中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維護(hù)

王紅紅

（作者單位：陜西省新聞出版廣電局寶雞廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)）

隨著中波廣播事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)廣播的播出效果提出了更高的要求。這就需要廣電技術(shù)人員發(fā)揮科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)來(lái)提高播音質(zhì)量、避免停播、降低能耗。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)播控技術(shù)、故障診斷技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)手段，加大中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的建設(shè)力度，減小值機(jī)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，逐步達(dá)到中波轉(zhuǎn)播臺(tái)“有人留守，無(wú)人值機(jī)”的目的[1]。

1 中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

寶雞廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)現(xiàn)有10kW DAM全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)3臺(tái)，1kW PDM全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)3臺(tái)，擔(dān)負(fù)著3個(gè)頻率共5套廣播信號(hào)的轉(zhuǎn)播任務(wù)。下文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)寶雞廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)化播控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)從播控單元、上位機(jī)、總線(xiàn)和通信系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行 介紹。

1.1 播控單元的設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)播控單元是安裝在發(fā)射機(jī)內(nèi)部的智能化設(shè)備，用于播控發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，與發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，是整個(gè)自動(dòng)化播控系統(tǒng)的大腦。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用成熟的單片機(jī)技術(shù)和抗干擾能力強(qiáng)的總線(xiàn)技術(shù)，并且需要在軟硬件中采取多重抗干擾技術(shù)，確保播控單元可以在機(jī)房這種強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)射機(jī)播控單元利用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的播控，前端為嵌入式計(jì)算機(jī)，用于遙測(cè)、遙控和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、主備自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及自動(dòng)診斷報(bào)警功能。

前端機(jī)由主控板、狀態(tài)板、控制板、模擬板組成。主控板用于控制整個(gè)播控器的運(yùn)行，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與本地?cái)?shù)據(jù)交換機(jī)鏈接，與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信；狀態(tài)板、控制板、模擬板用于對(duì)發(fā)射機(jī)的狀態(tài)量、控制量和模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。

前端機(jī)的主要功能包括以下三方面：

一是模擬量和開(kāi)關(guān)量的采集、上傳及控制：前端機(jī)配有開(kāi)關(guān)量、模擬量的采集板和控制板，其與發(fā)射機(jī)的外部接口板相連，負(fù)責(zé)對(duì)發(fā)射機(jī)的模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行采集和上傳，并按照上位機(jī)的控制命令對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行操作。

二是主備發(fā)射機(jī)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換：兩部發(fā)射機(jī)互為主備關(guān)系，發(fā)生故障時(shí)主備發(fā)射機(jī)之間可以不經(jīng)過(guò)上位機(jī)直接進(jìn)行通信與自動(dòng)切換。DAM中波發(fā)射機(jī)主備切換故障如下：

（1）一類(lèi)故障：一類(lèi)故障保護(hù)級(jí)別最高，當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)一類(lèi)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)射機(jī)的高壓和功放，同時(shí)主機(jī)前端機(jī)會(huì)將控制指令直接發(fā)送給備機(jī)前端機(jī)，并立即開(kāi)啟備機(jī)播出。

（2）二類(lèi)故障：二類(lèi)故障保護(hù)級(jí)別僅次于一類(lèi)，如偶爾過(guò)流或欠／過(guò)激勵(lì)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)射機(jī)的高壓和功放4 s，在等待4 s后系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)開(kāi)機(jī)工作。如果在自動(dòng)開(kāi)機(jī)的4 s內(nèi)再次檢出二類(lèi)故障，則將該二類(lèi)故障視為一類(lèi)故障進(jìn)行處理，即系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)射機(jī)的高壓和功放，并立即啟動(dòng)備機(jī)播出。如果在自動(dòng)開(kāi)機(jī)的4 s內(nèi)再未檢出二類(lèi)故障，則系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

（3）功率：對(duì)發(fā)射機(jī)功率設(shè)定上下范圍，如果發(fā)射機(jī)功率在連續(xù)6 s越限，則立即開(kāi)啟備機(jī)播出。

（4）越限報(bào)警：可對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出量設(shè)定上下限，當(dāng)出現(xiàn)越限時(shí)，前端機(jī)會(huì)自動(dòng)將越限信息上傳至上位機(jī)并實(shí)時(shí)報(bào)警。

三是定時(shí)告警與延時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)系統(tǒng)：發(fā)射臺(tái)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)在充分挖掘原DAM機(jī)外延功能的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套定時(shí)告警延時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)系統(tǒng)，從近年來(lái)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，其自動(dòng)開(kāi)機(jī)過(guò)程準(zhǔn)確、穩(wěn)定，調(diào)整方便，運(yùn)行安全可靠[3]。

1.2 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化播控系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)對(duì)發(fā)射機(jī)和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作。寶雞廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)化播控系統(tǒng)配置如下：

操作系統(tǒng)：Windows SP2；數(shù)據(jù)庫(kù)：SQL Server；播控系統(tǒng)：北京研興綜合網(wǎng)管系統(tǒng)；播控系統(tǒng)編程環(huán)境：Microsoft VC++6.0；單片機(jī)編程環(huán)境：Rabbit C。

上位機(jī)安裝播控軟件后，技術(shù)人員可以在系統(tǒng)操作界面上操作上位機(jī)，上位機(jī)的一般功能如下：

監(jiān)測(cè)功能：負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集發(fā)射機(jī)及附屬設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

控制功能：技術(shù)人員通過(guò)上位機(jī)可實(shí)時(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)的開(kāi)關(guān)、功率升降等進(jìn)行遙控操作。

報(bào)警功能：第一，可根據(jù)采集發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)量指示故障進(jìn)行報(bào)警，并對(duì)模擬量越限進(jìn)行報(bào)警。第二，系統(tǒng)支持多種報(bào)警方式，如自動(dòng)彈框報(bào)警、聲音報(bào)警（不同故障，設(shè)置不同的報(bào)警聲音）、短信報(bào)警等，并會(huì)在播控欄會(huì)留下故障時(shí)間、類(lèi)型、位置等信息。

記錄與查詢(xún)功能：第一，系統(tǒng)自動(dòng)定期記錄發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和報(bào)警內(nèi)容，并形成曲線(xiàn)圖保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，供技術(shù)人員隨時(shí)查詢(xún)或分析。第二，系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)抄表并自動(dòng)形成表格保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，供技術(shù)人員隨時(shí)查詢(xún)或分析。

設(shè)置功能：在上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)配置參數(shù)、系統(tǒng)控制參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置；開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間的設(shè)置；故障報(bào)警方式的設(shè)置；技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程訪問(wèn)權(quán)限的設(shè)置。

1.3 總線(xiàn)和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該播控系統(tǒng)采用成熟的上位機(jī)PC+前端機(jī)（可編程控制器PLC）的組成模式，俗稱(chēng)PC-PLC結(jié)構(gòu)。上位機(jī)和前端機(jī)通信采用成熟的TCP/IP協(xié)議，每臺(tái)前端機(jī)都有固定的IP地址。前端機(jī)出現(xiàn)故障，不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。該系統(tǒng)用一組16口數(shù)據(jù)交換機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的通信，并將臺(tái)內(nèi)局域網(wǎng)接入16口數(shù)據(jù)交換機(jī)，這樣就可以在臺(tái)內(nèi)使用IE實(shí)時(shí)播控設(shè)備。

播控系統(tǒng)總線(xiàn)通信協(xié)議如下：

傳輸層：UDP、TCP；網(wǎng)絡(luò)層：IP；網(wǎng)絡(luò)接口層：IEEE802.3U。

1.4 自動(dòng)播控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

中波臺(tái)需要具備較強(qiáng)的抗外界干擾能力，因此該自動(dòng)播控系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)配置了抗干擾、抗電磁裝置，將外界對(duì)發(fā)射臺(tái)的影響降到最小。此外，該自動(dòng)播控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有分級(jí)權(quán)限管理功能，可有效避免越權(quán)操作，并對(duì)發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)變換、自動(dòng)管理、自動(dòng)監(jiān)測(cè)；對(duì)連續(xù)音頻信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)備用信號(hào)的平穩(wěn)過(guò)渡與轉(zhuǎn)換；對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷和報(bào)警；對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和存儲(chǔ)；對(duì)供電安全進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；對(duì)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制[4]。

2 中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 發(fā)射機(jī)主備切換系統(tǒng)

該自動(dòng)播控系統(tǒng)又可細(xì)分為若干個(gè)不同功能的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)相互協(xié)作完成特定的任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)播控。發(fā)射機(jī)參數(shù)的采集控制采取“分布式”策略，即每部發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)采集控制器，采集控制器用于監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)之間的信息交互，負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)相關(guān)參數(shù)的采集，并接受遠(yuǎn)程操控指令。根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)Πl(fā)射機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)、倒備機(jī)、天饋系統(tǒng)切換以及故障報(bào)警等操作。自動(dòng)播控系統(tǒng)至少需要2臺(tái)發(fā)射機(jī)，當(dāng)主發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)立即倒用備用發(fā)射機(jī)。

2.2 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)是整個(gè)自動(dòng)播控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、整理、存儲(chǔ)廣播數(shù)據(jù)信息，還可根據(jù)需求遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行自診斷與自?xún)?yōu)化，從而使廣播發(fā)射信號(hào)穩(wěn)定而又連續(xù)。

采集控制系統(tǒng)用于中波發(fā)射信號(hào)的采集、處理與傳輸，始終與電控設(shè)備保持溝通。采集控制系統(tǒng)一般比較獨(dú)立，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)異常，這樣可有效防止外界因素的侵?jǐn)_，保證中波廣播發(fā)射信號(hào)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。

2.3 信源切換播控系統(tǒng)

信源是發(fā)射質(zhì)量的基礎(chǔ)，若信源不好，則很容易導(dǎo)致發(fā)射故障。當(dāng)主用信號(hào)無(wú)音頻，而備用信號(hào)源正常時(shí)，應(yīng)自動(dòng)切換到備用信號(hào)源；當(dāng)主信號(hào)源出現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的音頻信源自動(dòng)識(shí)別功能自動(dòng)切換信號(hào)源，即可設(shè)定任意信號(hào)源主備狀態(tài)；信號(hào)源的接入應(yīng)不少于3個(gè)通道，且主通道具備強(qiáng)制直通和斷電直通功能。這樣一來(lái)，整個(gè)自動(dòng)播控系統(tǒng)就可以高效播控。在實(shí)際操作時(shí)，要精準(zhǔn)辨識(shí)音頻的信源狀況，確保信源質(zhì)量，將調(diào)幅控制在合理范圍內(nèi)，并對(duì)信源通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.4 音頻記錄儲(chǔ)存系統(tǒng)

音頻記錄保存系統(tǒng)一般采用16路音頻獨(dú)立編碼器將多路音頻信號(hào)編碼壓縮，并通過(guò)局域網(wǎng)傳送給音頻處理系統(tǒng)，經(jīng)音頻處理系統(tǒng)計(jì)算處理，將中波播出過(guò)程中的不同音頻信號(hào)處理為可視的動(dòng)態(tài)柱形圖，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)對(duì)比監(jiān)測(cè)，以便有效查找故障點(diǎn)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行保存記錄。中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的音頻監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際需求從多個(gè)信號(hào)源中自動(dòng)匹配最優(yōu)的 音頻。

2.5 指標(biāo)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為中波播出提供調(diào)幅監(jiān)測(cè)功能，調(diào)幅監(jiān)測(cè)儀可對(duì)多部發(fā)射機(jī)的閉環(huán)射頻信號(hào)進(jìn)行檢波處理，并通過(guò)調(diào)幅監(jiān)測(cè)儀動(dòng)態(tài)調(diào)控發(fā)射機(jī)的載波功率和瞬時(shí)調(diào)幅值；同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)狀況進(jìn)行獨(dú)立的評(píng)判報(bào)警，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各部發(fā)射機(jī)的調(diào)幅報(bào)警門(mén)限、報(bào)警有效時(shí)間以及報(bào)警延時(shí)時(shí)間，并將調(diào)幅監(jiān)測(cè)儀的相關(guān)參數(shù)通過(guò)數(shù)字接口上傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。

監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)各項(xiàng)基本參數(shù)，為值機(jī)人員提供監(jiān)測(cè)信息，大大提高了自動(dòng)播控系統(tǒng)的效率。當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障或音頻信號(hào)發(fā)生異常時(shí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并實(shí)時(shí)收集相關(guān)信息。為防止中波廣播發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)突發(fā)事件，也可對(duì)該過(guò)程進(jìn)行人工手動(dòng)操作[5]。

2.6 環(huán)境安防監(jiān)控系統(tǒng)

為確保中波轉(zhuǎn)播臺(tái)具備良好的外部環(huán)境，有必要在各發(fā)射臺(tái)及播控中心安裝安防監(jiān)控系統(tǒng)，包括門(mén)禁、視頻播控等，以確保中波廣播的播出環(huán)境。因此，該播控系統(tǒng)可自動(dòng)獲取發(fā)射臺(tái)的濕度、溫度、煙霧濃度等播控環(huán)境參數(shù)，以及電源播控、紅外播控及智能空調(diào)播控單元等，并將獲取參數(shù)傳輸給服務(wù)器，為調(diào)整發(fā)射系統(tǒng)環(huán)境提供比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、煙霧等的監(jiān)測(cè)，對(duì)發(fā)射臺(tái)內(nèi)重要場(chǎng)所（如天調(diào)室）的防火、浸水、防盜監(jiān)測(cè)，對(duì)發(fā)射臺(tái)外圍饋管、地網(wǎng)、天線(xiàn)的防破壞監(jiān)測(cè)。

3 中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的維護(hù)

3.1 接地與防雷處理

由于全固態(tài)發(fā)射機(jī)耐壓低、抗干擾能力差，一旦發(fā)生雷電極易造成設(shè)備損壞，而檢修人員又無(wú)法在雷電持續(xù)時(shí)進(jìn)行槽路和天饋系統(tǒng)搶修，更無(wú)法查看饋線(xiàn)與調(diào)配箱。因此，有必要設(shè)計(jì)冗余、可靠的防雷措施，譬如安裝避雷針、避雷線(xiàn)、避雷器、石墨放電球、泄放電感線(xiàn)圈、大容量隔直電容等。一般對(duì)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)采取帶通技術(shù)和耦合技術(shù)，隔離度高，也可對(duì)地接泄放電感和隔離電容等防雷措施。網(wǎng)絡(luò)與天線(xiàn)端連接包括但不限于接地電感防雷，還有石墨磁環(huán)避雷裝置和電容隔離防雷等。

實(shí)踐證明：通過(guò)優(yōu)化天饋網(wǎng)絡(luò)匹配和改造接地系統(tǒng)也能起到防雷作用。雷電在高壓線(xiàn)上傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生高壓浪涌，因此有必要在機(jī)房高壓進(jìn)線(xiàn)處安裝閥式避雷器。另外，接地也是防雷處理的一條重要途徑，可有效降低雷擊的危害度，避免出現(xiàn)系統(tǒng)性傷害。機(jī)器設(shè)備應(yīng)安裝工作地線(xiàn)和保護(hù)地線(xiàn)，并使自動(dòng)化播控系統(tǒng)的各個(gè)組件盡量接地。如果泄放接地電流工作做得不到位，就會(huì)引起高壓浪涌返回發(fā)射機(jī)燒毀元器件?？傊览坠こ虒儆诎踩雷o(hù)，防雷裝置應(yīng)具有長(zhǎng)久性的保護(hù)功能，所以做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作十分必要。

3.2 電磁兼容與防干擾處理

中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)對(duì)電磁場(chǎng)比較敏感，當(dāng)自動(dòng)播控系統(tǒng)采取的抗干擾防護(hù)措施不理想時(shí)，則易導(dǎo)致廣播發(fā)射信號(hào)受到電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射和接收。因此，在充分考慮電磁干擾的產(chǎn)生、傳播和影響后，可從抑制干擾源（干擾源通常包括器件干擾、發(fā)射干擾和傳導(dǎo)干擾三種）、切斷干擾傳遞途徑、降低受擾設(shè)備的干擾敏感度三個(gè)方面優(yōu)化中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)電磁場(chǎng)的信息傳輸模式，盡量降低來(lái)自機(jī)房、電線(xiàn)等方面的電磁影響，提高廣播數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.3 設(shè)定設(shè)備的重要指標(biāo)數(shù)據(jù)

中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)涵蓋多個(gè)功能不同的子系統(tǒng)，在各個(gè)子系統(tǒng)的相互作用下，保證了播控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通常采用綜合測(cè)試儀等設(shè)備優(yōu)化發(fā)射機(jī)的調(diào)制度、振幅頻率特性、諧波失真、信噪比等技術(shù)指標(biāo)，調(diào)整音頻處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保障廣播發(fā)射機(jī)發(fā)射數(shù)據(jù)的安全、高質(zhì)、高效。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際應(yīng)用中，地形地貌、電磁環(huán)境等客觀因素制約了中波廣播發(fā)射效果的優(yōu)化提升，因此，工程技術(shù)人員應(yīng)從中波廣播的客觀實(shí)際出發(fā)，多學(xué)、多看、勤思考、多積累，遵循自動(dòng)播控系統(tǒng)的基本規(guī)律，采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，良好的電磁兼容性能，大規(guī)模集成電路和先進(jìn)的表面貼裝工藝，減少元器件數(shù)量，大幅度提高中波轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)播控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。