DX-2 00 KW中波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：為了實(shí)現(xiàn)發(fā)射播出任務(wù)的自動(dòng)化控制，設(shè)計(jì)了以可編程邏輯控制器為核心的DX-200kW中波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能調(diào)度、自動(dòng)控制。實(shí)踐證明，該自動(dòng)化系統(tǒng)布局合理、操作界面簡(jiǎn)單直觀、具備良好的抗干擾性，能在發(fā)射機(jī)房穩(wěn)定工作。
關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī)；智能調(diào)度；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；自動(dòng)控制

0 引言
    近年廣播電影電視總局無(wú)線電臺(tái)管理局基于自身的安全傳輸發(fā)射業(yè)務(wù)，積極推進(jìn)現(xiàn)代化中央廣播電視傳輸覆蓋體系的建設(shè)，規(guī)范發(fā)射臺(tái)站安全傳輸發(fā)射自動(dòng)控制系統(tǒng)，整合無(wú)線局各項(xiàng)業(yè)務(wù)，優(yōu)化資源配置的考慮。作為無(wú)線局安全播出的重要機(jī)型，美國(guó)哈里斯(Harris Broadc ast Division)公司生產(chǎn)的DX型200kW全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)，通過(guò)單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，可靠接收機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的帶周期的運(yùn)行時(shí)間表，控制發(fā)射機(jī)完成安全播音任務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提供聲音和界面報(bào)警，匯總、管理發(fā)射機(jī)運(yùn)行信息、故障信息，以及操作日志，實(shí)現(xiàn)發(fā)射臺(tái)對(duì)發(fā)射機(jī)的集中控制，融入到無(wú)線局整個(gè)傳輸發(fā)射調(diào)度體系。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    自動(dòng)化系統(tǒng)主要有上位機(jī)子系統(tǒng)和下位機(jī)子系統(tǒng)組成。上位機(jī)子系統(tǒng)提供良好的人機(jī)接口監(jiān)控界面，下位機(jī)子系統(tǒng)以AB公司的可編程邏輯控制器SLC500系列為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及設(shè)備的控制。上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)DH+協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，采用“集中管理、分散控制”的設(shè)計(jì)理念。
    上位機(jī)發(fā)生異常時(shí)，下位機(jī)仍能獨(dú)立運(yùn)行；而下位機(jī)異常時(shí)，上位機(jī)及時(shí)提供聲光報(bào)警。為了提高可靠性和安全性，自動(dòng)化系統(tǒng)由不間斷電源(UPS)供電，用數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份。自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    上位機(jī)子系統(tǒng)布置在機(jī)房控制大廳，方便用戶監(jiān)測(cè)和控制發(fā)射機(jī)狀態(tài)：下位機(jī)子系統(tǒng)則安裝于發(fā)射機(jī)內(nèi)部，系統(tǒng)以并聯(lián)的方式接入發(fā)射機(jī)接口電路，不改變?cè)须娐?、確保不影響發(fā)射機(jī)原有功能。發(fā)射機(jī)控制面板上的操作功能與自動(dòng)化系統(tǒng)的操作功能相互獨(dú)立，可通過(guò)倒動(dòng)發(fā)射機(jī)控制面板上“遙控／本地”開關(guān)進(jìn)行控制權(quán)限切換。在“遙控”狀態(tài)，發(fā)射機(jī)接受自動(dòng)化系統(tǒng)的控制，而在“本地狀態(tài)”，自動(dòng)化系統(tǒng)只有監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)狀態(tài)的功能，沒有控制發(fā)射機(jī)的功能。

2 相關(guān)電路設(shè)計(jì)
    自動(dòng)化系統(tǒng)利用可編程邏輯控制器(PLC)數(shù)據(jù)采集和控制可靠這一特性構(gòu)建下位機(jī)子系統(tǒng)，電路設(shè)計(jì)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，獨(dú)立控制，綜合布線，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和傳輸。自動(dòng)化系統(tǒng)開關(guān)量采集電路如圖2所示，通過(guò)芯片MC74HC152三-八線8選1多路數(shù)字開關(guān)進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)的采集。

    自動(dòng)化系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示，通過(guò)芯片MAX378三-八線8選1多路模擬開關(guān)進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的采集。

    為了將發(fā)射機(jī)的信號(hào)與PLC的信號(hào)進(jìn)行匹配和隔離，采用HI11A光電管進(jìn)行電壓變換和隔離。電路分兩種，一種是由開關(guān)電源供電，經(jīng)降壓后進(jìn)行控制；另一種是由發(fā)射機(jī)供信號(hào)來(lái)控制。信號(hào)匹配隔離電路如圖4所示。

    開關(guān)量取樣點(diǎn)和PLC的輸入模塊之間用光電隔離，模擬量和PLC的輸入模塊之間采用能將不同等級(jí)不同差異的電壓轉(zhuǎn)換成0～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓的變送器。經(jīng)過(guò)處理的采樣信號(hào)送至PLC后，通過(guò)傳輸快速、特性穩(wěn)定的現(xiàn)場(chǎng)總線將這些數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)子系統(tǒng)。另外，為保證手動(dòng)操作和自動(dòng)運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)工作，互不影響，采用了電源互鎖的電路設(shè)計(jì)。設(shè)置為手動(dòng)操作模式時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)將自動(dòng)控制電路的電源斷開；設(shè)置為自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)將手動(dòng)控制電路電源斷開。在任何情況下，都可以在控制面板上直接操作，完成發(fā)射機(jī)的控制，高、低壓供電開關(guān)柜合、斷，以及節(jié)目源主、備線路切換等操作，本地手動(dòng)操作具有最高權(quán)限。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
    自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能如下：
3．1 手動(dòng)／自動(dòng)／檢修切換功能
    自動(dòng)化系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)和檢修三種工作模式。在手動(dòng)控制下，保留發(fā)射機(jī)原有的手動(dòng)操作功能。完全脫離自動(dòng)化系統(tǒng)由人工進(jìn)行控制；在自動(dòng)控制下，發(fā)射機(jī)由自動(dòng)化系統(tǒng)控制運(yùn)行；在檢修狀態(tài)下，完全脫離自動(dòng)化系統(tǒng)由人工進(jìn)行控制。發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)模式采用硬件直接切換的方式，在發(fā)射機(jī)上人工通過(guò)模式開關(guān)來(lái)完成切換。手動(dòng)模式時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)不再按帶周期的運(yùn)行時(shí)間表進(jìn)行自動(dòng)控制，監(jiān)測(cè)并上傳數(shù)據(jù)；在模式的切換過(guò)程中，保證發(fā)射機(jī)及附屬設(shè)備的安全；手動(dòng)與自動(dòng)模式之間進(jìn)行切換后，保持發(fā)射機(jī)原有運(yùn)行狀態(tài)不變；檢修狀態(tài)下，自動(dòng)化系統(tǒng)不接收帶周期信息的運(yùn)行時(shí)間表，監(jiān)測(cè)但不上傳數(shù)據(jù)；在自動(dòng)模式下，發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)到運(yùn)行時(shí)間表中執(zhí)行日期為當(dāng)前日期，執(zhí)行時(shí)間沒有結(jié)束任務(wù)時(shí)，則立即執(zhí)行。自動(dòng)工作模式是發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)默認(rèn)的工作模式，發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)按照帶周期的運(yùn)行時(shí)間表實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)控制，并對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，按照預(yù)定的設(shè)置進(jìn)行故障報(bào)警、故障診斷和自動(dòng)倒換。
3．2 自動(dòng)控制功能
    自動(dòng)化系統(tǒng)處于“自動(dòng)”工作模式時(shí)，自動(dòng)控制功能包括運(yùn)行時(shí)間表管理、自動(dòng)開關(guān)發(fā)射機(jī)、自動(dòng)合斷高低壓供電、自動(dòng)切換節(jié)目源主備用。運(yùn)行時(shí)間表管理：自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)Socket通信技術(shù)與機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接收機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的帶周期的運(yùn)行時(shí)間表。運(yùn)行時(shí)間表接收方式有兩種：人工干預(yù)或自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)帶周期的運(yùn)行時(shí)間表接收和確認(rèn)。特殊情況，運(yùn)維人員可通過(guò)身份驗(yàn)證，人工修改自動(dòng)化系統(tǒng)的帶周期的運(yùn)行時(shí)間表；并可隨時(shí)查看當(dāng)前帶周期的運(yùn)行時(shí)間表。自動(dòng)開關(guān)機(jī)：按照帶周期的運(yùn)行時(shí)間表完成自
動(dòng)開關(guān)機(jī)操作。具備提前試機(jī)功能，具體提前時(shí)間在計(jì)算機(jī)上設(shè)定，有操作提示。自動(dòng)合斷高低壓供電：按照帶周期的運(yùn)行時(shí)間表，在試機(jī)前3分鐘自動(dòng)閉合發(fā)射機(jī)高低壓開關(guān)柜；發(fā)射機(jī)工作時(shí)間段結(jié)束，自動(dòng)斷開發(fā)射機(jī)高低壓供電開關(guān)柜。自動(dòng)切換節(jié)目源主備用：在發(fā)射機(jī)工作時(shí)間段內(nèi)，主用節(jié)目源異常，自動(dòng)切換到備用節(jié)目源。
3．3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警
    自動(dòng)化系統(tǒng)處于帶電工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)模擬量、輸入開關(guān)量、輸出開關(guān)量，以及高低壓供電開關(guān)柜狀態(tài)和節(jié)目源主備用線路狀態(tài)。發(fā)射機(jī)工作時(shí)間段內(nèi)，因故障造成關(guān)機(jī)時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位重新開機(jī)?？梢酝ㄟ^(guò)人機(jī)界面設(shè)置需要自動(dòng)開啟的次數(shù)，超過(guò)設(shè)定次數(shù)則提供聲音報(bào)警和畫面報(bào)警由人工處理。
3．4 校時(shí)功能
    校時(shí)功能分為自動(dòng)校時(shí)和手動(dòng)校時(shí)。自動(dòng)校時(shí)：自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)Socket通信技術(shù)接收機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，進(jìn)行時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校時(shí)。自動(dòng)校時(shí)前，如發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相差超過(guò)一定的閥值，不再進(jìn)行時(shí)間同步，同時(shí)發(fā)出警告提示，要求人工進(jìn)行干預(yù)；手動(dòng)校時(shí)：運(yùn)維人員可通過(guò)身份驗(yàn)證后，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行人工校正。
3．5 日志管理
    日志管理包括操作日志、表值記錄、故障及告警記錄。操作日志：記錄自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所有運(yùn)維人員的操作；表值記錄：每分鐘自動(dòng)記錄監(jiān)測(cè)到的模擬量數(shù)值，若發(fā)生故障，則記錄故障發(fā)生前60s的模擬量數(shù)值；故障及告警記錄：記錄自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)間和現(xiàn)象。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)
    自動(dòng)化系統(tǒng)人機(jī)界面采用多頁(yè)面顯示，用簡(jiǎn)單直觀的操作界面，實(shí)現(xiàn)人性化的人機(jī)接口，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)的各種模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)，故障信息，操作日志，使運(yùn)維人員能夠全面地了解發(fā)射機(jī)運(yùn)行的情況。自動(dòng)化系統(tǒng)提示信息簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確、操作方便，實(shí)現(xiàn)調(diào)度令的接收、運(yùn)行時(shí)間表的更新保存、日志查詢、校時(shí)、工作模式設(shè)置、以及手動(dòng)控制發(fā)射機(jī)等操作，均不需要運(yùn)維人員手工輸入信息。自動(dòng)化系統(tǒng)人機(jī)界面主界面如圖5所示，主界面主要顯示發(fā)射機(jī)的播出任務(wù)、以及工作狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。

    在主界面最顯眼的位置顯示了天線編號(hào)、發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)、工作模式、入射功率、反射功率、功放電壓、功放電流、網(wǎng)絡(luò)零點(diǎn)、天線零點(diǎn)、調(diào)幅度、系統(tǒng)時(shí)間、PLC時(shí)間、以及當(dāng)前正在執(zhí)行的彩色圖表指示的運(yùn)行時(shí)間表。工具欄有調(diào)度管理、代播管理、查詢中心、數(shù)據(jù)處理、校時(shí)、用戶管理、系統(tǒng)管理、用戶注冊(cè)和退出系統(tǒng)等九個(gè)功能導(dǎo)航菜單。點(diǎn)擊相應(yīng)的功能按鈕，進(jìn)入下一級(jí)子菜單，例如點(diǎn)擊發(fā)射機(jī)可進(jìn)入發(fā)射機(jī)開關(guān)量和模擬量監(jiān)測(cè)界面。205V輸出、風(fēng)機(jī)電源、以及高低壓開關(guān)柜異常時(shí)，會(huì)閃爍紅燈，并伴有蜂鳴器報(bào)警音。用戶在任意界面都可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日期、系統(tǒng)時(shí)間、工作頻率、天線、方向、節(jié)目、入射功率、反射功率等發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息。狀態(tài)信息欄指示了自動(dòng)化系統(tǒng)與機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的連接狀態(tài)、運(yùn)行圖接收方式、以及代播申請(qǐng)方式。

5 結(jié)論
    自動(dòng)化系統(tǒng)充分利用DX-200kW中波發(fā)射機(jī)的固態(tài)化和數(shù)字化，給自動(dòng)監(jiān)控提供的各種外部接口，以“從簡(jiǎn)、從嚴(yán)、實(shí)用、安全、合理”的原則進(jìn)行規(guī)劃，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，充分考慮安全傳輸發(fā)射工作的需求，廣泛吸納發(fā)射臺(tái)運(yùn)維人員的建議，力求規(guī)范化設(shè)計(jì)。上位機(jī)人機(jī)接口界面友好、操作方便、功能全面、配置靈活。下位機(jī)布線簡(jiǎn)潔、易安裝、易維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定。從2008年開始，在無(wú)線局多個(gè)臺(tái)站的DX-200kW中波發(fā)射機(jī)房推廣應(yīng)用，收到了良好的效果。