五九四台甲乙机房代播控制系统设计与实现

冯喜阳 于用寿

（国家新闻出版广电总局五九四台 国家新闻出版广电总局七六一台）

【摘要】 天线交换系统是广播发射系统的重要组成部分，它的主要功能是实现机房内每一部发射机都能上任意一副天线。目前各发射台的天线交换系统均采用矩阵式交换方式，这种方式使用灵活，逻辑性强，显示直观。本文中设计了一套小型的天线交换系统，用于我台甲乙机房之间的相互代播。从而解决我台目前没有代播机的问题，为我台的安全播出工作提供了保障。【关键词】 短波发射机 代播 天线交换矩阵 控制 1 立项背景目前广电总局594台甲乙机房播音任务繁重，播音间隙少，且只有甲机房一部备份发射机，若有设备发生故障，无法及时修复，只能申请台际代播。因此，延长了停播时间，为安全播音工作埋下隐患。针对目前存在的问题，希望在利用现有的天线矩阵交换系统的基础上，再搭建一个小型代播系统，实现备机能为甲乙机房代播，且各机房内部发射机之间的相互代播，以减少停、劣播事故的发生，提高设备利用率，保障安全播音工作。甲、乙机房共有9部发射机， 31副天线。项目设计实现：备机可以连接任意一副天线，为任意一部发射机代播；同时甲乙机房内部发射机可实现自上而下的代播（如A04可以为A03～A01任意一部发射机代播）。为我台的安全播出工作提供强有力的保障，减轻维护人员工作压力，不间断、高质量地完成好党和国家交给我们的播音任务。 2 系统需求分析2.1 代播关系为完成总体目标，594台在代播机A05前增加室内开关一部（M1），在乙机房增加四部室内开关（Y5-Y8）。甲机房室内开关M1、J5-J8、乙机房室内开关Y5-Y8均改为双刀开关，每一个室内开关均有两种工作状态（直通或者转动），根据不同开关所处的状态进行不同组合匹配，完成系统的代播任务。甲乙机房发射机、室内开关的改造体系结构如图1所示。

图1 甲乙机房代播系统关系图

2.2代播任务系统主要完成以下代播任务：1、A05发射机可对A04-A01和B01-B04进行代播；2、机房内部发射机可对本机房发射机进行自上而下的代播，即：A04可对A03 、A02、 A01进行代播；A03可对A02、 A01进行代播；A02可对A01进行代播；B01可对B02 、B03、 B04进行代播；B02可对B03、 B04进行代播；B03可对B04进行代播。 3 系统设计3.1 总体结构设计：系统的整体结构如下图2所示。

图2 代播控制系统结构框图

系统由“甲机房代播天线控制分系统”、“乙机房代播天线控制分系统”、“中控机房代播天线控制系统”构成。“甲机房代播天线控制分系统”主要完成：代播机A05对甲机房发射机A04-A01的代播；甲机房发射机A04-A01自上而下的代播。“乙机房代播天线控制分系统”主要完成：代播机A05对乙机房内发射机的B04-B01代播；乙机房发射机B04-B01自上而下的代播。甲、乙机房数据均通过594台技术网与“中控机房代播控制系统”控制数据进行交换，完成中控机房对甲、乙机房的监控。3.2 甲机房代播天线控制分系统结构设计甲机房由软件系统、控制单元、采样单元构成。如图3所示。

图3 甲机房代播天线控制分系统结构

“软件系统”主要完成系统用户界面设计、用户权限管理、对控制信号的逻辑进行判断、进行代播控制操作、完成对采样信号的逻辑分析和处理，实现软件闭锁功能；同时提供系统日志查询功能。“控制单元”由工控机、数字控制卡、控制电路、信号调理电路、室内开关构成。控制单元工作时，软件系统通过数字控制卡DO对控制电路发出控制指令，控制电路根据控制指令对执行单元（受控对象：室内开关控制节点）进行相应动作控制，完成室内开关状态切换。“采样单元”由工控机、数字采集卡、采样电路、滤波网络、室内开关构成。“采样单元”工作时，软件系统通过数字采集卡DI对室内开关的实时状态进行采集，采集的状态信息为软件系统的逻辑判断和软件闭锁提供依据。其中滤波网络主要作用是滤除干扰信号，为系统稳定工作提供更加可靠地保障。甲机房代播天线控制分系统由机房内工业控制计算机对系统进行管理和控制。系统工作时，软件系统通过DO卡对控制电路发出控制指令，控制电路根据控制指令对执行单元（受控对象：室内开关）进行相应动作控制，使开关转到相应位置。同时采样电路对室内开关的位置状态进行采样，通过DI卡把采样得到的信息送入工控机，供软件系统使用。3.3 乙机房代播天线控制分系统结构设计乙机房代播天线控制分系统与甲机房代播天线控制分系统类似，区别在于乙机房比甲机房少一个室内控制开关M1，同时乙机房的闭锁信号需传到甲机房的代播发射机上，为A05在代播乙机房发射机时提供闭锁信号。乙机房代播天线控制分系统同样由软件系统、控制单元、采样单元构成。各单元功能与甲机房控制分系统相同，如图4所示。

图4 乙机房代播天线控制分系统结构

乙机房闭锁信号需要由24v转换为220v传输到甲机房代播机位置，这一过程由“闭锁信号转换模块”完成。甲机房需进行相反的工作闭锁信号由把220v转换为24v后提供给代播机使用。 4 硬件设计对于开关量控制的自动化系统目前比较常见的做法有：嵌入式系统或工业控制计算机加DI/O板的设计方法；嵌入式系统或工业控制计算机加PLC的设计方法。虽然工业控制计算机的成本较嵌入式系统主板成本高，但由于工业控制计算机比嵌入式系统主板性能稳定，可靠性高，完全可以满足系统在恶劣的环境下连续长时间工作的要求，而且可以方便的与其它设备组网，因此本系统采用工业控制计算机加带光耦隔离的DI/O板的设计方案。选用带光耦隔离的DI/O板的原因是：带光耦隔离的DI/O板可以使得天线自动控制单元与受控对象的电隔离，确保系统工作的稳定。采样电路和控制电路均为自行设计。 由于甲、乙机房系统设计类似，因此系统设计选用的硬件也类似。中控机房只需工控机和路由器进行网络连接。4.1 室内开关控制电路设计：室内开关控制的基本原理方法如图5所示。

图5 室内开关控制方法

控制方法说明:1、图中A继电器为转向驱动继电器，C继电器为转向到位采样继电器；当转向到位后，C得电吸合，此时A立即失电断开。2、图中B继电器为直通转向驱动继电器，D继电器为直通到位采样继电器；当直通到位后，D得电吸合，此时B立即失电断开。3、直通和转向不能同时控制、同时到位。实现同一室内开关两种状态之间的闭锁。4、为检修方便，每个发射机对应的两个室内开关单独设立空开。如：A04对应的室内开关J4、J5增加一个独立空开，其余类似。5、图中 E继电器为直通闭锁继电器，F继电器为转向闭锁继电器。为各个发射机提供闭锁通路，其连接方法见闭锁电路图6所示。按照此方法为每一个室内开关制作控制电路，制作控制电路时必需考虑通用性和适应性，尽量使每块电路相同。同时在电路板制作时增加滤波器件，消除干扰信号对控制信号和采样信号的干扰。4.2 闭锁电路设计甲乙机房系统相同，顾以甲机房闭锁系统为例，闭锁关系如下图6所示

图6 甲机房闭锁系统关系图

甲机房用A05不代播时M1在直通位，J1-J8、M1均在直通位，甲机房假负载开，A05可以加高压。甲机房用A05代播时M1在直通位置，被代播发射机对应室内开关J5-J8其中一个在转向位，所对应天线到位， A05可以加高压；甲机房当室内开关J1和J8在直通位时，A01发射机允许加高压；当室内开关J2和J7 在直通位时，A02发射机允许加高压；当室内开关J3和J6在直通位时，A03发射机允许加高压；当室内开关J4和J5在直通位时，A04发射机允许加高压；甲机房当J1-J4任意一个（只能有一个）在旋转位，即A01-A04有一个在假负载位时，对应发射机可以加高压；甲机房A04-A01自上而下代播时，代播发射机和被代播发射机对应的室内开关J5-J8在旋转位，且被代播发射机天线到位，代播发射机可以加高压。A01-A04发射机闭锁信号串入原THALES系统闭锁通路。代播机闭锁信号由本系统提供给代播发射机A05.乙机房用A05代播时M1在转向位，此时乙机房相应代播闭锁信号需传入A05代播机闭锁信号中。 5 系统软件设计系统软件的设计是利用工业控制计算机平台，用LABVIEW语言来进行开发设计。本着操作简单实用，界面友好美观的思想，设计天线控制系统的全部功能。系统软件分为三个部分：甲机房代播天线控制分系统、乙机房代播天线控制分系统、中控机房代播监控系统。5.1 软件系统完成功能“软件系统”主要完成系统用户界面设计、用户权限管理、对控制信号的逻辑进行判断、进行代播控制操作、完成对采样信号的逻辑分析和处理实现软件闭锁功能，同时提供系统日志查询功能。（1）完成各种代播控制功能。包括A05发射机可对A04-A01和B01-B04进行代播；机房内部发射机可对本机房发射机进行自上而下的代播。（2）实现软件闭锁功能。根据采样信号和控制信号的逻辑关系，对同一室内开关实现A、B两种状态之间的闭锁，对发射机允许加高压通路的室内开关状态逻辑组合，完成发射机是否允许加高压的软件闭锁功能。在发射机加高压时所有相应通路不允许切换。（3）甲机房、乙机房、中控机房三个软件系统实现实时数据的交互。使甲、乙机房实现“本地”和“遥控”两种工作模式。中控机房可实现甲、乙两个机房发射机的监控和代播操作。（4）用户权限管理功能。只要合法用户才可以登录系统，对系统进行操作、使用、维护。（5）系统提供日志查询功能本。系统对室内控制开关的控制操作、故障记录，时间信息均可进行记录查询。（6）其它功能实现遵照天线自动交换系统技术要求。数据格式遵循广电总局台站技术平台公共数据规范(试行版)要求的数据格式。5.2 软件界面设计 （1）欢迎界面：登录界面提供了用户鉴权功能，只有管理员身份和密码的用户才可以使用本系统，确保系统安全。

图7 系统登录界面

（2）主界面：主界面按照现有甲机房天线控制系统设计，参考THALES天线控制系统软件界面。主界面布局如图8所示。

图8 控制系统操作主界面

按钮“使用者”为合法用户显示；按钮“本地/遥控”为两种状态，可在“本地”和“遥控”之间切换。显示本地时，该机房使用者可以按照所属权限进行操作，甲机房可以对本机房开关进行相应操作；乙机房可以对本机房开关进行相应操作；中控机房可进行全部控制操作。5.3 软件设计流程执行流程为软件主流程，完成系统功能。执行的简单过程如下：选择好需要切换的设备（或开关）后（预选），点击“执行”按钮，实现天线和假负载、代播机和发射机的自动切换，执行步骤如下：第一步：等待“执行”命令，若“执行”命令到达，执行第二步；第二步：检查发射机的状态，看是否连接到相关的发射机，若发现发射机连接，执行第三步，否则取消执行并发出告警提示；第三步：执行室内开关的控制程序，实现发射机和代播机的自动切换。

图9 软件流程图

6 系统应用情况五九四台甲乙机房代播系统安装完成后，硬件及软件均通过了功能测试及24小时负荷试验，整个系统达到了预期研发目的，满足了设计需求。目前该系统正在我台使用中。实践证明该代播控制系统运行稳定，故障率低。结束了我台甲乙机房无法代播的历史，为安全播出工作和无线传输事业发展提供了强有力的保障。 参考文献

1. 刘洪才﹒广播发射新技术﹒中国广播电视出版社﹒2010年3月
2. 陈锡、张银鸿﹒Labview 8.20程序设计从入门到精通﹒清华大学出版社﹒2007年7月
3. THALES公司﹒天线交换矩阵控制系统说明书﹒2005年
4. 刘坤、高征红、晁阳﹒Protel 99 SE 电路设计实例教程﹒清华大学出版社﹒2008
5. 张毅刚、彭喜元、 彭宇﹒单片机原理及应用﹒高等教育出版社﹒2010年5月

编辑：中国新闻技术工作者联合会