1 引言

隨著發(fā)射臺信息化建設(shè)的深入開展,，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的全自動(dòng)化控制,，我臺丙機(jī)房5部150kW短波發(fā)射機(jī)新建了天線自動(dòng) 控制系統(tǒng),。天線控制系統(tǒng)作為發(fā)射機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，可以受遠(yuǎn)端監(jiān)控機(jī)房的控制,，為機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)提供天線控制接口和數(shù)據(jù)上傳接口,；能夠提供手動(dòng)方式 或自動(dòng)方式，獨(dú)立完成對天線同軸開關(guān)和場地轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換控制,；自動(dòng)狀態(tài)下,，天控系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間表自動(dòng)倒換工作；可以對天線的控制操作和故障進(jìn)行記錄,、 統(tǒng)計(jì)和查詢,；同時(shí)可以完成對天線、假負(fù)載工作狀態(tài)的監(jiān)測,。下面對我機(jī)房的天線自動(dòng)控制系統(tǒng)作一簡要介紹,。

2 天線自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

天 線自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)加帶光耦隔離的DI/O板的設(shè)計(jì)方案。帶光耦隔離的DI/O板主要由若干個(gè)光電耦合器組成,，可以使天線自動(dòng)控制單元與 受控對象之間進(jìn)行電隔離,，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。其中,，工控機(jī)采用研華原裝IPC-610（P42.8G,，512M，80G硬盤,，comb光 驅(qū),，10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡），17寸工業(yè)觸摸屏顯示器作為顯示終端,；開關(guān)量輸入采用研華PCI-1752（64路入PC104總線輸入板）,，輸出卡采 用研華PCI-1754（64路出PC104總線輸出板）。

2.1 系統(tǒng)組成

天線自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩個(gè)部分,。

硬件系統(tǒng)包括如下三個(gè)部分：

（1）管理控制中心：主要由工控機(jī)和DI/O卡構(gòu)成（含觸摸屏,、鼠標(biāo)、鍵盤等外圍設(shè)備）,。

（2）天線控制和狀態(tài)采樣單元：主要由控制和采樣電路構(gòu)成,。

（3）受控單元：主要由同軸開關(guān)和場地開關(guān)組成。

軟件系統(tǒng)用LABVIEW語言進(jìn)行編寫,，主要包含：自動(dòng)運(yùn)行,、手動(dòng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)記錄等,。

2.2 系統(tǒng)控制原理

圖 1為天線自動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理框圖,。該系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，控制時(shí),，由軟件系統(tǒng)通過DI/O卡對控制電路發(fā)出控制指令,，控制電路根 據(jù)控制指令對執(zhí)行單元（受控對象：同軸開關(guān)和場地開關(guān)）進(jìn)行相應(yīng)控制動(dòng)作,，從而使天線轉(zhuǎn)到被指定的相應(yīng)位置；同時(shí),，采樣電路對受控對象的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行采 樣,，通過DI/O卡反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。



圖1 天線自動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理框圖

3 硬件控制部分

3.1 受控對象的位置關(guān)系

天線自動(dòng)控制系統(tǒng)的受控對象主要是同軸開關(guān)和場地開關(guān),，它們均受控于控制電路,。圖2為同軸開關(guān)（KT）和場地開關(guān)（K）控制原理圖。



圖2 同軸開關(guān)（KT）和場地開關(guān)（K）控制原理圖

同軸開關(guān)KT0-KT4有兩種工作狀態(tài),，即：天線位和假負(fù)載位。天線位表示發(fā)射機(jī)連接到對應(yīng)天線上,；假負(fù)載位表示發(fā)射機(jī)連接到對應(yīng)假負(fù)載上,。場地開關(guān)K1、K2,、K3,、K4、K5也有兩種工作狀態(tài),，即：直通和轉(zhuǎn)向,，直通表明此時(shí)場地開關(guān)按照十字直接接通天線；轉(zhuǎn)向表 明此時(shí)場地開關(guān)按照轉(zhuǎn)向方向接通天線,。代播機(jī)可以使用任何一副天線,，C01機(jī)、C02機(jī),、CO3機(jī),、C04機(jī)除了能接通本機(jī)天線外，只能依次使用下一級天 線,，即：C01機(jī)可接通301,、302、303,、304,、305、備用天線,；C02機(jī)可接通302,、303、304,、305,、備用天線；C03機(jī)可接通 304,、305,、備用天線,；C04機(jī)可接通305、備有天線,。

3.2 同軸開關(guān)控制及采樣電路

3.2.1 功能：

（1）完成對同軸開關(guān)的控制,。

（2）實(shí)現(xiàn)天線位和假負(fù)載位的硬件閉鎖。

（3）完成對同軸開關(guān)位置狀態(tài)的采樣,。

（4）完成發(fā)射機(jī)是否加高壓的判斷,。

（5）完成對假負(fù)載開關(guān)是否打開的判斷。

3.2.2 同軸開關(guān)的控制及采樣電路原理

圖 3為同軸開關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理,，圖4為同軸開關(guān)控制示意圖,。同軸交換開關(guān)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為220VAC控制。在圖3中,，A繼電器為天線到位控 制繼電器,，C繼電器為天線到位采樣繼電器；B繼電器為假負(fù)載到位控制繼電器,，D繼電器為假負(fù)載到位采樣繼電器,。A、B,、C,、D繼電器均為24VDC控制。



圖3同軸開關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理



圖4  同軸開關(guān)控制示意圖

（1）天線到位控制及采樣

當(dāng) 同軸開關(guān)需要轉(zhuǎn)向天線位時(shí),，工控機(jī)01端將發(fā)出一個(gè)低電平指令,，通過C繼電器常閉接點(diǎn)C4送到A繼電器線包的下端，A繼電器得電后,，其常開接點(diǎn)A2接 通,，220VAC控制電壓被送到同軸交換開關(guān)的14端，同軸開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被加電,，開始轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖4）,，當(dāng)同軸開關(guān)與天線連接到位后，同軸交換開關(guān)15端送 出24V的天線到位的信息指令到C繼電器線包的上端,，C繼電器得電吸合,，C繼電器常閉接點(diǎn)C4斷開，A繼電器線包失電立即斷開,，其常開接點(diǎn)A2斷開,，同軸 開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，同時(shí),，C繼電器常開接點(diǎn)C1接通,，將+24V天線到位的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡的11端，到此,，天線到位控制完成,。

（2）假負(fù)載到位控制及采樣

當(dāng) 同軸開關(guān)需要轉(zhuǎn)向假負(fù)載位時(shí),，工控機(jī)02端將發(fā)出一個(gè)低電平指令，通過D繼電器的常閉接點(diǎn)D4送到B繼電器線包的下端,，B機(jī)電器得電后,，其常開接點(diǎn)B2接 通，220VAC控制電壓被送到同軸交換開關(guān)的16端,，同軸交換開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被加電,，開始轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖4）；當(dāng)同軸開關(guān)與假負(fù)載連接到位后,，同軸開關(guān)17端 送出24V的假負(fù)載到位的信息指令到D繼電器線包的上端,，D繼電器得電吸合，D繼電器常閉接點(diǎn)D4斷開,，B繼電器線包失電立即斷開,，其常開接點(diǎn)B2斷開， 同軸開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電,，同時(shí)，D繼電器常開接點(diǎn)D1接通,，將+24V假負(fù)載到位的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡12端,，到此，假負(fù)載到位控制完成,。

3.3 場地開關(guān)控制及采樣電路

3.3.1 功能

（1）完成對場地開關(guān)的控制,。

（2）實(shí)現(xiàn)硬件閉鎖功能。

（3）完成對場地開關(guān)位置狀態(tài)的采樣,。

3.3.2 場地開關(guān)的控制及采樣電路原理

圖5為場地交換開關(guān)K1-K5控制及采樣原理,，圖6為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制示意圖，圖7為場地開關(guān)直通控制示意圖,。同軸交換開關(guān)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為220VAC控制,。



圖5 場地交換開關(guān)K1-K5控制及采樣原理



圖6 場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制示意圖



圖7 場地開關(guān)直通控制示意圖

在圖5中，A繼電器為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向控制繼電器,，C繼電器為場地開關(guān)轉(zhuǎn)向到位采樣繼電器,；B繼電器為場地開關(guān)直通控制繼電器，D繼電器為場地開關(guān)直通到位采樣繼電器,。A,、B、C,、D繼電器和場地開關(guān)均為24VDC控制,。

（1）轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)控制及采樣

當(dāng) 場地開關(guān)處在直通位置，需要向轉(zhuǎn)向位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，工控機(jī)20端發(fā)出一個(gè)低電平指令,，經(jīng)C繼電器常閉接點(diǎn)C3,，加到A繼電器線包的下端，A繼電器的電后,，其常開 接點(diǎn)A2接通,，+24V控制電壓被加到場地交換開關(guān)的4端，場地開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)（見圖6,、圖7）,；當(dāng)場地開關(guān)由直通位轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)向位到位后，場地交換開 關(guān)的5端送出24V高電平的到位信息指令,，并加到C繼電器線包的下端,，C繼電器得電吸合，其常閉接點(diǎn)C3斷開,，使A繼電器失電,，立即斷開，A繼電器常開接 點(diǎn)A2斷開,，場地開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24V斷電,，同時(shí)，C繼電器常開接點(diǎn)C1接通,，將24V轉(zhuǎn)向到位信息的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡30端,，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)控制完 成。

（2）直通驅(qū)動(dòng)控制及采樣

當(dāng)場地開關(guān)處在轉(zhuǎn)向位置,，需要向直通位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，工控機(jī)21端發(fā)出一個(gè)低電平指令，經(jīng)D繼電 器常閉接點(diǎn)D3,，加到B繼電器線包的下端,，B繼電器的電后，其常開接點(diǎn)B2接通,，+24V控制電壓被加到場地交換開關(guān)的6端,，場地開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn) （見圖6、圖7）,；當(dāng)場地開關(guān)由轉(zhuǎn)向位轉(zhuǎn)到直通位到位后,，場地交換開關(guān)的7端送出24V高電平的到位信息指令，并加到D繼電器線包的下端,，D繼電器得電吸 合,，其常閉接點(diǎn)D3斷開，使B繼電器失電,，立即斷開,，B繼電器常開接點(diǎn)B2斷開，場地開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24V斷電，同時(shí),，D繼電器常開接點(diǎn)D1接通,，將24V 直通到位信息的采樣信號送給工控機(jī)DI/O卡31端，直通驅(qū)動(dòng)控制完成,。

3.4 系統(tǒng)安全措施

（1）發(fā)射機(jī)加高壓時(shí),，其對應(yīng)的所有開關(guān)不允許切換。

（2）發(fā)射機(jī)應(yīng)在天線位,，而天線轉(zhuǎn)動(dòng)未到位時(shí),；發(fā)射機(jī)應(yīng)在假負(fù)載位，而假負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)未到位時(shí),，發(fā)射機(jī)不能加高壓,。

（3）由于閉鎖信號不到位，發(fā)射機(jī)不能加高壓,，因此系統(tǒng)需要判斷每部發(fā)射機(jī)是否加高壓,、判斷天線或假負(fù)載是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位。

（4）為確保發(fā)射機(jī)加高壓安全,，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有硬件和軟件閉鎖信號,，硬件閉鎖由場地開關(guān)和同軸開關(guān)給出，軟件閉鎖信號由系統(tǒng)給出,，當(dāng)滿足加高壓條件時(shí),，軟件系統(tǒng)給出軟件閉鎖信號，當(dāng)軟件和硬件閉鎖信號都滿足時(shí),，系統(tǒng)才能加高壓。

4 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)平臺,，以完成天線控制系統(tǒng)的全部功能為目的,，本著操作簡單、實(shí)用,，界面友好,、美觀進(jìn)行的。

4.1 軟件系統(tǒng)功能

天線自動(dòng)交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖8所示,。



圖8 天線自動(dòng)交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

天線自動(dòng)交換系統(tǒng)的功能如下：

（1）天線自動(dòng)交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對天線交換開關(guān)的自動(dòng)切換功能,，確定發(fā)射機(jī)需要連接的天線或假負(fù)載。天線交換開關(guān)的控制包括：手動(dòng)操作,、電動(dòng)控制和自動(dòng)控制三種模式,。

手動(dòng)操作：使用機(jī)械方式切換天線交換開關(guān)。（此時(shí)系統(tǒng)不應(yīng)在自動(dòng)模式,，并有相應(yīng)的措施切斷驅(qū)動(dòng)電源,，保護(hù)設(shè)備和人身安全，但監(jiān)測依然有效。）電動(dòng)控制：在控制柜或控制面板上,，通過人為控制電動(dòng)開關(guān),，實(shí)現(xiàn)對天線交換開關(guān)的切換。

自動(dòng)控制：根據(jù)運(yùn)行時(shí)間表,，以定時(shí)時(shí)間脈沖為切換依據(jù)實(shí)現(xiàn)天線交換開關(guān)的自動(dòng)控制,。

（2）自動(dòng)化系統(tǒng)工作模式之間的相互切換，在上位機(jī)的屏幕上選擇,，相互切換后,，必須保持原天線交換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）自動(dòng)運(yùn)行時(shí),，系統(tǒng)自動(dòng)接收遠(yuǎn)程機(jī)房下發(fā)的運(yùn)行圖并依據(jù)運(yùn)行圖進(jìn)行工作,。

（4）手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)管理員可直接修改本監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行圖,，完成系統(tǒng)控制,；權(quán)限管理員也可對系統(tǒng)各個(gè)控制開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行編輯，人為修改數(shù)據(jù),。

（5）日志管理功能：能夠?qū)芾韱T的操作情況,、報(bào)警等信息進(jìn)行全面記錄，方便查看系統(tǒng)運(yùn)行情況,。

4.2 操作界面

（1）歡迎界面,。

歡迎界面如圖9所示。


圖9 歡迎界面

說明：登錄界面提供了用戶鑒權(quán)功能,，只有具有管理員身份和密碼的用戶才可以使用本系統(tǒng),，確保系統(tǒng)安全。

（2）工作模式選擇

說明：系統(tǒng)提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式,，用戶可在登錄后選擇使用,；日志為系統(tǒng)使用情況和故障的記錄，用戶可在此直接進(jìn)入查看,。

（3）主界面（自動(dòng)運(yùn)行）

天線系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行主界面如圖10所示,。


圖10 天線系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行主界面

說明：

①系統(tǒng)的基本功能為自動(dòng)、手動(dòng),、日志查看功能,，在主界面的最下端以按鈕的形式顯示。

②圖10中的綠色線條表示播音機(jī)天線通路接通,，灰色表示天線通路未接通,。

藍(lán)色線條表示代播機(jī)天線通路接通。

4.3 軟件的基本流程圖

執(zhí)行流程圖為軟件主流程,，完成系統(tǒng)功能（見圖11）,。執(zhí)行流程的簡單過程如下。


圖11 執(zhí)行流程圖

選擇好需要切換的設(shè)備（或開關(guān)）后，點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕,，實(shí)現(xiàn)天線和假負(fù)載,、代播機(jī)和發(fā)射機(jī)的自動(dòng)切換，執(zhí)行步驟如下：

第一步：等待“執(zhí)行”命令,，若“執(zhí)行”

命令到達(dá),，執(zhí)行第二步。

第二步：檢查發(fā)射機(jī)的狀態(tài),，看是否連接到相關(guān)的發(fā)射機(jī),，若發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的連接，執(zhí)行第三步,，否則取消執(zhí)行并發(fā)出告警提示,。

第三步：執(zhí)行同軸交換開關(guān)的控制程序，實(shí)現(xiàn)天線和假負(fù)載的自動(dòng)切換,。

第四步：執(zhí)行場地開關(guān)的控制程序,，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)和代播機(jī)的自動(dòng)切換。

5 結(jié)束語

天線控制系統(tǒng)投入使用已有2年多,，在安全播出日常運(yùn)行中,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，使用簡捷靈活,，既減輕了機(jī)房值班員的維護(hù)工作量,，又減少了故障率，為機(jī)房安全播出起到了有力的保障作用,。