发射台天线自动交换控制系统的设计与改造

罗滨霖

摘要 本文针对发射台在播音过程中，发射机需要倒换发射天线，靠人工或简单的电动装置实现天线开关的切换，效率低、耗人力、耗时间、且容易误操作等原因;基于PLC数字运算操作电子系统的可编程控制器，以其结构小巧、运行速度快、灵活性强、可靠性高、抗干扰能力强、开发周期短等优点，设计了可根据切换指令自动倒换发射天线的系统;系统通过在某发射台的好几个发射机房，多部短波发射机和多付发射天线的天线自动交换控制系统的改造设计与应用，对提高工作效率，减少了人为失误具有显著的优越性和先进性。

关键词 发射机天线开关自动交换 PLC 改造应用

中图分类号：TN948 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.078

Design and Transformation of Transmitting Station

Antenna Automatic Exchange Control System

LUO Binlin

（State Press and Publication Administration of Radio， Qiliuyi Station， Yong'an， Fujian 366000）

Abstract In this paper， the process of transmitting stations in the broadcasting transmitter transmitting antenna to be switched， by manual or electric device to achieve a simple antenna switch to switch， low efficiency， the consumption of manpower， time-consuming， and easy to misuse and other reasons; digital computing operation based on PLC electronic system programmable controller， with its compact， fast， flexible， high reliability， strong anti-interference ability， short development cycle， etc.， designed to automatically transmit antenna switching system according to the switching instruction; system by a launch pad for several transmitter room， many of the short-wave transmitters and multiple transmit antennas of antenna design and application of automatic switching control system transformation， to improve work efficiency， reduce human error have significant advantages and advanced features.

Key words transmitter antenna switch automatic exchange; PLC; retrofit applications

引言

直属大功率短波广播发射台，播音任务繁重，发射机互代需要天线自动交换系统。长期以来，直属台为此做了许多工作，各式各样继电器控制以及简单的电子控制等等。虽然比人工操作在稳定性、安全性等方面有不同程度的提高，但是自动化程度，灵敏度、准确性等方面还是存在许多不足。随着PLC技术在工业领域的广泛应用，广电领域对PLC电控制器的可靠性、时效性、运行速度快、抗干扰能力强十分青睐。本文针对我台应用PLC可编程逻辑控制器做为天线自动交换控制系统的控制核心，对三个机房、十副发射天线自动交换控制系统进行改造;实现了所有的发射机与天线的互联、互通，当工作任务需要发射机能够智能灵活转接到任何一副天线上，为安全传输发射提供了技术保障。

1 PLC基本原理、功能及特点

随着计算机电子技术发展，大规模、超大规模集成电路的应用，使各种功能全面、性能可靠、小巧玲珑的模块应运而生，为各种电子控制系统提供了强大的功能。PLC就是集逻辑控制、定时控制、计数控制、 步进（顺序）控制、PID控制 、数据控制、通信、联网等功能于一体，适用于各种特殊控制功能的数字运算操作的电子系统。它是由CPU运算和控制中心、存储器、输入/输出接口、编程器组成，采用的可编程序的存储器是按照顺序一个周期、一个周期的循环扫描进行工作的，每个循环扫描周期经过了输入刷新—运行用户程序—输出刷新—在返回输入刷新，重新开始新的一个周期的输入采样、程序执行和输出刷新的循环反复，图1是它的工作流程图。

首先用户按照工程和受控设备器件要求，编制控件程序存于PLC存储器中，工作时，CPU接到运行指令即按程序执行：逻辑运算，顺序控制，定时计数等操作指令作周期性循环扫描;当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过继电器、晶体管或晶闸管输出，驱动相应输出设备工作。

PLC具有高可靠性特点，所有I/O接口电路采用的是高性能的光电隔离电路;输入采样使用的滤波电路时间常数为10～20msR-C滤波器;模块选用的是防高温、防各种射线、防电磁辐射以及抗高寒、抗各类干扰的屏蔽措施;它的开关电源采用的是性能优良和先进的具有良好的故障诊断功能，一旦电源中断或者突发故障引起PLC中软、硬件发生异常，将自行启动有效措施防止故障扩大等功能;由于PLC将各类数字运算、控制技术、信息通讯高密度集中于一体，采用的是模块化设计，使系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合;因此无论是用户应用时的编程，还是安装、维修，都是非常便捷的。

2 PLC在发射机和天线交换控制系统的应用

直属短波广播发射台，由于场地、设备等一系列原因，目前尚不可能做到有足够的备份发射机和备份的发射天线。因此，要保障繁重的播音任务完成，整合利用有效的发射天线资源，通过天线交换使发射机承担足够多的广播任务和临时代播任务是非常必要的。

PLC在发射机自动控制方面，主要是担任天线自动交换系统的主控任务。它是由通过人机接口、PLC通信上位机向工作人员显示PLC网络所采集到的发射机运行状态信息，通过网络完成了对信息的集中处理，通过网络实时将相应的动作信号传递给相应的前端执行机构，由执行机构完成系统设定的逻辑操作。在天线交换系统中具体由控制单元来控制天线自动交换中电机的正、反转来控制发射机和发射天线的互联、互通、互代;由自保单元为电机动作和控制系统提供自动保护措施;由互锁单元为系统中发射机、天线识别、切换进行检索防止误动作;而交换矩阵是由发射机数量、发射天线数量及系统连线的复杂程度决定控制电路，也就是交换矩阵的复杂程度。这些就是PLC在天线交换系统中控制单元、自保、互锁和交换矩阵等电路组成。

3 我台天线交换系统现状和存在的问题

我台现有的10付天线交换通路经过六年多时间运行，问题和缺陷逐步显现出来，己不符合自台代播的要求，表现在：新增备用发射机的原室外转换开关设计功能单一，控制不可靠，不能满足现有自台代播要求;在用的天线转换开关都是室外型，已经多年风吹雨淋、日晒，锈蚀严重，随着天气的变化触头位置常发生偏离，频繁出现过倒换不到位和折断磁棒的故障，而且这些转换开关都是多年前的产品，现在备件很难购置，严重影响正常的运行与维护。

4 设计改造思路

设计天线交换通路和天线交换控制系统。天线交换自动控制系统的核心控制器选用抗电磁干扰强和能够在恶劣环境下工作的Allen-Bradley PLC可编程逻辑控制器。改造后的备机可实现上十付发射天线中的任何一付天线进行代播。在备机使用的情况下，甲、乙、丙发射机可实现有条件互相代播。我台原天线交换系统是在室外进行切换的，因此，天线交换开关等设备易受气候、环境等条件的影响，故障率高、维护工作量大。改造后天线交换系统安装在室内，具有传输效率高、运行稳定、故障率低等优点。同时，将原开放式的室外转换开关更换为封闭式的室内转换开关，在天线控制系统中增加了手动操作、电动控制和自动控制三种模式，实现了三个发射机机房天线在工作频段内能够互相代播，备份发射机可直接代播三个机房任何一部发射机，以及三个发射机房单独控制的同时，还必须预留天线切换总控功能。

5 改造的具体内容及功能实现

5.1  PLC在天线自动交换中应用

是起到一个控制核心的作用。系统的逻辑运算、天线交换开关切换执行、运行图校队执行、各种控制继电器的指令执行都在PLC中完成;它的外围电路开关电源、控制继电器、UPS电源、串口服务器、网络连线等也是天线交换控制系统的重要部分。从图2所示的连接网络的控制系统平台图可看出，无论是台控制系统平台、还是各发射机房的上位机、下位机和PLC之间都是通过网络串口连接，包括了上位机和下位机的网卡、PLC的网络模块、网线、光通信模块、光缆和交换机等。系统中天线交换控制的上、下位工控机人机界面程序采用Visual Basic6.0编写，上位机监测和控制天线交换开关的切换、天线交换开关的工作状态，提供远程通信、GPS时间、系统同步时钟校时等;控制天线交换开关具备运行图操作、单开关操作和通道操作等操作方式。

（1）运行图操作：首先，自动接收由主管部门统一格式的运行图信息。其次，将运行图信息进行编辑输入，通过系统把自动编辑好的运行图下载到PLC，由PLC对照运行图对天线交换开关和天线进行自动冲突检测，若发现冲突即进行报警提示，且不反馈到PLC;一旦检测符合要求PLC既按照频率运行图对天线自动交换开关进行切换操作。

（2）单开关操作：既对每一台单个的天线交换开关进行切换操作，不仅对单个开关进行操作，而且可以对天线交换系统进行通道操作。

（3）通道操作：首先，用户根据需要通过天线交换控制系统在“远程控制”的工作模式下，选择信号传输通道与发射机和天线在上位机中自动完成该传输通道的建立。其次，系统通过上位机将机房平台提供的实时GPS的时间、实时发射频率运行图指令、发射天线交换开关工作状态进行比较;并根据比较结果：对时间误差，既自动校准系统时间（系统具备手动操作校准PLC时间），若天线开关对不到位既发出开关告警提示。

下位机主要监测和控制天线交换开关的切换、天线交换开关的工作状态等，操作方式与上位机一样，采用的是触摸操作。系统的上、下位机都具有黑匣子功能，方便在本地对天线交换开关进行操作;同时还可以查阅最近一个月的相关的操作记录、故障告警等信息记录。

（4）PLC具有逻辑判断功能和逻辑互锁功能，确保在控制柜停电的情况下，系统能保存运行图和所存储的信息的安全，一旦系统恢复供电后能够正常的工作;控制柜配置UPS电源，保证控制柜在突发断外电情况下，最少可工作10分钟以上，当然UPS电源容量决定了系统工作时间;系统设置了安全控制，重新登入须在“本地控制”的工作模式下进行身份认证才能登陆，并对登陆人员行为进行记录。图3是甲乙丙机房天线交换控制系统各单元物理网络图。

5.2 天线交换开关通路实例

由天线交换开关通路图4所示。备份发射机可任意为十付发射天线中任何一付天线进行代播，同时也可实现备机在使用时，三个机房仍可实现互代功能等：详细介绍如下：

（1）C02机通过CK01 （直通）和CK06（直通）上302天线;C02 机通过CK01（直通）、CK06（转向）和CK07（转向）上301天线;C02机通过CK01 （直通）、CK06（转向）和CK07（直通）进入丙机房出线：①若通过CK08（转向）到乙机房进线，去实现对乙机房代播;②若通过CK08（直通）、CK09（直通）、CK10（转向）到甲机房进线，去实现对甲机房代播。

（2）C01机通过CK02 （直通）和CK07（直通）上301天线;C01 机通过CK02（转向）、CK01（转向）和CK06（直通）上302天线;C01机通过CK02 （直通）和CK07（转向）进入丙机房出线：同理到乙、甲机房进线，去实现乙甲机房代播。

（3）甲机房出线（本机房外代播）信号通过CK03（转向）、进入丙机房进线、再经CK02（转向）和CK07 （直通）上301天线，代播丙机房C01机;甲机房出线（本机房外代播）信号通过CK03（转向）、进入丙机房进线、CK02（直通）、CK01（转向）和CK06（直通）上302天线，代播丙机房C02机。乙机房出线代播时，同理。

（4）当C01机被代播时，C02机上301天线正常播音。C01机处理好后， 可以通过CK02（转向）、CK01 （直通）、CK01和CK06外侧的连接馈筒、CK06（直通）、CK07（直通）、进入丙机房出线、通过乙机房进线（或甲机房进线），去实现对外代播。C02机被代播时，处理好后同理实现对外代播。

（5）当备机通过CK05 （直通）、CK04（直通）和CK03（直通）、进入丙机房进线，实现代播丙机房时，乙机房信号也可通过乙机房出线、CK09（双向转向开关）和CK10（转向）进入甲机房进线可实现代播甲机房;甲机房信号也可通过甲机房出线、CK03（直通）和CK08（直通）到乙机房进线，去实现代播乙机房。

（6）当备机通过CK05 （转向）、CK10（直通）、经过甲机房进线，去实现代播甲机房是时，乙机房信号也可通过乙机房出线、CK09（直通）、CK04（转向）、CK03（直通）、到丙机房进线，去实现代播丙机房;丙机房信号也可通过CK08（转向）实现代播乙机房。

（7）当备机通过CK05 （直通）、CK04 （直通）、CK03（转向）、CK08 （直通）、进入乙机房进线，去实现代播乙机房时，丙机房信号也可通过CK08（直通）、CK09（直通〉、CK10（转向）、进入甲机房进线，去实现代播甲机房;甲机房信号也可通过CK03（转向）、进入丙机房进线，去实现代播丙机房。

为了确保系统安全可靠，设计上天线交换系统从原理上杜绝了并机的可能性。

6 结束语

综上所述，PLC技术在发射机天线自动交换开关控制系统中的应用，新技术、新器件对发射机自动化、智能化创新的前景是非常广泛的;展望信息技术、自动化控制技术前景，新器件和模块的不断推陈出新必将引起新的一轮技术飞跃。因此，努力更新知识、不断提高技术创新水平是安全传输发射事业的需要和希望。

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