DX-2 00 KW中波發(fā)射機自動化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

摘要：為了實現(xiàn)發(fā)射播出任務(wù)的自動化控制，設(shè)計了以可編程邏輯控制器為核心的DX-200kW中波發(fā)射機自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了發(fā)射機的狀態(tài)監(jiān)測、智能調(diào)度、自動控制。實踐證明，該自動化系統(tǒng)布局合理、操作界面簡單直觀、具備良好的抗干擾性，能在發(fā)射機房穩(wěn)定工作。
關(guān)鍵詞：發(fā)射機；智能調(diào)度；狀態(tài)監(jiān)測；自動控制

0 引言
    近年廣播電影電視總局無線電臺管理局基于自身的安全傳輸發(fā)射業(yè)務(wù)，積極推進現(xiàn)代化中央廣播電視傳輸覆蓋體系的建設(shè)，規(guī)范發(fā)射臺站安全傳輸發(fā)射自動控制系統(tǒng)，整合無線局各項業(yè)務(wù)，優(yōu)化資源配置的考慮。作為無線局安全播出的重要機型，美國哈里斯(Harris Broadc ast Division)公司生產(chǎn)的DX型200kW全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機，通過單機自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，可靠接收機房運行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的帶周期的運行時間表，控制發(fā)射機完成安全播音任務(wù)，實時監(jiān)測各種運行數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)，提供聲音和界面報警，匯總、管理發(fā)射機運行信息、故障信息，以及操作日志，實現(xiàn)發(fā)射臺對發(fā)射機的集中控制，融入到無線局整個傳輸發(fā)射調(diào)度體系。

1 自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
    自動化系統(tǒng)主要有上位機子系統(tǒng)和下位機子系統(tǒng)組成。上位機子系統(tǒng)提供良好的人機接口監(jiān)控界面，下位機子系統(tǒng)以AB公司的可編程邏輯控制器SLC500系列為核心控制器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及設(shè)備的控制。上位機和下位機通過DH+協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，采用“集中管理、分散控制”的設(shè)計理念。
    上位機發(fā)生異常時，下位機仍能獨立運行；而下位機異常時，上位機及時提供聲光報警。為了提高可靠性和安全性，自動化系統(tǒng)由不間斷電源(UPS)供電，用數(shù)據(jù)服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存儲和備份。自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    上位機子系統(tǒng)布置在機房控制大廳，方便用戶監(jiān)測和控制發(fā)射機狀態(tài)：下位機子系統(tǒng)則安裝于發(fā)射機內(nèi)部，系統(tǒng)以并聯(lián)的方式接入發(fā)射機接口電路，不改變原有電路、確保不影響發(fā)射機原有功能。發(fā)射機控制面板上的操作功能與自動化系統(tǒng)的操作功能相互獨立，可通過倒動發(fā)射機控制面板上“遙控／本地”開關(guān)進行控制權(quán)限切換。在“遙控”狀態(tài)，發(fā)射機接受自動化系統(tǒng)的控制，而在“本地狀態(tài)”，自動化系統(tǒng)只有監(jiān)測發(fā)射機狀態(tài)的功能，沒有控制發(fā)射機的功能。

2 相關(guān)電路設(shè)計
    自動化系統(tǒng)利用可編程邏輯控制器(PLC)數(shù)據(jù)采集和控制可靠這一特性構(gòu)建下位機子系統(tǒng)，電路設(shè)計采用現(xiàn)場總線技術(shù)，獨立控制，綜合布線，以點對點的方式進行數(shù)據(jù)采樣和傳輸。自動化系統(tǒng)開關(guān)量采集電路如圖2所示，通過芯片MC74HC152三-八線8選1多路數(shù)字開關(guān)進行開關(guān)狀態(tài)的采集。

    自動化系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示，通過芯片MAX378三-八線8選1多路模擬開關(guān)進行模擬數(shù)據(jù)的采集。

    為了將發(fā)射機的信號與PLC的信號進行匹配和隔離，采用HI11A光電管進行電壓變換和隔離。電路分兩種，一種是由開關(guān)電源供電，經(jīng)降壓后進行控制；另一種是由發(fā)射機供信號來控制。信號匹配隔離電路如圖4所示。

    開關(guān)量取樣點和PLC的輸入模塊之間用光電隔離，模擬量和PLC的輸入模塊之間采用能將不同等級不同差異的電壓轉(zhuǎn)換成0～5V標(biāo)準電壓的變送器。經(jīng)過處理的采樣信號送至PLC后，通過傳輸快速、特性穩(wěn)定的現(xiàn)場總線將這些數(shù)據(jù)傳送給上位機子系統(tǒng)。另外，為保證手動操作和自動運行功能實現(xiàn)協(xié)調(diào)工作，互不影響，采用了電源互鎖的電路設(shè)計。設(shè)置為手動操作模式時，自動化系統(tǒng)自動將自動控制電路的電源斷開；設(shè)置為自動運行模式時，自動化系統(tǒng)自動將手動控制電路電源斷開。在任何情況下，都可以在控制面板上直接操作，完成發(fā)射機的控制，高、低壓供電開關(guān)柜合、斷，以及節(jié)目源主、備線路切換等操作，本地手動操作具有最高權(quán)限。

3 自動化系統(tǒng)功能設(shè)計
    自動化系統(tǒng)主要功能如下：
3．1 手動／自動／檢修切換功能
    自動化系統(tǒng)有手動、自動和檢修三種工作模式。在手動控制下，保留發(fā)射機原有的手動操作功能。完全脫離自動化系統(tǒng)由人工進行控制；在自動控制下，發(fā)射機由自動化系統(tǒng)控制運行；在檢修狀態(tài)下，完全脫離自動化系統(tǒng)由人工進行控制。發(fā)射機自動化系統(tǒng)模式采用硬件直接切換的方式，在發(fā)射機上人工通過模式開關(guān)來完成切換。手動模式時，自動化系統(tǒng)不再按帶周期的運行時間表進行自動控制，監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)；在模式的切換過程中，保證發(fā)射機及附屬設(shè)備的安全；手動與自動模式之間進行切換后，保持發(fā)射機原有運行狀態(tài)不變；檢修狀態(tài)下，自動化系統(tǒng)不接收帶周期信息的運行時間表，監(jiān)測但不上傳數(shù)據(jù)；在自動模式下，發(fā)射機自動化系統(tǒng)檢測到運行時間表中執(zhí)行日期為當(dāng)前日期，執(zhí)行時間沒有結(jié)束任務(wù)時，則立即執(zhí)行。自動工作模式是發(fā)射機自動化系統(tǒng)默認的工作模式，發(fā)射機自動化系統(tǒng)按照帶周期的運行時間表實現(xiàn)對發(fā)射機的自動控制，并對發(fā)射機運行狀態(tài)進行監(jiān)測；當(dāng)發(fā)射機出現(xiàn)故障時，按照預(yù)定的設(shè)置進行故障報警、故障診斷和自動倒換。
3．2 自動控制功能
    自動化系統(tǒng)處于“自動”工作模式時，自動控制功能包括運行時間表管理、自動開關(guān)發(fā)射機、自動合斷高低壓供電、自動切換節(jié)目源主備用。運行時間表管理：自動化系統(tǒng)通過Socket通信技術(shù)與機房運行監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接收機房運行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的帶周期的運行時間表。運行時間表接收方式有兩種：人工干預(yù)或自動化系統(tǒng)自動完成對帶周期的運行時間表接收和確認。特殊情況，運維人員可通過身份驗證，人工修改自動化系統(tǒng)的帶周期的運行時間表；并可隨時查看當(dāng)前帶周期的運行時間表。自動開關(guān)機：按照帶周期的運行時間表完成自
動開關(guān)機操作。具備提前試機功能，具體提前時間在計算機上設(shè)定，有操作提示。自動合斷高低壓供電：按照帶周期的運行時間表，在試機前3分鐘自動閉合發(fā)射機高低壓開關(guān)柜；發(fā)射機工作時間段結(jié)束，自動斷開發(fā)射機高低壓供電開關(guān)柜。自動切換節(jié)目源主備用：在發(fā)射機工作時間段內(nèi)，主用節(jié)目源異常，自動切換到備用節(jié)目源。
3．3 實時監(jiān)測及故障報警
    自動化系統(tǒng)處于帶電工作狀態(tài)實時監(jiān)測發(fā)射機模擬量、輸入開關(guān)量、輸出開關(guān)量，以及高低壓供電開關(guān)柜狀態(tài)和節(jié)目源主備用線路狀態(tài)。發(fā)射機工作時間段內(nèi)，因故障造成關(guān)機時，自動化系統(tǒng)自動復(fù)位重新開機。可以通過人機界面設(shè)置需要自動開啟的次數(shù)，超過設(shè)定次數(shù)則提供聲音報警和畫面報警由人工處理。
3．4 校時功能
    校時功能分為自動校時和手動校時。自動校時：自動化系統(tǒng)通過Socket通信技術(shù)接收機房運行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的標(biāo)準時間，進行時間同步，實現(xiàn)自動校時。自動校時前，如發(fā)現(xiàn)自動化系統(tǒng)時間與標(biāo)準時間相差超過一定的閥值，不再進行時間同步，同時發(fā)出警告提示，要求人工進行干預(yù)；手動校時：運維人員可通過身份驗證后，對自動化系統(tǒng)時間進行人工校正。
3．5 日志管理
    日志管理包括操作日志、表值記錄、故障及告警記錄。操作日志：記錄自動化系統(tǒng)運行過程中所有運維人員的操作；表值記錄：每分鐘自動記錄監(jiān)測到的模擬量數(shù)值，若發(fā)生故障，則記錄故障發(fā)生前60s的模擬量數(shù)值；故障及告警記錄：記錄自動化系統(tǒng)故障時間和現(xiàn)象。

4 人機界面設(shè)計
    自動化系統(tǒng)人機界面采用多頁面顯示，用簡單直觀的操作界面，實現(xiàn)人性化的人機接口，實時監(jiān)測發(fā)射機的各種模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)，故障信息，操作日志，使運維人員能夠全面地了解發(fā)射機運行的情況。自動化系統(tǒng)提示信息簡潔準確、操作方便，實現(xiàn)調(diào)度令的接收、運行時間表的更新保存、日志查詢、校時、工作模式設(shè)置、以及手動控制發(fā)射機等操作，均不需要運維人員手工輸入信息。自動化系統(tǒng)人機界面主界面如圖5所示，主界面主要顯示發(fā)射機的播出任務(wù)、以及工作狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)。

    在主界面最顯眼的位置顯示了天線編號、發(fā)射機工作狀態(tài)、工作模式、入射功率、反射功率、功放電壓、功放電流、網(wǎng)絡(luò)零點、天線零點、調(diào)幅度、系統(tǒng)時間、PLC時間、以及當(dāng)前正在執(zhí)行的彩色圖表指示的運行時間表。工具欄有調(diào)度管理、代播管理、查詢中心、數(shù)據(jù)處理、校時、用戶管理、系統(tǒng)管理、用戶注冊和退出系統(tǒng)等九個功能導(dǎo)航菜單。點擊相應(yīng)的功能按鈕，進入下一級子菜單，例如點擊發(fā)射機可進入發(fā)射機開關(guān)量和模擬量監(jiān)測界面。205V輸出、風(fēng)機電源、以及高低壓開關(guān)柜異常時，會閃爍紅燈，并伴有蜂鳴器報警音。用戶在任意界面都可以實時監(jiān)測系統(tǒng)日期、系統(tǒng)時間、工作頻率、天線、方向、節(jié)目、入射功率、反射功率等發(fā)射機運行狀態(tài)關(guān)鍵信息。狀態(tài)信息欄指示了自動化系統(tǒng)與機房運行監(jiān)控系統(tǒng)的連接狀態(tài)、運行圖接收方式、以及代播申請方式。

5 結(jié)論
    自動化系統(tǒng)充分利用DX-200kW中波發(fā)射機的固態(tài)化和數(shù)字化，給自動監(jiān)控提供的各種外部接口，以“從簡、從嚴、實用、安全、合理”的原則進行規(guī)劃，在設(shè)計和應(yīng)用中，充分考慮安全傳輸發(fā)射工作的需求，廣泛吸納發(fā)射臺運維人員的建議，力求規(guī)范化設(shè)計。上位機人機接口界面友好、操作方便、功能全面、配置靈活。下位機布線簡潔、易安裝、易維護，運行穩(wěn)定。從2008年開始，在無線局多個臺站的DX-200kW中波發(fā)射機房推廣應(yīng)用，收到了良好的效果。