DX中波发射机主备TCU柜自动切换系统探析

吴艳辉

（国家广电总局953台）

摘要 DX发射机TCU(发射机控制单元)柜是整个发射机的控制核心，因其结构复杂、元件众多，又涉及到软件的问题，所以，一旦出现故障，需要耗费大量的时间去查找处理。为此我们提出了主备TCU柜自动切换的设计理念，并通过解决切换板设计制作、PLC间组网编程等软硬件问题实现了这一解决方案。

关键词 TCU PLC 切换板 OPC DH+

1 前言 我台DX-400发射机由两部PB200(200kW功率单元)和一部合成器组成，其中合成器中的TCU柜是DX系列发射机的控制单元。 DX-400发射机播出至今已有13年，曾经出现过几次大的停播均系由TCU柜故障引起的。TCU柜由显示板、HMI（人机接口即触摸屏）、TCU子柜、CCU（并机网络控制单元）子柜、TCU/CCU电源小盒等几部分组成，其中TCU子柜内有PLC负责监测发射机各部分的运行状态控制各种设备运行模式的核心单元。一旦TCU柜出现问题，发射机将无法正常运行，就连开启单个PB200功率单元播出都无法实现。另外因TCU柜内结构复杂、元件众多，又涉及到软件的问题，一旦出现故障，需要耗费大量的时间去查找处理。对于一个全天播出又没有备机的台站来说，安播任务压力巨大，因此考虑怎样快速处理TCU柜故障缩短处理时间，迅速恢复播出，成为急需解决的问题。

2 系统设计 系统整体设计思路：当主用TCU机柜出现故障时，主用TCU柜内的PLC迅速将故障信息发给备用TCU内的PLC，经过故障判断确定主用TCU柜故障，迅速通过备用TCU柜PLC向切换板发出切换指令，相关继电器动作将通讯数据在两个TCU和发射机之间进行切换，快速甩掉主用TCU机柜，备用TCU机柜接入发射机系统工作。图1所示主备TCU切换系统方框图。 结合发射机特点和系统设计要求整个系统要完成如下4个目标。 目标1：安装一台备用TCU柜及相关数据线、信号线。 目标2：设计制作CCU切换板、TCU切换板并将数据线、信号线分别连接到主TCU柜和备TCU柜上。 目标3：将主备TCU柜内的PLC通过数据线连接组成DH+网络实现相互间的通讯。 目标4：按照功能要求对相关PLC和上位机进行编程实现系统功能。

2.1硬件设计

2.1.1切换板设计 首先切换板设计要知道TCU内具体需要切换的信号点有多少，通过查阅DX发射机图纸与资料并经现场实际比对确定TCU机柜需要切换的主要信号点：TCU接口板和PLC串口（共56个点）、CCU接口板（共111个点）。为降低开发成本提高器件的通用性，将TCU接口切换板与CCU接口切换板电路外形设计成一样，这样当两块切换板中任何一块出现故障时，只用一块备板就可以解决问题。图2所示切换板原理图。

2.1.2.手/自动设计 为了确保系统万无一失，在主用TCU柜正面板上方加装手动切换开关（钥匙旋转开关），目的是当自动切换电路出现故障，不能自动切换备份TCU机柜时，可以采用手动方式进行应急操作（参见图2左侧所示）。在设计时特意将手动操作的优先级设置高于自动操作的优先级目的是防止自动切换功能失效无法进行相关切换导致整个系统瘫痪发射机无法播出。同时在面板上还安装了TCU、CCU切换板工作指示灯，可以比较直观地监测切换板是否工作正常，主/备TCU柜那个在线工作等状态。

2.1.3电源设计 主/备TCU机柜切换开关不仅控制TCU、CCU切换板，同时也控制CCU电源小盒供给并机网络机柜射频开关操作的220Vac交流电源的通断，这些控制都是通过两只+24V四极欧姆龙继电器来完成的。通常情况下主用TCU机柜中CCU电源小盒输出通过继电器常闭接点，备用TCU机柜经继电器常开接点。当主用TCU柜有故障时继电器动作,备用TCU柜中的CCU电源小盒接入电源，主用脱离电源不给射频开关提供电源，为保障这一切换控制绝对可靠，系统使用的+24V电源由主/备TCU机柜TCU电源小盒中PS2 +24V非稳压电源供出，分别经两只MR751二极管“或”在一起供电，这样无论是主备TCU那个有电均可实现系统电源稳定可靠。 2.1软件设计 2.1.1功能要求 ①、能够自动判断识别主用TCU柜内故障，并将这一些信息实时传递给备用TCU柜内PLC。 ②、备用TCU柜内PLC能够在第一时间内对主TCU发来的故障信息进行识别、判断、处理一旦确定为TCU内故障引起及时发出指令控制相关切换板进行切换操作。 ③、切换完成后备用TCU柜能够对整个发射机进行自检，确认无误后迅速自动开启发射机缩短停播时间，完全替代主用TCU柜并且具备其所有功能。 2.1.2 系统逻辑功能图设计 根据系统功能要求和发射机实际工作流程设计出系统逻辑功能图如图3系统逻辑功能图所示，新增的备用TCU柜平时加电热备，处于数据共享状态。主用TCU柜出现故障而且这些故障都为主用TCU柜内部电路板或元器件引起的，共有11个典型故障如表1 TCU机柜典型故障统计表所示。 表1 TCU机柜典型故障统计表：

当出现的故障属于其中任意一个故障时，故障状态通过DH+网络传到备用TCU柜中的PLC上，PLC进行迅速判断通过控制TCU、CCU切换板上的继电器将主用TCU上的输入\输出数据全部切换到备用TCU柜上来处理，彻底完成主/备TCU柜的切换。切换完成后备用TCU柜能够对整个发射机进行自检，确认无误后迅速自动开启发射机缩短停播时间。

3 系统实现

3.1硬件施工

3.1.1备用TCU柜组装 在组装备份TCU柜前，由于备份TCU机柜的所有印刷电路板都是新板，组装后不能立即投入运行，需要把每块电路板进行预先设置。首先，将主用TCU柜中的电路板拆下，用万用表电阻挡对该板需要调整的电位器进行测量并记录。再次比对主用TCU柜各板测量数据粗调备份TCU柜中电路板，将各电路板上的开关、可调电阻、跳线设置倒正确位置，待所有电路板进行初步比对、统调、测试后再装入备份TCU柜。最后安装好后，对射频源板、低压电源板、音频控制板、数字I/O板、模拟控制板、数字控制板逐块调试，保证这些电路板能正常工作。

3.1.2切换板制作与连接 根据切换板原理图和安装位置实际尺寸绘制出合理的切换板PCB图并制成电路板，并焊接固态继电器、插座等元器件，用 9芯、12芯、16芯等镀银信号电缆与主备TCU柜进行连接，保证信号不失真的传输。

3.2软件编程 系统的软件编程分为PLC编程和上位机编程两种情况，是基于OPC技术实现的。OPC(OLE for Process Control)是为过程控制设计的OLE技术，OPC提出了一套统一的标准，采用Client/Server模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，提供具有统一OPC接口的Server程序，软件厂商按照OPC标准访问Server程序，即可实现与硬件设备的通信。下面具体介绍一下相关通讯设置和编译环境。

3.2.1通讯设置 两个TCU柜中PLC均为AB公司的SLC 5/04 PLC通过数据线连接组成DH+网络，PLC间的通讯自动识别设置过程简单在此不再叙述，下面重点介绍一下DH+网络与上位机之间通过OPC技术实现通讯的过程。 ①、RSLinx配置 RSLinx Classic软件为AB公司专用软件通过它可以完成相关设置，双击运行RSLinx Classic软件。点击主菜单中“通信”菜单，选择“配置驱动程序”选项， 然后在列表中选择“1784－KT/KTX(D)/PKTX(D)/PCMK for DH+/DH485 devices”后，单击“新增…”按钮，随即会出现“新增RSLINX CLASSIC驱动程序”对话框，选择默认值点击“确定”出现“配置 1784-PKTX/PKTXD”对话框，在“值”下拉列表中选择PKTX(D)选项，点击“确定”后，关闭对话框，此时程序回最小化并没有关闭，RSLinx软件配置完成。 ②、 OPC服务配置 在“通信”菜单栏中打开“DDE/OPC”菜单并选择点击“主题组态”对话框，在“DDE/OPC主题组态对话框”中单击右侧PLC列表，选择PLC在 “主题列表”中与之对应的程序名，并单击确定。点开“数据采集”栏并在“处理器类型”下拉菜单中选择“PLC-503+”项。然后点开“高级通信”栏在“通信驱动程序”中选择“AB DF1-1 DH485 工作站”项，点击“完成”， DH+网络的OPC服务通信配置就完成了。

3.2.2 PLC编程 为了实现完成与主用TCU柜相同的功能，备用TCU柜中的PLC也需要进行同样的编程，并且还要多一部分对主用TCU柜状态判断的程序，其目的是实时对主用TCU柜运行状态进行监控。PLC程序采用罗克韦尔公司SLC500系列专用开发平台RSLogix500，利用梯形图编辑器进行编程,如图4 PLC部分梯形图所示。

3.2.3 .NET编译环境应用 .NET作为Microsoft 公司新的软件编译环境，理所当然的对Windows操作系统下的OPC技术给予支持。通过RILINX软件的应用与设置，上位机与DH+网络建立了OPC连接。以此为基础我们利用.NET编译环境中相关控件OPC功能，很容易实现上位机与PLC的实时通讯，在此就不再赘述了。 4 结束语 DX发射机主备TCU机柜切换系统投入运行已经两年有余，2012年9月19日，发射机主用TCU机柜PLC出现死机故障，系统自动识别故障并及时切换备用TCU机柜播出，仅用12秒就恢复播音，大大缩短了停播时间。通过这一故障处理验证了：加装主/备TCU机柜自动切换系统对有DX型发射机的台站来讲，是快速处理TCU机柜引起的故障，缩短技术停播时间的有效方法，主备TCU柜自动切换的设计理念对于广大DX系列发射机的运维台站中具有一定的参考借鉴价值。

参考文献 [1] 廖常初．PLC编程及应用[M]．北京： 机械工业出版社：2002 65-90 [2] 曾繁玲．AB PLC入门与应用实训[M]．北京：中国电力出版社：2011：36-64 [3] SLC500 AND MICROLOGIX1000指令集参考手册 [M]．ALLEN-BRADLEY 公司内部资料 ：2005