调频广播发射机N+1控制系统的应用

河南省广播电视发射台 刘顺生

广播电视是党和国家的喉舌，是连接广大人民群众的桥梁，党和国家的方针政策通过广播电视传达到千家万户。因此保障广播电视的安全播出，实现国家广电总局倡导的“高优质、不中断、即经济、又安全”的12 字方针尤为重要。河南省广播电视发射台担负着河南人民广播电台的影视广播、新闻广播、音乐广播、戏曲广播和故事广播共5 套调频广播节目24 h 不间断发射的任务。由于调频发射机都是单机工作，当某部发射机出现故障时，则会造成广播停播，影响了广大听众收听广播节目，为此该机房安装了调频广播发射机5+1 控制系统。

一、N+1 播出控制系统

N+1 播出控制系统是N 部发射机共用1 部备用发射机做备份，利用计算机实现主备发射机自动倒换的播出系统。该系统与发射机的匹配性较高，可以与计算机进行通讯，从而实现自动化控制。5 部主用发射机和1 部备用发射机，每部主用机上装有同轴开关，当主用发射机发生故障时，该系统按照设置好的操作程序，关闭有故障的发射机，自动切换同轴开关，把备用发射机的频率自动选频到与故障机相同的频率上，同时切换好备机信号源，从而实现备用发射机的自动开启。

以该机房调频广播5+1 播控系统为例，5 部主用发射机的输出功率分别通过各自相连接的同轴开关进入五工器。五工器把5 部主用发射机输出功率合成后通过天馈线发射出去，而备用发射机的输出端先后通过同轴开关K1，K2，K3，K4 和K5串联与假负载相连。5+1 播出控制系统由5 部主用发射机、1部备用发射机、5 个工分器、1 个假负载、1 套天馈线和5+1 播出系统控制器等组成。发射机主要用于按照调频广播的固定频率将信号发射出去。五工器主要将5 套调频广播射频功率进行合成，然后通过天馈线发射出去。当主用发射机工作正常则通过同轴开关与五工器相连接，当某一部主用发射机出现故障需要倒备用机时，则通过相应同轴开关的转动将备用发射机连接到五工器，通过馈线将信号发射出去。通过同轴开关的转动还可以为任意一部发射机作备份。假负载主要在维修和测试发射机时使用。5+1 播出系统控制器用于监测5 部发射机和备用发射机的工作状态，控制主备发射机的倒换。5+1 播出控制系统的主备机倒换如图1所示。

图1 5+1 播出控制系统主备倒换过程

图1中，3 号发射机出现故障需要倒至备用发射机发射，5+1 系统控制器发出指令先关掉3 号发射机，然后旋转与3 号发射机相连接的同轴开关K3；此时，备用发射机的输出端通过同轴开关K1，K2 和K3 连接到3 号发射机的五工器输入端，而3 号发射机的输出端则通过同轴开关K3，K4 和K5 连接到了假负载上，与此同时，5+1 系统控制器发出指令将备用发射机的频率更改成3 号发射机的频率，最后发出指令开启备用发射机，使用备用发射机发射。

二、5+1 系统控制器与主备发射机的数据采集和控制

N+1 系统采用分散式控制，也就是说N+1 播出系统控制器与N 部主用发射机和一部备用发射机的中央控制单元保持不间断通讯，根据同轴开关的状态对发射机的开机与关机进行合理设置。每部发射机都有一个中央控制单元，方便对发射机的数据进行采集、处理、判断、控制和显示。通过中央控制单元显示屏，可以查看发射机的工作状态，如发射机的工作频率、输出功率、反射功率、功放电流、调制度、温度等。中央控制单元显示屏如图2所示。

图2 中央控制单元显示屏

三、5+1 播出系统控制器控制主备机倒换的实现

河南省广播电视发射台的调频5+1 控制系统主要分为上位机监控软件、5+1 播出系统控制器、音频切换矩阵、同轴开关系统4 部分。该系统的操作方式有远程控制和本地控制两种。

1.远程控制。分为自动和手动两种模式，自动控制是5+1播出系统控制器检测到主用发射机故障信号，根据系统状态，自动进行备用发射机的倒换。远程手动控制是系统控制器根据值班员在上位机监控软件上的选择，进行备用发射机的倒换。

（1）远程自动操作步骤。

①5+1 播出系统控制器监测发射机故障信号。

②5+1 播出系统控制器与上位机监控软件通讯，上位机软件给故障机下发关机指令，上位机软件停止与备用发射机通讯。

③5+1 播出系统控制器判断相应同轴开关有没有射频，从而对相应同轴开关进行相关的倒换操作。

④5+1 播出系统控制器与备用发射机通讯，将备用发射机频率改变为故障机频率。

⑤5+1 播出系统控制器与音频切换矩阵通讯，将备用发射机音频信号改为故障机音频信号。

⑥同轴开关倒换完毕，频率更改成功，音频信号更改成功后，5+1 播出系统控制器发送开机指令。

⑦开机成功则完成备用发射机切换功能。

⑧成功完成或超过20 s 没有完成，就封锁5+1 控制系统，不再进行切换控制，同时恢复与上位机软件的通讯。

⑨5+1 系统处于封锁状态，若备用发射机没有射频，可以通过上位机“解除封锁”按钮来解除5+1 系统的封锁状态。

⑩解除封锁后，5+1 控制系统继续监测发射机故障信号，来进行备用发射机的切换。

（2）远程手动操作步骤。

①5+1 播出系统控制器监测发射机故障信号并报警，但不自动进行备用发射机切换。

②5+1 播出系统控制器与上位机监控软件通讯，值班人员通过上位机软件给5+1 播出系统控制器下发备用发射机切换指令，上位机软件同时停止与备用发射机通讯。

③5+1 播出系统控制器判断相应同轴开关有没有射频，对相应同轴开关进行倒换。

④5+1 播出系统控制器与备用发射机通讯，将备用发射机频率改变为故障机频率。

⑤5+1 播出系统控制器与音频切换矩阵通讯，将备用发射机音频信号改为故障机音频信号。

⑥同轴开关倒换完毕，频率更改成功，音频信号更改成功后，5+1 播出系统控制器发送开机指令。

⑦开机成功则完成备用发射机切换功能。

⑧成功完成或超过20 秒钟没有完成，都封锁5+1 控制系统，不再进行切换控制，恢复与上位机软件通讯。

⑨5+1 控制系统处于封锁状态，若备用发射机没有射频和故障，可以通过上位机“解除封锁“按钮来解除5+1 系统的封锁状态。

⑩解除封锁后，5+1 控制系统继续接受上位机软件下发的切换指令，来进行备用发射机切换。

2.本地控制。在天线负载切换开关和音频切换矩阵面板上通过旋钮和按键进行手动控制。首先，判断故障机相应同轴开关有没有射频，在没有射频的情况下通过天线负载切换开关将同轴开关倒换至需要的位置。其次，将音频切换矩阵备用发射机信号源输出端选择为故障机音频信号输入端。第三，改变备用发射机的频率至需要的频率。最后，开启备用发射机。

四、主用发射机恢复工作的过程

当备用发射机工作时5+1 控制系统上位机监控软件处于封锁状态。备用发射机无功率输出时，上位机监控软件解除封锁状态。先判断相应同轴开关有无射频，点击上位机监控软件中备用发射机下方相应数字键，同轴开关自动进行天线倒换，备用发射机自动由天线切换至负载，主用发射机连接五工器上天线；然后开启主用发射机。

四、结论

调频发射机5+1 控制系统系统稳定可靠，监测和检测功能强大。发生故障时，5+1 控制系统可以自动检测、自动更改备用发射机的频率、自动倒换天线、自动进行信号的切换。5+1控制系统还具有联锁保护功能，可避免因误操作而造成的故障。由于该系统自动化程度较高，降低了停播率，减轻了值班人员的工作强度，为安全播出提供了保障。