10kW中波發(fā)射機(jī)智能切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

云南省廣播電視局德宏705臺(tái) 李 梅

中波發(fā)射臺(tái)兩機(jī)互擾問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著系統(tǒng)工作性能的正常發(fā)揮，且對(duì)后期技術(shù)維護(hù)造成困難，為了滿足節(jié)目播出的安全穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)智能切換是非常必要的。本文重點(diǎn)分析了對(duì)10KW中波發(fā)射機(jī)合成器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)改造的探索和測(cè)試總結(jié)，通過(guò)科學(xué)地設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和遙控切換模式，進(jìn)而滿足穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)運(yùn)行，具有一定的借鑒價(jià)值。

1 10KW中波發(fā)射機(jī)使用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，大部分中波發(fā)射臺(tái)站使用的10KW中波發(fā)射機(jī)普遍采用“N－0”與“N－1”基本工作模式，即主機(jī)的核心監(jiān)控系統(tǒng)以“N－1”模式為基本樣式，工作機(jī)理上不允許拋棄的獨(dú)立行為。當(dāng)任一出現(xiàn)故障現(xiàn)象，10KW發(fā)射機(jī)立刻出現(xiàn)當(dāng)機(jī)現(xiàn)象，無(wú)法再繼續(xù)滿足節(jié)目安全播出的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求。未來(lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率和滿足發(fā)射機(jī)不間斷播出的基本要求，最科學(xué)有效的方法是對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；新增故障險(xiǎn)情排除機(jī)制，并通過(guò)智能化監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自動(dòng)切換，同時(shí)及時(shí)將故障信息上傳至云端，以便技術(shù)人員及時(shí)修復(fù)故障鏈路，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)-切換裝置-接收終端之間的主/備交叉配屬的方案機(jī)制，能夠在滿足實(shí)時(shí)性要求的同時(shí)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有效避免節(jié)目播出事故的發(fā)生，提高發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的可靠性和播出的安全性。

中波廣播發(fā)射臺(tái)站針對(duì)10kW發(fā)射機(jī)“N－0”與“N－1”模式的主/備系統(tǒng)智能切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，從經(jīng)濟(jì)最優(yōu)角度出發(fā)，結(jié)合集成式改造思維，采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)智能化處置響應(yīng)機(jī)制，選擇科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)異地分布式控制、集中式管理的主/備無(wú)人化切換系統(tǒng)，能夠降低因外在環(huán)境因素和內(nèi)在機(jī)制問(wèn)題造成的故障檢測(cè)、智能排障等問(wèn)題，保證正常播出的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)播出系統(tǒng)智能化的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，從而滿足“有人留守，無(wú)人值班”的基本要求。

2 系統(tǒng)建設(shè)基本思路

（1）明確軟件設(shè)計(jì)與硬件工作的實(shí)際分工。主控服務(wù)器的核心程序主要設(shè)計(jì)控制整個(gè)發(fā)射臺(tái)站的穩(wěn)定工作，發(fā)射機(jī)內(nèi)多路設(shè)計(jì)與元器件工作可以適時(shí)調(diào)用核心程序并根據(jù)實(shí)際情況智能切換各組件模塊的運(yùn)行，以應(yīng)對(duì)可能的突發(fā)情況。

（2）設(shè)計(jì)智能化監(jiān)控中心以實(shí)現(xiàn)異地同步、多機(jī)并發(fā)的分布式控制，整個(gè)系統(tǒng)可以采用Browser/Server分布式架構(gòu)，功能模塊的核心組件均設(shè)計(jì)在主服務(wù)器內(nèi)，終端用戶不需要使用，且分布式設(shè)計(jì)能夠有效監(jiān)測(cè)整個(gè)平臺(tái)，獨(dú)立切換各個(gè)發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、監(jiān)控與信息流轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)無(wú)縫銜接。

（3）實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)采集各個(gè)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的情況數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)至云端，依據(jù)預(yù)案同步控制切換模式，根據(jù)SPINNER智能切換裝置的實(shí)際工作情況，可以實(shí)現(xiàn)主/備發(fā)射機(jī)自動(dòng)切換時(shí)，整體系統(tǒng)運(yùn)行鏈路處于開路狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下智能切換流轉(zhuǎn)示意圖

（4）考慮系統(tǒng)整體工作的不間斷與安全性、穩(wěn)定性的統(tǒng)一。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案

3.1 設(shè)計(jì)策略

（1）系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信息獲取

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化的智能切換，需要實(shí)時(shí)獲取中波發(fā)射機(jī)正常/異常狀態(tài)和各部實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)以及開關(guān)狀態(tài)信息?；痉绞椒质鋈缦拢海?）根據(jù)發(fā)射機(jī)基本性能參數(shù)描述，當(dāng)主機(jī)的主控制器在發(fā)射機(jī)開機(jī)狀態(tài)時(shí)應(yīng)閉合，而關(guān)機(jī)時(shí)則為斷開狀態(tài)；（2）主控制器利用RS232接口可實(shí)時(shí)采集整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的工作參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中接收功率是關(guān)鍵參數(shù)，可與智能化切換裝置信息設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所同步的其他參數(shù)同步至主服務(wù)器中；（3）SPIINNER BN553567C0100型作為同軸開關(guān)的最佳選擇，需要人工同步連接至射頻橋接工作儀，可依據(jù)連接情況自動(dòng)輸出狀態(tài)信息。

（2）智能切換裝置的行為描述

在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中，自動(dòng)切換模式可以智能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程平臺(tái)操作，可以高效節(jié)約建設(shè)成本，此時(shí)需要通過(guò)智能切換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)主/備信號(hào)鏈路的完美共存和工作轉(zhuǎn)換。在改造過(guò)程中，當(dāng)確認(rèn)發(fā)射機(jī)主機(jī)處于當(dāng)機(jī)狀態(tài)，采取人工切換模式既不能實(shí)現(xiàn)“零響應(yīng)”的技術(shù)要求，也不能完成高適應(yīng)度的網(wǎng)絡(luò)適配；通過(guò)在機(jī)房設(shè)計(jì)安裝控制繼電器吸合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，能夠有效解決這一問(wèn)題。在與主/備發(fā)射機(jī)輸出端設(shè)計(jì)安裝切換裝置的目的是完成工作模式轉(zhuǎn)換，分別對(duì)應(yīng)接入不同運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，并與饋線連接安裝遙控切換設(shè)備，可以看出此時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)主/備切換，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自由切換的工作模式。此外，當(dāng)主服務(wù)器當(dāng)機(jī)或者核心程序出現(xiàn)死機(jī)情況下，智能終端能夠在主控制器上自動(dòng)執(zhí)行關(guān)閉命令，同時(shí)各個(gè)工作節(jié)點(diǎn)分布式調(diào)出控制模式，在同軸控制器上切換后，再開備機(jī)，切換完成后，自動(dòng)開出備機(jī)。

3.2 實(shí)現(xiàn)方案

智能切換裝置的實(shí)現(xiàn)方案主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：射頻通路的技術(shù)設(shè)計(jì)、射頻網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整以及移相網(wǎng)絡(luò)的集中改造。10kW發(fā)射機(jī)在仿真三并（仿真）的基礎(chǔ)上，通過(guò)原硬件設(shè)計(jì)電路將并機(jī)切換改造為自動(dòng)同軸開關(guān)，將整個(gè)移相網(wǎng)絡(luò)的電容、電感等電子元器件分別拆下備用，可以節(jié)約建設(shè)成本與實(shí)現(xiàn)時(shí)間。

（1）射頻通路的技術(shù)設(shè)計(jì)

通常情況下，10kW發(fā)射機(jī)自帶兩套射頻網(wǎng)絡(luò)：測(cè)試與伺服網(wǎng)絡(luò)。其目的是為主/備發(fā)射機(jī)同時(shí)開機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)傳輸共享空間，能夠科學(xué)對(duì)接現(xiàn)行數(shù)據(jù)傳輸通道，有利于發(fā)揮項(xiàng)目建設(shè)的整體效能。在主/備發(fā)射機(jī)同時(shí)開機(jī)工作的前提下，需要重點(diǎn)考慮的是相互間的串?dāng)_問(wèn)題，因此同軸開關(guān)的選取非常重要。SPIINNER BN553567C0100作為大功率600kW射頻同軸開關(guān)，能夠同步提供四條數(shù)據(jù)傳輸通路（兩入/兩出），可以實(shí)時(shí)用于天饋線與實(shí)體負(fù)載、假負(fù)載間的無(wú)縫切換。據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映，SPIINNER BN553567C0100能夠提供遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)指示，通過(guò)數(shù)據(jù)接口接入主控制器，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)智能控制和命令指示。

（2）射頻網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整

10kW發(fā)射機(jī)現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際工作過(guò)程中，一旦拋棄一個(gè)PB后，系統(tǒng)的輸入阻抗在實(shí)測(cè)中是R=168Ω?？紤]到電感不能及時(shí)調(diào)整參數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是不能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)R=168Ω→R=75Ω的轉(zhuǎn)變，因此，整個(gè)伺服網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以滿足實(shí)際需求。這里以仿真三并（兩機(jī)）為例，優(yōu)化后的伺服網(wǎng)絡(luò)需要滿足在仿真PB3的情況下，實(shí)現(xiàn)阻抗為R=56Ω→R=75Ω。隨著電路設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化調(diào)整增大電容，可以將原發(fā)射機(jī)主機(jī)中的伺服網(wǎng)絡(luò)負(fù)載電容量值轉(zhuǎn)換為兩個(gè)U=1500pF調(diào)諧電容，即增加固定U=1000pF電容和可變U=500pF共用。考慮到電路中的電感值ρ=11μH，應(yīng)當(dāng)新增一組ρ=16μH電感，如圖2所示。此時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)工作中可以視為兩個(gè)R=112Ω并聯(lián)后為R=56Ω的實(shí)際輸出阻抗，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后可實(shí)際匹配R=75Ω。

圖2 伺服網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)框圖

（3）移相網(wǎng)絡(luò)的集中改造

原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的移相網(wǎng)絡(luò)可以完成R=39Ω→R=168Ω的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)換，移相角為90°，改造后實(shí)現(xiàn)R=39Ω→R=112Ω，移相角不變。由于原移相網(wǎng)絡(luò)的輸入端在電路設(shè)計(jì)上是U=2000pF和U=2300pF直接并聯(lián)，在設(shè)計(jì)改造方案中可以不新增電容。因此，可以將U=2000pF→U=2500pF，測(cè)試與伺服網(wǎng)絡(luò)同步增加。經(jīng)測(cè)試，此時(shí)PB3 90°移相網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了R=39Ω→R=112Ω的實(shí)際輸出，移相角仍為90°。

結(jié)束語(yǔ)：10kW中波發(fā)射機(jī)智能切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是非常重要的，對(duì)于發(fā)射系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用，能否設(shè)計(jì)出參數(shù)科學(xué)、指標(biāo)優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)電路對(duì)于整個(gè)發(fā)射臺(tái)站的高效穩(wěn)定運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)適配的完美實(shí)施起到了重要作用，能夠間接幫助發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距控制和信道對(duì)接的實(shí)踐效果。隨著網(wǎng)絡(luò)智能化、線路自動(dòng)化、機(jī)房無(wú)人化等技術(shù)的推廣，通過(guò)智能切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)多個(gè)模塊進(jìn)行功能化的完善，在減輕技術(shù)人員設(shè)備維護(hù)工作量的基礎(chǔ)上，不斷完善節(jié)目播出質(zhì)量和系統(tǒng)工作效果，對(duì)整體工作的穩(wěn)定性、可靠性和創(chuàng)新性提出了更高的要求。基于此，本文提出10kW中波發(fā)射機(jī)智能切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、實(shí)踐改造和功能測(cè)試，能夠滿足現(xiàn)實(shí)需求和未來(lái)發(fā)展，也為同行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)、高效、智能、穩(wěn)定的建設(shè)要求。