調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：為確保廣播電視節(jié)目安全播出和后續(xù)業(yè)務(wù)可持續(xù)，本文設(shè)計(jì)了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)方案。借助該系統(tǒng)，對(duì)于不同發(fā)射機(jī)的相關(guān)工作參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)；對(duì)于出現(xiàn)故障的發(fā)射機(jī)，可以做快速、自動(dòng)關(guān)閉處理，并完成倒機(jī)操作。實(shí)踐表明，如果某臺(tái)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能夠在較短時(shí)間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作，并保證發(fā)射信號(hào)正常播出。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī)；系統(tǒng)控制器；N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)概述

如今，人們的生活水平不斷提升，對(duì)各種廣播電視節(jié)目的需求也日漸增加，但也對(duì)廣播電視臺(tái)的日常工作提出了較高的要求。為了確保各種類(lèi)型節(jié)目及時(shí)、高質(zhì)量播出，滿(mǎn)足人們的日常文化、娛樂(lè)等方面的需求，廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射中心要不斷提高自身的工作水平。對(duì)于不同的廣播電視臺(tái)而言，為了保障日常工作的正常開(kāi)展，確保節(jié)目播出質(zhì)量，往往會(huì)采用“主機(jī)+備機(jī)”的工作模式。在這種工作模式下，主機(jī)和備機(jī)之間可以根據(jù)廣播電視臺(tái)的工作需求，進(jìn)行一定的自動(dòng)切換控制。但是在日常工作中，電視臺(tái)經(jīng)常需要轉(zhuǎn)播多套調(diào)頻節(jié)目。如果在轉(zhuǎn)播每套節(jié)目時(shí)都選擇采用“主機(jī)+備機(jī)”的工作模式，便會(huì)導(dǎo)致備機(jī)閑置。在很多情況下，備機(jī)并沒(méi)有得到很好的利用，由此出現(xiàn)資源浪費(fèi)問(wèn)題，同時(shí)會(huì)增加工作量，影響工作效率。新時(shí)期，應(yīng)積極立足廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射中心的實(shí)際情況及日常工作需求，積極設(shè)計(jì)高效、合理的自動(dòng)切換控制系統(tǒng)。本研究立足當(dāng)前廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射工作的實(shí)際情況和相關(guān)需求，設(shè)計(jì)了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī) 8+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)方案。

二、調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮當(dāng)前電視廣播工作的實(shí)際情況，綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)覆蓋功率密度大，涉及的發(fā)射機(jī)數(shù)量較多，舊設(shè)備和現(xiàn)有新設(shè)備系統(tǒng)控制方式不一樣等問(wèn)題。

對(duì)于一些舊設(shè)備，還需要及時(shí)進(jìn)行最新的系統(tǒng)控制器硬件和軟件升級(jí)。同時(shí)，新發(fā)射系統(tǒng)不影響原有發(fā)射機(jī)系統(tǒng)正常按時(shí)播出。綜合分析多方面的現(xiàn)實(shí)情況，在本研究中，該系統(tǒng)中共包含8臺(tái)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，并設(shè)計(jì)了1臺(tái)寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)為其充當(dāng)備份。

如果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，8 臺(tái)發(fā)射機(jī)中的某 1 臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)生故障無(wú)法正常工作的情況下，該寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)可以及時(shí)發(fā)揮備份作用。之后，8+1系統(tǒng)控制器可以迅速做出反應(yīng)，盡快發(fā)出具體指令，對(duì)發(fā)生故障的調(diào)頻發(fā)射機(jī)予以關(guān)閉處理。同時(shí)，系統(tǒng)控制器還可以啟動(dòng)備用發(fā)射機(jī)，以代替出現(xiàn)故障的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，保證廣播電視節(jié)目正常播出。

（二）系統(tǒng)框架構(gòu)建

10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)（主機(jī)，8臺(tái)）。工作頻率范圍

87 MHz～108 MHz，均為雙激勵(lì)配置，可實(shí)現(xiàn)主、備激勵(lì)器之間人工或自動(dòng)切換。

10kW公共備機(jī)（備機(jī)，1臺(tái)）。工作頻率范圍為

87 MHz～108 MHz，屬于寬帶發(fā)射機(jī)，可接收8+1系統(tǒng)控制器所發(fā)送的指令。同時(shí)，在某臺(tái)調(diào)頻發(fā)射機(jī)出現(xiàn)的故障時(shí)，可以進(jìn)行變頻，按照實(shí)際情況變頻至任意一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行工作，代替該發(fā)射機(jī)維持正常的工作狀態(tài)。

1. 假負(fù)載（1臺(tái)）

在正常情況下，公共備機(jī)是連接在假負(fù)載上的。如果10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)（主機(jī)）出于一定原因發(fā)生故障，系統(tǒng)控制器便會(huì)發(fā)出關(guān)閉主機(jī)的指令，之后對(duì)主機(jī)的輸出實(shí)現(xiàn)快速切換，將其輸出切換到假負(fù)載上。

2. 同軸開(kāi)關(guān)（8只）

借助該開(kāi)關(guān)，可以為系統(tǒng)中的主發(fā)射機(jī)及備發(fā)射機(jī)提供一些相關(guān)的狀態(tài)信息。同時(shí)，在應(yīng)用該開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，為順利接收控制系統(tǒng)發(fā)出的各種指令，還需要具備一定的遙控功能。

3. 八切一音頻切換器（1臺(tái)）

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，八切一音頻切換器的主要作用是對(duì)輸入備機(jī)中的信號(hào)源進(jìn)行切換。在完成切換之后，還可以將相應(yīng)的信息源設(shè)置在公共備機(jī)中。

（三）N+1系統(tǒng)控制器

1.N+1系統(tǒng)控制器組成

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)調(diào)頻10kW主機(jī)8臺(tái)、調(diào)頻10kW備機(jī)1臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)主機(jī)有故障的狀態(tài)下自動(dòng)切換到備機(jī)工作。在整個(gè)系統(tǒng)中，8+1系統(tǒng)控制器（圖1）是十分重要的組成部分，發(fā)揮著重要的控制作用。系統(tǒng)控制器可以及時(shí)檢測(cè)故障發(fā)射機(jī)，準(zhǔn)確執(zhí)行主備倒機(jī)步驟。另外，系統(tǒng)控制器還可以在故障發(fā)射機(jī)完成修復(fù)之后，將其恢復(fù)至原來(lái)狀態(tài)。系統(tǒng)控制器配合同軸開(kāi)關(guān)、音頻切換器等設(shè)備，組成一個(gè)無(wú)人值守的發(fā)射機(jī)8+1自動(dòng)切換系統(tǒng)。該設(shè)備可用于調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)主備機(jī)切換，也可以用于電視發(fā)射機(jī)主備機(jī)切換。兩臺(tái)控制器級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)8+1主備機(jī)自動(dòng)切換。

在正常狀況下，8+1系統(tǒng)控制器可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的8臺(tái)10 kW發(fā)射機(jī)輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，掌握這些發(fā)射機(jī)的工作情況，判斷其是否處于正常工作狀態(tài)。在對(duì)其中某一臺(tái)發(fā)射機(jī)是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判斷時(shí)，需要實(shí)施倒機(jī)操作。在判斷是否存在故障時(shí)，需要8+1系統(tǒng)控制器發(fā)出相應(yīng)的指令，在指令的指引下，對(duì)后續(xù)倒機(jī)步驟予以執(zhí)行。同時(shí)，對(duì)于不同發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)的相關(guān)信息，8+1系統(tǒng)控制器還可以及時(shí)將其傳送至客戶(hù)端。借助客戶(hù)端，工作人員可以在控制室及時(shí)掌握不同發(fā)射機(jī)的工作情況，了解并監(jiān)控機(jī)房各種設(shè)備的工作情況及運(yùn)行狀態(tài)。具體來(lái)看，8+1系統(tǒng)控制器主要由總 CPU、分CPU、液晶屏、碼流切換器及指示燈與聲光報(bào)警等部分組成，組成部分及相關(guān)功能見(jiàn)表1。

2.系統(tǒng)控制器工作流程

系統(tǒng)控制器在工作過(guò)程中涉及一定的流程，主要包括初始化與倒機(jī)前、倒機(jī)中、倒機(jī)后等環(huán)節(jié)。

（1）初始化。在8+1系統(tǒng)控制器通電之后，首先對(duì)系統(tǒng)實(shí)施初始化設(shè)置。在初始化設(shè)置過(guò)程中，需要將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，包括倒機(jī)優(yōu)先級(jí)及倒機(jī)門(mén)限值等，均需要工作人員按照廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射中心的日常工作需求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。同時(shí)，對(duì)于公共備機(jī)上濾波器及同軸開(kāi)關(guān)的具體位置，也需要借助系統(tǒng)控制器內(nèi)的總CPU實(shí)施初始化設(shè)置，以維持掉電之前的相應(yīng)位置。

（2）倒機(jī)前。在完成初始化相關(guān)操作之后，8+1系統(tǒng)控制器會(huì)向系統(tǒng)8臺(tái)發(fā)射機(jī)所對(duì)應(yīng)的分 CPU發(fā)送一定的指令，相應(yīng)的指令屬于數(shù)據(jù)查詢(xún)指令。查詢(xún)的內(nèi)容包括各發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)（發(fā)射功率、電流、電壓等），發(fā)送速度為2秒/次。之后，對(duì)比分析相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而對(duì)不同調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作情況進(jìn)行分析和判斷，了解其是否出現(xiàn)故障。

（3）倒機(jī)中。系統(tǒng)控制器在工作過(guò)程中，總CPU會(huì)向分CPU發(fā)送主機(jī)關(guān)機(jī)指令。延時(shí)25s之后，系統(tǒng)控制器可以獲得反饋數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)反饋數(shù)據(jù)的分析，對(duì)主機(jī)關(guān)機(jī)情況進(jìn)行判斷，確定其是否關(guān)機(jī)成功。如果通過(guò)對(duì)反饋數(shù)據(jù)的分析了解到主機(jī)未按照指令成功關(guān)機(jī)，則總CPU會(huì)將倒機(jī)故障燈點(diǎn)亮，并停止倒機(jī)操作。之后，總CPU會(huì)對(duì)低電平進(jìn)行發(fā)送，使繼電器動(dòng)作輸出12V，將故障主機(jī)接負(fù)載，備機(jī)接天線。3s后，總CPU會(huì)通過(guò)兩路電平對(duì)轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其是否轉(zhuǎn)換到位。在轉(zhuǎn)換到位之后，總 CPU 發(fā)送三路電平，3個(gè)繼電器會(huì)相應(yīng)輸出切換信號(hào)。這種情況下，碼流切換器的輸出便是故障機(jī)的信源，公共備機(jī)的濾波器也會(huì)對(duì)相應(yīng)的位置予以變換?？?CPU 向公共備機(jī)的激勵(lì)器下發(fā)命令，指令其對(duì)頻率進(jìn)行設(shè)置。如果總 CPU 下發(fā)的設(shè)置命令被備機(jī)中的激勵(lì)器接收之后，備機(jī)中的激勵(lì)器會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)，并按照指令對(duì)工作模式進(jìn)行設(shè)置。如果若上述過(guò)程均保持正常的運(yùn)行狀態(tài)，則總 CPU會(huì)向分CPU 發(fā)送指令，指令備機(jī)開(kāi)機(jī)。之后，延時(shí)25s之后，總 CPU會(huì)通過(guò)備機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)備機(jī)的開(kāi)機(jī)情況進(jìn)行分析和判斷，判斷其是否開(kāi)機(jī)成功。如果判斷后確定其成功開(kāi)機(jī)，總 CPU 便會(huì)將倒機(jī)成功的消息上傳至客戶(hù)端。如果判斷后確定其開(kāi)機(jī)失敗，總 CPU 便會(huì)對(duì)碼流、濾波器進(jìn)行切換，將其切換到缺省位置上。同時(shí)，總 CPU會(huì)對(duì)激勵(lì)器的工作模式進(jìn)行切換，將其設(shè)定為缺省模式，并還原同軸開(kāi)關(guān)的位置。

（4）倒機(jī)后。在成功倒機(jī)之后，如果技術(shù)人員已維修完畢故障發(fā)射機(jī)，欲將故障發(fā)射機(jī)重新使用，則可通過(guò)手動(dòng)或遙控方式將備機(jī)倒回主機(jī)，具體流程為主機(jī)倒備機(jī)的逆過(guò)程。

（四）系統(tǒng)應(yīng)用效果

按照上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。觀察應(yīng)用效果后發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工作中，如果某臺(tái)調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)生了故障，均可以依托該系統(tǒng)，在較短的時(shí)間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作。相關(guān)測(cè)試結(jié)果顯示，應(yīng)用該系統(tǒng)之后，發(fā)射機(jī)的故障檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間均不大于3s，主備倒機(jī)完成時(shí)間均不大于30s，8臺(tái)發(fā)射機(jī)均可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)有故障切換到備機(jī)的倒機(jī)工作，并保證發(fā)射信號(hào)正常播出。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究立足廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射中心的實(shí)際情況，為確保節(jié)目安全播出和后續(xù)業(yè)務(wù)的延續(xù)性，設(shè)計(jì)了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī) 8+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：對(duì)于系統(tǒng)中不同發(fā)射機(jī)的相關(guān)工作參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)；對(duì)于出現(xiàn)故障的發(fā)射機(jī)，可以快速、自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行關(guān)閉處理，并完成倒機(jī)操作；系統(tǒng)的工作模式可以按照需求進(jìn)行切換，如工作人員可以借助客戶(hù)端按照實(shí)際需求將工作模式切換為遙控或者自動(dòng)、手動(dòng)狀態(tài)；故障檢測(cè)響應(yīng)迅速，主備倒機(jī)完成時(shí)間較短。同時(shí)，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用觀察到，在該系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，如果某臺(tái)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)均能夠在較短時(shí)間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作。因此，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠?yàn)檎{(diào)頻廣播安全播出提供有力的技術(shù)保障。

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作者簡(jiǎn)介：程騫，男，遼寧省錦州市北鎮(zhèn)人，本科，工程師，研究方向?yàn)閺V播電視無(wú)線傳輸與覆蓋。