發(fā)射機(jī)房的天線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

隨著發(fā)射臺(tái)信息化建設(shè)的深入開(kāi)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(tái)丙機(jī)房5部150kW短波發(fā)射機(jī)新建了天線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。天線(xiàn)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(xiàn)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(duì)天線(xiàn)同軸開(kāi)關(guān)和場(chǎng)地轉(zhuǎn)換開(kāi)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(duì)天線(xiàn)的控制操作和故障進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)；同時(shí)可以完成對(duì)天線(xiàn)、假負(fù)載工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。下面對(duì)我機(jī)房的天線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)作一簡(jiǎn)要介紹。

2 天線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

天線(xiàn)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(xiàn)自動(dòng)控制單元與受控對(duì)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(pán)，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(kāi)關(guān)量輸入采用研華PCI-1752（64路入PC104總線(xiàn)輸入板），輸出卡采用研華PCI-1754（64路出PC104總線(xiàn)輸出板）。

2.1 系統(tǒng)組成

天線(xiàn)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(pán)等外圍設(shè)備）。

（2）天線(xiàn)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(kāi)關(guān)和場(chǎng)地開(kāi)關(guān)組成。

軟件系統(tǒng)用LABVIEW語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，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(xiàn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，控制時(shí)，由軟件系統(tǒng)通過(guò)DI/O卡對(duì)控制電路發(fā)出控制指令，控制電路根據(jù)控制指令對(duì)執(zhí)行單元（受控對(duì)象：同軸開(kāi)關(guān)和場(chǎng)地開(kāi)關(guān)）進(jìn)行相應(yīng)控制動(dòng)作，從而使天線(xiàn)轉(zhuǎn)到被指定的相應(yīng)位置；同時(shí)，采樣電路對(duì)受控對(duì)象的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行采樣，通過(guò)DI/O卡反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。



圖1 天線(xiàn)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(duì)象的位置關(guān)系

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



圖2 同軸開(kāi)關(guān)（KT）和場(chǎng)地開(kāi)關(guān)（K）控制原理圖

同軸開(kāi)關(guān)KT0-KT4有兩種工作狀態(tài)，即：天線(xiàn)位和假負(fù)載位。天線(xiàn)位表示發(fā)射機(jī)連接到對(duì)應(yīng)天線(xiàn)上；假負(fù)載位表示發(fā)射機(jī)連接到對(duì)應(yīng)假負(fù)載上。場(chǎng)地開(kāi)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(chǎng)地開(kāi)關(guān)按照十字直接接通天線(xiàn)；轉(zhuǎn)向表明此時(shí)場(chǎng)地開(kāi)關(guān)按照轉(zhuǎn)向方向接通天線(xiàn)。代播機(jī)可以使用任何一副天線(xiàn)，C01機(jī)、C02機(jī)、CO3機(jī)、C04機(jī)除了能接通本機(jī)天線(xiàn)外，只能依次使用下一級(jí)天線(xiàn)，即：C01機(jī)可接通301、302、303、304、305、備用天線(xiàn)；C02機(jī)可接通302、303、304、305、備用天線(xiàn)；C03機(jī)可接通 304、305、備用天線(xiàn)；C04機(jī)可接通305、備有天線(xiàn)。

3.2 同軸開(kāi)關(guān)控制及采樣電路

3.2.1 功能：

（1）完成對(duì)同軸開(kāi)關(guān)的控制。

（2）實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)位和假負(fù)載位的硬件閉鎖。

（3）完成對(duì)同軸開(kāi)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(duì)假負(fù)載開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)的判斷。

3.2.2 同軸開(kāi)關(guān)的控制及采樣電路原理

圖 3為同軸開(kāi)關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理，圖4為同軸開(kāi)關(guān)控制示意圖。同軸交換開(kāi)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(xiàn)到位控制繼電器，C繼電器為天線(xiàn)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(kāi)關(guān)KT0-KT4控制及采樣原理



圖4同軸開(kāi)關(guān)控制示意圖

（1）天線(xiàn)到位控制及采樣

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

（2）假負(fù)載到位控制及采樣

當(dāng)同軸開(kāi)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(guò)D繼電器的常閉接點(diǎn)D4送到B繼電器線(xiàn)包的下端，B機(jī)電器得電后，其常開(kāi)接點(diǎn)B2接通，220VAC控制電壓被送到同軸交換開(kāi)關(guān)的16端，同軸交換開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被加電，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)（見(jiàn)圖4）；當(dāng)同軸開(kāi)關(guān)與假負(fù)載連接到位后，同軸開(kāi)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(xiàn)包的上端，D繼電器得電吸合，D繼電器常閉接點(diǎn)D4斷開(kāi)，B繼電器線(xiàn)包失電立即斷開(kāi)，其常開(kāi)接點(diǎn)B2斷開(kāi)，同軸開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，同時(shí)，D繼電器常開(kāi)接點(diǎn)D1接通，將+24V假負(fù)載到位的采樣信號(hào)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(chǎng)地開(kāi)關(guān)控制及采樣電路

3.3.1 功能

（1）完成對(duì)場(chǎng)地開(kāi)關(guān)的控制。

（2）實(shí)現(xiàn)硬件閉鎖功能。

（3）完成對(duì)場(chǎng)地開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)的采樣。

3.3.2 場(chǎng)地開(kāi)關(guān)的控制及采樣電路原理

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



圖5 場(chǎng)地交換開(kāi)關(guān)K1-K5控制及采樣原理



圖6 場(chǎng)地開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向控制示意圖



圖7 場(chǎng)地開(kāi)關(guān)直通控制示意圖

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

（1）轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)控制及采樣

當(dāng)場(chǎng)地開(kāi)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(xiàn)包的下端，A繼電器的電后，其常開(kāi)接點(diǎn)A2接通，+24V控制電壓被加到場(chǎng)地交換開(kāi)關(guān)的4端，場(chǎng)地開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖6、圖7）；當(dāng)場(chǎng)地開(kāi)關(guān)由直通位轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)向位到位后，場(chǎng)地交換開(kāi)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(xiàn)包的下端，C繼電器得電吸合，其常閉接點(diǎn)C3斷開(kāi)，使A繼電器失電，立即斷開(kāi)，A繼電器常開(kāi)接點(diǎn)A2斷開(kāi)，場(chǎng)地開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24V斷電，同時(shí)，C繼電器常開(kāi)接點(diǎn)C1接通，將24V轉(zhuǎn)向到位信息的采樣信號(hào)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(chǎng)地開(kāi)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(xiàn)包的下端，B繼電器的電后，其常開(kāi)接點(diǎn)B2接通，+24V控制電壓被加到場(chǎng)地交換開(kāi)關(guān)的6端，場(chǎng)地開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖6、圖7）；當(dāng)場(chǎng)地開(kāi)關(guān)由轉(zhuǎn)向位轉(zhuǎn)到直通位到位后，場(chǎng)地交換開(kāi)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(xiàn)包的下端，D繼電器得電吸合，其常閉接點(diǎn)D3斷開(kāi)，使B繼電器失電，立即斷開(kāi)，B繼電器常開(kāi)接點(diǎn)B2斷開(kāi)，場(chǎng)地開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24V斷電，同時(shí)，D繼電器常開(kāi)接點(diǎn)D1接通，將24V 直通到位信息的采樣信號(hào)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(duì)應(yīng)的所有開(kāi)關(guān)不允許切換。

（2）發(fā)射機(jī)應(yīng)在天線(xiàn)位，而天線(xiàn)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(hào)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(xiàn)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(hào)，硬件閉鎖由場(chǎng)地開(kāi)關(guān)和同軸開(kāi)關(guān)給出，軟件閉鎖信號(hào)由系統(tǒng)給出，當(dāng)滿(mǎn)足加高壓條件時(shí)，軟件系統(tǒng)給出軟件閉鎖信號(hào)，當(dāng)軟件和硬件閉鎖信號(hào)都滿(mǎn)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(tái)，以完成天線(xiàn)控制系統(tǒng)的全部功能為目的，本著操作簡(jiǎn)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(xiàn)自動(dòng)交換系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。



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

天線(xiàn)自動(dòng)交換系統(tǒng)的功能如下：

（1）天線(xiàn)自動(dòng)交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的自動(dòng)切換功能，確定發(fā)射機(jī)需要連接的天線(xiàn)或假負(fù)載。天線(xiàn)交換開(kāi)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(xiàn)交換開(kāi)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(cè)依然有效。）電動(dòng)控制：在控制柜或控制面板上，通過(guò)人為控制電動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線(xiàn)交換開(kāi)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(xiàn)交換開(kāi)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(xiàn)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(duì)系統(tǒng)各個(gè)控制開(kāi)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(shuō)明：登錄界面提供了用戶(hù)鑒權(quán)功能，只有具有管理員身份和密碼的用戶(hù)才可以使用本系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全。

（2）工作模式選擇

說(shuō)明：系統(tǒng)提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式，用戶(hù)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(hù)可在此直接進(jìn)入查看。

（3）主界面（自動(dòng)運(yùn)行）

天線(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行主界面如圖10所示。


圖10 天線(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行主界面

說(shuō)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(xiàn)條表示播音機(jī)天線(xiàn)通路接通，灰色表示天線(xiàn)通路未接通。

藍(lán)色線(xiàn)條表示代播機(jī)天線(xiàn)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(jiàn)圖11）。執(zhí)行流程的簡(jiǎn)單過(guò)程如下。


圖11 執(zhí)行流程圖

選擇好需要切換的設(shè)備（或開(kāi)關(guān)）后，點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)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(kāi)關(guān)的控制程序，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)和假負(fù)載的自動(dòng)切換。

第四步：執(zhí)行場(chǎng)地開(kāi)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(yǔ)

天線(xiàn)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(jiǎn)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。