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短波天线交换开关改造系统介绍

作者：连大盛日期：2015-11-24 10:45 来源：未知

0 引言
改造前的我台A区天线交换开关系统由22个安装在户外的转换开关和安装在天控室的自动控制系统组成，每个开关采用的都是2×2式双刀闸开关，其中100kW等级的开关8个，500kW 等级的开关 14 个。由于设计的原因，100kW 和 500kW 等级开关在室处场地分布无规律，辩识度低，易造成误操作；由于在室外，无馈筒屏蔽，各开关间相连的馈线交错安装，高频感应特别严重，正常情况下的检修工作中，只要有一部500kW发射机在播出，拿螺丝刀触碰转换开关的金属部分都能吱火花，特别不利于日常维护，而且还容易出现上层馈线烧断掉下搭到下层馈线上，致使下层多条馈线同时短路的异态；并且每个刀闸开关，长年暴露在户外，刀闸连接处易积灰层，遇到阴雨天气，常吱火，特别遭遇雷雨台风天气，转换开关出现故障时，出于安全方面考虑，人工是无法及时的进行故障处理；
面对这种情况，我们结合自己工作实际，坚持技术创新，下决心把交换开关系统做成一个故障率低，智能化程度高的系统。
1 我台 A 区天线交换开关改造系统组成
我台A区天线交换开关改造系统由一个短波广播射频信号交换矩阵（48 个转换开关）和一套相应的控制两部分组成。短波广播射频信号交换矩阵是一个由48个单个开关和馈线组成的交换矩阵，短波广播射频信号的传输通道就是在这里建立的；而单个开关则安装在二维矩阵式的系统结构中横纵交叉点上，这样开关必须有也只有 2 个状态位置，一个是直通位置，横向和纵向同时连通，另一个是转向位，输入信号经开关向左或向右切换，传输方向改变的时候，也完成了传输位置从高层到底层或从底层到高层的改变；开关与馈线之间的接地良好，这样整个系统的屏蔽效果和传输特性会更好，避免了射频干扰及常吱火现象。
控制部分就是监测和控制矩阵中开关的位置状态，并与发射机进行连锁，确保每部发射机的信号安全顺畅地传输到相应的天线上，同时保证发射机和开关运行的安全。
2 我台 A 区天线交换开关改造系统的实现
2.1 短波广播射频信号交换矩阵的实现
短波广播射频信号交换矩阵由48个开关、喇叭口、馈线、弯头、窗口装置以及聚四氟乙烯绝缘支撑组成。这些组件的安装调试都相对简单，只要保证互相连接合适，确保喇叭口、馈线、弯头、窗口装置的设计在300欧姆的特性阻抗就行。在交换矩阵里核心是开关，此开关的结构不同于2×2式双刀闸结构，而是采用上下两层的触点连接，每层两片的结构，每片又分成双丫，每片又由分成双丫的带触点的簧片和压板组成双层结构，这样开关刀体插入触点时的阻力一分为四，大大降低了传动系统的功率和强度。另外每个开关既能够手动操作，也能电动操作，手动操作和电动操作互不影响。并且48个开关，设计布局有序，即简洁，又便于维护。
2.2 控制部分的实现
控制部分是让短波广播射频信号交换矩阵按照要求运行，是我台A区天线交换开关改造系统的升华。控制部分除了要控制短波广播射频信号交换矩阵外，还要确保发射机和开关的运行安全，避免发射机在通道还没有连接好时上高压或开关上有高压时切换开关，这两种情况都会损坏发射机或者开关，另外还可以防止由于控制部分的故障导致的停播事件。控制部分要求，在9部发射机中，保证有6部发射机可以上任意的12副天线，另外3部机可以上5副天线。并且需要具备远程监控功能、本地控制功能、逻辑互锁功能、和保护开关的功能。
控制部分工作必须高度稳定可靠，控制部分不稳定将直接影响播出。所以我们在控制部分硬件选型、拓扑结构和功能布局上充分考虑系统的稳定性，PLC选择洛克威尔的，控制部分拓扑结构上采用星形结构，在功能布局上尽量把功能块安排在PLC中，所有的信号通过局域网传输，远距离采用光缆连接，近距离采用网线连接，这样既保证了控制部分的稳定性，也使控制部分有良好的适时性。
控制部分采用了星形拓扑结构，包含上位机、本地机和PLC。上位机实现人机对话、远程监控、远程通信和系统管理，上位机提供简洁、灵活多样的人机对话界面，使用户可以直观的了解系统的状态，并方便地对系统发出指令。本地机实现本地操作和管理。PLC完成开关状态采集、逻辑检测、开关控制、按照运行图运行、错误报警等，PLC通过采样点采集系统数据来判断系统状态，包括开关当前状态、发射机高压及高压信号走向等，并通过采集得来的数据进行逻辑检测，包括横向互锁、纵向互锁和高压闭锁，每一个驱动命令必须经过逻辑检测，确认没问题后才允许驱动开关，同时禁止经过被切换开关的发射机上高压，一条指令经过逻辑检测后才对开关进行驱动。当某个开关经驱动后不到位或无任何驱动下，如器件出现故障、电路出现故障或人为因素等导致的不到位，PLC将给出适当的报警及相应的处理。
基本的控制、逻辑判断、运行图、代播操作都在PLC中执行，这种结构的优点是：当上位机出现故障时，本地工控机和PLC组成新的系统继续运行，不会受到干扰；当本地工控机出现故障时，上位机和PLC组成新的系统继续运行，不会受到干扰；当上位机和本地工控机同时出现故障时或网络出现故障时，PLC还可以继续独立运行，而不受影响。因为PLC没有操作系统，重新启动快，不会受到计算机病毒的攻击，运行比计算机可靠得多。把主要的功能模块放在 PLC 中执行，只要 PLC 供电正常，系统就会正常运行，使系统拥有了最佳的稳定性。
3 结论
改造后的A区天线交换开关改造系统采用了模块化的设计，系统扩展容易，维护方便，自动化程度高，通用性强。长时间的使用证明这是一套性能稳定、操作灵活多样、维护方便、简洁实用的大功率短波广播射频信号交换系统。该系统可以在远程通过发送指令或下载运行图来控制和监看短波广播射频信号交换系统的运行状况：可以在本地通过发送指令或输入运行图来控制和监看短波广播射频信号交换系统；并且当开关切换时或开关不到位时禁止相应的发射机上高压，以免烧坏开关或发射机，当发射机正在播出时，禁止相应的开关切换，以免造成停播事故或烧坏开关；当系统的切换时间超过了一定的阀值时，系统自动切断开关驱动信号，以免开关的电机烧坏或传动部分卡死。该系统的性能已达到无人值班、有人留守的要求。在今后的技术发展趋势，可以自动按照运行图运行，而不用人为干预，智能化程度较高，值得推广。
参考文献
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