SW-TUC自動控制系統(tǒng)及其在DF100A發(fā)射機(jī)上的調(diào)試研究

李希才

DF100A短波發(fā)射機(jī)目前在我國屬于比較主流的短波發(fā)射機(jī)機(jī)型，隨著科技發(fā)展和安全傳輸發(fā)射信息化的要求，國內(nèi)廠家和相關(guān)維護(hù)人員根據(jù)需要適時地開發(fā)了多套基于DF100A發(fā)射機(jī)的自動控制系統(tǒng)，為短波發(fā)射機(jī)自動化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中，SW-TUC自動控制系統(tǒng)（以下簡稱“SW-TUC系統(tǒng)”）是近幾年來由國家廣播電視總局五〇一臺研發(fā)并成功在自臺投入使用的一款通用型自動控制系統(tǒng)，能兼容目前主流的各種大功率短波機(jī)型，并且實(shí)現(xiàn)完全脫離物理按鍵，僅通過有關(guān)板卡在工控機(jī)上即可實(shí)現(xiàn)自動化。這種脫離物理按鍵，通過上、下位機(jī)及同步信息化轉(zhuǎn)換的工作模式在我國尚屬首次。

1 SW-TUC自動控制系統(tǒng)

SW-TUC系統(tǒng)（圖1）以FPGA為核心控制器件開發(fā)，主要由一臺工控機(jī)、四塊模塊化板卡以及外圍接口電路組成，調(diào)諧系統(tǒng)采用鑒相器調(diào)諧技術(shù)（包含對高前和高末的屏極、柵極進(jìn)行高頻取樣，經(jīng)過濾波器和檢波器對高頻進(jìn)行解析，通過上位機(jī)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)算），使系統(tǒng)的調(diào)諧精度高、速度快。

SW-TUC系統(tǒng)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩個部分，上位機(jī)為工控機(jī)上所運(yùn)行的控制平臺軟件SYCK1；下位機(jī)則由擴(kuò)展接口板C1、冷卻燈絲板C2、偏壓高壓板C3和自動調(diào)諧板C4等4塊板卡及其相應(yīng)的配合板卡組成。

1.1 上位機(jī)控制平臺軟件

上位機(jī)控制平臺軟件SYCK1主界面如圖2所示，該平臺軟件基于.NET框架采用C#語言編寫，操作界面可視化，便于對順序邏輯（下位機(jī)控制）、系統(tǒng)設(shè)置、調(diào)諧預(yù)置、運(yùn)行圖管理、申請代播、檢修、查詢、用戶登錄等進(jìn)行管理，主界面包含操作面板、邏輯功能設(shè)置、馬達(dá)控制顯示、發(fā)射機(jī)表值顯示等功能，功能選擇使用菜單式選擇，使用鼠標(biāo)、鍵盤即可完成發(fā)射機(jī)的所有操作。

該系統(tǒng)還設(shè)置了系統(tǒng)調(diào)機(jī)員賬號，給維護(hù)人員提供發(fā)射機(jī)調(diào)試、維護(hù)的廣闊平臺，提供了包括校表、保護(hù)測試、遠(yuǎn)程平臺通信地址測試、瞬時故障儲存、表值歷時記錄等功能，為設(shè)備發(fā)生故障后的分析提供了完整的資料，同時又通過限制值機(jī)人員的有關(guān)權(quán)限，保證了發(fā)射機(jī)操作的安全性。

圖2 上位機(jī)控制平臺軟件主界面

1.2 下位機(jī)

下位機(jī)包括核心主板卡和輔助板卡，板卡的輸入接口均采用高耐壓的線性光隔，有效降低了干擾或高壓倒灌引起的核心單元損壞率。同時，板卡更換、維護(hù)簡便，大大縮短了整機(jī)維護(hù)處理的時間。

1）核心主板卡包括擴(kuò)展接口板C1、冷卻燈絲板C2、偏壓高壓板C3和自動調(diào)諧板C4等，4塊板卡分工明確，相互聯(lián)絡(luò)，確保了發(fā)射機(jī)從預(yù)熱到上高壓播出等各個環(huán)節(jié)的所有操作。特別值得一提的是下位機(jī)的設(shè)計(jì)，保證在播音過程中即使工控機(jī)宕機(jī)也能按照運(yùn)行圖執(zhí)行至當(dāng)前播音任務(wù)結(jié)束，提高了安全播出的可靠性。下位機(jī)核心主板卡功能為：

擴(kuò)展接口板C1：負(fù)責(zé)自動增益控制AGC和頻率合成器的控制及弧光檢測、溫度檢測等；

冷卻燈絲板C2：負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)風(fēng)水及燈絲的邏輯控制；

偏壓高壓板C3：負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)偏壓、高壓及PSM數(shù)字調(diào)制器的邏輯控制；

自動調(diào)諧板C4：負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)自動調(diào)諧預(yù)置及鑒相器調(diào)諧控制。

2）配合4塊主板卡工作的輔助板卡則包括三部分：4塊馬達(dá)驅(qū)動板（每塊板完全一致并控制2路馬達(dá)，可互換使用，采用PDM脈寬調(diào)制控制馬達(dá)）、5塊中間板卡及分布在各點(diǎn)的取樣電路等。5塊中間板卡包括：

1A1開關(guān)量輸入板：主要用于證實(shí)信號，對門開關(guān)、接地溝、天線到位、電子管屏極和簾柵極1檔和2檔是否到位進(jìn)行證實(shí)；

1A2開關(guān)量輸入板：主要用于告警信號，對打火檢測、PSM零鎖、低鎖和切削、水位、風(fēng)節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行告警提示；

1A3開關(guān)量輸出板：主要用于控制信號，對前級電源、末級屏壓、簾柵壓和燈絲等一檔和二檔、風(fēng)機(jī)及主、備泵啟動等進(jìn)行控制；

1A4模擬量接口板：主要用于取樣，對溫度、電壓、電流、功率等模擬量進(jìn)行取樣；

1A5調(diào)諧接口板：主要用于8路馬達(dá)調(diào)諧和鑒相器調(diào)諧控制。

基于以上上位機(jī)控制平臺軟件和下位機(jī)板卡構(gòu)成了一套完善的自動控制系統(tǒng)，對發(fā)射機(jī)進(jìn)行取樣、調(diào)諧和控制，使發(fā)射機(jī)能通過工控機(jī)控制平臺軟件，替代部分繼電器、接觸器等硬件電路的功能，提高可靠性，實(shí)現(xiàn)手動、半自動或全自動模式的上高壓播出。

2 SW-TUC系統(tǒng)下的DF100A短波發(fā)射機(jī)調(diào)試

筆者所在單位甲機(jī)房整體更新改造工程將原有發(fā)射機(jī)更新為SW-TUC系統(tǒng)下的DF100A發(fā)射機(jī)，筆者親歷了機(jī)房的基建、發(fā)射機(jī)的安裝、調(diào)試和驗(yàn)收等各項(xiàng)工作，對SW-TUC系統(tǒng)下的DF100A短波發(fā)射機(jī)調(diào)試有較深的理解。

2.1 DF100A發(fā)射機(jī)框圖

DF100A短波發(fā)射機(jī)是由北京北廣科技股份有限公司生產(chǎn)，我臺所安裝的設(shè)備是該公司歷經(jīng)幾代更新后的產(chǎn)品，其系統(tǒng)框圖如圖3所示，高周部分基本維持原有布局，主要變化在于自動控制系統(tǒng)和PSM調(diào)制器。其中，PSM調(diào)制器使用北京廣世無限科技有限責(zé)任公司研發(fā)生產(chǎn)的數(shù)字調(diào)制器DMR2000，該調(diào)制器操作簡單，維護(hù)方便，穩(wěn)定性高，有利于指標(biāo)的優(yōu)化調(diào)整；而自動控制系統(tǒng)則使用SW-TUC系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全顛覆了以往發(fā)射機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)思路，不再保留原有的發(fā)射機(jī)控制物理按鍵及機(jī)械表，經(jīng)過半年多的運(yùn)行實(shí)踐，系統(tǒng)自動化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定。

圖3 DF100A發(fā)射機(jī)框圖

2.2 系統(tǒng)調(diào)諧原理

調(diào)諧系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)自動控制系統(tǒng)的核心，自然也是SW-TUC系統(tǒng)的核心，因而是調(diào)機(jī)過程中最重要、最核心的部分。如圖4所示為高壓控制流程圖，該流程圖在末級細(xì)調(diào)完成后再次進(jìn)行前級細(xì)調(diào)是為了末級調(diào)諧完成后，前級通常會稍微失諧，再次返回前級細(xì)調(diào)則保證了調(diào)諧精度。以上流程也可以根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，這是SW-TUC系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，當(dāng)然這需要建立在調(diào)試人員對發(fā)射機(jī)控制邏輯熟練掌握的基礎(chǔ)之上。

圖4 高壓控制流程圖

發(fā)射機(jī)調(diào)諧主要是對真空電容和電感線圈進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到阻抗匹配，使之能配合電子管正常工作在較好的狀態(tài)。DF100A在SW-TUC系統(tǒng)下的自動調(diào)諧原理框圖如圖5所示。

圖5 自動調(diào)諧框圖

DF100A發(fā)射機(jī)調(diào)諧包括粗調(diào)和細(xì)調(diào)，細(xì)調(diào)是重點(diǎn)，主要包括前級細(xì)調(diào)和末級細(xì)調(diào)，均采用鑒相器調(diào)諧，通過檢測電子管的柵極和屏極信號的相位關(guān)系來檢測發(fā)射機(jī)是否正調(diào)諧。正調(diào)諧的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：通過高前鑒相器使IPA屏流最小、PA柵流最大，并根據(jù)不同頻率進(jìn)行AGC控制使高末柵流在0.5A～0.58A之間；通過高末鑒相器使PA屏流最小、輸出功率最大，然后再進(jìn)行調(diào)載，直至正調(diào)諧，這樣發(fā)射機(jī)即能工作在較好狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“三滿”播出。

2.3 調(diào)試步驟

調(diào)試之前，務(wù)必確認(rèn)高頻接地系統(tǒng)可靠有效；低壓配電系統(tǒng)保護(hù)裝置正常，能提供發(fā)射機(jī)所需的各路電源；發(fā)射機(jī)各部件（除下述步驟已明確暫不安裝的器件）均已安裝完畢并連接可靠。

以下步驟均在SW-TUC系統(tǒng)“手動”模式下進(jìn)行：

1）送電前，確認(rèn)各接地開關(guān)是否正常，4T1、4A1T1和4A2T1接線是否正確且牢固，母線排各相阻值是否正常。

2）低壓柜送電后，1單元前面板所有空開及4CB1均暫不合上，合4CB2，測量4T1變壓器初級電壓（正常時均為380V左右），測量主風(fēng)機(jī)和PSM風(fēng)機(jī)進(jìn)線電壓（正常時均為380V左右），測量母線排E1、E2、E3各相之間電壓及其對地電壓（正常時，E1-E2,E1-E3,E2-E3均為230V左右，E1-E4,E3-E4均為115V左右，E2-E4為199V左右）。

3）合1CB1（UPS電源）、1CB2（控制）、1CB5（主風(fēng)機(jī)）、1CB6（PSM風(fēng)機(jī)）和1CB9（門鎖開關(guān)），測量系統(tǒng)供電+24V、+15V和-15V是否正常；開啟工控機(jī)及其上位機(jī)軟件SYCK1，查看與下位機(jī)通訊及下位機(jī)狀態(tài)指示是否正常；查看“開機(jī)允許邏輯”各項(xiàng)是否正常，各門開關(guān)、接地開關(guān)、接地鉤是否正常。

4）對低壓配電的相電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)圖紙，對開關(guān)量輸入、輸出進(jìn)行逐一測試是否正常。

5）使用直流電源校表（高前陰流、高末柵流、高末簾柵流），同時設(shè)置對應(yīng)的保護(hù)值（一般為正常工作值的2倍左右，下同），并測試到達(dá)保護(hù)值時是否有相應(yīng)保護(hù)動作。

6）往水箱加水，并合1CB3（主泵）、1CB4（備泵），使用上位機(jī)軟件SYCK1分別啟動主、備泵，查看水泵是否正常，隨后清洗水路至干凈，對水壓、水阻、水流量、入水溫度、出水溫度、水位及其保護(hù)進(jìn)行校準(zhǔn)和測試，對弧光檢測進(jìn)行測試。

7）使用上位機(jī)軟件SYCK1分別啟動主風(fēng)機(jī)、PSM風(fēng)機(jī)，檢查其是否正常，風(fēng)接點(diǎn)保護(hù)是否正常。

8）合1CB17（調(diào)諧電源），對八路馬達(dá)進(jìn)行測試，轉(zhuǎn)向是否正常，并查看機(jī)械限位是否正常，同時設(shè)置軟件限位（軟件限位應(yīng)早于機(jī)械限位），對3L12槽路MSP4、MSP5、MSP6（對應(yīng)前棒、后棒、頂棒）位置分波段進(jìn)行存儲，對諧波濾波器MSP8位置按照每100kHz進(jìn)行量化為系統(tǒng)值。

9）合1CB10（燈絲），此時電子管尚未安裝，測量前級電子管燈絲變壓器次級電壓（9VAC）和末級電子管燈絲電壓（10VDC），均正常后校表（燈絲電壓）并安裝電子管（整機(jī)斷電后安裝），進(jìn)行燈絲老練并校表（燈絲電流）。

10）合1CB11（寬放電源）、1CB12（偏壓），對高前柵壓、高末偏壓進(jìn)行校準(zhǔn)及設(shè)置對應(yīng)的保護(hù)值。

11）合1CB13（高前電源），對高前屏壓、寬放電流和電壓進(jìn)行校準(zhǔn)并設(shè)保護(hù)值。

12）合1CB14（高末屏壓控制）、1CB15（高末簾柵）、1CB16（PSM控制）、4CB1，分別對高末屏壓、高末屏流、高末簾柵壓、入射功率、反射功率等進(jìn)行校準(zhǔn)及保護(hù)值設(shè)定。

13）輸入頻率（以11 500kHz為例）、天線、功率等，將MSP4、MSP5、MSP6和MSP8轉(zhuǎn)動至相應(yīng)位置，進(jìn)行“高壓”操作，調(diào)整高前調(diào)諧電容（MSP1），使高前陰流最小、高末柵流最大，且對應(yīng)值在正常范圍內(nèi)。

14）進(jìn)行“PSM允許”操作，調(diào)整高末調(diào)諧電容（MSP2）使高末簾柵流最大、高末屏流最小，調(diào)整MSP7（平轉(zhuǎn)），使反射功率最小，再調(diào)整MSP2，點(diǎn)擊“高功率”查看高末屏流是否合適，如若不合適，則返回“調(diào)諧功率”，調(diào)整高末調(diào)載電容（MSP3），再調(diào)整MSP2。調(diào)整完MSP3和MSP7后，務(wù)必調(diào)整MSP2，使之在調(diào)諧狀態(tài)。

15）“音周允許”查看發(fā)射機(jī)狀態(tài)，如若正常，則進(jìn)行音周封鎖后，對該狀態(tài)進(jìn)行存儲（包括兩個鑒相器MP1、MP2數(shù)值）。該系統(tǒng)建議采用每間隔100kHz進(jìn)行存儲，以后間隔范圍內(nèi)的頻率使用半自動或者自動模式即可上高壓，準(zhǔn)確率高，速度快。

3 調(diào)機(jī)過程的指標(biāo)調(diào)整

在機(jī)房改造的調(diào)機(jī)過程中，由于DF100A是成熟機(jī)型，裝配工藝也相對比較成熟，因此，除信噪比外，其他各指標(biāo)均能較好的滿足合同要求。而信噪比甲級指標(biāo)為58dB，此次的合同要求則為60dB，故信噪比指標(biāo)的調(diào)整就顯得尤為關(guān)鍵。在此過程中，主要調(diào)整包括以下幾項(xiàng)。

1）頻率合成器至高前小箱的電纜全部外套屏蔽線管，能改善部分頻率信噪比較低的問題。

2）SW-TUC系統(tǒng)套箱、PSM控制套箱外殼均使用銅皮接入高頻地線系統(tǒng)，能提高信噪比1dB左右，提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。

3）功率模塊IGBT主要有日系（東芝、三菱，黑色）和德系（英飛凌，白色）兩種，盡可能不混用，有助于提高信噪比。

4）將PSM簾柵開關(guān)頻率由18kHz改為24kHz，降低音頻頻率范圍內(nèi)的噪音，提高信噪比。

5）在此特別指出的是，對PSM功率模塊循環(huán)導(dǎo)通順序進(jìn)行調(diào)整，對改善信噪比起到了關(guān)鍵作用。DMR2000數(shù)字調(diào)制器內(nèi)置了4種不同的功率模塊循環(huán)導(dǎo)通順序（不必實(shí)際調(diào)整光纖接線），可通過對D5綜合算法板的SW1的開關(guān)1、2進(jìn)行調(diào)整，能較大幅度（約5dB）的提高信噪比。如圖6所示為使用FMAB測試信噪比情況，四種不同導(dǎo)通模式下信噪比差異明顯。

圖6 四種導(dǎo)通模式下的信噪比對比

4 前景應(yīng)用思考

基于SW-TUC系統(tǒng)所提供的接口，在現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為，利用該系統(tǒng)目前所空閑的接口，可拓展以下幾個功能：

1）增加其對關(guān)鍵器件（如變壓器、真空電容等）的溫度監(jiān)測、告警及保護(hù)功能。

2）增加可控硅調(diào)功器，使自動化系統(tǒng)控制燈絲電壓線性爬升，延長電子管使用壽命。

3）電壓及電流采集系統(tǒng)可采取V/F光纖進(jìn)行模擬量傳輸，增強(qiáng)隔離和抗干擾能力。

4）對功率取樣計(jì)算方法采取更加完全的計(jì)算等。

5 結(jié)語

此次DF100A發(fā)射機(jī)的調(diào)機(jī)對筆者而言是一次全面的考驗(yàn)。作為機(jī)房主任，參與現(xiàn)場調(diào)機(jī)，對管理和個人業(yè)務(wù)兩個方面都是一次綜合考驗(yàn)。特別是在SW-TUC系統(tǒng)下的DF100A調(diào)機(jī)顛覆了以往所有發(fā)射機(jī)的控制方式，沒有物理按鍵、沒有模擬表頭，如何最快的適應(yīng)這一模式成為當(dāng)時擺在我們面前的一道難題。所幸的是在無線局及其他兄弟臺站、北廣科技和筆者所在單位專家前輩的指導(dǎo)下，我們以最快速度適應(yīng)了SW-TUC系統(tǒng)，發(fā)揮其先進(jìn)性，使DF100A發(fā)射機(jī)能以較好的指標(biāo)情況通過驗(yàn)收并投入使用。

同時，對于SW-TUC系統(tǒng)，筆者認(rèn)為該系統(tǒng)按照無線局業(yè)務(wù)規(guī)范要求，充分吸取了一線值機(jī)維護(hù)人員的意見和建議，從人性化的角度設(shè)計(jì)開發(fā)，克服了人工操作的缺點(diǎn)。無論從告警、保護(hù)方面，還是從自動調(diào)諧、控制方面而言，均最大程度地降低了勞動強(qiáng)度，減少了人為事故的發(fā)生，提高了故障的預(yù)判能力，對保障安全播出起到了積極的作用。當(dāng)然，在此過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)了SW-TUC系統(tǒng)的一些不足之處，比如部分表值在一個檔位進(jìn)行校準(zhǔn)后，其他不同檔位的準(zhǔn)確度不夠等問題，但總體而言，SW-TUC系統(tǒng)是一套值得推廣的、先進(jìn)的短波發(fā)射機(jī)自動控制系統(tǒng)。