調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊 婷

（作者單位：南岳電視調(diào)頻發(fā)射臺(tái)）

對于調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)，備用發(fā)射機(jī)用數(shù)字“1”表示，具體的電臺(tái)節(jié)目用“N”表示，通過設(shè)計(jì)和應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以借助同一個(gè)發(fā)射臺(tái)將有故障的發(fā)射機(jī)切換為運(yùn)行正常的備機(jī)，還能夠確保調(diào)頻系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，為人們實(shí)時(shí)收聽調(diào)頻廣播節(jié)目提供便利。因此，為了保證界面播出的連貫性和持續(xù)性，如何科學(xué)設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1.1 功能強(qiáng)大

調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

第一，用戶通過利用N+1控制器，可以對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化切換操作。系統(tǒng)自動(dòng)切換流程如下：首先，判斷和分析主機(jī)的故障問題，關(guān)閉相應(yīng)的主機(jī)，同時(shí)可以借助同軸倒換開關(guān)，對備機(jī)頻率進(jìn)行設(shè)置調(diào)整，保證運(yùn)行性能。其次，能夠根據(jù)實(shí)際使用需求，自動(dòng)選擇主機(jī)音頻信號(hào)，確保該音頻信號(hào)選擇的科學(xué)性和合理性[1]。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟備機(jī)，且以上自動(dòng)操作會(huì)在30 s內(nèi)快速完成。第二，具有手動(dòng)切換功能。通過采用手動(dòng)切換的方式，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)主機(jī)的控制。第三，具有手動(dòng)復(fù)位功能。當(dāng)主機(jī)故障問題得以解決后，用戶可以采用手動(dòng)操作的方式，對主機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。第四，具有完全自鎖功能。通過利用該功能，可以進(jìn)一步提高動(dòng)作自鎖操作的可靠性和安全性。第五，具有聲光報(bào)警功能。通過利用該功能，系統(tǒng)在初始啟動(dòng)狀態(tài)下，可以進(jìn)行輸出聲光報(bào)警，并借助面板，清晰明了地呈現(xiàn)主機(jī)的型號(hào)和產(chǎn)地[2]。第六，具有完全手動(dòng)切換功能。當(dāng)N+1備機(jī)出現(xiàn)切換故障問題時(shí)，用戶可以采用手動(dòng)方式切換控制整個(gè)系統(tǒng)。

1.2 支持網(wǎng)絡(luò)管理

調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)管理具有良好的支持作用，通過借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，調(diào)頻發(fā)射機(jī)可隨時(shí)隨地監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)運(yùn)行的異常問題，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和管理，以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理向自動(dòng)化、智能化、信息化方向不斷發(fā)展。另外，由于該系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間完全獨(dú)立，不存在任何關(guān)系，因此通過使用星型接法，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房主機(jī)的遠(yuǎn)程化控制和管理。

1.3 可靠性高

該系統(tǒng)硬件在具體的設(shè)計(jì)中，主要借助了PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）模塊，能夠確保所采集的數(shù)據(jù)全部來自于發(fā)射機(jī)所模擬處理過的信號(hào)數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)還能在系統(tǒng)檢波、系統(tǒng)調(diào)理、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)對備機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制，整個(gè)控制過程不會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

1.4 維護(hù)方便

系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，主要采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，并通過借助不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）完成對電能的穩(wěn)定供電，保證了維護(hù)和搶修操作的方便性和高效性，為進(jìn)一步提高節(jié)目播出的質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，模塊化設(shè)計(jì)還降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本，有效地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)主要由以下4部分組成，分別是N+1控制器、音頻切換器、主機(jī)和備機(jī)。其中，N+1控制器內(nèi)部主要包含了PLC控制器、繼電器、功率檢測電路和開關(guān)電源等零件，通過利用N+1控制器，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化切換和控制。N+1控制器具有通信能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集高效、主機(jī)和備機(jī)切換快速等特點(diǎn)，因此，在確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的過程中，為充分發(fā)揮N+1控制器的應(yīng)用優(yōu)勢，技術(shù)人員要借助輸出功率檢測電路[3]。檢測主機(jī)內(nèi)部的輸出功率是否正常時(shí)，技術(shù)人員可通過接入發(fā)射機(jī)完成對一系列測試信號(hào)的高效輸出，并采用檢波處理的方式，將這些測試信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。此外，與所規(guī)定的電壓值進(jìn)行比較時(shí)，若電壓信號(hào)低于所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，說明主機(jī)的輸出功率較低[4]，而為了進(jìn)一步提高備機(jī)的運(yùn)行性能，技術(shù)人員要為備機(jī)安裝獨(dú)立天線，使其成為具有一定規(guī)模的全頻段發(fā)射機(jī)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件作為系統(tǒng)的主要組成部分，主要負(fù)責(zé)對軟件的部署、搭建和運(yùn)行，為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，技術(shù)人員要重視對系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件主要由信號(hào)切換器、頻率切換器、同軸開關(guān)控制器、個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，PC）控制器、備機(jī)等部分組成（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)示意圖

系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)，將連鎖控制、發(fā)射機(jī)及各個(gè)切換控制器進(jìn)行了有效連接，保證了各個(gè)零件之間連接的可靠性和緊密性，同時(shí)，系統(tǒng)在日常的運(yùn)行中可以針對發(fā)射機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對各個(gè)電路進(jìn)行全方位的保護(hù)。同軸開關(guān)主要負(fù)責(zé)以下兩種切換器的控制，這兩種切換器分別是信號(hào)切換器和頻率切換器，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換發(fā)射機(jī)頻率與信息源之間的狀態(tài)[5]，確保調(diào)頻發(fā)射機(jī)能夠安全、可靠地運(yùn)行。PC控制器作為系統(tǒng)硬件的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)整個(gè)發(fā)射機(jī)運(yùn)行情況的追蹤和監(jiān)控，從而及時(shí)地解決發(fā)射機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障問題[6]，此外，PC控制器還為各個(gè)發(fā)射機(jī)天線提供了強(qiáng)大的倒換支持。對于調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)而言，要想保證其能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，需要確保該系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)硬件設(shè)備能夠安全、可靠地連接，只有確保各個(gè)硬件設(shè)備之間建立密切的合作關(guān)系，才能保證N+1調(diào)頻發(fā)射機(jī)切換工作向智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化方向不斷發(fā)展。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)期間，技術(shù)人員要盡可能提高發(fā)射機(jī)切換系統(tǒng)的運(yùn)行性能，也要保證界面的干凈性與整潔性，系統(tǒng)軟件主要包含以下四大板塊（見圖2）。

圖2 系統(tǒng)軟件板塊設(shè)計(jì)示意圖

4.1 數(shù)據(jù)通信板塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通信板塊在具體的設(shè)計(jì)過程中，需要綜合處理各個(gè)發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后以命令控制的方式，對這些發(fā)射機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到大腦運(yùn)轉(zhuǎn)模式，為實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 自動(dòng)故障倒機(jī)處理板塊設(shè)計(jì)

自動(dòng)故障倒機(jī)處理板塊主要用于對發(fā)射機(jī)的檢查，一旦檢測出發(fā)射機(jī)存在運(yùn)行異常問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析這些異常問題，然后根據(jù)最終的分析結(jié)果，向其他設(shè)備發(fā)送相關(guān)信號(hào)指令，確保故障切換工作落實(shí)到位。

4.3 數(shù)據(jù)庫處理板塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫處理板塊主要用于對發(fā)射機(jī)日常運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)和管理，這些數(shù)據(jù)主要包含發(fā)射機(jī)開機(jī)數(shù)據(jù)、關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)及故障信號(hào)數(shù)據(jù)等，通過全面記錄和整理這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫處理板塊可對其進(jìn)行一系列的統(tǒng)計(jì)和匯總，從而為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供重要依據(jù)和參考。

4.4 軟件界面板塊設(shè)計(jì)

軟件界面設(shè)計(jì)是否合理直接影響了用戶的使用體驗(yàn)，為了給用戶提供良好的使用體驗(yàn)，技術(shù)人員要重視對軟件界面的科學(xué)設(shè)計(jì)。在這一過程中，首先，對于菜單模式，技術(shù)人員要使用比較鮮明的色彩或者標(biāo)志對發(fā)射機(jī)的重要功能模塊進(jìn)行區(qū)分，使系統(tǒng)界面更加層次化、明了化，從而確保系統(tǒng)界面操作的簡易性[7]，以達(dá)到提高用戶使用體驗(yàn)的目的。其次，系統(tǒng)軟件界面主要由發(fā)射機(jī)天線實(shí)際位置、發(fā)射機(jī)運(yùn)行情況和倒換板塊等部分組成，因此，技術(shù)人員可以通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件界面，確保系統(tǒng)更加全面地掌控發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)點(diǎn)擊對應(yīng)的發(fā)射機(jī)圖像，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的自動(dòng)化切換，這樣一來，不僅最大限度地提高了發(fā)射機(jī)的播放效率，還提高了發(fā)射機(jī)的運(yùn)行性能。

5 系統(tǒng)工作流程

調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)的工作流程主要包含兩種：一種是系統(tǒng)自動(dòng)切換流程，另一種是系統(tǒng)手動(dòng)切換流程。為降低用戶的操作難度，提高用戶的使用體驗(yàn)，技術(shù)人員要重視兩個(gè)切換流程的設(shè)計(jì)。

5.1 系統(tǒng)自動(dòng)切換流程

當(dāng)處于正常播出階段時(shí)，發(fā)射機(jī)會(huì)自動(dòng)開機(jī)，此時(shí)，主發(fā)射機(jī)會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)快速吸合所有交流接觸器。然后，N+1調(diào)頻發(fā)射機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)檢測主發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而確保主發(fā)射機(jī)運(yùn)行正常、可靠。發(fā)射機(jī)功率顯示正常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)自動(dòng)切換流程圖

從圖3中可以看出，首先要對發(fā)射機(jī)功率值進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功率值低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，N+1控制器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，并發(fā)出一系列報(bào)警聲，如果15 s后信號(hào)仍然保持不變，N+1控制器會(huì)向繼電器發(fā)出相應(yīng)的關(guān)機(jī)信號(hào)，此時(shí)，繼電器處于吸合狀態(tài)，需要及時(shí)關(guān)閉主機(jī)。其次，確保備機(jī)一直處于工作狀態(tài)。在這一環(huán)節(jié)中，需要將主機(jī)功率設(shè)置為0，然后借助N+1控制器所發(fā)出的信號(hào)指令，實(shí)現(xiàn)對交流接觸器的遠(yuǎn)程化控制，只有這樣才能確保備機(jī)一直處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。再次，對備機(jī)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)切換。在這一環(huán)節(jié)中，N+1控制器需要借助RS485接口，發(fā)出一系列的改頻指令，并將其傳輸?shù)絺錂C(jī)中，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更改備機(jī)的頻率，使其與故障主機(jī)的頻率始終保持一致，并會(huì)在此基礎(chǔ)上向音頻切換器發(fā)送相應(yīng)的操作指令，對備機(jī)信號(hào)進(jìn)行切換處理，從而切換到用戶感興趣的界面。最后，應(yīng)按下主機(jī)復(fù)位鍵，便于后期主機(jī)維修工作有效開展，同時(shí)還要借助N+1控制器，向繼電器發(fā)送關(guān)機(jī)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對繼電器運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化控制。隨后，繼電器自動(dòng)斷開所連接的觸點(diǎn)，使得交流接觸器始終處于暫停狀態(tài)，備機(jī)會(huì)自動(dòng)斷開與電源的連接，呈現(xiàn)關(guān)機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，技術(shù)人員需要啟動(dòng)N+1控制器，向下一個(gè)繼電器發(fā)送開機(jī)信號(hào)，使得負(fù)責(zé)開機(jī)的繼電器自動(dòng)關(guān)閉所連接的各個(gè)觸點(diǎn)，成功開啟主機(jī)。

5.2 系統(tǒng)手動(dòng)切換流程

對于調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)而言，除需要具備強(qiáng)大的自動(dòng)切換功能外，還要具備基本手動(dòng)切換功能，從而滿足用戶多樣化的使用需求。任何一個(gè)主機(jī)經(jīng)常長時(shí)間的運(yùn)行，難免會(huì)遇到各種問題，一旦發(fā)現(xiàn)主機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，技術(shù)人員就要對備機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制性開啟，從而取代主機(jī)使用。此外，技術(shù)人員也可以采用手動(dòng)切換的方式，實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的全方位控制。

系統(tǒng)手動(dòng)切換流程如下：（1）將主機(jī)設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)；（2）采用手動(dòng)的方式切換主機(jī)的音頻信號(hào)到指定的備機(jī)上；（3）借助空氣開關(guān)，為備機(jī)提供源源不斷的電能，并采用手動(dòng)控制方式對備機(jī)進(jìn)行開啟操作；（4）調(diào)整和修改備機(jī)的實(shí)際功率，使其與主機(jī)的工作頻率相同；（5）啟動(dòng)備機(jī)，并將發(fā)射機(jī)的實(shí)際工作頻率設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值。此外，還要借助N+1控制器提供強(qiáng)大的按鍵切換操作功能，確保主機(jī)能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，同時(shí)還要開啟和使用備機(jī)，從而取代相應(yīng)主機(jī)的應(yīng)用（見圖4）。

圖4 系統(tǒng)手動(dòng)切換流程圖

6 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對精神生活有了更高的追求，這使得調(diào)頻廣播電臺(tái)逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，因此，我國對調(diào)頻廣播電臺(tái)播放性能提出了更高的要求，旨在提高電臺(tái)播放的正常性、穩(wěn)定性和安全性，以滿足人們的收聽需求。調(diào)頻發(fā)射機(jī)N+1自動(dòng)切換控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以很好地實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，不僅可以將軟硬件進(jìn)行充分結(jié)合，還能全面了解和掌控調(diào)頻廣播電臺(tái)，為進(jìn)一步提高調(diào)頻發(fā)射機(jī)的運(yùn)行性能、降低發(fā)射機(jī)的維修成本提供有力保障。