PSM短波發射機自動控制系統的設計與實現

鄒瑜

摘 要 本文簡要介紹了PSM短波發射機原理和功能，在針對SW-100F發射機控制系統提出了自動化設計方案的同時，著重介紹了模擬人工調諧的設計方案的實現。

關鍵詞 廣播 發射機 自動化 改造

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A

PSM Shortwave Radio Transmitter Automatic

Control System Design and Implementation

ZOU Yu

（State General Administration of Press and Publication， Radio and Television QiLiuYi Station， Yongan， Fujian 366000）

Abstract This paper introduces the principles and functions of PSM shortwave transmitter， focuses on how to achieve simulation of artificial tuning design scheme， while put forward the design automation program based on the control systems of SW-100F broadcast transmitter.

Key words broadcast； transmitter； automation； reform

0 引言

自動化的概念是一個動態發展過程。隨著電子和信息技術的發展以及計算機的廣泛應用，自動化的概念已擴展為用機器不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業。自動化同時是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。自動化系統組成，主要由自動控制和信息處理兩個方面，包括理論、方法、硬件和軟件等。

SW-100F短波發射機是上世紀末產品，由于歷史原因該機自身不具備自動化功能，需要手動來完成倒換頻率、上高壓、調諧等一系列操作。隨著廣播事業的飛速發展，數字化、智能化的設備在廣播領域的廣泛應用，迫使自動化程度相對滯后的發射技術設備必須加快數字化、智能化的改進步伐。本文應用DOS操作系統和C程序語言開發了SW-100F短波發射機自動化系統，也就是為建立一套基于計算機控制的短波發射機運行管理及監控系統，實現對發射機科學化地維護管理設備，有效提高廣播發射機的安全播音質量和效率，減輕值班人員的工作強度、降低人為失誤概率、降低停播率。

1 SW-100F短波發射機原理

SW-100F短波廣播發射機為廣播電臺產生一個合乎要求的大功率射頻信號，受音頻信號調制后，經饋線由天線向空間輻射出去，完成廣播信號的無線傳輸。該發射機的主要功能特點原理在此分別進行介紹分析。

1.1 特點

（1）SW-100F短波發射機高頻放大器采用了耦合腔電感器，提高了短波發射機在高頻段的效率；①（2）調制采用了PSM技術，②用全固態器件將傳統的調幅器和主整變壓器合二為一，主整電壓化整為零從而使儲能大大降低，又由于PSM功率模塊采用空轉二極管（DF）續流，而使48個串聯的功率模塊相當于并聯，從而提高了整機的可靠性；（3）在監控與自動調諧設備中采用了兩臺計算機，分別完成控制和調諧功能。控制方式有手動、半自動、全自動和遙控四種方式可選。監控保護由另外一臺計算機實現，有完善的故障保護和故障記憶功能；（4）在提高可靠性方面采用了較大的降額系數，高頻放大器中耦合腔電感器、VHF濾波器、高頻饋線均為300kW量級的器件；（5）發射機四周都裝有活門，門內的器件都采用平面安裝，在門內有高壓器件的門上還裝有門開關，用以保護人身和設備的安全。

1.2 控制系統

SW-100F短波發射機監控與自動調諧設備CT由模擬量和數字量監測單元、控制單元、調諧單元、同步控制單元和工業控制計算機等組成。

（1）操作控制與顯示面板：模擬量電表指示面板、發射機工作狀態指示與控制面板、伺服手動調諧控制與顯示面板；（2）發射機控制組合：包括發射機的控制、監測、時序控制；（3）研華工控機：CPU是586 90MHz，內存32M，硬盤4.3G，3.5英寸軟驅，9英寸彩色VGA顯示器，操作系統DOS 6.22。RS232串口COM1與調諧控制組合（CT2）通訊，發送相應指令，實現對發射機的自動控制，波特率為9600 BPS；（4）PSM控制組合AF3：外部信號和指令經過加工后控制功率模塊開關為射頻功放提供屏壓、簾柵壓。

1.3 SW-100F短波發射機開機說明

（1）完成各項安全檢查后給發射機設備通電并調整工作狀態；（2）按冷卻開按鈕同時檢查A1板與風、水有關的指示燈是否變為正常；按燈絲開按鈕，穩壓器從0V升至80V約停30″，升至220V約停30″，再升至380V共需1′30″，并檢查低壓柜穩壓表是否指示在380V位置；（3）復查頻率合成器的輸出頻率和幅度，若與需要播音的頻率不相符，則鍵入SYNT**選擇相應頻率，發射機粗調到位；（4）加偏壓，V1Eg1表、V2Eg1表指示到位，A1、A2、A3板的狀態指示燈正常；（5）將模式開關置于手動位置；按[推動級細調]，略降功率，加高壓，選擇[M1]按鈕，調整[M1]位置，完成推動級細調；按[末級細調]按鈕，選擇[M3]按鈕，調整M3位置，觀察并調整發射機的輸出功率到額定值；再微調[M3]、[M4]、[M5]，使得發射機的輸出狀態最好；釋放音周，發射機進入播音狀態。

2 SW-100F短波發射機自動化系統設計

綜合以上SW-100F短波廣播發射機特點、控制系統以及開關機步驟原理簡介，該類型發射機有足夠的空間和條件實現自動化開發與應用。在此，著重針對發射機自動開關機及檢測控制系統進行設計。

2.1 系統總體結構

根據電臺播出任務、管理要求、維護發射機經驗及值班人員的工作習慣、擴容等多方面的考慮，發射機自動化控制管理系統軟件的設計采用模塊化的設計方法，③見圖1軟件系統總體結構。

2.2 系統設計

每部發射機均按照符合發射機操作習慣的形式設計了相應的運行狀態顯示圖，可分別對發射機進行實時監測和控制，同時保留了手動模式下的監測和控制，讓值班員對發射機的運行情況一目了然。對主要采集的模擬量有：高末簾柵極電流、電壓；陽級電流、電壓；直流輸入功率、射頻輸出功率、效率；燈絲電流、電壓等。如圖2發射機運行狀態控制。

圖1 軟件系統總體結構

圖2 發射機運行狀態控制

2.3 UML為系統建模

統一建模語言④UML（Unified modeling language）是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言，用于對軟件進行描述、可視化處理、構造和建立軟件系統的文檔。

用例圖是作為參與者的外部用戶所能觀察到的系統功能的模型圖。整個開發過程都是圍繞需求階段的用例進行的。

由發射機操作過程可知，操作人員在訪問系統時可以進行查看發射機運行狀態、調整發射機運行時間、處理發射機故障報警、調整發射機各頻道等操作，顯然系統存在前端用戶這一角色，可以建立系統用例圖，如圖3。

2.4 系統程序流程圖

程序流程圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術，它是進行流程程序分析過程中最基本的工具，是人們對解決問題的方法、算法和思路的一種描述。為了清晰表達發射機運行過程，我們給出以下程序流程圖，直觀反映了SW-100F發射機播出過程。如圖4發射機開機流程圖；圖5發射機關機流程圖。

圖3 系統用例圖

圖4 發射機開機流程圖

3 發射機自動化系統實現

SW-100F發射機自動化系統是基于DOS操作系統使用C程序語言開發的，而工控計算機（CT3）的CPU 586 90MHz，內存32M，硬盤4.3G，滿足該自動化系統的硬件需求。工控機內插有五塊接口板，一塊VGA顯卡，兩塊32路光隔離數字輸出板（PCL-734），一塊32路光隔離數字輸入板（PCL-733），一塊高速多功能A/D接口板（PCL-818L）。

圖5 發射機關機流程圖

圖6 發射機各狀態指示圖

當發射機處于“自動”模式，根據預先存儲的各頻道參數值，開機時間，發射機將提前完成預熱，并在指定時間完成播音任務。自動控制系統主界面指示發射機當前狀態：播出節目、時間、機器狀態等。

運行圖中預置的滿足開機條件的頻率可在主界面時間軸上自動生成。

發射機試機時間表預置的時間及頻率并不會在主界面時間軸上顯示，但時間條件滿足時，發射機能自動試機，程序設置試機時間為120秒，即從試機時間起120內機器完成開關機過程，若出現故障且持續時間超過120秒，機器自動落高壓，試機失敗。

SW-100F自動控制系統在發射機開機及播音過程中能對發射機運行狀態進行實時監測，動態記錄發射機主要技術指標，值機員參照面板上機械表值進行比對，調整發射機狀態；發射機運行一段時間后，各伺服位置都有可能偏離預設位置，需要定時進行校準；另外，操作人員可以根據面板及顯示器提示對發射機故障迅速做出判斷，節省了故障查找、處理的時間，保證播音高質量、高效率。自動化系統實現如圖6：發射機各狀態指示圖。

4 系統測試

測試平臺：SW-100F短波廣播發射機、研華工控機；在對系統進行測試時，編碼過程中主要使用了單元測試，完成整個自動化控制系統后主要又進行黑盒測試⑤（功能測試）。其中發現了發射機的一些工作異常，大致概括如下：

單元測試用例一：主界面時間軸上最末一頻率播音任務完成，對時間軸上首頻率進行試機，報錯。臨時處理方法：最末頻率播音完成后不試機，封鎖音周、落高壓兩分鐘后自動關機。

單元測試用例二（圖7）：時間軸上有兩個相同頻率間隔播音任務，當完成前一播音任務時進行試機，失敗。原因：第一個播音任務完成后，自動系統掃描下一時間段有無播音任務；當同相同頻率試機時，由于頻率相同，自動系統無須置換頻率，連續播音兩分鐘，造成多播，屬于停播事故。處理方法：給播音任務結束時間標記，在準確時間結束播音任務。缺點：由于試機時間不宜設置過長，同相同頻率進行試機時，可能因為開關機、伺服調諧等動作的時間消耗導致正常試機時間短暫甚至可能不能完成試機，所以同相同頻率間隔播音期間設置關機后試機并沒有太大意義。

圖7 單元測試用例二

圖8 功能測試 （下轉第114頁）（上接第63頁）

功能測試（圖8）：臨時運行圖中輸入相應頻率、時間、天線方向，發射機即可進入緊急代播狀態，只要天線系統自動切換到我臺天線交換中心就可執行該天線工作頻段內的緊急播音任務。缺點：從手動輸入播音任務到發射機播音開始所用的時間并不比一個熟練的值班員手動執行臨時調度所用的時間有明顯優勢，加上天線系統自動切換功能還沒有實現，所以自動臨時運行還有待改進后再進行測試實驗。

5 結語

通過對SW-100F短波廣播發射機自動控制系統改造實現，使我深刻認識到計算機自動化技術的飛速發展，為我們廣播運行維護提供了廣闊的平臺，欲使廣播傳輸發射不間斷、高質量，作為廣播技術工作者只有通過學習新知識，引進新技術，才能在廣播發射機的系統維護工程中擔當國家社會賦予我們的使命，才能完成好廣播覆蓋和實驗重任。自動化的實現，工控機能夠通過程序控制代替人對發射機的一些列手動操作，不僅降低了人為錯誤率，同時也提高了工作效率。面板顯示的工作狀態信息準確直觀地表達了發射機的工作狀態，在異態時直觀顯示出故障信息，降低了故障判斷時間，為安全播音工作爭取了寶貴的時間。因此，自動化系統的改造意義深遠。

注釋

① 中國航天科工集團二院二十三所.SW-100F短波廣播發射機技術說明書[Z].

② 魏瑞發，陳錫安.脈階調制設備[M].天線電臺管理局教育處，1999.11：34-59.

③ 張友生.軟件體系結構（第二版）[M].清華大學出版社，2006.11.

④ Mark Priestley，Practical Object-Oriented Design with UML[M].清華大學出版社，2005.5.

⑤ 朱少民，軟件測試方法和技術[M].清華大學出版社，2005.7.