廣播發(fā)射故障處理輔助系統(tǒng)

邵 定

（作者單位：南京廣播電視集團(tuán)）

1 廣播發(fā)射故障處理輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

南京廣播電視集團(tuán)技術(shù)中心管理的廣播發(fā)射機(jī)包括調(diào)頻發(fā)射機(jī)和中波發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)總共有30多臺(tái)，其涉及的生產(chǎn)廠家有多家，包括國(guó)外的GatesAir、RVR、Nautel，國(guó)內(nèi)的陜西如意、杭州眾傳等，型號(hào)更是多達(dá)十幾種。此外，還有各種天饋線，包括并饋、底部絕緣自立鐵塔中波天線，調(diào)頻垂直和圓極化天線，以及天饋線間的中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)等。每個(gè)環(huán)節(jié)的故障，都可能會(huì)導(dǎo)致停播。另外，平時(shí)多數(shù)發(fā)射機(jī)24小時(shí)開(kāi)機(jī)，停機(jī)檢修時(shí)間有限。一個(gè)技術(shù)人員往往熟悉所有發(fā)射機(jī)需要幾年的時(shí)間，傳統(tǒng)的維修方法已不適應(yīng)本臺(tái)的技術(shù)發(fā)展。

根據(jù)本臺(tái)的特點(diǎn)及同行的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員制作了一套廣播發(fā)射故障處理輔助系統(tǒng)，以便高效地查找和排除故障，確保廣播安全播出，如圖1所示：

圖1 廣播發(fā)射故障處理輔助系統(tǒng)界面

2 廣播發(fā)射故障處理輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)器情況及需求分析

廣播發(fā)射機(jī)已走向固態(tài)化、數(shù)字化、自動(dòng)化時(shí)代[1]。一臺(tái)發(fā)射機(jī)內(nèi)部往往由多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，包括射頻系統(tǒng)、音頻和調(diào)制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)等，其模塊之間的關(guān)聯(lián)度緊密，比如50 kW中波發(fā)射機(jī)包括的模塊數(shù)就多達(dá)百個(gè)，一個(gè)模塊的故障往往會(huì)涉及其他多個(gè)模塊，故障排查過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。

傳統(tǒng)的維修方法往往是遇到故障時(shí)，技術(shù)人員按部就班地檢查故障，根據(jù)個(gè)人的維修經(jīng)驗(yàn)處理故障。如果在維修時(shí)遇到困難，技術(shù)人員就會(huì)離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)去尋找資料。這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且一些技術(shù)人員沒(méi)有事后總結(jié)的習(xí)慣，故障排除結(jié)束，等下次輪班的技術(shù)人員遇到類似故障時(shí)，仍會(huì)重復(fù)故障處理過(guò)程。如何提高故障處理效率和充分發(fā)揮技術(shù)人員維修時(shí)積累的經(jīng)驗(yàn)成為當(dāng)務(wù)之急。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

故障處理時(shí)，將需要用到各種資源，包括發(fā)射機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書和原理圖、部門運(yùn)維平臺(tái)里的故障信息、現(xiàn)場(chǎng)處理故障時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、日常維護(hù)數(shù)據(jù)等進(jìn)行科學(xué)合理的收集、分類、歸納等。技術(shù)人員通過(guò)檢索，能快速找到各種信息，更快解決遇到的故障。系統(tǒng)運(yùn)行后，會(huì)隨著故障出現(xiàn)或關(guān)聯(lián)次數(shù)的增多，優(yōu)化故障案例，提高故障案例處理方案的精準(zhǔn)性。每個(gè)故障案例按照提示錄入，包括分析處理過(guò)程、維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及建議等。新建故障案例后系統(tǒng)經(jīng)過(guò)處理及時(shí)安排學(xué)習(xí)計(jì)劃。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖2所示。本系統(tǒng)中利用Delphi平臺(tái)和SQL Server進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和編程。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖

2.3 系統(tǒng)故障處理分類

2.3.1 根據(jù)故障現(xiàn)象檢索

在發(fā)射機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)器會(huì)顯示各種故障現(xiàn)象，比如發(fā)射機(jī)面板故障指示燈變紅、報(bào)警提示及內(nèi)部模塊故障顯示等。還有技術(shù)人員通過(guò)嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感受到故障現(xiàn)象。系統(tǒng)會(huì)結(jié)合故障類別和對(duì)應(yīng)的故障案例，給出對(duì)應(yīng)的處理方案。

基于故障現(xiàn)象的處理方法（見(jiàn)圖3）：第一，根據(jù)輸入故障現(xiàn)象搜索相似的過(guò)去故障案例，檢索的結(jié)果為一個(gè)或多個(gè)案例；第二，嘗試用檢索出的案例處理方案解決當(dāng)前故障；第三，根據(jù)處理結(jié)果，對(duì)檢索出的案例進(jìn)行修改或增加新案例，以適應(yīng)當(dāng)前故障的具體特點(diǎn)；第四，增加故障案例出現(xiàn)次數(shù)，提示學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖3 基于故障現(xiàn)象的處理流程

2.3.2 根據(jù)參數(shù)檢索

故障處理過(guò)程中技術(shù)人員會(huì)檢測(cè)發(fā)射機(jī)內(nèi)部模塊的測(cè)試點(diǎn)、芯片的管腳、排線等，涉及波形、交流和直流電壓、電阻等，當(dāng)電路參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的故障。系統(tǒng)會(huì)給出發(fā)射機(jī)中各種參數(shù)（包括待機(jī)狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的不同參數(shù)）的范圍，超出范圍時(shí)判為故障，并給出參數(shù)關(guān)聯(lián)的故障案例，以完成故障處理。

基于參數(shù)的故障處理方法（見(jiàn)圖4）：第一，根據(jù)輸入的信息，搜索相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，系統(tǒng)給出正常參數(shù)范圍；第二，參數(shù)超出范圍，給出關(guān)聯(lián)結(jié)果為一個(gè)或多個(gè)故障案例；第三，嘗試用給出的案例處理方案解決當(dāng)前故障；第四，根據(jù)處理結(jié)果，選擇轉(zhuǎn)到根據(jù)故障現(xiàn)象處理流程；第五，增加關(guān)聯(lián)故障案例次數(shù)，提示學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖4 基于參數(shù)的故障處理流程

2.3.3 根據(jù)知識(shí)點(diǎn)檢索

故障處理過(guò)程中會(huì)遇到知識(shí)盲區(qū)，查找并翻閱說(shuō)明書會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。系統(tǒng)給出相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的搜索，圖文并茂，列出重點(diǎn)及注意事項(xiàng)，以快速了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

基于知識(shí)點(diǎn)的故障處理流程（見(jiàn)圖5）：第一，根據(jù)輸入的信息，搜索知識(shí)庫(kù)，檢索的結(jié)果為一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)介紹；第二，根據(jù)需要，給出關(guān)聯(lián)結(jié)果為一個(gè)或多個(gè)故障案例；第三，嘗試用給出的案例處理方案解決當(dāng)前故障；第四，根據(jù)處理結(jié)果，選擇轉(zhuǎn)到根據(jù)故障現(xiàn)象處理流程；第五，增加關(guān)聯(lián)故障案例次數(shù)，提示學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖5 基于知識(shí)點(diǎn)的故障處理流程

2.4 學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)

隨著本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的增加，案例的精準(zhǔn)性能激發(fā)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)習(xí)平臺(tái)充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)故障案例產(chǎn)生學(xué)習(xí)計(jì)劃，提示技術(shù)人員學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)計(jì)劃會(huì)根據(jù)故障案例涉及的模塊引導(dǎo)技術(shù)人員有條理地學(xué)習(xí)，并加入分享學(xué)習(xí)心得和學(xué)習(xí)過(guò)程的環(huán)節(jié)。每個(gè)故障案例都是技術(shù)人員通過(guò)知識(shí)的積累在實(shí)踐中對(duì)應(yīng)用的總結(jié)。學(xué)習(xí)平臺(tái)在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了知識(shí)的補(bǔ)充和完善。

3 實(shí)例分析

實(shí)例（1）：一臺(tái)3DX 50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制功放模塊出現(xiàn)故障，模塊面板中間燈燈亮。

分析與處理：該機(jī)型采用更先進(jìn)的數(shù)字調(diào)幅技術(shù)。直接數(shù)字驅(qū)動(dòng)（3D）系統(tǒng)為射頻放大器提供晶體管-晶體管邏輯（Transistor-Transistor Logic,TTL）級(jí)信號(hào)[2]。發(fā)射機(jī)上微機(jī)單元、復(fù)雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device,CPLD）、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）器件、控制器局域網(wǎng)（controller area network, CAN）總線的應(yīng)用，使得整機(jī)的集成度和智能化有了較大的提高，相應(yīng)地維修難度就會(huì)增大。一個(gè)二進(jìn)制功放模塊內(nèi)部包括1/2，1/4和1/8 RF臺(tái)階或1/16，1/32和1/64 射頻臺(tái)階，每個(gè)小臺(tái)階的加入可以減少數(shù)字系統(tǒng)中的量化失真。雖然利用鑰匙模塊可以將二進(jìn)制模塊從正在播出的發(fā)射機(jī)抽出，但時(shí)間一長(zhǎng)就可能存在隱患。若能在抽出模塊前就對(duì)故障有所了解，就可以縮短模塊維修時(shí)間。技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)利用平板電腦在系統(tǒng)上檢索此現(xiàn)象，系統(tǒng)推薦了三個(gè)故障案例：第一，3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制功放故障，面板紅燈亮一個(gè)或多個(gè)，內(nèi)部51Ω貼片電阻燒斷，處理方式為更換插件電阻51Ω（可查看詳細(xì)處理方案）。第二，3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制功放故障，面板紅燈亮第2個(gè)和第3個(gè)，內(nèi)部保險(xiǎn)絲F2燒壞，處理方式為更換內(nèi)部保險(xiǎn)絲F2（可查看詳細(xì)處理方案）。第三，3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制功放故障，面板紅燈亮一個(gè)或多個(gè)，內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管IXFH40N30Q損壞，處理方式為更換場(chǎng)效應(yīng)管IXFH40N30Q（可查看詳細(xì)處理方案）。

根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)推薦的第一種和第三種故障案例符合要求，技術(shù)人員在維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障處理略有差別，本例中51Ω貼片電阻沒(méi)有完全燒壞，原51Ω變?yōu)?1Ω，其他情況相同，所以仍采取更換此電阻的處理方式。模塊重新運(yùn)行后故障消除。在系統(tǒng)中將原案例修改為：3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制功放故障，面板紅燈亮一個(gè)或多個(gè)，內(nèi)部51Ω貼片電阻燒斷或阻值變化，處理方式為更換插件式51Ω（可查看詳細(xì)處理方案）。

故障小結(jié)：通過(guò)系統(tǒng)的輔助，故障涉及的3DX50發(fā)射機(jī)相關(guān)信息呈現(xiàn)在系統(tǒng)里，技術(shù)人員根據(jù)自身情況有選擇地查看詳細(xì)處理方案，方案里包括故障分析處理過(guò)程、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、原理圖、維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及建議等。

實(shí)例（2）：一臺(tái)3 kW AM302S2-Ⅲ型中波發(fā)射機(jī)調(diào)制/功放盒隨機(jī)損壞，無(wú)故障提示。

分析與處理：該機(jī)型采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM），每個(gè)發(fā)射機(jī)包括6個(gè)調(diào)制/功放盒，其輸出功率和幅度根據(jù)不同載頻時(shí)的需要而定。檢查機(jī)器面板無(wú)提示，此故障不是一直持續(xù)，屬于軟故障。利用示波器測(cè)量調(diào)制/功放盒面板高頻激勵(lì)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果為28 Vp-p。技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)利用平板電腦檢索調(diào)制/功放盒高頻激勵(lì)，查看參數(shù)范圍，系統(tǒng)給出高頻激勵(lì)電壓22～25 Vp-p，顯然本機(jī)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)超出參數(shù)范圍。

根據(jù)參數(shù)情況，系統(tǒng)給出了四個(gè)故障案例：第一，調(diào)制/功放盒損壞，檢查其內(nèi)部，故障點(diǎn)可能會(huì)涉及場(chǎng)效應(yīng)管IRFP350、保險(xiǎn)絲F1、二級(jí)管VD8、三極管V15/V6等（可查看詳細(xì)處理方案）。第二，調(diào)制/功放盒損壞，測(cè)量面板高頻激勵(lì)電壓過(guò)低或過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)欠激或過(guò)激故障，調(diào)節(jié)前級(jí)放大模塊內(nèi)部可調(diào)電阻R1（可查看詳細(xì)處理方案）。第三，調(diào)制/功放盒損壞，檢查模塊內(nèi)部無(wú)任何故障，更換新模塊仍出現(xiàn)故障，找到機(jī)柜后門下方保險(xiǎn)絲板，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)6A保險(xiǎn)絲燒壞，處理方式為更換6A保險(xiǎn)絲（可查看詳細(xì)處理方案）。第四，調(diào)制/功放盒損壞，模塊接頭有燒焦痕跡，管腳松動(dòng)，處理方式為更換接頭（可查看詳細(xì)處理方案）。

系統(tǒng)推薦的第二個(gè)故障案例符合要求，技術(shù)人員查看詳細(xì)處理方案后，很快解決故障。

故障小結(jié)：隨著發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，機(jī)器上的電路綜合參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)參數(shù)檢索法就能很好地解決此類問(wèn)題。平常維護(hù)設(shè)備時(shí)應(yīng)多收集參數(shù)的數(shù)據(jù)，并錄入系統(tǒng)，保證參數(shù)范圍庫(kù)的完整性。

實(shí)例（3）：在一次日常維護(hù)時(shí)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)一臺(tái)1 008 kHz 50 kW AM503S5-Ⅰ中波發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)柜有問(wèn)題，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)電容連接處銅皮燒成網(wǎng)狀。

分析與處理：此故障發(fā)生在發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)部分。不同頻率的發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)的輸出網(wǎng)絡(luò)有所區(qū)別。技術(shù)人員利用平板電腦檢索1008輸出網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)提供的原理圖、實(shí)際元器件放置圖及功能介紹，很快就清楚此電容為1 008 kHz串聯(lián)諧振的電容，由6個(gè)電容并聯(lián)組成，主要作用是濾除頻帶外的頻譜成分。系統(tǒng)給出兩個(gè)關(guān)聯(lián)故障案例：第一，50 kW AM503S5-Ⅰ中波發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)有打火聲，三次諧波抑制電路電感線圈的滑動(dòng)接觸點(diǎn)有燒焦痕跡。處理方式為拆下連接處，打磨接觸點(diǎn)，并重新進(jìn)行連接（可查看詳細(xì)處理方案）。第二，50 kW AM503S5-Ⅰ中波發(fā)射機(jī)不能升到正常功率，天線零位過(guò)大，檢查后發(fā)現(xiàn)輸出網(wǎng)絡(luò)柜π型網(wǎng)絡(luò)一電容損壞，更換電容后正常（可查看詳細(xì)處理方案）。

技術(shù)人員根據(jù)給出的故障案例，檢查輸出網(wǎng)絡(luò)，無(wú)案例符合要求，通過(guò)參數(shù)檢索，找出此電容涉及的電壓和電流，根據(jù)銅皮的寬度與電流的關(guān)系，確定銅皮的寬度符合要求。解決故障后新增故障案例，并與輸出網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。新增故障案例如下：50 kW AM503S5-Ⅰ中波發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)部，串聯(lián)諧振電容連接處銅皮燒成網(wǎng)狀，更換銅皮并適當(dāng)增加銅皮長(zhǎng)度，懷疑高頻磁場(chǎng)原因（可查看詳細(xì)處理方案）。

故障小結(jié)：中波發(fā)射機(jī)功率大，輸出網(wǎng)絡(luò)涉及高壓和大電流，測(cè)量起來(lái)較麻煩。平時(shí)就要注重知識(shí)點(diǎn)和參數(shù)的積累，可用Multisim、Smith等電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation,EDA）軟件進(jìn)行電路模擬[3]，收集輸出網(wǎng)絡(luò)中電容、電感的電流和電壓數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，有助于增加年輕的技術(shù)人員處理故障的信心，讓他們?cè)谔幚砉收蠒r(shí)能做到有的放矢，同時(shí)也能加強(qiáng)老技術(shù)人員對(duì)于發(fā)射系統(tǒng)的理解能力，相互探討新知識(shí)和新領(lǐng)域。相比于其他的發(fā)射機(jī)故障處理系統(tǒng)[4-5]，本系統(tǒng)更著眼于一線技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)積累與創(chuàng)造性。本系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，已解決了廣播發(fā)射系統(tǒng)的多次故障，包括一些疑難故障，縮短了處理故障的時(shí)間，大大提高工作效率，從而為降低停播率爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間，也對(duì)以后其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到借鑒作用。