SW-TUC自動控制系統及其在DF100A發射機上的調試研究

李希才

DF100A短波發射機目前在我國屬于比較主流的短波發射機機型，隨著科技發展和安全傳輸發射信息化的要求，國內廠家和相關維護人員根據需要適時地開發了多套基于DF100A發射機的自動控制系統，為短波發射機自動化奠定了堅實的基礎。其中，SW-TUC自動控制系統（以下簡稱“SW-TUC系統”）是近幾年來由國家廣播電視總局五〇一臺研發并成功在自臺投入使用的一款通用型自動控制系統，能兼容目前主流的各種大功率短波機型，并且實現完全脫離物理按鍵，僅通過有關板卡在工控機上即可實現自動化。這種脫離物理按鍵，通過上、下位機及同步信息化轉換的工作模式在我國尚屬首次。

1 SW-TUC自動控制系統

SW-TUC系統（圖1）以FPGA為核心控制器件開發，主要由一臺工控機、四塊模塊化板卡以及外圍接口電路組成，調諧系統采用鑒相器調諧技術（包含對高前和高末的屏極、柵極進行高頻取樣，經過濾波器和檢波器對高頻進行解析，通過上位機數據庫進行運算），使系統的調諧精度高、速度快。

SW-TUC系統主要分為上位機和下位機兩個部分，上位機為工控機上所運行的控制平臺軟件SYCK1；下位機則由擴展接口板C1、冷卻燈絲板C2、偏壓高壓板C3和自動調諧板C4等4塊板卡及其相應的配合板卡組成。

1.1 上位機控制平臺軟件

上位機控制平臺軟件SYCK1主界面如圖2所示，該平臺軟件基于.NET框架采用C#語言編寫，操作界面可視化，便于對順序邏輯（下位機控制）、系統設置、調諧預置、運行圖管理、申請代播、檢修、查詢、用戶登錄等進行管理，主界面包含操作面板、邏輯功能設置、馬達控制顯示、發射機表值顯示等功能，功能選擇使用菜單式選擇，使用鼠標、鍵盤即可完成發射機的所有操作。

該系統還設置了系統調機員賬號，給維護人員提供發射機調試、維護的廣闊平臺，提供了包括校表、保護測試、遠程平臺通信地址測試、瞬時故障儲存、表值歷時記錄等功能，為設備發生故障后的分析提供了完整的資料，同時又通過限制值機人員的有關權限，保證了發射機操作的安全性。

圖2 上位機控制平臺軟件主界面

1.2 下位機

下位機包括核心主板卡和輔助板卡，板卡的輸入接口均采用高耐壓的線性光隔，有效降低了干擾或高壓倒灌引起的核心單元損壞率。同時，板卡更換、維護簡便，大大縮短了整機維護處理的時間。

1）核心主板卡包括擴展接口板C1、冷卻燈絲板C2、偏壓高壓板C3和自動調諧板C4等，4塊板卡分工明確，相互聯絡，確保了發射機從預熱到上高壓播出等各個環節的所有操作。特別值得一提的是下位機的設計，保證在播音過程中即使工控機宕機也能按照運行圖執行至當前播音任務結束，提高了安全播出的可靠性。下位機核心主板卡功能為：

擴展接口板C1：負責自動增益控制AGC和頻率合成器的控制及弧光檢測、溫度檢測等；

冷卻燈絲板C2：負責發射機風水及燈絲的邏輯控制；

偏壓高壓板C3：負責發射機偏壓、高壓及PSM數字調制器的邏輯控制；

自動調諧板C4：負責發射機自動調諧預置及鑒相器調諧控制。

2）配合4塊主板卡工作的輔助板卡則包括三部分：4塊馬達驅動板（每塊板完全一致并控制2路馬達，可互換使用，采用PDM脈寬調制控制馬達）、5塊中間板卡及分布在各點的取樣電路等。5塊中間板卡包括：

1A1開關量輸入板：主要用于證實信號，對門開關、接地溝、天線到位、電子管屏極和簾柵極1檔和2檔是否到位進行證實；

1A2開關量輸入板：主要用于告警信號，對打火檢測、PSM零鎖、低鎖和切削、水位、風節點等進行告警提示；

1A3開關量輸出板：主要用于控制信號，對前級電源、末級屏壓、簾柵壓和燈絲等一檔和二檔、風機及主、備泵啟動等進行控制；

1A4模擬量接口板：主要用于取樣，對溫度、電壓、電流、功率等模擬量進行取樣；

1A5調諧接口板：主要用于8路馬達調諧和鑒相器調諧控制。

基于以上上位機控制平臺軟件和下位機板卡構成了一套完善的自動控制系統，對發射機進行取樣、調諧和控制，使發射機能通過工控機控制平臺軟件，替代部分繼電器、接觸器等硬件電路的功能，提高可靠性，實現手動、半自動或全自動模式的上高壓播出。

2 SW-TUC系統下的DF100A短波發射機調試

筆者所在單位甲機房整體更新改造工程將原有發射機更新為SW-TUC系統下的DF100A發射機，筆者親歷了機房的基建、發射機的安裝、調試和驗收等各項工作，對SW-TUC系統下的DF100A短波發射機調試有較深的理解。

2.1 DF100A發射機框圖

DF100A短波發射機是由北京北廣科技股份有限公司生產，我臺所安裝的設備是該公司歷經幾代更新后的產品，其系統框圖如圖3所示，高周部分基本維持原有布局，主要變化在于自動控制系統和PSM調制器。其中，PSM調制器使用北京廣世無限科技有限責任公司研發生產的數字調制器DMR2000，該調制器操作簡單，維護方便，穩定性高，有利于指標的優化調整；而自動控制系統則使用SW-TUC系統，該系統完全顛覆了以往發射機控制部分的設計思路，不再保留原有的發射機控制物理按鍵及機械表，經過半年多的運行實踐，系統自動化程度高，運行穩定。

圖3 DF100A發射機框圖

2.2 系統調諧原理

調諧系統是發射機自動控制系統的核心，自然也是SW-TUC系統的核心，因而是調機過程中最重要、最核心的部分。如圖4所示為高壓控制流程圖，該流程圖在末級細調完成后再次進行前級細調是為了末級調諧完成后，前級通常會稍微失諧，再次返回前級細調則保證了調諧精度。以上流程也可以根據需要進行適當調整，這是SW-TUC系統的一大特點，當然這需要建立在調試人員對發射機控制邏輯熟練掌握的基礎之上。

圖4 高壓控制流程圖

發射機調諧主要是對真空電容和電感線圈進行調整，達到阻抗匹配，使之能配合電子管正常工作在較好的狀態。DF100A在SW-TUC系統下的自動調諧原理框圖如圖5所示。

圖5 自動調諧框圖

DF100A發射機調諧包括粗調和細調，細調是重點，主要包括前級細調和末級細調，均采用鑒相器調諧，通過檢測電子管的柵極和屏極信號的相位關系來檢測發射機是否正調諧。正調諧的判斷標準為：通過高前鑒相器使IPA屏流最小、PA柵流最大，并根據不同頻率進行AGC控制使高末柵流在0.5A～0.58A之間；通過高末鑒相器使PA屏流最小、輸出功率最大，然后再進行調載，直至正調諧，這樣發射機即能工作在較好狀態，實現“三滿”播出。

2.3 調試步驟

調試之前，務必確認高頻接地系統可靠有效；低壓配電系統保護裝置正常，能提供發射機所需的各路電源；發射機各部件（除下述步驟已明確暫不安裝的器件）均已安裝完畢并連接可靠。

以下步驟均在SW-TUC系統“手動”模式下進行：

1）送電前，確認各接地開關是否正常，4T1、4A1T1和4A2T1接線是否正確且牢固，母線排各相阻值是否正常。

2）低壓柜送電后，1單元前面板所有空開及4CB1均暫不合上，合4CB2，測量4T1變壓器初級電壓（正常時均為380V左右），測量主風機和PSM風機進線電壓（正常時均為380V左右），測量母線排E1、E2、E3各相之間電壓及其對地電壓（正常時，E1-E2,E1-E3,E2-E3均為230V左右，E1-E4,E3-E4均為115V左右，E2-E4為199V左右）。

3）合1CB1（UPS電源）、1CB2（控制）、1CB5（主風機）、1CB6（PSM風機）和1CB9（門鎖開關），測量系統供電+24V、+15V和-15V是否正常；開啟工控機及其上位機軟件SYCK1，查看與下位機通訊及下位機狀態指示是否正常；查看“開機允許邏輯”各項是否正常，各門開關、接地開關、接地鉤是否正常。

4）對低壓配電的相電壓進行校準，根據圖紙，對開關量輸入、輸出進行逐一測試是否正常。

5）使用直流電源校表（高前陰流、高末柵流、高末簾柵流），同時設置對應的保護值（一般為正常工作值的2倍左右，下同），并測試到達保護值時是否有相應保護動作。

6）往水箱加水，并合1CB3（主泵）、1CB4（備泵），使用上位機軟件SYCK1分別啟動主、備泵，查看水泵是否正常，隨后清洗水路至干凈，對水壓、水阻、水流量、入水溫度、出水溫度、水位及其保護進行校準和測試，對弧光檢測進行測試。

7）使用上位機軟件SYCK1分別啟動主風機、PSM風機，檢查其是否正常，風接點保護是否正常。

8）合1CB17（調諧電源），對八路馬達進行測試，轉向是否正常，并查看機械限位是否正常，同時設置軟件限位（軟件限位應早于機械限位），對3L12槽路MSP4、MSP5、MSP6（對應前棒、后棒、頂棒）位置分波段進行存儲，對諧波濾波器MSP8位置按照每100kHz進行量化為系統值。

9）合1CB10（燈絲），此時電子管尚未安裝，測量前級電子管燈絲變壓器次級電壓（9VAC）和末級電子管燈絲電壓（10VDC），均正常后校表（燈絲電壓）并安裝電子管（整機斷電后安裝），進行燈絲老練并校表（燈絲電流）。

10）合1CB11（寬放電源）、1CB12（偏壓），對高前柵壓、高末偏壓進行校準及設置對應的保護值。

11）合1CB13（高前電源），對高前屏壓、寬放電流和電壓進行校準并設保護值。

12）合1CB14（高末屏壓控制）、1CB15（高末簾柵）、1CB16（PSM控制）、4CB1，分別對高末屏壓、高末屏流、高末簾柵壓、入射功率、反射功率等進行校準及保護值設定。

13）輸入頻率（以11 500kHz為例）、天線、功率等，將MSP4、MSP5、MSP6和MSP8轉動至相應位置，進行“高壓”操作，調整高前調諧電容（MSP1），使高前陰流最小、高末柵流最大，且對應值在正常范圍內。

14）進行“PSM允許”操作，調整高末調諧電容（MSP2）使高末簾柵流最大、高末屏流最小，調整MSP7（平轉），使反射功率最小，再調整MSP2，點擊“高功率”查看高末屏流是否合適，如若不合適，則返回“調諧功率”，調整高末調載電容（MSP3），再調整MSP2。調整完MSP3和MSP7后，務必調整MSP2，使之在調諧狀態。

15）“音周允許”查看發射機狀態，如若正常，則進行音周封鎖后，對該狀態進行存儲（包括兩個鑒相器MP1、MP2數值）。該系統建議采用每間隔100kHz進行存儲，以后間隔范圍內的頻率使用半自動或者自動模式即可上高壓，準確率高，速度快。

3 調機過程的指標調整

在機房改造的調機過程中，由于DF100A是成熟機型，裝配工藝也相對比較成熟，因此，除信噪比外，其他各指標均能較好的滿足合同要求。而信噪比甲級指標為58dB，此次的合同要求則為60dB，故信噪比指標的調整就顯得尤為關鍵。在此過程中，主要調整包括以下幾項。

1）頻率合成器至高前小箱的電纜全部外套屏蔽線管，能改善部分頻率信噪比較低的問題。

2）SW-TUC系統套箱、PSM控制套箱外殼均使用銅皮接入高頻地線系統，能提高信噪比1dB左右，提高系統整體穩定性。

3）功率模塊IGBT主要有日系（東芝、三菱，黑色）和德系（英飛凌，白色）兩種，盡可能不混用，有助于提高信噪比。

4）將PSM簾柵開關頻率由18kHz改為24kHz，降低音頻頻率范圍內的噪音，提高信噪比。

5）在此特別指出的是，對PSM功率模塊循環導通順序進行調整，對改善信噪比起到了關鍵作用。DMR2000數字調制器內置了4種不同的功率模塊循環導通順序（不必實際調整光纖接線），可通過對D5綜合算法板的SW1的開關1、2進行調整，能較大幅度（約5dB）的提高信噪比。如圖6所示為使用FMAB測試信噪比情況，四種不同導通模式下信噪比差異明顯。

圖6 四種導通模式下的信噪比對比

4 前景應用思考

基于SW-TUC系統所提供的接口，在現有功能的基礎上，筆者認為，利用該系統目前所空閑的接口，可拓展以下幾個功能：

1）增加其對關鍵器件（如變壓器、真空電容等）的溫度監測、告警及保護功能。

2）增加可控硅調功器，使自動化系統控制燈絲電壓線性爬升，延長電子管使用壽命。

3）電壓及電流采集系統可采取V/F光纖進行模擬量傳輸，增強隔離和抗干擾能力。

4）對功率取樣計算方法采取更加完全的計算等。

5 結語

此次DF100A發射機的調機對筆者而言是一次全面的考驗。作為機房主任，參與現場調機，對管理和個人業務兩個方面都是一次綜合考驗。特別是在SW-TUC系統下的DF100A調機顛覆了以往所有發射機的控制方式，沒有物理按鍵、沒有模擬表頭，如何最快的適應這一模式成為當時擺在我們面前的一道難題。所幸的是在無線局及其他兄弟臺站、北廣科技和筆者所在單位專家前輩的指導下，我們以最快速度適應了SW-TUC系統，發揮其先進性，使DF100A發射機能以較好的指標情況通過驗收并投入使用。

同時，對于SW-TUC系統，筆者認為該系統按照無線局業務規范要求，充分吸取了一線值機維護人員的意見和建議，從人性化的角度設計開發，克服了人工操作的缺點。無論從告警、保護方面，還是從自動調諧、控制方面而言，均最大程度地降低了勞動強度，減少了人為事故的發生，提高了故障的預判能力，對保障安全播出起到了積極的作用。當然，在此過程中，筆者也發現了SW-TUC系統的一些不足之處，比如部分表值在一個檔位進行校準后，其他不同檔位的準確度不夠等問題，但總體而言，SW-TUC系統是一套值得推廣的、先進的短波發射機自動控制系統。