控制系統(tǒng)間相互串?dāng)_，保證了主、備柜之間各自的完整性、獨(dú)立性和可靠性；

高效率性：TCU柜故障判斷處理時間由幾個小時縮短為3min之內(nèi)，對于不間斷安全播出具有非常重要的意義；

功能齊全：有本地切換、遠(yuǎn)程切換和智能切換三種切換模式可供選擇；

擴(kuò)展性強(qiáng)：采用積木化設(shè)計(jì)，適用于DX-400/600/800/1000/1200全系列并機(jī)中波發(fā)射機(jī)。

安裝便捷：充分考慮DX系列發(fā)射機(jī)布局的特點(diǎn)，利用發(fā)射機(jī)閑置的空間，合理布局，安裝方便，具有一定的通用性。

DX系列發(fā)射機(jī)MMI人機(jī)控制接口屏主要是用來控制和監(jiān)測并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的所有功能，用來對功放單元進(jìn)行較高級別控制以及用來對整流器機(jī)柜和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測。其作用是提供一個中心控制和監(jiān)測位置。

我們通過采用普洛菲斯（PROFACE）觸摸屏GP-2501S-24V，編寫出MMI人機(jī)控制接口屏程序，各項(xiàng)性能、指標(biāo)均符合要求，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到甲級，取得了完全替換進(jìn)口QuickPanel Operator Interfaces（23萬）的目的。

詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

由于發(fā)射機(jī)控制單元TCU是DX型發(fā)射機(jī)控制的核心，系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，近些年來，由于該系統(tǒng)故障而引發(fā)了多起重特大停播事故，給發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)的研發(fā)提出了迫切的要求。

發(fā)射機(jī)控制單元TCU智能切換系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

為了讓全國產(chǎn)化的發(fā)射機(jī)控制單元TCU柜和原機(jī)的TCU柜之間能有機(jī)地結(jié)合起來，當(dāng)進(jìn)口的TCU柜出現(xiàn)故障時，可快速通過智能切換系統(tǒng)使主、備TCU柜的各相關(guān)功能柜之間互相切換，大大縮短了故障處理時間。

切換系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

表1　G6A繼電器額定值

圖1　為TCU智能切換系統(tǒng)實(shí)物圖

TCU智能切換系統(tǒng)的工作原理

“TCU SUB SWITCH SYSTEM”TCU子機(jī)柜切換系統(tǒng)板主要功能是TCU分機(jī)柜出現(xiàn)故障時，通過切換，將主用TCU快速切換至備用TCU，實(shí)現(xiàn)將故障的TCU機(jī)柜進(jìn)行物理隔離，繼續(xù)維持正常播出。切換系統(tǒng)的主要器件為繼電器，需要將涉及TCU子機(jī)柜中的所有出入“8A1A10-TCU INTERFACE BOARD”的控制信號都采集到TCU子機(jī)柜切換系統(tǒng)板上，然后通過繼電器NC節(jié)點(diǎn)和NO節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)主用TCU柜與備份TCU柜之間的切換。

繼電器采用的是日本Omron公司生產(chǎn)的G6A微型繼電器，該繼電器具有：抗電磁干擾性能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)高密度安裝；耐沖擊電壓1，500V FCC規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)耐高壓；包金雙接點(diǎn)，而且低接點(diǎn)振動，可以發(fā)揮高接觸可靠性。該繼電器內(nèi)部共有4組接點(diǎn)，可以提供4路信號的切換，其參數(shù)如表1所示。

TCU智能切換系統(tǒng)的軟件

TCU智能切換系統(tǒng)包括幾個相對獨(dú)立的子單元：SLC 5/04 PLC故障判斷及開機(jī)單元、西門子S7-200切換單元、上位機(jī)HMI監(jiān)控及操作單元、無線報(bào)警系統(tǒng)單元。

切換S7-200為整個智能切換系統(tǒng)的核心。它與主/備DX型系列發(fā)射機(jī)控制單元TCU的SLC 5/04之間通過接線的方式（DI/DO）傳遞信號和命令。切換S7-200通過DO控制PLC SUB……CCU PS，共5個部分的切換電路，實(shí)現(xiàn)這5個子單元的主/備切換。通過DI/DO接口和通訊接口，就將上述的4個子系統(tǒng)連結(jié)為一個整體，達(dá)到發(fā)射機(jī)控制單元TCU控制單元（TCU）智能切換的目標(biāo)。

故障判斷模塊通過對本機(jī)柜的5個子單元：PLC SUB；TCU SUB；CCU SUB；TCU PS；CCU PS故障點(diǎn)進(jìn)行判斷。當(dāng)檢測到其中一個有故障時，輸出故障信號給切換S7-200做出相應(yīng)的動作。

S7-200切換程序包括：故障確認(rèn)模塊、運(yùn)行圖判斷模塊、切換模塊以及開機(jī)程序模塊。各個模塊順序執(zhí)行，一個模塊執(zhí)行完畢后輸出執(zhí)行結(jié)果，下一模塊根據(jù)上一模塊的結(jié)果判斷是否滿足執(zhí)行條件。最后完成輸出開機(jī)命令到SLC 5/04，啟動發(fā)射機(jī)控制單元TCU。

TCU智能切換系統(tǒng)

DX系列發(fā)射機(jī)控制單元智能切換系統(tǒng)概述

主備TCU機(jī)柜通過智能切換系統(tǒng)進(jìn)行主備切換，工作原理如圖2所示。

S1～S5分別控制TCU POWER SUPPLY、CCU POWER SUPPLY、TCU SUB、CCU SUB 和PLC SUB子機(jī)柜5個部分的單獨(dú)切換，S6（未畫出）控制TCU柜的整柜切換。他們的切換過程由智能切換系統(tǒng)模塊進(jìn)行控制。智能切換系統(tǒng)模塊采用西門子（SIEMENS）公司的S7-200，通過編程實(shí)現(xiàn)。

S7-200為通用的PLC，本身集成了I/O，并且可通過擴(kuò)展增加I/O的數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖編程。

DI點(diǎn)接收主/備DX系列發(fā)射機(jī)控制單元TCU控制柜中的SLC 5/04 PLC的故障檢測信號。當(dāng)接收到故障信號后，根據(jù)編寫的程序判斷主或備的哪部分產(chǎn)生故障。在判斷發(fā)射機(jī)因故障原因已經(jīng)造成停機(jī)，發(fā)出切換命令到相應(yīng)的切換電路（如TCU SUB故障，則發(fā)送到S3）。切換電路將這部分的子機(jī)柜切換到備用機(jī)柜。

在切換系統(tǒng)將子機(jī)柜切換到備用后，S7-200通過DO點(diǎn)發(fā)出復(fù)位/開機(jī)指令給PLC SUB單元的SLC 5/04。在發(fā)射機(jī)運(yùn)行圖期間，SLC 5/04自動對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的復(fù)位與判斷，達(dá)到符合開機(jī)條件后自動控制發(fā)射機(jī)開機(jī)。

以上的一系列動作均在主/備SLC 5/04、切換系統(tǒng)的S7-200 PLC之間完成，通過預(yù)先編制的程序?qū)崿F(xiàn)，無需人工參與。

圖2　DX系列發(fā)射機(jī)智能切換系統(tǒng)總框圖

圖3　PLC智能切換構(gòu)造圖

另外，為了檢修過程中切換的靈活性，在智能切換系統(tǒng)中還設(shè)置手動切換功能，實(shí)現(xiàn)分別對TCU子機(jī)柜的單獨(dú)切換或整個TCU機(jī)柜的全部切換。

智能切換控制主電路的組成及作用

智能切換控制電路板主要S7-200、交流接觸器，開關(guān)電源、端子等組成，與主/備DX控制系統(tǒng)中的SLC 5/04 PLC組成智能控制中心。

智能切換控制主電路

TCU智能切換系統(tǒng)控制信號原理如圖3所示，主要由S7-200 PLC可編程控制器及外圍電路組成，分別實(shí)現(xiàn)手動切換、遠(yuǎn)程切換和智能切換功能。S7-200上設(shè)置S1～S9對應(yīng)的切換開關(guān)、手自動切換開關(guān)。當(dāng)手自動切換開關(guān)處于手動狀態(tài)時，可由操作人員獨(dú)立對S1～S6進(jìn)行手動切換。手動分體切換主要應(yīng)用于檢修和故障排隊(duì)情況，利用各單元分體性，通過各種組合，實(shí)現(xiàn)快速查找故障點(diǎn)。

S7-200 PLC與主/備DX控制系統(tǒng)中的SLC 5/04 PLC構(gòu)成智能切換控制中心

S7-200 PLCDI點(diǎn)接收主/備DX控制系統(tǒng)中的SLC 5/04 PLC的故障狀態(tài)信號。當(dāng)接收到故障信號后，根據(jù)編寫的程序判斷主或備的哪分單元出現(xiàn)故障，在判斷發(fā)射機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)停機(jī)，發(fā)出切換命令到相應(yīng)的S切換電路（如TCU SUB故障，則發(fā)送到S2）。切換電路將這部分的子系統(tǒng)切換到備用。其主要構(gòu)造如圖3所示。

交流接觸器

由于TCU電源控制箱和CCU電源控制箱由于電流較大，故采用交流接觸器完成切換。

維護(hù)

為了保證本產(chǎn)品能正常運(yùn)行，需對它進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。

定期檢查緊固件、連接件是否松動，保證各端子接觸良好。

定期使用壓縮空氣吹風(fēng)機(jī)，清除電路板上灰塵，以防聚集太多。

定期檢查兩路+24V電源是否正常工作。

結(jié)束語

綜上所述，發(fā)射機(jī)控制單元備份系統(tǒng)投入一年多來，在2016年3月PLC子機(jī)柜中的PLC突然死機(jī)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)，值班員利用切換系統(tǒng)倒到備份使發(fā)射機(jī)迅速恢復(fù)正常播音。處理此故障用了不到20s間大大縮短了停播的時間，說明這套系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的效果很明顯。

李 斌

國家新聞出版廣電總局623臺

李斌，男，1980年2月11，漢族 ，江蘇省常州市人，本科學(xué)歷，現(xiàn)有職稱工程師，在國家新聞出版廣電總局623臺工作，主要從事廣播發(fā)射機(jī)的維護(hù)和檢修的工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.11.030