冗余技術在DX—600中波發射機合成器伺服系統的應用

占榮郎

摘 要：該文通過對DX-600中波發射機合成器伺服系統工作原理的分析，利用冗余技術，在合成器中安裝一套備用伺服系統組件。備用伺服系統組件其線路簡單可靠，切換操作時迅速，方便，并能做到切換備用伺服系統組件與發射機N-1操作同步。當發射機伺服系統出現故障時，可在極短的時間內進行快速切換，大大縮小的發射機的停播時間，確保安全播出工作的完成。同時，此項技術改進在國內屬首創，在同類型發射機中具有較強的推廣價值。

關鍵詞：冗余 伺服 備份 安全播出

中圖分類號：TN948 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0024-03

DX-600中波發射機是由美國哈里斯公司生產的全固態中波發射機，系統框圖如圖1所示。PB1、PB2、PB3分別為一個獨立產生200KW功率的發射機單元，其射頻輸出經過射頻開關K10、K20、K30及3個90°并機網絡合成為600 KW/56 Ω的射頻；同時，該系統支持N-1工作模式，即通過PLC產生的射頻開關驅動信號-L，控制射頻開關K10、K20、K30的合/斷，實現任意兩個PB單元并機工作，另一個單元斷開，此時并機網絡合成的射頻為400 KW/84 Ω。這樣，當任何PB單元出現故障時，可實現快速脫離，減少故障的處理時間。

由L、C1、C2組成的π型輸出匹配網絡，及伺服取樣、驅動系統共同構成合成器伺服系統。在DX-600發射機的射頻輸出通路中，伺服系統具有唯一性，當這部分電路出現故障時，必須適時應急搶修，同時由于伺服系統結構復雜，器件安裝緊湊，往往造成故障處理時間較長，極大影響發射機的正常播出。該文利用冗余技術，在合成器中安裝一套備用伺服系統組件，可對伺服系統故障進行快速響應和應急處理，大大減少停播時間，確保發射機的安全播出。

1 相關基礎知識

1.1 冗余

冗余指重復配置系統的一些部件，當系統發生故障時，冗余配置的部件介入并承擔故障部件的工作，由此減少系統的故障時間。

1.2 伺服系統

伺服系統是自動控制系統的一類，它的輸出變量通常是機械位置或速度，是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能隨著輸入目標值的任意變化的自動控制系統。

如圖1所示，DX-600發射機合成器伺服系統由π型輸出匹配網絡、及伺服取樣、驅動系統共同構成。輸出π網絡通過改變C1和C2的容量可以得到不同的阻抗匹配。伺服控制是通過兩個馬達M1、M2分別來驅動調諧電容C1及調載電容C2，每一個電容的位置和一個與之聯動的可變電位器相對應，其調諧取樣電壓UR1和調載取樣電壓UR2分別送到伺服控制板。DX-600發射機有N-0、N-1兩種預置位置，接收來自調諧、調載的位置信息，從而輸出調載、調諧馬達的控制信號，控制信號的流向決定馬達轉動的方向，從而決定最終C1、C2的容量，使π網絡達到正確的阻抗匹配。調諧、調載取樣的電平可在MMI（觸摸屏）上的伺服控制屏菜單中清楚顯示，也可通過伺服控制屏上手動升/降來調整C1、C2的值。

當發射機工作在N-0（三并機）狀態時，π網絡將56Ω輸入阻抗變換成75Ω輸出阻抗；N-1工作狀態時，π網絡將84Ω輸入阻抗變換成75Ω輸出阻抗。實測合成器N-0、N-1兩種狀態下的伺服系統參數如下表1所示。

1.3 射頻開關

DX-600合成器使用的射頻開關是一種新型射頻接觸器，由機械部分和射頻開關控制板兩部分組成。機械部分包括射頻閘刀組件、直線運動液壓機和同步遮板；控制電路主要由繼電器、場效應管、紅外傳感器和分立元件等組成。具有耐高壓、控制簡單、穩定性好、安裝方便等特點。射頻開關簡圖如圖2所示，射頻開關控制板的J1-1接+24V電源，J1-16接地，J1-3、4腳接受來自PLC的驅動信號。

當J1-3端子接受驅動電平為L（低）電平時，經過控制板內部電路的作用，+24V經TB1-2→直流電機M黃色端→直流電機M紅色端→TB1-1→控制板內部電路→J1-16→地形成閉合回路，直流電機向內收縮帶動射頻開關轉動，直到模式開關上（1）（2）接點閉合、（7）（8）接點閉合。

當J1-4端子接受驅動電平為L電平時，經過控制板內部電路的作用，+24V經TB1-1→直流電機M紅色端→直流電機M黃色端→TB1-2→控制板內部電路→J1-16→地形成閉合回路。直流電機向外伸展，帶動射頻開關轉動，直到模式開關上（3）（4）接點閉合、（5）（6）接點閉合。

2 冗余方案

2.1 射頻輸出通路

利用合成器A5后機箱的空余位置，安裝一個射頻開關K、調諧備份電容C1備、調載備份電容C2備。如圖3所示，將射頻開關K的②—④，⑤—⑦端子間用銅皮短接，②端子與電感L的射頻輸入端連接，⑦端子與L的射頻輸出端連接；C1備容量調至420PF，其非接地端與射頻開關K的③端子接連接；C2備容量調至554PF，其非接地端與射頻開關K的端子⑥連接；將合成器A4后機箱中的C1、C2電容的非接地端分別與射頻開關K的①、⑧端子相連接。

當射頻開關K工作在①②接點間閉合、⑦⑧接點間閉合的工作狀態時，C1、C2電容接入到π型匹配網絡中，發射機使用原來的伺服系統工作。

當射頻開關K工作在③④接點間閉合、⑤⑥接點間閉合的工作狀態時，C1備、C2備電容接入到π型匹配網絡中，發射機使用備份的伺服系統工作。

2.2 伺服控制通路

如圖3所示，將K1繼電器的常閉接點串接在調諧驅動電壓輸出端與調諧馬達M1間；將K2繼電器的常閉接點串接在調載驅動電壓輸出端與調載馬達M2間；將主用調諧取樣電壓UR1、備用調諧取樣電壓UR1備（7.31V）分別接到K3繼電器的常閉接點和常開接點上，其接點的公共端作為調諧取樣電平輸出；將主用調諧取樣電壓UR2、備用調諧取樣電壓UR2備（8.58V）分別接到K4繼電器的常閉接點和常開接點上，其接點的公共端作為調載取樣電平輸出；將射頻開關K的控制板上的J1-3端子通過K5繼電器的常閉接點與電源地相連接，J1-4端子通過K5繼電器的常開接點與電源地相連接。

2.3 控制原理分析

如圖4所示，當開關S處于斷開位置時，K1、K2、K3、K4、K5繼電器線圈失電而無法動作，所有繼電器的常閉接點接通、常開接點斷開。同時射頻開關K的J1-3輸入L電平，K工作于①②接點間閉合、⑦⑧接點間閉合的工作狀態，C1、C2電容接入到π型匹配網絡中，發射機使用原來的伺服系統工作。調諧取樣和調載取樣也使用原來的電路，可實現N-0、N-1兩種工作模式的正常切換。

當原來的伺服系統出現故障時，合上開關S，并在MMI（觸摸屏）的并機方式屏菜單上任意選擇一個PB單元（PB1或PB2或PB3）執行斷開命令的操作，此時PLC將輸出對應的射頻模式開關（K10或K20或K30）驅動L電平信號。此信號一方面使得對應的射頻模式開關（K10或K20或K30）動作，將對應PB單元（PB1或PB2或PB3）從合成器射頻通路中斷開，如圖1所示；另一方面，該（K10或K20或K30）驅動L電平通過圖4中的CR1、CR2、CR3組成的與門電路，使得光電耦合器U-2腳低電平，光電耦合器U動作，U-4腳輸出L電平，繼電器K1、K2、K3、K4、K5都動作，所有繼電器的常閉接點斷開、常開接點閉合，發射機切換到備用伺服系統工作。而備用伺服系統中的C1備、C2備、UR1備、UR2備都先事設置在N-1工作方式的參數上，即C1備=420PF、C2備=554PF、UR1備=7.31 V、UR2備=8.58 V，發射機在N-1狀態工作。

當主用伺服系統故障處理完畢后，斷開開關S，繼電器K1、K2、K3、K4、K5都不動作，所有繼電器的常閉接點閉合、常開接點斷開，發射機切換到主用伺服系統工作。同時在MMI（觸摸屏）的并機方式屏菜單上選擇已斷開的PB單元執行合上的命令操作，將對應PB單元（PB1或PB2或PB3）重新連接到合成器射頻通路中，發射機工作在N-0狀態。

備用伺服系統組件其線路簡單可靠，切換操作時迅速，方便，并能做到切換備用伺服系統組件與發射機N-1操作同步。當發射機伺服系統出現故障時，可在極短的時間內進行快速切換，大大縮小的發射機的停播時間，確保安全播出工作的完成。同時，此項技術改進在國內屬首創，在同類型發射機中具有較強的推廣價值。

參考文獻

[1] 李天德，劉可真.廣播電視發送與傳輸維護手冊（第10分冊）[M].北京：北京廣播電視學院出版社，2003：55-98.

[2] 黃毓龍，孫慶有，李煥忠，等.廣播電視發送與技術（第一冊）[M].北京：北京廣播電視學院出版社，1987：67-156.

[3] 魏瑞發.數字化調幅發射機[M].北京：國家廣電總局無線電臺管理局，1999：66-103.

[4] 王曉明.電動機的單片機控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.