調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動切換控制系統(tǒng)設(shè)計研究

摘要：為確保廣播電視節(jié)目安全播出和后續(xù)業(yè)務(wù)可持續(xù)，本文設(shè)計了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)8+1自動切換控制系統(tǒng)方案。借助該系統(tǒng)，對于不同發(fā)射機(jī)的相關(guān)工作參數(shù)，可以實現(xiàn)實時自動檢測；對于出現(xiàn)故障的發(fā)射機(jī)，可以做快速、自動關(guān)閉處理，并完成倒機(jī)操作。實踐表明，如果某臺發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作，并保證發(fā)射信號正常播出。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī)；系統(tǒng)控制器；N+1自動切換控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)概述

如今，人們的生活水平不斷提升，對各種廣播電視節(jié)目的需求也日漸增加，但也對廣播電視臺的日常工作提出了較高的要求。為了確保各種類型節(jié)目及時、高質(zhì)量播出，滿足人們的日常文化、娛樂等方面的需求，廣播電視臺傳輸發(fā)射中心要不斷提高自身的工作水平。對于不同的廣播電視臺而言，為了保障日常工作的正常開展，確保節(jié)目播出質(zhì)量，往往會采用“主機(jī)+備機(jī)”的工作模式。在這種工作模式下，主機(jī)和備機(jī)之間可以根據(jù)廣播電視臺的工作需求，進(jìn)行一定的自動切換控制。但是在日常工作中，電視臺經(jīng)常需要轉(zhuǎn)播多套調(diào)頻節(jié)目。如果在轉(zhuǎn)播每套節(jié)目時都選擇采用“主機(jī)+備機(jī)”的工作模式，便會導(dǎo)致備機(jī)閑置。在很多情況下，備機(jī)并沒有得到很好的利用，由此出現(xiàn)資源浪費(fèi)問題，同時會增加工作量，影響工作效率。新時期，應(yīng)積極立足廣播電視臺傳輸發(fā)射中心的實際情況及日常工作需求，積極設(shè)計高效、合理的自動切換控制系統(tǒng)。本研究立足當(dāng)前廣播電視臺傳輸發(fā)射工作的實際情況和相關(guān)需求，設(shè)計了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī) 8+1自動切換控制系統(tǒng)方案。

二、調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動切換控制系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計

在系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要充分考慮當(dāng)前電視廣播工作的實際情況，綜合考慮整個系統(tǒng)覆蓋功率密度大，涉及的發(fā)射機(jī)數(shù)量較多，舊設(shè)備和現(xiàn)有新設(shè)備系統(tǒng)控制方式不一樣等問題。

對于一些舊設(shè)備，還需要及時進(jìn)行最新的系統(tǒng)控制器硬件和軟件升級。同時，新發(fā)射系統(tǒng)不影響原有發(fā)射機(jī)系統(tǒng)正常按時播出。綜合分析多方面的現(xiàn)實情況，在本研究中，該系統(tǒng)中共包含8臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)，并設(shè)計了1臺寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)為其充當(dāng)備份。

如果在實際應(yīng)用過程中，8 臺發(fā)射機(jī)中的某 1 臺發(fā)射機(jī)發(fā)生故障無法正常工作的情況下，該寬帶調(diào)頻發(fā)射機(jī)可以及時發(fā)揮備份作用。之后，8+1系統(tǒng)控制器可以迅速做出反應(yīng)，盡快發(fā)出具體指令，對發(fā)生故障的調(diào)頻發(fā)射機(jī)予以關(guān)閉處理。同時，系統(tǒng)控制器還可以啟動備用發(fā)射機(jī)，以代替出現(xiàn)故障的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，保證廣播電視節(jié)目正常播出。

（二）系統(tǒng)框架構(gòu)建

10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)（主機(jī)，8臺）。工作頻率范圍

87 MHz～108 MHz，均為雙激勵配置，可實現(xiàn)主、備激勵器之間人工或自動切換。

10kW公共備機(jī)（備機(jī)，1臺）。工作頻率范圍為

87 MHz～108 MHz，屬于寬帶發(fā)射機(jī)，可接收8+1系統(tǒng)控制器所發(fā)送的指令。同時，在某臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)出現(xiàn)的故障時，可以進(jìn)行變頻，按照實際情況變頻至任意一個頻點進(jìn)行工作，代替該發(fā)射機(jī)維持正常的工作狀態(tài)。

1. 假負(fù)載（1臺）

在正常情況下，公共備機(jī)是連接在假負(fù)載上的。如果10 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)（主機(jī)）出于一定原因發(fā)生故障，系統(tǒng)控制器便會發(fā)出關(guān)閉主機(jī)的指令，之后對主機(jī)的輸出實現(xiàn)快速切換，將其輸出切換到假負(fù)載上。

2. 同軸開關(guān)（8只）

借助該開關(guān)，可以為系統(tǒng)中的主發(fā)射機(jī)及備發(fā)射機(jī)提供一些相關(guān)的狀態(tài)信息。同時，在應(yīng)用該開關(guān)的過程中，為順利接收控制系統(tǒng)發(fā)出的各種指令，還需要具備一定的遙控功能。

3. 八切一音頻切換器（1臺）

在系統(tǒng)設(shè)計的過程中，八切一音頻切換器的主要作用是對輸入備機(jī)中的信號源進(jìn)行切換。在完成切換之后，還可以將相應(yīng)的信息源設(shè)置在公共備機(jī)中。

（三）N+1系統(tǒng)控制器

1.N+1系統(tǒng)控制器組成

在系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計調(diào)頻10kW主機(jī)8臺、調(diào)頻10kW備機(jī)1臺，以實現(xiàn)主機(jī)有故障的狀態(tài)下自動切換到備機(jī)工作。在整個系統(tǒng)中，8+1系統(tǒng)控制器（圖1）是十分重要的組成部分，發(fā)揮著重要的控制作用。系統(tǒng)控制器可以及時檢測故障發(fā)射機(jī)，準(zhǔn)確執(zhí)行主備倒機(jī)步驟。另外，系統(tǒng)控制器還可以在故障發(fā)射機(jī)完成修復(fù)之后，將其恢復(fù)至原來狀態(tài)。系統(tǒng)控制器配合同軸開關(guān)、音頻切換器等設(shè)備，組成一個無人值守的發(fā)射機(jī)8+1自動切換系統(tǒng)。該設(shè)備可用于調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)主備機(jī)切換，也可以用于電視發(fā)射機(jī)主備機(jī)切換。兩臺控制器級聯(lián)，可實現(xiàn)8+1主備機(jī)自動切換。

在正常狀況下，8+1系統(tǒng)控制器可以對整個系統(tǒng)中的8臺10 kW發(fā)射機(jī)輸出功率進(jìn)行實時收集，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，掌握這些發(fā)射機(jī)的工作情況，判斷其是否處于正常工作狀態(tài)。在對其中某一臺發(fā)射機(jī)是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判斷時，需要實施倒機(jī)操作。在判斷是否存在故障時，需要8+1系統(tǒng)控制器發(fā)出相應(yīng)的指令，在指令的指引下，對后續(xù)倒機(jī)步驟予以執(zhí)行。同時，對于不同發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)的相關(guān)信息，8+1系統(tǒng)控制器還可以及時將其傳送至客戶端。借助客戶端，工作人員可以在控制室及時掌握不同發(fā)射機(jī)的工作情況，了解并監(jiān)控機(jī)房各種設(shè)備的工作情況及運(yùn)行狀態(tài)。具體來看，8+1系統(tǒng)控制器主要由總 CPU、分CPU、液晶屏、碼流切換器及指示燈與聲光報警等部分組成，組成部分及相關(guān)功能見表1。

2.系統(tǒng)控制器工作流程

系統(tǒng)控制器在工作過程中涉及一定的流程，主要包括初始化與倒機(jī)前、倒機(jī)中、倒機(jī)后等環(huán)節(jié)。

（1）初始化。在8+1系統(tǒng)控制器通電之后，首先對系統(tǒng)實施初始化設(shè)置。在初始化設(shè)置過程中，需要將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，包括倒機(jī)優(yōu)先級及倒機(jī)門限值等，均需要工作人員按照廣播電視臺傳輸發(fā)射中心的日常工作需求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。同時，對于公共備機(jī)上濾波器及同軸開關(guān)的具體位置，也需要借助系統(tǒng)控制器內(nèi)的總CPU實施初始化設(shè)置，以維持掉電之前的相應(yīng)位置。

（2）倒機(jī)前。在完成初始化相關(guān)操作之后，8+1系統(tǒng)控制器會向系統(tǒng)8臺發(fā)射機(jī)所對應(yīng)的分 CPU發(fā)送一定的指令，相應(yīng)的指令屬于數(shù)據(jù)查詢指令。查詢的內(nèi)容包括各發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)及各項參數(shù)（發(fā)射功率、電流、電壓等），發(fā)送速度為2秒/次。之后，對比分析相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而對不同調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作情況進(jìn)行分析和判斷，了解其是否出現(xiàn)故障。

（3）倒機(jī)中。系統(tǒng)控制器在工作過程中，總CPU會向分CPU發(fā)送主機(jī)關(guān)機(jī)指令。延時25s之后，系統(tǒng)控制器可以獲得反饋數(shù)據(jù)，并通過對反饋數(shù)據(jù)的分析，對主機(jī)關(guān)機(jī)情況進(jìn)行判斷，確定其是否關(guān)機(jī)成功。如果通過對反饋數(shù)據(jù)的分析了解到主機(jī)未按照指令成功關(guān)機(jī)，則總CPU會將倒機(jī)故障燈點亮，并停止倒機(jī)操作。之后，總CPU會對低電平進(jìn)行發(fā)送，使繼電器動作輸出12V，將故障主機(jī)接負(fù)載，備機(jī)接天線。3s后，總CPU會通過兩路電平對轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行檢測，檢測其是否轉(zhuǎn)換到位。在轉(zhuǎn)換到位之后，總 CPU 發(fā)送三路電平，3個繼電器會相應(yīng)輸出切換信號。這種情況下，碼流切換器的輸出便是故障機(jī)的信源，公共備機(jī)的濾波器也會對相應(yīng)的位置予以變換。總 CPU 向公共備機(jī)的激勵器下發(fā)命令，指令其對頻率進(jìn)行設(shè)置。如果總 CPU 下發(fā)的設(shè)置命令被備機(jī)中的激勵器接收之后，備機(jī)中的激勵器會進(jìn)行校驗，并按照指令對工作模式進(jìn)行設(shè)置。如果若上述過程均保持正常的運(yùn)行狀態(tài)，則總 CPU會向分CPU 發(fā)送指令，指令備機(jī)開機(jī)。之后，延時25s之后，總 CPU會通過備機(jī)數(shù)據(jù)報對備機(jī)的開機(jī)情況進(jìn)行分析和判斷，判斷其是否開機(jī)成功。如果判斷后確定其成功開機(jī)，總 CPU 便會將倒機(jī)成功的消息上傳至客戶端。如果判斷后確定其開機(jī)失敗，總 CPU 便會對碼流、濾波器進(jìn)行切換，將其切換到缺省位置上。同時，總 CPU會對激勵器的工作模式進(jìn)行切換，將其設(shè)定為缺省模式，并還原同軸開關(guān)的位置。

（4）倒機(jī)后。在成功倒機(jī)之后，如果技術(shù)人員已維修完畢故障發(fā)射機(jī)，欲將故障發(fā)射機(jī)重新使用，則可通過手動或遙控方式將備機(jī)倒回主機(jī)，具體流程為主機(jī)倒備機(jī)的逆過程。

（四）系統(tǒng)應(yīng)用效果

按照上述系統(tǒng)設(shè)計方案，對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行實踐應(yīng)用。觀察應(yīng)用效果后發(fā)現(xiàn)，在實際工作中，如果某臺調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)生了故障，均可以依托該系統(tǒng)，在較短的時間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作。相關(guān)測試結(jié)果顯示，應(yīng)用該系統(tǒng)之后，發(fā)射機(jī)的故障檢測響應(yīng)時間均不大于3s，主備倒機(jī)完成時間均不大于30s，8臺發(fā)射機(jī)均可以實現(xiàn)主機(jī)有故障切換到備機(jī)的倒機(jī)工作，并保證發(fā)射信號正常播出。

三、結(jié)語

綜上所述，本研究立足廣播電視臺傳輸發(fā)射中心的實際情況，為確保節(jié)目安全播出和后續(xù)業(yè)務(wù)的延續(xù)性，設(shè)計了一套10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī) 8+1自動切換控制系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)具有以下特點：對于系統(tǒng)中不同發(fā)射機(jī)的相關(guān)工作參數(shù)，可以實現(xiàn)實時自動檢測；對于出現(xiàn)故障的發(fā)射機(jī)，可以快速、自動對其進(jìn)行關(guān)閉處理，并完成倒機(jī)操作；系統(tǒng)的工作模式可以按照需求進(jìn)行切換，如工作人員可以借助客戶端按照實際需求將工作模式切換為遙控或者自動、手動狀態(tài)；故障檢測響應(yīng)迅速，主備倒機(jī)完成時間較短。同時，通過實踐應(yīng)用觀察到，在該系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，如果某臺發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)均能夠在較短時間內(nèi)切換到備用發(fā)射機(jī)工作。因此，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠為調(diào)頻廣播安全播出提供有力的技術(shù)保障。

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作者簡介：程騫，男，遼寧省錦州市北鎮(zhèn)人，本科，工程師，研究方向為廣播電視無線傳輸與覆蓋。