廖世得

摘 要 大功率短波廣播發(fā)射臺(tái)一般設(shè)有多部大功率短波發(fā)射機(jī)及多副大功率短波發(fā)射天線(xiàn)。為了使發(fā)射機(jī)能在不同的時(shí)間使用不同的頻率對(duì)不同服務(wù)區(qū)進(jìn)行廣播，就必須有能把發(fā)射機(jī)靈活轉(zhuǎn)接到不同天線(xiàn)上的天線(xiàn)交換系統(tǒng)。本文針對(duì)我臺(tái)三個(gè)發(fā)射機(jī)房的十部發(fā)射機(jī)和十付發(fā)射天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)，應(yīng)用PLC可編程邏輯控制器為控制核心進(jìn)行改造，使得全臺(tái)天線(xiàn)資源得到充分利用，改造后的天線(xiàn)交換系統(tǒng)操作方法簡(jiǎn)單直觀(guān)、維護(hù)方便，提高了天線(xiàn)使用率，減小了發(fā)射機(jī)停播時(shí)間。

關(guān)鍵詞 PLC 短波發(fā)射機(jī) 天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān) 控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN948.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.03.074

Design and Application of PLC in the Transmitting

Station Antenna Switching System

LIAO Shide

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

Abstract Short wave radio transmitting power generally has multiple power shortwave transmitters and multiple vice power shortwave antenna. In order for the transmitter to be able to use different frequencies at different times for different broadcast service area， there must be flexible and be able to turn the transmitter to the antenna switching system on different antennas. In this paper， ten sets of three transmit transmitter for my room and pay ten transmitting antenna switching control system， PLC programmable logic controller application to control the core transformation， making the whole station antenna resources are fully utilized， after the transformation of the antenna switching system operation is simple and intuitive， easy to maintain and improve the utilization of the antenna， reducing the transmitter off the air time.

Key words PLC; shortwave transmitter; antenna switching switch; control system

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，原來(lái)大功率發(fā)射臺(tái)天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)已經(jīng)告別了單純的繼電器控制，取而代之的是單片機(jī)和以PLC為核心的可編程邏輯控制器技術(shù)，同時(shí)也將過(guò)去的天線(xiàn)交換控制由室外切換改為室內(nèi)切換。以我臺(tái)而言，三個(gè)發(fā)射機(jī)房原都有獨(dú)立的天線(xiàn)交換系統(tǒng)，由于發(fā)射機(jī)投產(chǎn)是不同年代，天線(xiàn)交換系統(tǒng)設(shè)備也就不統(tǒng)一，不在同一個(gè)起點(diǎn);有的在室內(nèi)切換、有的在室外切換，不適應(yīng)信息化管理的需求。為此，我們利用PLC為核心的可編程邏輯控制器對(duì)原三個(gè)發(fā)射機(jī)房的十部發(fā)射機(jī)戶(hù)內(nèi)外天線(xiàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，增加了控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備設(shè)施及連接網(wǎng)絡(luò)等;成功將三個(gè)發(fā)射機(jī)房的十?dāng)?shù)部發(fā)射機(jī)靈活轉(zhuǎn)接到不同天線(xiàn)上。通過(guò)改造充分整合利用有效的發(fā)射天線(xiàn)資源，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)在不同時(shí)間使用不同頻率對(duì)不同服務(wù)區(qū)的實(shí)驗(yàn)廣播，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)房的發(fā)射機(jī)之間及同一機(jī)房發(fā)射機(jī)之間的相互代播。

1 短波天線(xiàn)交換系統(tǒng)概述

大功率廣播信號(hào)的傳輸方式分為平衡傳輸（雙饋線(xiàn)傳輸）和不平衡傳輸（同軸饋線(xiàn)傳輸），中波廣播信號(hào)一般采用不平衡的同軸饋線(xiàn)傳輸方式，短波廣播信號(hào)一般采用平衡的雙饋線(xiàn)傳輸方式。雙饋線(xiàn)傳輸方式又分為帶饋筒的屏蔽式平衡傳輸和不帶饋筒的開(kāi)放平衡傳輸，屏蔽式平衡傳輸一般用于室內(nèi)，不帶饋筒的開(kāi)放平衡傳輸一般用于室外。屏蔽式平衡傳輸方式的傳輸效率高、故障率低、維護(hù)量小、相鄰饋線(xiàn)間的干擾小。

目前，短波廣播信號(hào)一般采用在平衡傳輸方式下進(jìn)行切換，有室外切換和室內(nèi)切換。由于天線(xiàn)交換系統(tǒng)是整個(gè)短波天線(xiàn)傳輸中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的好壞直接影響到短波廣播的傳輸效率和播出效果。它主要由交換單元和操作控制電路組成，交換單元的各個(gè)開(kāi)關(guān)單元機(jī)械性能和可靠性是保證天線(xiàn)靈活、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，而各單元中傳輸?shù)氖歉哳l大電流信號(hào)。因此，交換開(kāi)關(guān)無(wú)論是機(jī)械特性，還是電氣特性都有非常嚴(yán)格的要求，如果天線(xiàn)交換系統(tǒng)安裝在室外切換，所屬設(shè)備容易受到天氣等氣候條件的影響，故障率高、維護(hù)量大，現(xiàn)在都傾向于室內(nèi)切換。室內(nèi)短波天線(xiàn)交換系統(tǒng)隨著傳輸技術(shù)的發(fā)展，具有傳輸效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低特點(diǎn)，現(xiàn)以成為大功率中短波發(fā)射臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 原有短波天線(xiàn)交換系統(tǒng)存在的問(wèn)題

我臺(tái)裝備的10部大功率短波發(fā)射機(jī)，10副短波發(fā)射天線(xiàn)，分屬甲乙丙三個(gè)發(fā)射機(jī)房。上世紀(jì)90年代建設(shè)的丙機(jī)房天線(xiàn)交換系統(tǒng)，由按鈕和各種繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，操作復(fù)雜、故障率高，每次操作需先查詢(xún)校隊(duì)各場(chǎng)地開(kāi)關(guān)狀態(tài)，然后在分別按下相應(yīng)的按鈕驅(qū)動(dòng)各個(gè)電機(jī)動(dòng)作，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)化通信操作;發(fā)射機(jī)之間互相交換是由兩臺(tái)室內(nèi)同軸開(kāi)關(guān)完成，同軸饋管的尺寸是4吋，耐壓偏低，天饋線(xiàn)系統(tǒng)上的駐波一旦偏大，饋管內(nèi)部就容易打火，造成工作頻段許多頻率無(wú)法開(kāi)。2001和2003年改建投產(chǎn)的甲、乙機(jī)房天線(xiàn)交換系統(tǒng)也是在室外進(jìn)行，室外天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)定位偏差大、故障率高、相鄰饋線(xiàn)間的干擾大。2013年組裝的一部備份發(fā)射機(jī)，由于沒(méi)有可靠的天線(xiàn)交換系統(tǒng)因此沒(méi)能夠充分發(fā)揮代播機(jī)功能;而三個(gè)發(fā)射機(jī)房的天線(xiàn)交換系統(tǒng)都是獨(dú)立單元，不具備統(tǒng)一調(diào)度功能，造成機(jī)房之間的發(fā)射機(jī)相互代播必須經(jīng)過(guò)電話(huà)聯(lián)絡(luò)等一系列程序，效率低，極容易發(fā)生人為責(zé)任事故。為此，規(guī)范對(duì)我臺(tái)三個(gè)機(jī)房公共天線(xiàn)交換系統(tǒng)和丙機(jī)房天線(xiàn)交換系統(tǒng)進(jìn)行改造是必要的。

3 設(shè)計(jì)要求

為使發(fā)射機(jī)的輸出功率盡可能多地傳輸?shù)教炀€(xiàn)上，要求天線(xiàn)阻抗與傳輸饋線(xiàn)在工作頻段上實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但天饋線(xiàn)系統(tǒng)的駐波比指標(biāo)分別受天線(xiàn)、饋線(xiàn)、天饋線(xiàn)交換系統(tǒng)的狀況影響，尤其是對(duì)多個(gè)機(jī)房、多部發(fā)射機(jī)、多付發(fā)射天線(xiàn)的天線(xiàn)交換系統(tǒng)來(lái)說(shuō)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)有更高的要求。為此，選擇了傳輸效率高、故障率低、維護(hù)量小、干擾小的屏蔽式平衡傳輸方式是首選;天線(xiàn)交換自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制器選用Allen-Bradley PLC可編程邏輯控制器。改造后三個(gè)機(jī)房10部發(fā)射機(jī)所屬天線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的手動(dòng)操作、電動(dòng)控制和自動(dòng)控制三種模式，三個(gè)機(jī)房天線(xiàn)頻段相同可互相代播，備份機(jī)也可直接代播甲乙丙三個(gè)機(jī)房所有的發(fā)射機(jī);三個(gè)機(jī)房根據(jù)運(yùn)行時(shí)間表，實(shí)現(xiàn)對(duì)交換開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制;天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的路由由臺(tái)運(yùn)行管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)天線(xiàn)自動(dòng)交換系統(tǒng)也保留路由計(jì)算功能;系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線(xiàn)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，故障聯(lián)鎖、報(bào)警等功能;系統(tǒng)具有本地顯示天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)及發(fā)射機(jī)高壓狀態(tài)以及手動(dòng)/自動(dòng)模式的顯示;饋筒和開(kāi)關(guān)部分任意通道的駐波比保持在1.15以下，保證發(fā)射機(jī)能夠安全運(yùn)行。

4 天線(xiàn)交換自動(dòng)控制系統(tǒng)

天線(xiàn)交換自動(dòng)控制系統(tǒng)，由上位控制計(jì)算機(jī)（下稱(chēng)上位機(jī)）、下位控制計(jì)算機(jī)（下稱(chēng)下位機(jī)）、控制柜，核心部件采用PLC可編程邏輯控制器及連接網(wǎng)絡(luò)等組成。

4.1 PLC可編程邏輯控制器

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中，對(duì)PLC作了如下定義：“是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！蔽覀冞x用Allen-Bradley PLC作為天線(xiàn)交換系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)與計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)發(fā)射機(jī)所屬發(fā)射機(jī)天線(xiàn)有條件狀態(tài)的互代以及各種控制功能的實(shí)現(xiàn)。

4.2 系統(tǒng)介紹

（1）天線(xiàn)交換系統(tǒng)上位機(jī)的人機(jī)界面程序采用Visual Basic6.0編寫(xiě)，主要功能是監(jiān)測(cè)和控制天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的切換、天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、以及GPS同步系統(tǒng)時(shí)鐘等;上位機(jī)控制天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的操作方式分別有：運(yùn)行圖操作、單開(kāi)關(guān)操作和通道操作。

運(yùn)行圖操作：是把編輯好的運(yùn)行圖下載到控制柜里的PLC，PLC按照運(yùn)行圖自動(dòng)操作天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的切換;

單開(kāi)關(guān)操作：就是對(duì)每一臺(tái)單個(gè)的天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作;

通道操作：是用戶(hù)根據(jù)需要選擇信號(hào)傳輸通道的發(fā)射機(jī)和天線(xiàn)，系統(tǒng)自動(dòng)完成該傳輸通道的建立，但天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)必須是在 “遠(yuǎn)程控制”的工作模式下;天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程的機(jī)房平臺(tái)的通信在上位機(jī)中完成，天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)接收來(lái)自機(jī)房平臺(tái)的運(yùn)行圖等操作指令，機(jī)房平臺(tái)通過(guò)上位機(jī)獲取天線(xiàn)交換系統(tǒng)的工作狀態(tài);上位機(jī)接收GPS的時(shí)間，把GPS的時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較，達(dá)到一定的差值后自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間，并可通過(guò)手動(dòng)操作校準(zhǔn)PLC的時(shí)間。

（2）下位機(jī)的人機(jī)界面程序采用Visual Basic6.0編寫(xiě)，主要功能是監(jiān)測(cè)和控制天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的切換、天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)等，操作方式與上位機(jī)一樣，但天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)必須是在“本地控制”的工作模式下。

（3）控制柜的核心是Allen-Bradley PLC，天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)的底層邏輯運(yùn)算、天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的切換執(zhí)行以及運(yùn)行圖的執(zhí)行都在PLC中完成;PLC的外圍電路是天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這部分包含外圍繼電器、開(kāi)關(guān)電源、UPS電源連線(xiàn)等。

（4）連接網(wǎng)絡(luò)是天線(xiàn)交換控制系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)中的上位機(jī)、下位機(jī)和PLC之間的通信完全依賴(lài)連接網(wǎng)絡(luò);三個(gè)機(jī)房的上位機(jī)和下位機(jī)分別與三個(gè)機(jī)房的PLC都需要用連接網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)到一起，這部分包括上位機(jī)和下位機(jī)的網(wǎng)卡、PLC的網(wǎng)絡(luò)模塊、網(wǎng)線(xiàn)、光通信模塊、光纜和交換機(jī)等。

5 技術(shù)措施與實(shí)現(xiàn)

天饋線(xiàn)傳輸方式采用前面敘述的屏蔽式平衡傳輸方式;改造升級(jí)后的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)甲乙丙三個(gè)機(jī)房有條件互相代播，具有手動(dòng)、電動(dòng)、自動(dòng)切換，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)工作狀態(tài);具備根據(jù)周期的運(yùn)行時(shí)間表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)控制等功能。天線(xiàn)交換系統(tǒng)如圖1所示，用10臺(tái)室內(nèi)短波天線(xiàn)交換。

圖1 天線(xiàn)交換系統(tǒng)圖

圖2 天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)布局圖

開(kāi)關(guān)組成甲、乙、丙的天線(xiàn)交換公共系統(tǒng)。由于是在原機(jī)房里安裝設(shè)備，為了在有限的空間里，使用盡可能最少的設(shè)備，又能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能;對(duì)原需要用20臺(tái)開(kāi)關(guān)方可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的方案進(jìn)行了大膽創(chuàng)新。對(duì)部分開(kāi)關(guān)無(wú)論是功能還是工藝進(jìn)行了改進(jìn)，在開(kāi)關(guān)上增加一副轉(zhuǎn)向刀，達(dá)到增加天線(xiàn)交換系統(tǒng)的功能目的。所增加的刀體與原轉(zhuǎn)向刀體相互之間的隔離度保持在50dB以上，確保了不影響系統(tǒng)的傳輸效果。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新的成功實(shí)現(xiàn)，使一臺(tái)開(kāi)關(guān)完成四臺(tái)普通開(kāi)關(guān)的功能，大大縮減了開(kāi)關(guān)的使用數(shù)量，同時(shí)還能保證系統(tǒng)功能不受影響;既節(jié)省了建設(shè)天線(xiàn)交換控制室的經(jīng)費(fèi)，也為日后運(yùn)維大大縮減了維護(hù)成本和工作量。

此外，系統(tǒng)增加5臺(tái)封閉式天線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，建立甲、乙、丙三個(gè)機(jī)房互相代播公共通道，實(shí)現(xiàn)有條件下機(jī)房之間互相代播。丙機(jī)房原開(kāi)放式天線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)改造后更換為封閉式天線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使兩部發(fā)射機(jī)有了互相代播的通道，另增加1臺(tái)封閉式天線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使丙機(jī)房?jī)刹堪l(fā)射機(jī)接入臺(tái)代播公共通道。同時(shí)增加1臺(tái)封閉式天線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使1部備份機(jī)接入臺(tái)天線(xiàn)交換通道，這樣一旦需要就可以代播甲乙丙三個(gè)機(jī)房的任意一部發(fā)射機(jī)。改造升級(jí)后的天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)，完全達(dá)到和實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

圖2是系統(tǒng)開(kāi)關(guān)布局圖。相關(guān)控制程序由于篇幅有限，不再一一敘述。

6 結(jié)束語(yǔ)

PLC是一款程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，改變程序靈活，功能強(qiáng)大、通用性好，控制可靠的通用控制裝置。我臺(tái)通過(guò)PLC在天線(xiàn)交換自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用證明：此系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、操作方便、控制可靠，不但降低了故障率，也減輕了維護(hù)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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