PSM短波发射机自动控制系统的设计与实现

邹瑜

摘 要 本文简要介绍了PSM短波发射机原理和功能，在针对SW-100F发射机控制系统提出了自动化设计方案的同时，着重介绍了模拟人工调谐的设计方案的实现。

关键词 广播 发射机 自动化 改造

中图分类号：TN838 文献标识码：A

PSM Shortwave Radio Transmitter Automatic

Control System Design and Implementation

ZOU Yu

（State General Administration of Press and Publication， Radio and Television QiLiuYi Station， Yongan， Fujian 366000）

Abstract This paper introduces the principles and functions of PSM shortwave transmitter， focuses on how to achieve simulation of artificial tuning design scheme， while put forward the design automation program based on the control systems of SW-100F broadcast transmitter.

Key words broadcast； transmitter； automation； reform

0 引言

自动化的概念是一个动态发展过程。随着电子和信息技术的发展以及计算机的广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。自动化同时是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。自动化系统组成，主要由自动控制和信息处理两个方面，包括理论、方法、硬件和软件等。

SW-100F短波发射机是上世纪末产品，由于历史原因该机自身不具备自动化功能，需要手动来完成倒换频率、上高压、调谐等一系列操作。随着广播事业的飞速发展，数字化、智能化的设备在广播领域的广泛应用，迫使自动化程度相对滞后的发射技术设备必须加快数字化、智能化的改进步伐。本文应用DOS操作系统和C程序语言开发了SW-100F短波发射机自动化系统，也就是为建立一套基于计算机控制的短波发射机运行管理及监控系统，实现对发射机科学化地维护管理设备，有效提高广播发射机的安全播音质量和效率，减轻值班人员的工作强度、降低人为失误概率、降低停播率。

1 SW-100F短波发射机原理

SW-100F短波广播发射机为广播电台产生一个合乎要求的大功率射频信号，受音频信号调制后，经馈线由天线向空间辐射出去，完成广播信号的无线传输。该发射机的主要功能特点原理在此分别进行介绍分析。

1.1 特点

（1）SW-100F短波发射机高频放大器采用了耦合腔电感器，提高了短波发射机在高频段的效率；①（2）调制采用了PSM技术，②用全固态器件将传统的调幅器和主整变压器合二为一，主整电压化整为零从而使储能大大降低，又由于PSM功率模块采用空转二极管（DF）续流，而使48个串联的功率模块相当于并联，从而提高了整机的可靠性；（3）在监控与自动调谐设备中采用了两台计算机，分别完成控制和调谐功能。控制方式有手动、半自动、全自动和遥控四种方式可选。监控保护由另外一台计算机实现，有完善的故障保护和故障记忆功能；（4）在提高可靠性方面采用了较大的降额系数，高频放大器中耦合腔电感器、VHF滤波器、高频馈线均为300kW量级的器件；（5）发射机四周都装有活门，门内的器件都采用平面安装，在门内有高压器件的门上还装有门开关，用以保护人身和设备的安全。

1.2 控制系统

SW-100F短波发射机监控与自动调谐设备CT由模拟量和数字量监测单元、控制单元、调谐单元、同步控制单元和工业控制计算机等组成。

（1）操作控制与显示面板：模拟量电表指示面板、发射机工作状态指示与控制面板、伺服手动调谐控制与显示面板；（2）发射机控制组合：包括发射机的控制、监测、时序控制；（3）研华工控机：CPU是586 90MHz，内存32M，硬盘4.3G，3.5英寸软驱，9英寸彩色VGA显示器，操作系统DOS 6.22。RS232串口COM1与调谐控制组合（CT2）通讯，发送相应指令，实现对发射机的自动控制，波特率为9600 BPS；（4）PSM控制组合AF3：外部信号和指令经过加工后控制功率模块开关为射频功放提供屏压、帘栅压。

1.3 SW-100F短波发射机开机说明

（1）完成各项安全检查后给发射机设备通电并调整工作状态；（2）按冷却开按钮同时检查A1板与风、水有关的指示灯是否变为正常；按灯丝开按钮，稳压器从0V升至80V约停30″，升至220V约停30″，再升至380V共需1′30″，并检查低压柜稳压表是否指示在380V位置；（3）复查频率合成器的输出频率和幅度，若与需要播音的频率不相符，则键入SYNT**选择相应频率，发射机粗调到位；（4）加偏压，V1Eg1表、V2Eg1表指示到位，A1、A2、A3板的状态指示灯正常；（5）将模式开关置于手动位置；按[推动级细调]，略降功率，加高压，选择[M1]按钮，调整[M1]位置，完成推动级细调；按[末级细调]按钮，选择[M3]按钮，调整M3位置，观察并调整发射机的输出功率到额定值；再微调[M3]、[M4]、[M5]，使得发射机的输出状态最好；释放音周，发射机进入播音状态。

2 SW-100F短波发射机自动化系统设计

综合以上SW-100F短波广播发射机特点、控制系统以及开关机步骤原理简介，该类型发射机有足够的空间和条件实现自动化开发与应用。在此，着重针对发射机自动开关机及检测控制系统进行设计。

2.1 系统总体结构

根据电台播出任务、管理要求、维护发射机经验及值班人员的工作习惯、扩容等多方面的考虑，发射机自动化控制管理系统软件的设计采用模块化的设计方法，③见图1软件系统总体结构。

2.2 系统设计

每部发射机均按照符合发射机操作习惯的形式设计了相应的运行状态显示图，可分别对发射机进行实时监测和控制，同时保留了手动模式下的监测和控制，让值班员对发射机的运行情况一目了然。对主要采集的模拟量有：高末帘栅极电流、电压；阳级电流、电压；直流输入功率、射频输出功率、效率；灯丝电流、电压等。如图2发射机运行状态控制。

图1 软件系统总体结构

图2 发射机运行状态控制

2.3 UML为系统建模

统一建模语言④UML（Unified modeling language）是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，用于对软件进行描述、可视化处理、构造和建立软件系统的文档。

用例图是作为参与者的外部用户所能观察到的系统功能的模型图。整个开发过程都是围绕需求阶段的用例进行的。

由发射机操作过程可知，操作人员在访问系统时可以进行查看发射机运行状态、调整发射机运行时间、处理发射机故障报警、调整发射机各频道等操作，显然系统存在前端用户这一角色，可以建立系统用例图，如图3。

2.4 系统程序流程图

程序流程图是程序分析中最基本、最重要的分析技术，它是进行流程程序分析过程中最基本的工具，是人们对解决问题的方法、算法和思路的一种描述。为了清晰表达发射机运行过程，我们给出以下程序流程图，直观反映了SW-100F发射机播出过程。如图4发射机开机流程图；图5发射机关机流程图。

图3 系统用例图

图4 发射机开机流程图

3 发射机自动化系统实现

SW-100F发射机自动化系统是基于DOS操作系统使用C程序语言开发的，而工控计算机（CT3）的CPU 586 90MHz，内存32M，硬盘4.3G，满足该自动化系统的硬件需求。工控机内插有五块接口板，一块VGA显卡，两块32路光隔离数字输出板（PCL-734），一块32路光隔离数字输入板（PCL-733），一块高速多功能A/D接口板（PCL-818L）。

图5 发射机关机流程图

图6 发射机各状态指示图

当发射机处于“自动”模式，根据预先存储的各频道参数值，开机时间，发射机将提前完成预热，并在指定时间完成播音任务。自动控制系统主界面指示发射机当前状态：播出节目、时间、机器状态等。

运行图中预置的满足开机条件的频率可在主界面时间轴上自动生成。

发射机试机时间表预置的时间及频率并不会在主界面时间轴上显示，但时间条件满足时，发射机能自动试机，程序设置试机时间为120秒，即从试机时间起120内机器完成开关机过程，若出现故障且持续时间超过120秒，机器自动落高压，试机失败。

SW-100F自动控制系统在发射机开机及播音过程中能对发射机运行状态进行实时监测，动态记录发射机主要技术指标，值机员参照面板上机械表值进行比对，调整发射机状态；发射机运行一段时间后，各伺服位置都有可能偏离预设位置，需要定时进行校准；另外，操作人员可以根据面板及显示器提示对发射机故障迅速做出判断，节省了故障查找、处理的时间，保证播音高质量、高效率。自动化系统实现如图6：发射机各状态指示图。

4 系统测试

测试平台：SW-100F短波广播发射机、研华工控机；在对系统进行测试时，编码过程中主要使用了单元测试，完成整个自动化控制系统后主要又进行黑盒测试⑤（功能测试）。其中发现了发射机的一些工作异常，大致概括如下：

单元测试用例一：主界面时间轴上最末一频率播音任务完成，对时间轴上首频率进行试机，报错。临时处理方法：最末频率播音完成后不试机，封锁音周、落高压两分钟后自动关机。

单元测试用例二（图7）：时间轴上有两个相同频率间隔播音任务，当完成前一播音任务时进行试机，失败。原因：第一个播音任务完成后，自动系统扫描下一时间段有无播音任务；当同相同频率试机时，由于频率相同，自动系统无须置换频率，连续播音两分钟，造成多播，属于停播事故。处理方法：给播音任务结束时间标记，在准确时间结束播音任务。缺点：由于试机时间不宜设置过长，同相同频率进行试机时，可能因为开关机、伺服调谐等动作的时间消耗导致正常试机时间短暂甚至可能不能完成试机，所以同相同频率间隔播音期间设置关机后试机并没有太大意义。

图7 单元测试用例二

图8 功能测试 （下转第114页）（上接第63页）

功能测试（图8）：临时运行图中输入相应频率、时间、天线方向，发射机即可进入紧急代播状态，只要天线系统自动切换到我台天线交换中心就可执行该天线工作频段内的紧急播音任务。缺点：从手动输入播音任务到发射机播音开始所用的时间并不比一个熟练的值班员手动执行临时调度所用的时间有明显优势，加上天线系统自动切换功能还没有实现，所以自动临时运行还有待改进后再进行测试实验。

5 结语

通过对SW-100F短波广播发射机自动控制系统改造实现，使我深刻认识到计算机自动化技术的飞速发展，为我们广播运行维护提供了广阔的平台，欲使广播传输发射不间断、高质量，作为广播技术工作者只有通过学习新知识，引进新技术，才能在广播发射机的系统维护工程中担当国家社会赋予我们的使命，才能完成好广播覆盖和实验重任。自动化的实现，工控机能够通过程序控制代替人对发射机的一些列手动操作，不仅降低了人为错误率，同时也提高了工作效率。面板显示的工作状态信息准确直观地表达了发射机的工作状态，在异态时直观显示出故障信息，降低了故障判断时间，为安全播音工作争取了宝贵的时间。因此，自动化系统的改造意义深远。

注释

① 中国航天科工集团二院二十三所.SW-100F短波广播发射机技术说明书[Z].

② 魏瑞发，陈锡安.脉阶调制设备[M].天线电台管理局教育处，1999.11：34-59.

③ 张友生.软件体系结构（第二版）[M].清华大学出版社，2006.11.

④ Mark Priestley，Practical Object-Oriented Design with UML[M].清华大学出版社，2005.5.

⑤ 朱少民，软件测试方法和技术[M].清华大学出版社，2005.7.