鄒瑜

摘 要 本文簡要介紹了PSM短波發(fā)射機(jī)原理和功能，在針對SW-100F發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)提出了自動化設(shè)計方案的同時，著重介紹了模擬人工調(diào)諧的設(shè)計方案的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 廣播 發(fā)射機(jī) 自動化 改造

中圖分類號：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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

自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展以及計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。自動化同時是一門涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。自動化系統(tǒng)組成，主要由自動控制和信息處理兩個方面，包括理論、方法、硬件和軟件等。

SW-100F短波發(fā)射機(jī)是上世紀(jì)末產(chǎn)品，由于歷史原因該機(jī)自身不具備自動化功能，需要手動來完成倒換頻率、上高壓、調(diào)諧等一系列操作。隨著廣播事業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)字化、智能化的設(shè)備在廣播領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，迫使自動化程度相對滯后的發(fā)射技術(shù)設(shè)備必須加快數(shù)字化、智能化的改進(jìn)步伐。本文應(yīng)用DOS操作系統(tǒng)和C程序語言開發(fā)了SW-100F短波發(fā)射機(jī)自動化系統(tǒng)，也就是為建立一套基于計算機(jī)控制的短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行管理及監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)射機(jī)科學(xué)化地維護(hù)管理設(shè)備，有效提高廣播發(fā)射機(jī)的安全播音質(zhì)量和效率，減輕值班人員的工作強(qiáng)度、降低人為失誤概率、降低停播率。

1 SW-100F短波發(fā)射機(jī)原理

SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)為廣播電臺產(chǎn)生一個合乎要求的大功率射頻信號，受音頻信號調(diào)制后，經(jīng)饋線由天線向空間輻射出去，完成廣播信號的無線傳輸。該發(fā)射機(jī)的主要功能特點(diǎn)原理在此分別進(jìn)行介紹分析。

1.1 特點(diǎn)

（1）SW-100F短波發(fā)射機(jī)高頻放大器采用了耦合腔電感器，提高了短波發(fā)射機(jī)在高頻段的效率；①（2）調(diào)制采用了PSM技術(shù)，②用全固態(tài)器件將傳統(tǒng)的調(diào)幅器和主整變壓器合二為一，主整電壓化整為零從而使儲能大大降低，又由于PSM功率模塊采用空轉(zhuǎn)二極管（DF）續(xù)流，而使48個串聯(lián)的功率模塊相當(dāng)于并聯(lián)，從而提高了整機(jī)的可靠性；（3）在監(jiān)控與自動調(diào)諧設(shè)備中采用了兩臺計算機(jī)，分別完成控制和調(diào)諧功能?？刂品绞接惺謩?、半自動、全自動和遙控四種方式可選。監(jiān)控保護(hù)由另外一臺計算機(jī)實現(xiàn)，有完善的故障保護(hù)和故障記憶功能；（4）在提高可靠性方面采用了較大的降額系數(shù)，高頻放大器中耦合腔電感器、VHF濾波器、高頻饋線均為300kW量級的器件；（5）發(fā)射機(jī)四周都裝有活門，門內(nèi)的器件都采用平面安裝，在門內(nèi)有高壓器件的門上還裝有門開關(guān)，用以保護(hù)人身和設(shè)備的安全。

1.2 控制系統(tǒng)

SW-100F短波發(fā)射機(jī)監(jiān)控與自動調(diào)諧設(shè)備CT由模擬量和數(shù)字量監(jiān)測單元、控制單元、調(diào)諧單元、同步控制單元和工業(yè)控制計算機(jī)等組成。

（1）操作控制與顯示面板：模擬量電表指示面板、發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)指示與控制面板、伺服手動調(diào)諧控制與顯示面板；（2）發(fā)射機(jī)控制組合：包括發(fā)射機(jī)的控制、監(jiān)測、時序控制；（3）研華工控機(jī)：CPU是586 90MHz，內(nèi)存32M，硬盤4.3G，3.5英寸軟驅(qū)，9英寸彩色VGA顯示器，操作系統(tǒng)DOS 6.22。RS232串口COM1與調(diào)諧控制組合（CT2）通訊，發(fā)送相應(yīng)指令，實現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的自動控制，波特率為9600 BPS；（4）PSM控制組合AF3：外部信號和指令經(jīng)過加工后控制功率模塊開關(guān)為射頻功放提供屏壓、簾柵壓。

1.3 SW-100F短波發(fā)射機(jī)開機(jī)說明

（1）完成各項安全檢查后給發(fā)射機(jī)設(shè)備通電并調(diào)整工作狀態(tài)；（2）按冷卻開按鈕同時檢查A1板與風(fēng)、水有關(guān)的指示燈是否變?yōu)檎?；按燈絲開按鈕，穩(wěn)壓器從0V升至80V約停30″，升至220V約停30″，再升至380V共需1′30″，并檢查低壓柜穩(wěn)壓表是否指示在380V位置；（3）復(fù)查頻率合成器的輸出頻率和幅度，若與需要播音的頻率不相符，則鍵入SYNT**選擇相應(yīng)頻率，發(fā)射機(jī)粗調(diào)到位；（4）加偏壓，V1Eg1表、V2Eg1表指示到位，A1、A2、A3板的狀態(tài)指示燈正常；（5）將模式開關(guān)置于手動位置；按[推動級細(xì)調(diào)]，略降功率，加高壓，選擇[M1]按鈕，調(diào)整[M1]位置，完成推動級細(xì)調(diào)；按[末級細(xì)調(diào)]按鈕，選擇[M3]按鈕，調(diào)整M3位置，觀察并調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率到額定值；再微調(diào)[M3]、[M4]、[M5]，使得發(fā)射機(jī)的輸出狀態(tài)最好；釋放音周，發(fā)射機(jī)進(jìn)入播音狀態(tài)。

2 SW-100F短波發(fā)射機(jī)自動化系統(tǒng)設(shè)計

綜合以上SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)特點(diǎn)、控制系統(tǒng)以及開關(guān)機(jī)步驟原理簡介，該類型發(fā)射機(jī)有足夠的空間和條件實現(xiàn)自動化開發(fā)與應(yīng)用。在此，著重針對發(fā)射機(jī)自動開關(guān)機(jī)及檢測控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)電臺播出任務(wù)、管理要求、維護(hù)發(fā)射機(jī)經(jīng)驗及值班人員的工作習(xí)慣、擴(kuò)容等多方面的考慮，發(fā)射機(jī)自動化控制管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，③見圖1軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

每部發(fā)射機(jī)均按照符合發(fā)射機(jī)操作習(xí)慣的形式設(shè)計了相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示圖，可分別對發(fā)射機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，同時保留了手動模式下的監(jiān)測和控制，讓值班員對發(fā)射機(jī)的運(yùn)行情況一目了然。對主要采集的模擬量有：高末簾柵極電流、電壓；陽級電流、電壓；直流輸入功率、射頻輸出功率、效率；燈絲電流、電壓等。如圖2發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制。

圖1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖2 發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制

2.3 UML為系統(tǒng)建模

統(tǒng)一建模語言④UML（Unified modeling language）是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語言，用于對軟件進(jìn)行描述、可視化處理、構(gòu)造和建立軟件系統(tǒng)的文檔。

用例圖是作為參與者的外部用戶所能觀察到的系統(tǒng)功能的模型圖。整個開發(fā)過程都是圍繞需求階段的用例進(jìn)行的。

由發(fā)射機(jī)操作過程可知，操作人員在訪問系統(tǒng)時可以進(jìn)行查看發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)整發(fā)射機(jī)運(yùn)行時間、處理發(fā)射機(jī)故障報警、調(diào)整發(fā)射機(jī)各頻道等操作，顯然系統(tǒng)存在前端用戶這一角色，可以建立系統(tǒng)用例圖，如圖3。

2.4 系統(tǒng)程序流程圖

程序流程圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術(shù)，它是進(jìn)行流程程序分析過程中最基本的工具，是人們對解決問題的方法、算法和思路的一種描述。為了清晰表達(dá)發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程，我們給出以下程序流程圖，直觀反映了SW-100F發(fā)射機(jī)播出過程。如圖4發(fā)射機(jī)開機(jī)流程圖；圖5發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)流程圖。

圖3 系統(tǒng)用例圖

圖4 發(fā)射機(jī)開機(jī)流程圖

3 發(fā)射機(jī)自動化系統(tǒng)實現(xiàn)

SW-100F發(fā)射機(jī)自動化系統(tǒng)是基于DOS操作系統(tǒng)使用C程序語言開發(fā)的，而工控計算機(jī)（CT3）的CPU 586 90MHz，內(nèi)存32M，硬盤4.3G，滿足該自動化系統(tǒng)的硬件需求。工控機(jī)內(nèi)插有五塊接口板，一塊VGA顯卡，兩塊32路光隔離數(shù)字輸出板（PCL-734），一塊32路光隔離數(shù)字輸入板（PCL-733），一塊高速多功能A/D接口板（PCL-818L）。

圖5 發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)流程圖

圖6 發(fā)射機(jī)各狀態(tài)指示圖

當(dāng)發(fā)射機(jī)處于“自動”模式，根據(jù)預(yù)先存儲的各頻道參數(shù)值，開機(jī)時間，發(fā)射機(jī)將提前完成預(yù)熱，并在指定時間完成播音任務(wù)。自動控制系統(tǒng)主界面指示發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)：播出節(jié)目、時間、機(jī)器狀態(tài)等。

運(yùn)行圖中預(yù)置的滿足開機(jī)條件的頻率可在主界面時間軸上自動生成。

發(fā)射機(jī)試機(jī)時間表預(yù)置的時間及頻率并不會在主界面時間軸上顯示，但時間條件滿足時，發(fā)射機(jī)能自動試機(jī)，程序設(shè)置試機(jī)時間為120秒，即從試機(jī)時間起120內(nèi)機(jī)器完成開關(guān)機(jī)過程，若出現(xiàn)故障且持續(xù)時間超過120秒，機(jī)器自動落高壓，試機(jī)失敗。

SW-100F自動控制系統(tǒng)在發(fā)射機(jī)開機(jī)及播音過程中能對發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，動態(tài)記錄發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)，值機(jī)員參照面板上機(jī)械表值進(jìn)行比對，調(diào)整發(fā)射機(jī)狀態(tài)；發(fā)射機(jī)運(yùn)行一段時間后，各伺服位置都有可能偏離預(yù)設(shè)位置，需要定時進(jìn)行校準(zhǔn)；另外，操作人員可以根據(jù)面板及顯示器提示對發(fā)射機(jī)故障迅速做出判斷，節(jié)省了故障查找、處理的時間，保證播音高質(zhì)量、高效率。自動化系統(tǒng)實現(xiàn)如圖6：發(fā)射機(jī)各狀態(tài)指示圖。

4 系統(tǒng)測試

測試平臺：SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)、研華工控機(jī)；在對系統(tǒng)進(jìn)行測試時，編碼過程中主要使用了單元測試，完成整個自動化控制系統(tǒng)后主要又進(jìn)行黑盒測試⑤（功能測試）。其中發(fā)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的一些工作異常，大致概括如下：

單元測試用例一：主界面時間軸上最末一頻率播音任務(wù)完成，對時間軸上首頻率進(jìn)行試機(jī)，報錯。臨時處理方法：最末頻率播音完成后不試機(jī)，封鎖音周、落高壓兩分鐘后自動關(guān)機(jī)。

單元測試用例二（圖7）：時間軸上有兩個相同頻率間隔播音任務(wù)，當(dāng)完成前一播音任務(wù)時進(jìn)行試機(jī)，失敗。原因：第一個播音任務(wù)完成后，自動系統(tǒng)掃描下一時間段有無播音任務(wù)；當(dāng)同相同頻率試機(jī)時，由于頻率相同，自動系統(tǒng)無須置換頻率，連續(xù)播音兩分鐘，造成多播，屬于停播事故。處理方法：給播音任務(wù)結(jié)束時間標(biāo)記，在準(zhǔn)確時間結(jié)束播音任務(wù)。缺點(diǎn)：由于試機(jī)時間不宜設(shè)置過長，同相同頻率進(jìn)行試機(jī)時，可能因為開關(guān)機(jī)、伺服調(diào)諧等動作的時間消耗導(dǎo)致正常試機(jī)時間短暫甚至可能不能完成試機(jī)，所以同相同頻率間隔播音期間設(shè)置關(guān)機(jī)后試機(jī)并沒有太大意義。

圖7 單元測試用例二

圖8 功能測試 （下轉(zhuǎn)第114頁）（上接第63頁）

功能測試（圖8）：臨時運(yùn)行圖中輸入相應(yīng)頻率、時間、天線方向，發(fā)射機(jī)即可進(jìn)入緊急代播狀態(tài)，只要天線系統(tǒng)自動切換到我臺天線交換中心就可執(zhí)行該天線工作頻段內(nèi)的緊急播音任務(wù)。缺點(diǎn)：從手動輸入播音任務(wù)到發(fā)射機(jī)播音開始所用的時間并不比一個熟練的值班員手動執(zhí)行臨時調(diào)度所用的時間有明顯優(yōu)勢，加上天線系統(tǒng)自動切換功能還沒有實現(xiàn)，所以自動臨時運(yùn)行還有待改進(jìn)后再進(jìn)行測試實驗。

5 結(jié)語

通過對SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)自動控制系統(tǒng)改造實現(xiàn)，使我深刻認(rèn)識到計算機(jī)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，為我們廣播運(yùn)行維護(hù)提供了廣闊的平臺，欲使廣播傳輸發(fā)射不間斷、高質(zhì)量，作為廣播技術(shù)工作者只有通過學(xué)習(xí)新知識，引進(jìn)新技術(shù)，才能在廣播發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)維護(hù)工程中擔(dān)當(dāng)國家社會賦予我們的使命，才能完成好廣播覆蓋和實驗重任。自動化的實現(xiàn)，工控機(jī)能夠通過程序控制代替人對發(fā)射機(jī)的一些列手動操作，不僅降低了人為錯誤率，同時也提高了工作效率。面板顯示的工作狀態(tài)信息準(zhǔn)確直觀地表達(dá)了發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，在異態(tài)時直觀顯示出故障信息，降低了故障判斷時間，為安全播音工作爭取了寶貴的時間。因此，自動化系統(tǒng)的改造意義深遠(yuǎn)。

注釋

① 中國航天科工集團(tuán)二院二十三所.SW-100F短波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說明書[Z].

② 魏瑞發(fā)，陳錫安.脈階調(diào)制設(shè)備[M].天線電臺管理局教育處，1999.11：34-59.

③ 張友生.軟件體系結(jié)構(gòu)（第二版）[M].清華大學(xué)出版社，2006.11.

④ Mark Priestley，Practical Object-Oriented Design with UML[M].清華大學(xué)出版社，2005.5.

⑤ 朱少民，軟件測試方法和技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2005.7.