DX400發射機主備倒換互鎖安保系統的設計

摘 要：旨在基于一臺DX400主機與DX200備機及哈里斯原廠Flexstar倒換控制器與射頻接觸器，及射頻接觸器控制器的基礎上，設計一套互鎖控制鏈路，使主備機之間能夠安全的切換負載，避免同時上天線引發沖突。

關鍵詞：主備倒換；DX400；互鎖；安保系統

1 概述

哈里斯公司的DX400發射機是一類大功率的中波發射機，它是哈里斯公司于80年代中期開發的采用數字調制技術的發射機，經過十多年的發展，目前這種發射機技術已經相當成熟。我國中央和地方臺都已部署10kw到1000kw不等的DX系列發射機，在中國的廣播事業中的主力機型。

廣播由于其特殊性，24小時不間斷播音屬于常態，如果只有單臺發射機，檢修工作就無法進行，因此，一個頻率下的主備雙機是十分必要的。此外，備機的存在也為保證不間斷播出增加了一塊籌碼。然而主備機共享一套天饋線，必然存在著天線倒換的問題，純粹的手工操作有誤操作的風險，為了實現主備倒換的半自動化邏輯控制，避免錯誤操作，本文給出了可行的解決方案。

2 總體目標

根據本臺現有設備的情況，旨在具有一臺DX400主機和DX200備機以及哈里斯Flexstar系列主備倒換控制器和一個射頻接觸器及射頻接觸器控制板的基礎上，設計射頻鏈路和閉鎖電路，達到以下目標：

（1）使用一個撥動開關，實現DX發射機在單天線下互異倒換；

（2）并利用互鎖鏈路實現負載不在線情況下對發射機的封鎖；

（3）為了匹配假負載饋線不能超過200KW的功率限制在DX400上假負載的情況下對雙機并聯模式輸出的屏蔽。

3 現有技術設備的介紹

3.1 射頻接觸器

本方案采用的射頻接觸器是哈里斯原廠產品，它是一個同軸轉換開關，由線性驅動器驅動，線性驅動器根據所輸入直流控制電壓的極性來改變方向，即收縮/擴展。它具有8個觸點，2種狀態，在狀態A中，1-2與7-8端短接，狀態B中5-6與3-4端短接。

3.2 射頻接觸器控制板

射頻接觸器控制板的作用時提供給射頻接觸器線性驅動器工作電流，如附圖1所示，J1-3和J1-4端是控制信號的輸入端，當外部有低電平脈沖信號輸入J1-3即“A狀態指令”有效時，K1繼電器（位于附圖1 B5區塊）得電將吸合K1-4與K1-5及K1-7與K1-8，+24V電流經過K1-4于K1-5及K2-7與K2-8從TB1-2流入，從TB1-1流出，經過K1-8與K1-7回到公共端J1-2。使得線性驅動器打在A狀態上。

當射頻接觸器到達A或B位置上時，需要將TB1提供的電壓中斷，K2和K3是限制繼電器，當開關到達收縮/擴展位置時，將中斷TB1電壓。

U1（位于附圖1 B4區塊）和U2（位于附圖1 C3區塊）是光學開關，它們分別控制控制Q1（位于附圖1 C3區塊）與Q3（位于附圖1 B3區塊）這兩個MOS管。當射頻接觸器沒有打在A或B狀態上，位于射頻接觸器上的光學障礙物處在中間位置，光學開關U1和U2接通，Q1和Q3關閉，K2（位于附圖1 C4區塊）和K3（位于附圖1 D3區塊）繼電器線包都不得電，當射頻接觸器打在A狀態時，U1斷開，使得Q3接通，K2繼電器線包得電，吸合K2-4與K2-6及K2-7與K2-9，線性繼電器在狀態A上的供電環路由于K2-7與K2-8的斷開導致斷路，這樣，線性驅動器到達A位置后就不再繼續運行。從而達到限位的目的。此外，由于K3接通，DS4淡黃色指示燈亮起作為提示[1]。

B狀態的電路分析同理。

3.3 DX發射機的閉鎖鏈路

如圖3所示為DX400發射機完整的閉鎖鏈路。當且僅當這個鏈路完整閉合的時候發射機才能正常開機，這個閉鎖鏈路由系統連鎖、TCU連鎖、PB緊急關機、PB鑰匙連鎖、PB連鎖、供電連鎖和外部擴展連鎖組成，當且僅當這8個部分的閉鎖鏈路都閉合的情況下，發射機的+24V電源構成一個完整的閉鎖鏈路，使得發射機能夠正常工作。

在本方案中，我們需要用到DX400擴展閉鎖J107的1和2端口，在正常情況下J107的1和2端口被短接，在本方案中，我們需要將其斷開串接其他設備的閉鎖鏈路。這樣，在J107-1和J107-2端口被短接的情況下，K1繼電器線包得電，位于+24V閉鎖鏈路中的K1繼電器吸合。若J107-1與J107-2斷開，K1繼電器斷開，閉鎖鏈路斷路，不滿足開機的條件。

DX200與DX400有一個重要的區別是DX200沒有TCU這一設備，因此DX200也就沒有如圖所示TCU框圖內的閉鎖鏈路，但是它的單PB閉鎖鏈路仍然是完整的。如圖所示，PB接口板的J4-10和J4-11是一個正常情況下被跳線短接的輔助閉鎖輸出接口，在本方案中，我們需要使用DX200的閉鎖鏈路中的J4-10和J4-11[2]。

3.4 DX400發射機的射頻開關組合模式

DX400是兩路200KW的PB并聯而成的發射機，它通過5個射頻接觸器的組合形成4種模式的輸出，經過合成柜和輸出匹配網絡后接入假負載或天線，具體的4種模式如下表所示

上表的邏輯關系表明，兩PB并聯和單PB的運行模式，可以用K1和K2及K4來作為唯一的區別，這是因為這三個繼電器在并聯的時候都打在B位置，而在串聯時都打在A位置，這一特性可以在后續的兩PB并聯模式的封鎖中被應用。

3.5 Flexstar主備倒換控制器

Flexstar主備倒換控制器是一個多用途的控制設備，它可以被用來作為外部射頻源的主備倒換和主備發射機的倒換。在本方案中，它被用來提供射頻接觸器的控制信號，來實現主備發射機的倒換，原理圖如圖3所示。

Flexstar主備倒換控制器可以工作在手動和自動兩種模式上，并提供一個模式開關供用戶選擇。在手動模式中，如果用戶扳動主備選擇開關，那么Flexstar主備倒換控制器將給出一個低電平脈沖信號到射頻接觸器控制器，驅動射頻接觸器產生相應的動作，并開啟另一臺設備。在自動模式中，用戶可以設定一個閾值，如果Flexstar主備倒換控制器檢測到主機輸出的射頻功率低于設定的閾值則產生一個動作信號給射頻接觸器控制器，使射頻接觸器切換到備機上天線，主機上假負載模式，并給出一個XMTR OFF信號到DX400的TCU接口板的J104-2端口，關閉主機，并輸出一個信號給DX200的PB接口板J3-2 HIGH POWER ON端口，自動開啟備機。與此同時射頻接觸器到位后會反饋給Flexstar主備倒換控制器一個信號，并在控制器面板上點亮指示燈提示用戶此時是哪一臺機器為天饋線提供輸出。此時Flexstar主備倒換控制器將發出報警提示，并打到手動狀態，以方便用戶在主機正常工作時進行手動倒換。自動控制功能方便了操作，但是并不適用于采用浮動載波技術的發射機，因為浮動載波的功率隨調幅度的變化而變化，難以確定閾值。因此，應根據實際情況選擇是否使用這個功能。

4 具體方案

4.1 射頻鏈路的設計

射頻鏈路設計的目標是使主機400KW和備機200KW不能同時輸出到天線或假負載，即主機上天線時，備機必然輸出在假負載，且主機輸出到假負載時，備機必然是輸出接入到天線的位置。并且由于本臺的假負載只能承受200KW的輸出功率，此外還必須滿足在主機接入到假負載的時候，只能單PB輸出功率，即A輸出到假負載時，B閉鎖，B輸出到假負載時，A閉鎖。基于此思路設計射頻鏈路如圖4所示，K0是一個射頻接觸器，它被安置于主機DX400的合成柜上方，它是一個同軸轉換開關[3]，具有4個輸入端和4個輸出端，它可以根據控制信號被設置成兩種狀態A與B，在狀態A中，1-2與7-8端短接，狀態B中5-6與3-4端短接。為了達到設計目的，我們需要短接射頻接觸器K0的1端和3端。在狀態A上，射頻接觸器對1-2觸點和7-8觸點進行短接，在A狀態時主機400KW的天饋線輸出端口被連接到天線，主機400KW的假負載輸出被置空，備機200KW輸出接入到假負載。在狀態B時，觸點5-6短接，3-4短接，主機400KW假負載輸出被接到假負載，備機200KW輸出被接入到天線[2]。

上述構思僅完成主機、備機互異輸出的目的，而主機單PB輸出功能需要依靠互鎖鏈路來完成。

4.2 互鎖鏈路的設計

4.2.1 如何實現對負載在線狀態的判斷

根據3.3中閉鎖鏈路的原理，本方案設計了一個開關控制板，這個控制板接受來自射頻接觸器控制器的控制信號和天線閉鎖和假負載閉鎖的狀態信號，經過K1、K2、K3這三個繼電器的邏輯轉換后，對DX400和DX200的切換進行控制。具體流程闡述如下：

附圖2左方的主備倒換控制器采用的是哈里斯公司成品化的Flexstar系列，控制器的位置1和位置2指令由Flexstar主備倒換控制器J9的1、2輸出端通過W72總線經過開關控制板輸入射頻接觸器控制器的J1-3和J1-4，J1-3和J1-4分別為位置A和位置B的控制輸入端，閉鎖鏈路+24V的電平由J1-14端給出，串聯門閉鎖開關S1、S2后到達K4的13端和K3的13端，最后分別接入射頻接觸器控制器的J1-5位置A常開端和J1-10位置B常開端。

當位置A控制輸入端有效時候，則射頻接觸器控制器TB1輸出一個電壓使得線性驅動器M1轉動到位置A，當線性驅動器打到位置A且到位時，射頻接觸器控制器J1-10的位置A常開端閉合，K3繼電器線包得電，繼電器K3開始動作K3-9與K3-5相連，K3-11與K3-7相連，這樣，備機DX200PB接口板中的輔助閉鎖輸出（1A23-J4-10）與K3-11-7與假負載閉鎖及備機DX200PB接口板中的閉鎖接地（1A23-J4-11）構成一個完整的閉鎖回路，這個回路保證了在射頻接觸器接到A位置且假負載在線的情況下，備機DX200的射頻鏈路閉合，是可以開機輸出功率到假負載的。與此同時，由于A位置狀態下，K3-9與K3-5的閉合，位于TCU接口板的主機DX400互鎖鏈路+24V輸出（8A1A10-J105-9）與K3-9-5與天線閉鎖及接地（8A1A10-J105-10）構成回路，K1線包得電，K1-11于K1-7短接，也就接通了主機DX400閉鎖鏈路中的擴展閉鎖端口J107-1于J107-2。這就意味著當射頻接觸器處于位置A，且天線閉鎖閉合的情況下，DX400的閉鎖鏈路閉合，DX400允許開機，功率輸出到天饋線系統[4]。

當位置B控制輸入端有效的時候，則射頻接觸器控制器TB1輸出一個電壓使得線性驅動器M2轉動到位置B，當線性驅動器打到位置B且到位時，射頻接觸器控制器J1-5的位置B常開開關閉合，J1-14的+24V輸出與J1-5構成回路，K4繼電器線包得電，K4繼電器動作，短接K4-9與K4-5及K4-11與K11-7。則備機DX200的輔助閉鎖輸出（1A23-J4-10）與天線閉鎖與K4-11-7及閉鎖地（1A23-J4-11）構成閉鎖回路，此時備機DX200允許開機上天線。與此同時，主機DX400TCU接口板的+24V閉鎖電源（8A1A10-J105-9）與假負載閉鎖與K4-9-5及閉鎖地（8A1A10-J105-10）構成回路，此時K1繼電器動作，吸合K1-11與K1-7，這樣，使得8A1A10中的J107兩個擴展閉鎖點構成回路，這就意味著當射頻接觸器處于位置B，且假負載在線的情況下，主機DX400被允許開機并上假負載。

如上所述，本方案實現了對天線負載和假負載在線情況的判斷，從而避免了負載不在線下手動強行開機造成發射機損壞的可能。

4.2.2 如何實現對主機上假負載雙機并聯的屏蔽

鑒于本方案中饋線功率不能大于200KW的限制，主機DX400在接入假負載時只能單PB運行，根據3.4表1的DX400射頻開關組合模式可以發現，在備機DX200上天線的情況下，需要屏蔽的是DX400的“A+B上天線”與“A+B上假負載”這兩種模式，當且僅當在這兩種模式下，射頻接觸器K4在B狀態，那么我們可以將K4的射頻接觸器控制器的狀態B常閉開關J1-8并接到備機DX200上天線的DX400的閉鎖鏈路中，當DX200無論連接天饋線或者假負載時，而K4處于B狀態即DX400的A+B連接天饋線或者A+B連接假負載時，由于狀態B下常閉開關J1-7閉合，+24V下地，所以DX400的閉鎖鏈路斷開，DX400無法開機；當K4處于A狀態時，常閉開關J1-7是斷開的，那么閉鎖鏈路閉合，DX400正常運行，這樣就保證了DX400在不接天饋線系統時的防止誤操作進行。

5 結論

本方案為擁有主備兩套DX發射機的同頻率共天線系統，提供了一套從射頻到閉鎖鏈路的可行的解決方案，實現了主備機互為倒換天線與假負載，并實現了假負載和天饋線不在線情況下對閉鎖鏈路的封鎖，保護了發射機與負載，并且實現DX400主機的單PB上假負載，保護了饋線不受超限功率輸出的沖擊而導致損壞。同時，這套系統還具有良好的擴展性，能夠改進電路而實現其他的功能，滿足不同工作情況下的需要，對中波臺技術人員有一定的借鑒意義。

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[3]占榮郎.DX-600中波發射機聯鎖系統工作原理[J].廣播與電視技術， 2007.06：46-47.

[4]《DX200LC POWER BLOCK，MEDIUM WAVE DRAWING PACKAGE》[M].Harris Corporation.

作者簡介：楊洵，福建省廣播電視傳輸發射中心助理工程師，福州大學物理與信息工程學院電子信息與通信工程碩士在讀。