DX400发射机主备倒换互锁安保系统的设计

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  摘 要:旨在基于一台DX400主机与DX200备机及哈里斯原厂Flexstar倒换控制器与射频接触器,及射频接触器控制器的基础上,设计一套互锁控制链路,使主备机之间能够安全的切换负载,避免同时上天线引发冲突。
  关键词:主备倒换;DX400;互锁;安保系统
  1 概述
  哈里斯公司的DX400发射机是一类大功率的中波发射机,它是哈里斯公司于80年代中期开发的采用数字调制技术的发射机,经过十多年的发展,目前这种发射机技术已经相当成熟。我国中央和地方台都已部署10kw到1000kw不等的DX系列发射机,在中国的广播事业中的主力机型。
  广播由于其特殊性,24小时不间断播音属于常态,如果只有单台发射机,检修工作就无法进行,因此,一个频率下的主备双机是十分必要的。此外,备机的存在也为保证不间断播出增加了一块筹码。然而主备机共享一套天馈线,必然存在着天线倒换的问题,纯粹的手工操作有误操作的风险,为了实现主备倒换的半自动化逻辑控制,避免错误操作,本文给出了可行的解决方案。
  2 总体目标
  根据本台现有设备的情况,旨在具有一台DX400主机和DX200备机以及哈里斯Flexstar系列主备倒换控制器和一个射频接触器及射频接触器控制板的基础上,设计射频链路和闭锁电路,达到以下目标:
  (1)使用一个拨动开关,实现DX发射机在单天线下互异倒换;
  (2)并利用互锁链路实现负载不在线情况下对发射机的封锁;
  (3)为了匹配假负载馈线不能超过200KW的功率限制在DX400上假负载的情况下对双机并联模式输出的屏蔽。
  3 现有技术设备的介绍
  3.1 射频接触器
  本方案采用的射频接触器是哈里斯原厂产品,它是一个同轴转换开关,由线性驱动器驱动,线性驱动器根据所输入直流控制电压的极性来改变方向,即收缩/扩展。它具有8个触点,2种状态,在状态A中,1-2与7-8端短接,状态B中5-6与3-4端短接。
  3.2 射频接触器控制板
  射频接触器控制板的作用时提供给射频接触器线性驱动器工作电流,如附图1所示,J1-3和J1-4端是控制信号的输入端,当外部有低电平脉冲信号输入J1-3即“A状态指令”有效时,K1继电器(位于附图1 B5区块)得电将吸合K1-4与K1-5及K1-7与K1-8,+24V电流经过K1-4于K1-5及K2-7与K2-8从TB1-2流入,从TB1-1流出,经过K1-8与K1-7回到公共端J1-2。使得线性驱动器打在A状态上。
  当射频接触器到达A或B位置上时,需要将TB1提供的电压中断,K2和K3是限制继电器,当开关到达收缩/扩展位置时,将中断TB1电压。
  U1(位于附图1 B4区块)和U2(位于附图1 C3区块)是光学开关,它们分别控制控制Q1(位于附图1 C3区块)与Q3(位于附图1 B3区块)这两个MOS管。当射频接触器没有打在A或B状态上,位于射频接触器上的光学障碍物处在中间位置,光学开关U1和U2接通,Q1和Q3关閉,K2(位于附图1 C4区块)和K3(位于附图1 D3区块)继电器线包都不得电,当射频接触器打在A状态时,U1断开,使得Q3接通,K2继电器线包得电,吸合K2-4与K2-6及K2-7与K2-9,线性继电器在状态A上的供电环路由于K2-7与K2-8的断开导致断路,这样,线性驱动器到达A位置后就不再继续运行。从而达到限位的目的。此外,由于K3接通,DS4淡黄色指示灯亮起作为提示[1]。
  B状态的电路分析同理。
  3.3 DX发射机的闭锁链路
  如图3所示为DX400发射机完整的闭锁链路。当且仅当这个链路完整闭合的时候发射机才能正常开机,这个闭锁链路由系统连锁、TCU连锁、PB紧急关机、PB钥匙连锁、PB连锁、供电连锁和外部扩展连锁组成,当且仅当这8个部分的闭锁链路都闭合的情况下,发射机的+24V电源构成一个完整的闭锁链路,使得发射机能够正常工作。
  在本方案中,我们需要用到DX400扩展闭锁J107的1和2端口,在正常情况下J107的1和2端口被短接,在本方案中,我们需要将其断开串接其他设备的闭锁链路。这样,在J107-1和J107-2端口被短接的情况下,K1继电器线包得电,位于+24V闭锁链路中的K1继电器吸合。若J107-1与J107-2断开,K1继电器断开,闭锁链路断路,不满足开机的条件。
  DX200与DX400有一个重要的区别是DX200没有TCU这一设备,因此DX200也就没有如图所示TCU框图内的闭锁链路,但是它的单PB闭锁链路仍然是完整的。如图所示,PB接口板的J4-10和J4-11是一个正常情况下被跳线短接的辅助闭锁输出接口,在本方案中,我们需要使用DX200的闭锁链路中的J4-10和J4-11[2]。
  3.4 DX400发射机的射频开关组合模式
  DX400是两路200KW的PB并联而成的发射机,它通过5个射频接触器的组合形成4种模式的输出,经过合成柜和输出匹配网络后接入假负载或天线,具体的4种模式如下表所示
  上表的逻辑关系表明,两PB并联和单PB的运行模式,可以用K1和K2及K4来作为唯一的区别,这是因为这三个继电器在并联的时候都打在B位置,而在串联时都打在A位置,这一特性可以在后续的两PB并联模式的封锁中被应用。
  3.5 Flexstar主备倒换控制器
  Flexstar主备倒换控制器是一个多用途的控制设备,它可以被用来作为外部射频源的主备倒换和主备发射机的倒换。在本方案中,它被用来提供射频接触器的控制信号,来实现主备发射机的倒换,原理图如图3所示。
  Flexstar主备倒换控制器可以工作在手动和自动两种模式上,并提供一个模式开关供用户选择。在手动模式中,如果用户扳动主备选择开关,那么Flexstar主备倒换控制器将给出一个低电平脉冲信号到射频接触器控制器,驱动射频接触器产生相应的动作,并开启另一台设备。在自动模式中,用户可以设定一个阈值,如果Flexstar主备倒换控制器检测到主机输出的射频功率低于设定的阈值则产生一个动作信号给射频接触器控制器,使射频接触器切换到备机上天线,主机上假负载模式,并给出一个XMTR OFF信号到DX400的TCU接口板的J104-2端口,关闭主机,并输出一个信号给DX200的PB接口板J3-2 HIGH POWER ON端口,自动开启备机。与此同时射频接触器到位后会反馈给Flexstar主备倒换控制器一个信号,并在控制器面板上点亮指示灯提示用户此时是哪一台机器为天馈线提供输出。此时Flexstar主备倒换控制器将发出报警提示,并打到手动状态,以方便用户在主机正常工作时进行手动倒换。自动控制功能方便了操作,但是并不适用于采用浮动载波技术的发射机,因为浮动载波的功率随调幅度的变化而变化,难以确定阈值。因此,应根据实际情况选择是否使用这个功能。   4 具体方案
  4.1 射频链路的设计
  射频链路设计的目标是使主机400KW和备机200KW不能同时输出到天线或假负载,即主机上天线时,备机必然输出在假负载,且主机输出到假负载时,备机必然是输出接入到天线的位置。并且由于本台的假负载只能承受200KW的输出功率,此外还必须满足在主机接入到假负载的时候,只能单PB输出功率,即A输出到假负载时,B闭锁,B输出到假负载时,A闭锁。基于此思路设计射频链路如图4所示,K0是一个射频接触器,它被安置于主机DX400的合成柜上方,它是一个同轴转换开关[3],具有4个输入端和4个输出端,它可以根据控制信号被设置成两种状态A与B,在状态A中,1-2与7-8端短接,状态B中5-6与3-4端短接。为了达到设计目的,我们需要短接射频接触器K0的1端和3端。在状态A上,射频接触器对1-2触点和7-8触点进行短接,在A状态时主机400KW的天馈线输出端口被连接到天线,主机400KW的假负载输出被置空,备机200KW输出接入到假负载。在状态B时,触点5-6短接,3-4短接,主机400KW假负载输出被接到假负载,备机200KW输出被接入到天线[2]。
  上述构思仅完成主机、备机互异输出的目的,而主机单PB输出功能需要依靠互锁链路来完成。
  4.2 互锁链路的设计
  4.2.1 如何实现对负载在线状态的判断
  根据3.3中闭锁链路的原理,本方案设计了一个开关控制板,这个控制板接受来自射频接触器控制器的控制信号和天线闭锁和假负载闭锁的状态信号,经过K1、K2、K3这三个继电器的逻辑转换后,对DX400和DX200的切换进行控制。具体流程阐述如下:
  附图2左方的主备倒换控制器采用的是哈里斯公司成品化的Flexstar系列,控制器的位置1和位置2指令由Flexstar主备倒换控制器J9的1、2输出端通过W72总线经过开关控制板输入射频接触器控制器的J1-3和J1-4,J1-3和J1-4分别为位置A和位置B的控制输入端,闭锁链路+24V的电平由J1-14端给出,串联门闭锁开关S1、S2后到达K4的13端和K3的13端,最后分别接入射频接触器控制器的J1-5位置A常开端和J1-10位置B常开端。
  当位置A控制输入端有效时候,则射频接触器控制器TB1输出一个电压使得线性驱动器M1转动到位置A,当线性驱动器打到位置A且到位时,射频接触器控制器J1-10的位置A常开端闭合,K3继电器线包得电,继电器K3开始动作K3-9与K3-5相连,K3-11与K3-7相连,这样,备机DX200PB接口板中的辅助闭锁输出(1A23-J4-10)与K3-11-7与假负载闭锁及备机DX200PB接口板中的闭锁接地(1A23-J4-11)构成一个完整的闭锁回路,这个回路保证了在射频接触器接到A位置且假负载在线的情况下,备机DX200的射频链路闭合,是可以开机输出功率到假负载的。与此同时,由于A位置状态下,K3-9与K3-5的闭合,位于TCU接口板的主机DX400互锁链路+24V输出(8A1A10-J105-9)与K3-9-5与天线闭锁及接地(8A1A10-J105-10)构成回路,K1线包得电,K1-11于K1-7短接,也就接通了主机DX400闭锁链路中的扩展闭锁端口J107-1于J107-2。这就意味着当射频接触器处于位置A,且天线闭锁闭合的情况下,DX400的闭锁链路闭合,DX400允许开机,功率输出到天馈线系统[4]。
  当位置B控制输入端有效的时候,则射频接触器控制器TB1输出一个电压使得线性驱动器M2转动到位置B,当线性驱动器打到位置B且到位时,射频接触器控制器J1-5的位置B常开开关闭合,J1-14的+24V输出与J1-5构成回路,K4继电器线包得电,K4继电器动作,短接K4-9与K4-5及K4-11与K11-7。则备机DX200的辅助闭锁输出(1A23-J4-10)与天线闭锁与K4-11-7及闭锁地(1A23-J4-11)构成闭锁回路,此时备机DX200允许开机上天线。与此同时,主机DX400TCU接口板的+24V闭锁电源(8A1A10-J105-9)与假负载闭锁与K4-9-5及闭锁地(8A1A10-J105-10)构成回路,此时K1继電器动作,吸合K1-11与K1-7,这样,使得8A1A10中的J107两个扩展闭锁点构成回路,这就意味着当射频接触器处于位置B,且假负载在线的情况下,主机DX400被允许开机并上假负载。
  如上所述,本方案实现了对天线负载和假负载在线情况的判断,从而避免了负载不在线下手动强行开机造成发射机损坏的可能。
  4.2.2 如何实现对主机上假负载双机并联的屏蔽
  鉴于本方案中馈线功率不能大于200KW的限制,主机DX400在接入假负载时只能单PB运行,根据3.4表1的DX400射频开关组合模式可以发现,在备机DX200上天线的情况下,需要屏蔽的是DX400的“A+B上天线”与“A+B上假负载”这两种模式,当且仅当在这两种模式下,射频接触器K4在B状态,那么我们可以将K4的射频接触器控制器的状态B常闭开关J1-8并接到备机DX200上天线的DX400的闭锁链路中,当DX200无论连接天馈线或者假负载时,而K4处于B状态即DX400的A+B连接天馈线或者A+B连接假负载时,由于状态B下常闭开关J1-7闭合,+24V下地,所以DX400的闭锁链路断开,DX400无法开机;当K4处于A状态时,常闭开关J1-7是断开的,那么闭锁链路闭合,DX400正常运行,这样就保证了DX400在不接天馈线系统时的防止误操作进行。
  5 结论
  本方案为拥有主备两套DX发射机的同频率共天线系统,提供了一套从射频到闭锁链路的可行的解决方案,实现了主备机互为倒换天线与假负载,并实现了假负载和天馈线不在线情况下对闭锁链路的封锁,保护了发射机与负载,并且实现DX400主机的单PB上假负载,保护了馈线不受超限功率输出的冲击而导致损坏。同时,这套系统还具有良好的扩展性,能够改进电路而实现其他的功能,满足不同工作情况下的需要,对中波台技术人员有一定的借鉴意义。
  [参考文献]
  [1]李军胜,王峰.DX-400中波发射机连锁电路[J].广播电视信息,,2007.09:40-41.
  [2]李广录.DX-600中波发射机的连锁系统与故障处理[J].广播电视信息,2007.10:70-72.
  [3]占荣郎.DX-600中波发射机联锁系统工作原理[J].广播与电视技术, 2007.06:46-47.
  [4]《DX200LC POWER BLOCK,MEDIUM WAVE DRAWING PACKAGE》[M].Harris Corporation.
  作者简介:杨洵,福建省广播电视传输发射中心助理工程师,福州大学物理与信息工程学院电子信息与通信工程硕士在读。
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