420C型500kW短波发射机自动控制系统的改造与升级

摘 要：文章介绍了501台420C型500kw短波发射机进行自动控制及自动调谐系统进行改造的方案，重点介绍了自动控制及自动调谐系统改造硬件和软件两方面构成，阐述了自动控制及自动调谐原理。

关键字：420C型500kW短波发射机 自动控制系统 升级改造。

1概述

本系统的主要内容就是对420C 500KW短波发射机的自动调谐系统及自动控制系统的研究和开发。在该项目初期，对发射机的硬件控制中心进行了深入的研究，读取硬件控制中心的控制程序代码，并进行解码。了解了发射机的控制原理和硬件控制中心1A2单元的软件功能。

对发射机自动调谐的核心部件鉴相器进行了改造。对鉴相器的输入信号和输出信号都做了比较大的改进。重新编写了新的调谐程序，使发射机新的自动调谐系统更加稳定可靠。

对发射机取样进入上位机的数据采集系统进行了改造，取消了一些中间环节，从硬件和软件两方面采取措施，保障了采集到计算机的发射机表值数据不受干扰。

在自动控制上，增加了发射机的自动控制功能，系统根据时间和发射机的运行图进行自动控制，大大减轻了发射机房工作人员的劳动强度。同时也避免了工作人员在操作过程中出错的可能性。

2自动控制系统硬件的改造

（1）控制主机

原来的系统的工控机是486的主机，主频只有66Mhz，最高也只有100MHz，内存16M。所以系统运行速度相当慢，为了能进行自动调谐，能进行高速度的数据取样，更换了控制主机，为自动调谐提供了必要的硬件基础，新的主机配置如下：

CPU：P43.0G

内存：2G

硬盘：250G

机箱：IPC-610H

主板：PCA-6187

显卡：ATI 3D Rage128pro

（2）422/485串口通讯卡

MOXA CP-132IS带有两个422/485串口，其中之一用于将频率计数器输出的频率，传输至自动调谐系统。另一个用于信息平台进行数据交换，自动控制系统每秒就年个发射机的实时信号传送给中控室的计算机。

（3）PCL-1716L模拟量采集板

用于将鉴相器信号以及两个功率探头的信号送至计算机，根据采集数据的速度为250k/s，取样信号的范围调整为-625mV到+625mV。对鉴相器的取样精度达到了1mV，大大提高了自动调谐的成功率及可靠性。

（4）入射功率和反射功率功率计

调反射功率决定采用对反射功率实际数据进行调谐，反射功率探头采集出来的电压最大为1000mV左右。将1716的取样范围设定为0～1250mV，通过低通滤波器滤波后，使得受到的干扰极小。反射功率调谐的精度也向当高。

高末次级调谐依据实际入射功率的大小，即实际C2的耦合程度确定高末次级电容C2的位置。该功率探头取样信号同样最高为1000mV，也采用0～1250mV取样量化范围，进行取样量化，保障信号源的精度。

3自动控制系统软件的升级

（1）自动开、关机

自动开、关机的功能实现有两种方式，第一种是依据运行图，根据发射机自身的播音时间进行开、关机控制。

这样的控制有方便、灵活的特点，另一种是给定发射机固定的开、关机时间，反射机在规定的时间内加起灯丝，出于准备播音状态，这样的控制的好处在于，该机在没有运行图的时候随时可以为其他发射机进行代播。避免了较长时间的停播。

（2）发射机的自动控制与自动调谐

在不增加其他附件的基础上增加了自动封锁激励，自动加偏压，自动加高低压，自动高低功率切换，自动升降功率，进行功率调整，并输出相应发射机的状态数据。按照运行图进行自动操作，自动调谐再运行图的播音开始前3分钟开始进行自动调谐，如果是紧急换频，则先切换到低功率、然后再切换到调谐功率、后关高压以及偏压。然后自动进行自动换频、粗调，加高压进行细调。然后到高功率调负载，最后进行功率调整。

至此全部自动调谐完成，从开始到结束，整个时间再30～45s不等。

自动控制系统的运行图如下图所示：

每部发射机拥有48条运行图，每条运行图有播音开始时间、结束时间、播音的星期、频率、寻道号、天线号以及保存时间。

对运行图的处理，控制系统通过平台下传下来的运行图即为总的运行图。在此数据基础上根据起始日期范围以及星期的周期，得出当天执行的运行图。此运行图显示于主界面。每天在00：00：00时间点或者是有新运行图下传的时候自动更新当天的运行图，或者手动添加运行图的时候也自动进行更新。每天都以此运行图进行执行各种操作。

（3）临时播音

为了临时增加某一天的某个时段的播音，比如某个重大的活动的现场直播之类，程序增加了临时播音的选择。临时播音的格式为：

开始年、月、日、时、分，星期，播音频率，使用天线，结束的时、分。

在该年、月、日的该时段，播音该频率，临时运行图的优先权高于正常运行图，一般不会和正常运行图长生时间冲突，如果一旦时间冲突，则以临时运行图为准，当反射机按正常运行图已在播音时，临时运行图也要播音，则自动换频，进行临时的新频率调谐，后进行播音，在播音结束后，正常运行图如果还需要播音，则重新换频，按原来的正常运行图调谐后进行正常播音。

（4）自动新开频率调谐功能

新开频率对于420C机型一直是一个弱点，由于以前的初调数据都是在负载上得到，而对于实际使用过程中都是用的时天线，而天线的阻抗在各个频段又大为不一。加之鉴相器以前都是以偏压量为基准进行调谐，造成新开频率的鉴相器偏移量与真正的最好状态相差很远。这就导致以前，用自动开新频率几乎成为不可能的事情，所有的新开频率都必须手动开出来，由于偏差太大，往往单独调谐负载一项就要往返高功率和调谐功率四、五次以上。一般情况下，新开频率手动调谐时间都大于5分钟以上。

改进后，对该发射机对应的每一副天线，以天线的频段和广播频段，综合参考，对二者的共同频段的频率进行以50khz为一格进行手动存储，作为新开频率的初调位置，由于各天线之间的差异很大，所以只针对 不同的天线进行存储初调数据。在取得新的初调位置数据之后，面对新的频率，只需对应天线号，找出相近的伺服数据，进行调谐。

经实验得出，对于天线频段内和广播的播音频段内的所有频率，一次调谐成功率在99%以上，时间同样控制在50秒以内，以原来的5分钟速度显著的提高，解决了以前420C机型无法自动新开频率的毛病，取得了较大的进步，方便了机房的值班工作。

（5）向信息平台发送本机实时数据功能

自动控制程序每秒向控制桌通过422口发送本机的实时数据，

数据包括：

日期、时间

发射机实测频率

264个开关量，其中包括状态信息和故障信息

19个发射机表值数据

8路伺服当前位置数据

8路伺服初调参考位置数据

数据每秒刷新并送一次，用于中央控制室显示用。

（6）对发射机实时频率检测

由频率计数器产生并送出10位实际频率数据，经422串口，每秒一次，自动程序进行接收处理，如果频率与发射机运行图的频率不一致时，则除了主界面上显示的频率变为红色以外，告警声音输出，以提示实际检测频率有误。

（7）主界面上当前运行图的图形显示

在主界面显示当前运行图实际状态，显示当天实际运行图的开始时间，结束时间。所要播音的频率，所使用的讯道号，以及使用的天线号。每条运行图相对于整个运行图按比例显示宽度，在保证能正常显示文字的基础上，按时间比例显示运行图，并在运行图上用红色竖线显著标示当前时间，竖线的位置随时间在运行图上移动，指示离下次播音的时间间隔，以及当前播音还剩余多少时间，很直观地体现了运行图的特点。如上图所示：

当到了播音时间，红线也慢慢指示时间坐标，当前所执行运行图变为绿色，如果某种原因在该机器该加高压时机器没有加上高压却未加上高压，运行图则指示为红色，并有声音告警输出，予以报警。

（8）手动本机输入运行图、临时运行图，试机时间等数据

字段程序支持本机手动输入运行图数据，如遇到网络不通，或者其他原因，不能进行自动运行图的传输时，可手动进行运行图的添加，对于运行图的添加，程序本身也具有一定的诊断能力，比如添加的讯道号时，以说明操作人员以讯道号进行调谐，所以运行图的频率一栏自动更改讯道号内的播音，而不需要手动输入频率。如果手动输入频率和讯道号内的频率一致，运行图的频率和讯道号也正常显示，如果手动输入频率和讯道号内的频率不一致，运行图的频率和讯道号均显示红色，以示错误。

如果需要以新频率播音，则只需将该条运行图的讯道号输入空，即可。同时程序支持手动输入临时运行图，和试机时间以及开关机时间等数据。

4自动调谐及控制原理

4.1自动控制实现原理

为了能够精确的进行控制，而起还不受操作人员操作计算机的影响，自动程序采用系统中断来进行后台处理。INT 1Ch 中断每秒产生18.2次中断，原来的中断服务程序（ISR）只简单的进行返回，没有其它任何指令。将系统中断1Ch的ISR中断服务在程序开始时设置成自动检测程序，这样不管操作员或自动程序自身在做什么，计算机硬件1Ch中断的中断服务 程序总在进行，而且是每秒18.2次，保障了自动控制的精确性。

在修改中断服务程序之后，就将中断服务程序用于检测运行图，试机时间，开关机时间等自动运行的时间控制，不管主程序在哪个子程序中，检测到中断服务程序指示出来的开关机、试机、或自动调谐的标志位，就返回主程序，进行相应操作，所以程序可以做到以秒为单位的精确控制。

所有调谐程序都在控制计算机上完成。原来的1A2内的根据鉴相器调谐不再使用，鉴相器的输出信号也不再经过1A2单元，直接进入发射机的控制计算机。

4.2高前调谐

高前调谐主要任务是找到高前阴流的波谷点，由于发射机高前级很尖锐，所以调谐范围相对较小，相对于鉴相器调谐而言，根据发射机的表值调则很复杂。当前的表值有三个地方，反射功率、次级电容、高前调谐。次级电容调入射功率大小，反射功率调反射功率大小，这两处在转动相应马达时，入射功率和反射功率相对应会出现变大或变小，而高前调谐如果不在调谐点附近，不管怎么转动马达，高前阴流和高末栅流都不会变化。所以高前调谐相对于其他两处则较难判别表值变化趋势。

高前调谐开始时，要确定开始转动时出于高前阴流的什么位置，是在波谷的上方还是下方，在转动的时候进行高速高前阴流取样，在确定方向之后，再来进行最小值的查找，当高前阴流表值增大时，则调整马达速度，使马达在越接近最小值位置速度越慢，这样最小伺服位置也就更精确。在实际使用过程中，高前调谐过程非常成功。

4.3高末匹配调谐

高末匹配调谐就是调平衡/不平衡转换器的匹配电容，使反射功率输出达到最小。由于反射功率的取样是单独隔离于机器的其他取样，取样之后最大1000mV电压直接进入计算机进行取样。取样范围是0-1250mV，这一点再原机器上以及当时的条件下是很难做到的。使反射功率的取样精度达到了1mV，再加上250KHz的高速取样，为计算机直接调反射功率打下了良好的硬件基础。得益于新P4处理器的控制计算机的高速及强大的处理能力，新的自动系统根据精确取得的发射功率，在转动马达的同时，高速进行取样，最终根据数据和实际找到最小位置。

4.4高末初级调谐

在进行高末初级鉴相器改造之后，高末初级鉴相器的效果取得了相当大的改善，在不同频率的偏移量已几乎接近于0mv，其原因是两个取样信号隔离度相好，互相之间没有共同频率干扰，使得在调谐最重要的高末次级调谐电容时，也较为轻松。只需将鉴相器的输出信号调谐至零即可。

4.5高末负载调谐

在手动调谐平常的调机中，负载较重，很关键，这也是调谐成功率判定的依据之一，本系统以高末高末屏压和高末屏流的比值进行负载轻重的判断，在调谐过程中，以40A阴流14kV作为负载参考，如果参数小于这个值，则需要加负载，如果大于这个值需要减负载。

5结束语

自动控制系统在对进口大功率短波广播发射机充分消化、吸收的基础上，创新性地对发射机系统关键软、硬件进行了大量的替代性改进，解决了国外厂家遗留的许多技术难题，实现了自动控制系统的升级，显著提升了发射机的技术指标和系统运行的稳定性、可靠性。

对发射机自动控制系统进行了重新设计，完成了控制软件国产化的升级改造，实现了发射机控制的智能化、自动化；减轻了值班人员的劳动强度，确保了操作的准确性，对保障安全播出工作有着重要的现实意义。

作者简介：汤志福（1976-）， 男，湖南衡阳人，国家新闻出版广电总局501台，工程师。