500KW短波发射机多功能模拟平台
丁健 罗金华
（国家广电总局831台）
摘要
本文对500KW短波发射机多功能模拟平台的架构设计、系统组成、技术特点和软件设计进行了阐述，并对平台的应用、操作方法作了介绍。
关键词
500KW发射机 教学测试 模拟平台 ECOS2控制系统 PLC
TSW2500型500kW短波发射机是目前世界上最先进的大功率短波发射机之一，我国从2001年开始，相继引进了30多部这种型号的发射机，经过实际运行，经受住了诸多恶劣条件的考验；但也存在不少设计上的固有缺陷，给维护工作带来了诸多难处，例如： 1）发射机在≥FIL状态时，水流接点K121等断开，发射机直接掉到OFF状态，然而从维护和设备安全角度考虑，降到AUX状态就可以了，升灯丝时可避免30分钟黑灯丝延时。 2）雷雨天气引起外电闪，容易掉灯丝，发射机直接掉到OFF状态，灯丝电压为0V。 3）控制系统控制板故障时，为安全起见，须降到OFF状态更换，大大延长了处理时间。 “500kW短波发射机多功能模拟平台”是我台对THALES公司500kW发射机存在的固有问题进行的一次技术改进尝试，解决发射机设计上的不利于维护的缺陷；既可非常方便地开展模拟教学、进行控制板功能测试，又可用作发射机控制系统热备份，发射机控制系统故障时，能迅速可靠的倒换到备份控制系统，减少停播时间。 1 平台架构设计及硬件组成 该系统平台在总结国家广电总局基层发射台500kW发射机多年学习培训、维护测试等方面经验，吸收消化进口设备控制系统软硬件技术的基础上，设计开发的集教学、测试、模拟开关发射机和控制系统热备份于一体的一个方便快捷实用的多功能模拟平台。 系统平台硬件组成如下： 1. 欧姆龙PLC。 1） CPU单元，CJ1G-CPU45H，参数如下： I/O点数：1280点，最大构成单元台数：40台，最大扩展机架数:最多扩展3机架，程序容量：60K步，数据存储容量：128K字，LED命令处理速度：0.04us。 2） 电源：采用CJ1W-PA205R。 3） 输出 (1) A131\A132\A133接口板，共45路24VDC开关量信号输入；需用3块继电器输出模块CJ1W-OC211（每块16路）。 (2) A151/A161板，共需31路输入；用4块模拟量输出模块CJ1W-DA08V(每块8路)，统一都选-10～ +10VDC。 4）输入
A121/A122板，共23路24VDC 输出，接LED指示灯（注：原220VAC改为24VDC），用2块直流输入模块CJ1W-ID211（每块16路），编程做指示灯。
2. ECOS2系统 1 ) 工控机：P4-2.4/ROCKY-4786/DDR-1G 2 ) 数据采集卡：NI PCI-6023E，1块。 3 ) 多串口卡：CP-114，2块。 3．发射机控制系统 发射机控制系统由三部分构成：顺序控制器（SC）和马达控制器（MC），中央控制系统（ECOS2）。ECOS2是第2代增强型控制系统，用以给操作者提供一个良好的人机界面（HMI）。顺序控制系统与PSM控制系统通信，控制合断高压和升降功率。 1） SC控制系统 顺序控制系统由顺序控制板YCS04和相关的滤波接口板组成。 2） MC控制系统 马达控制系统由马达控制板YCS08和相关的滤波接口板组成。 3） PSM控制系统 PSM控制系统称为PSM-6C/PSM-8C，功能是：根据调制模式（DSB或SSB）和是否采用浮动载波（DCC），计算出载波功率时需合上的功率模块数；同时根据音频输入信号大小计算出瞬时需合上的功率模块数，并将二者相加得到需合上的功率模块总数；并对所有功率模块进行监控。 PSM控制系统与发射机控制系统之间的数据交换和控制是通过接在VCP03与VCS01之间的DB15端口X21和DB9端口X22（RS422串口）进行的。 2 软件需求和编程设计 500kW发射机多功能模拟平台，软件需求如下： 1）工控机 （1） Windows 2000 Professional CD （2） NI-DAQ-CD，National Instruments （3） CP-114安装盘CD （4） ECOS2安装盘CD 2）欧姆龙PLC 开发语言：CX-Programmer 6.1 软件编程设计主要包括PLC编程和ECOS2编程配置。 2.1 PLC编程 将PLC与计算机结合，能及时地采集、存储、处理和使用好数据，利用基于HostLink协议的PLC与计算机通信的原理，采用VB编写的上位机程序实现PLC与计算机的通信，采用计算机有优先权的方式，计算机向PLC发出命令发起通信，PLC自动返回响应。 PLC梯形图编程采用CX-Programmer 6.1开发工具。 1）上位机与PLC间通信命令与响应的格式如下： (1) 命令格式，如图3所示。 @：表示以@开始，而且必需以@开始。设备号：是上位机用来识别所连接PLC的唯一号码。识别码：就是命令码，设定为两个字符的长度。正文：设定命令参数。FCS：设定为两个字符的检验码，如果通信出错通过计算FCS校验码，就可以及时发现。终端：命令结束，用两个字符设定即“*”和CR回车符来表示。 (2) 响应格式，如图4所示。 @：表示以@开始，而且必需以@开始。设备号：是上位机用来识别所连接PLC的唯一号码。异常码：返回命令的执行状态（有无错误）。正文：在有读出数据时返回。FCS：设定为两个字符的检验码。终端：命令结束，用两个字符设定即“*”和CR回车符来表示。 2）上位机与PLC间通信编程： 为了充分利用计算机数据处理的强大功能，采用计算机有优先权的方式，在计算机上采用VB编写程序来实现计算机与PLC的通信。例如，计算FCS校验的VB自定义函数如下： Function fcs(ByVal inputstr As String) As String Dim slen, i, xorresult As Integer Dim tempfcs As String slen = Len(inputstr) （求输入字符串长度） xorresult = 0 For i = 1 To slen xorresult = xorresult Xor Asc(Mid$(inputstr, i, 1)) （按位异或） Next i tempfcs = Hex$(xorresult) （转化为16进制） If Len(tempfcs) = 1 Then tempfcs = "0" + tempfcs fcs = tempfcs End Function 从上面程序可以看到，计算机对PLC返回的响应帧要进行FCS校验，并利用异常码排除返回的错误数据，这样不但可以提高计算机获取信息的正确性，而且也提高了计算机监控的实时性。 3）PLC梯形图编程 （1）输入模块设置与梯形图编程 输入模块CJ1W-ID211-1设置I/O地址为0.00-0.15, 输入模块CJ1W-ID211-2设置I/O地址为1.00-1.13，部分梯形图如图5。 （2）输出模块设置与梯形图编程 输出模块CJ1W-OC211-1设置I/O地址为2.00-2.15, 输出模块CJ1W-OC211-2设置I/O地址为3.00-3.15, 输出模块CJ1W-OC211-3设置I/O地址为4.00-4.12，部分梯形图如图6。 （3）模拟量模块设置与梯形图编程
模拟量模块CJ1W-DA08-1设置I/O地址为2000.00-2000.7，模拟量模块CJ1W-DA08-2设置I/O地址为2010.00-2010.7，模拟量模块CJ1W-DA08-3设置I/O地址为2020.00-2020.7，模拟量模块CJ1W-DA08-4设置I/O地址为2030.00-2030.7， 每个输出端输出信号范围为-10 ～ 10V，设置转换时间为4ms，分辨率为4000，部分梯形图如图7。
2.2 ECOS2编程配置 ECOS2是指Enhanced Control System (2nd generation)， 即第二代增强型控制系统。ECOS2的数据采集卡使用1块NI PCI-6023E，用NI-DAQ-CD，National Instruments编程配置，采样精度高；ECOS2与顺序控制系统、马达控制系统、合成器之间通信采用2块国产多串口卡CP-114，保证了通信稳定可靠。 在此主要强调数据采集卡NI PCI-6023E和多串口卡CP-114的编程配置需注意的问题。 1）安装NI模拟数据采集卡的驱动并配置 安装“NI模拟数据采集卡”驱动时，只需要安装 Traditional NI-DAQ 7.0和硬件配置工具NI DAQmx3.0。
在PCI 6023E属性窗的AI标签中，把Polarity/Range项设为-10.0V至+10.0V，把Mode设为referenced single ended，如图8。
2）安装多串口卡CP114的驱动并对各串口进行配置 安装完CP114驱动后，在‘设备管理器’窗口，打开‘MOXA CP-114 series属性’窗口，选择‘端口配置’标签，卡一的端口从6开始，设置端口号分别为6—9；另一块MOXA卡的端口从10开始，端口号分别为10—13，如图9。
3 系统特点 本系统是我台对瑞士THALES公司500kW发射机存在的固有缺陷进行的一次大胆的技改尝试，由于涉及价格昂贵的进口电子管TH576，此类针对TSW2500型500kW短波发射机控制系统的改进在国内大功率发射台站尚属首次。 1）该系统在总结国家广电总局基层发射台多年设备管理、学习培训、维护测试等方面经验的基础上，设计开发了集教学、测试、模拟开关发射机和控制系统热备份于一体的系统平台，为该型发射机的技术维护人员搭建了一个方便、快捷、实用的多功能平台。 2）该系统结构设计合理，技术先进，方便实用，安全性和易操作性好，具有多种功能用途，尤其是用作控制系统热备份，当发射机工作十几年以上，其控制系统出现线路老化焊点脱开几率变大，或出现控制系统的疑难复杂故障时，而要在短时间内查找定位故障难度很大，无线局已有30多部该型号的发射机，已成为我国对外短波广播覆盖的主力机型，所以该系统具有较强的技术应用价值。 3）该系统采用ECOS2增强型控制系统和CX-Programmer 6.1开发工具，数据采集卡使用1块NI PCI-6023E，用NI-DAQ-CD，National Instruments编程配置，采样精度高；ECOS2与顺序控制系统、马达控制系统、合成器之间通信采用2块国产多串口卡CP-114与之对接,保证了通信稳定可靠。系统在技术开发过程中，主要解决了以下技术问题： （1）解决A131板等的开关量信号分2路送出时，做到互不干扰； （2）解决A151板的MP值信号切换和A161板的模拟量信号切换、表值信号精度、及对发射机调谐状态影响； （3）解决A121、A122板输出控制信号的切换，以及A161板的灯丝升压控制、RF衰减控制等输出控制信号的切换问题； （4）解决光纤信号的切换问题； （5）编写PLC程序和对VCS01板改进，满足逻辑条件，使系统带电倒换时不掉灯丝或在30秒内快速升起灯丝； （6）解决ECOS2系统数据采集精度问题，解决ECOS2系统与TX-C通信常出现故障的问题，摸索试验调谐数据写入方法及发射机状态调整。 4 平台使用方法简介 系统平台的功能应用主要分两部分：（1）教学测试模拟平台；（2）控制系统热备份。 1）教学测试模拟平台： 用于模拟教学，可实现模拟开关发射机功能，从OFF状态模拟到ON状态； 用于控制板测试，可随时测试板卡功能、各测试点信号数据是否正常； 可方便地测试分析控制系统的逻辑关系，从OFF ～ON各状态所必须满足的条件。 方便快捷的教学测试，可随时开展培训，不受发射机播音时间限制和避免在发射机上测试板卡时可能带来的副作用。 2）控制系统热备份： 用作发射机控制系统热备份，发射机故障时，能迅速可靠的倒换到备份控制系统。 以下就平台模拟发射机开机过程中，以升到黑灯丝（AUX）为例进行简单介绍。 （1）打开“500kW板卡测试系统”界面 “500kW板卡测试系统”程序与PLC通讯连接正常后，即可正常工作。点击‘AUX’按钮，由PLC提供‘AUX’状态下所需开关量信号送给A131、A132板，条件如下: 1)“输入A131端子信号”框中： ‘主电源故障*’、‘24V(指QS1)’、‘K127’、‘进水水温’、‘V2出水水温’、‘灯丝调压器封锁*’、‘以及灯丝整流器水温’,这些绿色信号灯亮。 2)“输入A132端子信号”框中：
‘紧急关机’绿色信号灯亮。如图10。
（2）在ECOS2上模拟发射机开机——升黑灯丝（AUX） 在ECOS2主界面的主菜单上，点击‘AUX’按钮，开始升黑灯丝，‘AUX’按钮变亮黄色，辅助电源开启（KM30吸合、KM21吸合、低速水泵启动），见图11-“500kW板卡测试系统”界面，“A121端子输出信号监测”框中‘KM30吸合’和‘低速水泵’绿灯亮。 在ECOS2与SC、MC及合成器通讯正常后，ECOS2主界面上各柱状表值归零，ECOS2主界面右下角显示“Software Running[ Transmitter Operational]”，见图11。
升黑灯丝时间约需80秒，黑灯丝电压升满后，需30分种黑灯丝延时后，才能升全灯丝（Filament）；升完灯丝后，点击‘Standby’按钮给功率模块充电，发射机处于待机状态；模拟发射机开机至ON状态时，如图12。
5 结束语
该系统平台的研发，旨在为广电总局基层台站技术维护人员搭建一个方便快捷实用，集教学、测试、故障智能诊断、模拟开关发射机和控制系统热备份于一体的多功能系统平台。
方便快捷的教学测试功能，可随时开展培训，在831台使用该系统平台，促进了电台技术人员的专业理论和技术维护水平快速有效提高，大大提高了学习培训和工作效率，对保障发射机稳定运行，实现优质安全传输发射，具有较强的技术实用推广价值。
今后系统平台还将在发射机控制系统热备份、故障智能诊断等方面进一步完善，以期为基层台站技术维护人员提供更好的服务。
参考文献：
1．THALES.TSW2500型500kW短波发射机技术简介.瑞士：THALES公司,2005. 2．TSW2500型500kW短波发射机技术维护手册.北京：国家广电总局无线局,2005. 3．林永等编著：《Visual Basic 6.0用户编程手册》，人民邮电出版社2002年11月. 丁健 13967903810 ； 罗金华 13858985831,ljh831@126.com
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