廣播發(fā)射臺站天線交換控制系統(tǒng)控制原理淺析

周艷坤

【摘 要】代播機是廣播發(fā)射臺站里安全播出的一個重要保障，可有效的縮短發(fā)射機停播時間，代播機在使用時需要經(jīng)過交換開關(guān)上主播機天線，因此設(shè)計一套穩(wěn)定可靠控制交換開關(guān)的系統(tǒng)極為重要。本文從硬件的控制原理和軟件方面對交換控制系統(tǒng)進行了淺析。

【關(guān)鍵詞】交換開關(guān)；變頻器；控制系統(tǒng)；軟件

中圖分類號： TN827.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0266-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.114

Analysis on the Control Principle of Antenna Exchange Control System at Broadcast Station

ZHOU Yan-kun

（State Administration of Press， Publication， Radio， Film and Television 594 Station ，Shanxi Xianyang 712000， China）

【Abstract】Backup broadcast transmitter is an important guarantee for the safe broadcasting of broadcast stations. It can shorten the time of the break of principal broadcast transmitter. When the backup broadcaster transmitter act as a substitute for the principal broadcaster， It needs to connect with the antenna of the principal broadcast transmitter through the exchange switch. Therefore， it is extremely important to design a stable and reliable control exchange switch system. This paper analyzes the exchange control system from the aspect of hardware control principle and software.

【Key words】Exchange switch； Frequency converter； Control system； Software

1 交換開關(guān)的控制原理

交換開關(guān)是在廣播發(fā)射電臺普遍使用的一種切換開關(guān)，開關(guān)內(nèi)的刀體驅(qū)動是通過三相異步電機經(jīng)過二級變速后通過槽輪機構(gòu)帶動主軸，主軸帶動刀體轉(zhuǎn)動，在開關(guān)內(nèi)的觸點之間切換來完成通路的切換。交換開關(guān)里一般有兩組接點。我們需要完成的工作是控制交換開關(guān)的兩組接點之間來回切換。通過對三相異步電機轉(zhuǎn)向的控制，即可實現(xiàn)對交換開關(guān)位置的控制。在交換開關(guān)的底部安裝有微動開關(guān)，這個微動開關(guān)有兩個端子，是交換開關(guān)兩組觸點到位信號采樣端子。

變頻器應用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，改變電機的工作電源頻率來控制交流電動機，變頻器主要由整流、濾波、逆變器、控制器等幾部分組成。整流是將工作頻率固定的交流電機轉(zhuǎn)換為直流電；整流后的直流電壓中，含有電源倍頻的脈動電壓，并且逆變器產(chǎn)生的脈沖電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動所以采用電感和電容組成的濾波電路來吸收脈動電壓；逆變器的主要作用是將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波；控制器作為控制部件，主要作用是使變頻器按系統(tǒng)設(shè)定的程序運行，控制輸出方波的幅度與寬度，使其輸出成頻率可控的近似三相正弦交流電，驅(qū)動交流電動機。變頻器有控制電機正反轉(zhuǎn)的功能，工作時穩(wěn)定可靠，且能輸出電機轉(zhuǎn)動所需的控制電壓。因此通過接入正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制電，并對變頻器進行設(shè)置，即可實現(xiàn)對變頻器輸出正反轉(zhuǎn)控制電壓，進而對交換開關(guān)實現(xiàn)控制。

2 天線交換控制硬件系統(tǒng)控制原理

按照四備一的原則，一個機房的天線交換控制系統(tǒng)內(nèi)至少有4個交換開關(guān)。一套完整的天線交換控制系統(tǒng)，各個交換開關(guān)的控制系統(tǒng)不是獨立的，需要每個交換開關(guān)之間接入控制信號以實現(xiàn)相互連鎖，形成一套完整的硬件閉鎖系統(tǒng)。根據(jù)代播發(fā)射機和主播發(fā)射機之間的位置關(guān)系，將交換開關(guān)的微動開關(guān)接點定義為直通和轉(zhuǎn)向位置接點。

2.1 單個交換開關(guān)的控制

交換開關(guān)的控制其實是對變頻器的控制，硬件系統(tǒng)為變頻器提供正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制信號，變頻器驅(qū)動交換開關(guān)的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動進而帶動交換開關(guān)的轉(zhuǎn)動，在交換開關(guān)到位后返送至控制系統(tǒng)，斷開變頻器的控制電壓。變頻器的控制信號電壓為24V，微動開關(guān)到位信號也是24V，因此控制的主要器件采用24V繼電器。

電路設(shè)計圖如下1所示。

圖中A繼電器為轉(zhuǎn)向驅(qū)動繼電器，C繼電器為轉(zhuǎn)向到位采樣繼電器；當轉(zhuǎn)向到位后，C得電吸合，此時A立即失電斷開；圖中B繼電器為直通驅(qū)動繼電器，D繼電器為直通到位采樣繼電器；當直通到位后，D得電吸合，此時B立即失電斷開。

交換開關(guān)控制實現(xiàn)的條件如下：

（1）開關(guān)控制要求：電動控制條件：三相異步電機控制電壓220V、變頻器控制信號24V和兩個公共端供電正常；

（2）轉(zhuǎn)向驅(qū)動：當開關(guān)在直通位或不在轉(zhuǎn)向位時，并且滿足條件1時，給轉(zhuǎn)向驅(qū)動24V，開關(guān)就向轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)向返回位高電平時，應立即把轉(zhuǎn)向驅(qū)動24V斷掉，轉(zhuǎn)向動作完成；

（3）直通驅(qū)動：當開關(guān)在轉(zhuǎn)向位或不在直通位時，并且滿足條件1時，給直通驅(qū)動24V，開關(guān)就向直通位置轉(zhuǎn)動，當直通返回位高電平時，應立即把直通驅(qū)動24V斷掉，轉(zhuǎn)向動作完成。

2.2 多個交換開關(guān)的控制

多個交換開關(guān)的控制電路設(shè)計主要解決發(fā)射機天線到位信號問題，天線到位信號需要送至發(fā)射機作為發(fā)射機的加高壓一個控制信號，如果天線通路信號不正常，發(fā)射機是無法加高壓的。電路設(shè)計如圖2所示。

以交換開關(guān)K1為例，K1為1#發(fā)射機和代播機天線通路上的交換開關(guān)。代播機和1#天線的通路接在轉(zhuǎn)向到位繼電器的一組常開接點上，1#發(fā)射機和1#天線的通路接在直通到位的一組常開接點上，而代播機和代播天線的通路是經(jīng)過轉(zhuǎn)向和直通到位兩個繼電器上的兩組常開接點進行連接。從圖中可以看出，在K1轉(zhuǎn)向到位后，K1的轉(zhuǎn)向到位繼電器吸合，此時的1#天線通路經(jīng)過轉(zhuǎn)向到位繼電器上的一組常開接點將天線信號送至代播發(fā)射機作為天線到位信號，代播天線通路信號經(jīng)過另外一組接點送至1#發(fā)射機作為天線到位信號。在K1直通到位時，直通到位繼電器吸合，其內(nèi)部的常開接點吸合，此時1#發(fā)射機與1#天線通路連接，代播機和代播天線連接。在交換開關(guān)轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)向到位和直通到位繼電器均是不吸合的，此時天線到位信號無法送至發(fā)射機，保證了發(fā)射機不會在無負載時加高壓。

當這個4個交換開關(guān)中有一個開關(guān)在轉(zhuǎn)動時，負責這個交換開關(guān)到位信號采樣的轉(zhuǎn)向到位和直通到位繼電器均不吸合，此時代播機和主播機與天線通路之間的接點均沒有吸合，天線到位信號無法送至發(fā)射機，發(fā)射機就無法加高壓。如圖2所示，在代播機的天線通路上，需要經(jīng)過所有的交換開關(guān)，只要有一個交換開關(guān)動作，代播機就沒有天線到位信號。當交換開關(guān)到位信號正常時，硬件系統(tǒng)向軟件系統(tǒng)送出硬件閉鎖正常信號。

3 天線交換軟件系統(tǒng)控制

天線交換控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機對系統(tǒng)進行管理和控制。控制時由軟件系統(tǒng)通過DIO卡對硬件控制電路發(fā)出控制指令，硬件電路根據(jù)控制指令對執(zhí)行單元進行相應的控制動作。軟件系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)正常的同時檢測天線到位信號正常送出，軟件系統(tǒng)指示天線正常。

軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)均處于正常時，用戶通過操作界面發(fā)出操作指令。軟件在接到指令后系統(tǒng)首先判斷發(fā)射機的狀態(tài)，如果發(fā)射機處于加高壓狀態(tài)，就發(fā)出告警并取消指令。如果發(fā)射機未加高壓，操作指令則經(jīng)過DIO卡送至交換開關(guān)控制繼電器，使繼電器吸合送出控制信號，交換開關(guān)接到信號后開始動作。

系統(tǒng)的軟件經(jīng)過計算機語言編程，以完成天線控制系統(tǒng)的全部功能為目的，本著操作簡單實用，界面友好美觀的基本設(shè)計思路來設(shè)計。軟件系統(tǒng)有以下主要功能：（1）手動/自動切換功能；（2）自動控制功能里包含運行時間表管理、自動切換天線交換開關(guān)、故障報警及連鎖功能；（3）實時監(jiān)測功能；（4）日志管理功能。

4 結(jié)束語

但是隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射機機房需要建立自動化平臺以減少人工操作帶來的工作失誤。因此這套系統(tǒng)需要在軟件系統(tǒng)里增加遠程控制功能，與機房平臺結(jié)合實現(xiàn)自動倒換天線功能。要實現(xiàn)遠程控制就要保證機房自動化平臺對發(fā)射機和天線控制系統(tǒng)統(tǒng)一授時，保證天線控制系統(tǒng)和發(fā)射機時間的一致性，進而保證發(fā)射機換頻操作和天線切換在同一時間進行，不會出現(xiàn)偏差。在自動化平臺建立之前，天線交換開關(guān)控制系統(tǒng)需要在手動模式下操作，由機房值班員來完成天線的操作。