DX-2 00 KW中波发射机自动化系统设计与应用

摘要：为了实现发射播出任务的自动化控制，设计了以可编程逻辑控制器为核心的DX-200kW中波发射机自动化系统，实现了发射机的状态监测、智能调度、自动控制。实践证明，该自动化系统布局合理、操作界面简单直观、具备良好的抗干扰性，能在发射机房稳定工作。
关键词：发射机；智能调度；状态监测；自动控制

0 引言
    近年广播电影电视总局无线电台管理局基于自身的安全传输发射业务，积极推进现代化中央广播电视传输覆盖体系的建设，规范发射台站安全传输发射自动控制系统，整合无线局各项业务，优化资源配置的考虑。作为无线局安全播出的重要机型，美国哈里斯(Harris Broadc ast Division)公司生产的DX型200kW全固态数字调幅中波发射机，通过单机自动化系统的应用，可靠接收机房运行监控系统下发的带周期的运行时间表，控制发射机完成安全播音任务，实时监测各种运行数据，根据设备的运行状态，提供声音和界面报警，汇总、管理发射机运行信息、故障信息，以及操作日志，实现发射台对发射机的集中控制，融入到无线局整个传输发射调度体系。

1 自动化系统结构设计
    自动化系统主要有上位机子系统和下位机子系统组成。上位机子系统提供良好的人机接口监控界面，下位机子系统以AB公司的可编程逻辑控制器SLC500系列为核心控制器件，实现数据的采集及设备的控制。上位机和下位机通过DH+协议实现数据交换，采用“集中管理、分散控制”的设计理念。
    上位机发生异常时，下位机仍能独立运行；而下位机异常时，上位机及时提供声光报警。为了提高可靠性和安全性，自动化系统由不间断电源(UPS)供电，用数据服务器进行数据存储和备份。自动化系统结构如图1所示。

    上位机子系统布置在机房控制大厅，方便用户监测和控制发射机状态：下位机子系统则安装于发射机内部，系统以并联的方式接入发射机接口电路，不改变原有电路、确保不影响发射机原有功能。发射机控制面板上的操作功能与自动化系统的操作功能相互独立，可通过倒动发射机控制面板上“遥控／本地”开关进行控制权限切换。在“遥控”状态，发射机接受自动化系统的控制，而在“本地状态”，自动化系统只有监测发射机状态的功能，没有控制发射机的功能。

2 相关电路设计
    自动化系统利用可编程逻辑控制器(PLC)数据采集和控制可靠这一特性构建下位机子系统，电路设计采用现场总线技术，独立控制，综合布线，以点对点的方式进行数据采样和传输。自动化系统开关量采集电路如图2所示，通过芯片MC74HC152三-八线8选1多路数字开关进行开关状态的采集。

    自动化系统模拟数据采集电路如图3所示，通过芯片MAX378三-八线8选1多路模拟开关进行模拟数据的采集。

    为了将发射机的信号与PLC的信号进行匹配和隔离，采用HI11A光电管进行电压变换和隔离。电路分两种，一种是由开关电源供电，经降压后进行控制；另一种是由发射机供信号来控制。信号匹配隔离电路如图4所示。

    开关量取样点和PLC的输入模块之间用光电隔离，模拟量和PLC的输入模块之间采用能将不同等级不同差异的电压转换成0～5V标准电压的变送器。经过处理的采样信号送至PLC后，通过传输快速、特性稳定的现场总线将这些数据传送给上位机子系统。另外，为保证手动操作和自动运行功能实现协调工作，互不影响，采用了电源互锁的电路设计。设置为手动操作模式时，自动化系统自动将自动控制电路的电源断开；设置为自动运行模式时，自动化系统自动将手动控制电路电源断开。在任何情况下，都可以在控制面板上直接操作，完成发射机的控制，高、低压供电开关柜合、断，以及节目源主、备线路切换等操作，本地手动操作具有最高权限。

3 自动化系统功能设计
    自动化系统主要功能如下：
3．1 手动／自动／检修切换功能
    自动化系统有手动、自动和检修三种工作模式。在手动控制下，保留发射机原有的手动操作功能。完全脱离自动化系统由人工进行控制；在自动控制下，发射机由自动化系统控制运行；在检修状态下，完全脱离自动化系统由人工进行控制。发射机自动化系统模式采用硬件直接切换的方式，在发射机上人工通过模式开关来完成切换。手动模式时，自动化系统不再按带周期的运行时间表进行自动控制，监测并上传数据；在模式的切换过程中，保证发射机及附属设备的安全；手动与自动模式之间进行切换后，保持发射机原有运行状态不变；检修状态下，自动化系统不接收带周期信息的运行时间表，监测但不上传数据；在自动模式下，发射机自动化系统检测到运行时间表中执行日期为当前日期，执行时间没有结束任务时，则立即执行。自动工作模式是发射机自动化系统默认的工作模式，发射机自动化系统按照带周期的运行时间表实现对发射机的自动控制，并对发射机运行状态进行监测；当发射机出现故障时，按照预定的设置进行故障报警、故障诊断和自动倒换。
3．2 自动控制功能
    自动化系统处于“自动”工作模式时，自动控制功能包括运行时间表管理、自动开关发射机、自动合断高低压供电、自动切换节目源主备用。运行时间表管理：自动化系统通过Socket通信技术与机房运行监控系统实现数据交换，接收机房运行监控系统下发的带周期的运行时间表。运行时间表接收方式有两种：人工干预或自动化系统自动完成对带周期的运行时间表接收和确认。特殊情况，运维人员可通过身份验证，人工修改自动化系统的带周期的运行时间表；并可随时查看当前带周期的运行时间表。自动开关机：按照带周期的运行时间表完成自
动开关机操作。具备提前试机功能，具体提前时间在计算机上设定，有操作提示。自动合断高低压供电：按照带周期的运行时间表，在试机前3分钟自动闭合发射机高低压开关柜；发射机工作时间段结束，自动断开发射机高低压供电开关柜。自动切换节目源主备用：在发射机工作时间段内，主用节目源异常，自动切换到备用节目源。
3．3 实时监测及故障报警
    自动化系统处于带电工作状态实时监测发射机模拟量、输入开关量、输出开关量，以及高低压供电开关柜状态和节目源主备用线路状态。发射机工作时间段内，因故障造成关机时，自动化系统自动复位重新开机。可以通过人机界面设置需要自动开启的次数，超过设定次数则提供声音报警和画面报警由人工处理。
3．4 校时功能
    校时功能分为自动校时和手动校时。自动校时：自动化系统通过Socket通信技术接收机房运行监控系统下发的标准时间，进行时间同步，实现自动校时。自动校时前，如发现自动化系统时间与标准时间相差超过一定的阀值，不再进行时间同步，同时发出警告提示，要求人工进行干预；手动校时：运维人员可通过身份验证后，对自动化系统时间进行人工校正。
3．5 日志管理
    日志管理包括操作日志、表值记录、故障及告警记录。操作日志：记录自动化系统运行过程中所有运维人员的操作；表值记录：每分钟自动记录监测到的模拟量数值，若发生故障，则记录故障发生前60s的模拟量数值；故障及告警记录：记录自动化系统故障时间和现象。

4 人机界面设计
    自动化系统人机界面采用多页面显示，用简单直观的操作界面，实现人性化的人机接口，实时监测发射机的各种模拟量、开关量数据，故障信息，操作日志，使运维人员能够全面地了解发射机运行的情况。自动化系统提示信息简洁准确、操作方便，实现调度令的接收、运行时间表的更新保存、日志查询、校时、工作模式设置、以及手动控制发射机等操作，均不需要运维人员手工输入信息。自动化系统人机界面主界面如图5所示，主界面主要显示发射机的播出任务、以及工作状态和运行数据。

    在主界面最显眼的位置显示了天线编号、发射机工作状态、工作模式、入射功率、反射功率、功放电压、功放电流、网络零点、天线零点、调幅度、系统时间、PLC时间、以及当前正在执行的彩色图表指示的运行时间表。工具栏有调度管理、代播管理、查询中心、数据处理、校时、用户管理、系统管理、用户注册和退出系统等九个功能导航菜单。点击相应的功能按钮，进入下一级子菜单，例如点击发射机可进入发射机开关量和模拟量监测界面。205V输出、风机电源、以及高低压开关柜异常时，会闪烁红灯，并伴有蜂鸣器报警音。用户在任意界面都可以实时监测系统日期、系统时间、工作频率、天线、方向、节目、入射功率、反射功率等发射机运行状态关键信息。状态信息栏指示了自动化系统与机房运行监控系统的连接状态、运行图接收方式、以及代播申请方式。

5 结论
    自动化系统充分利用DX-200kW中波发射机的固态化和数字化，给自动监控提供的各种外部接口，以“从简、从严、实用、安全、合理”的原则进行规划，在设计和应用中，充分考虑安全传输发射工作的需求，广泛吸纳发射台运维人员的建议，力求规范化设计。上位机人机接口界面友好、操作方便、功能全面、配置灵活。下位机布线简洁、易安装、易维护，运行稳定。从2008年开始，在无线局多个台站的DX-200kW中波发射机房推广应用，收到了良好的效果。