DX型发射机主\备TCU柜切换原理分析及应用

DX型发射机主 \备 TCU柜切换原理分析及应用

袁炜

（国家广播电视总局六四一台 福建泉州 362000）

摘要：DX发射机TCU柜内结构复杂、元件众多，又涉及到软件问题，当TCU出现故障时，从分析查找故障再到更换板卡来排除故障都需要耗费大量的时间，安全播出压力巨大。针对主\备用TCU切换系统，对DX 发射机控制单元智能切换系统基本状况，硬件组成， TCU、CCU切换电路的组成及作用，智能切换控制主电路的组成及作用进行分析，同时对主\备用TCU切换系统在实际中应用，检修与维护的进行简要介绍，能更好的让主\ 备TCU切换系统其在紧急故障情况下发挥及时、高效、快捷的保障作用。

关键字：主\备用；TCU；S7-200 PLC；切换系统

Abstract：

中图分类号：TN934.81 文献标识码：A

1 引言

DX型发射机是美国哈里斯公司于二十世纪八十年代末期发明并生产的发射机。DX系列发射机具有整机效率高、体积小、三大电声指标好、使用寿命长、机器运行安全可靠性等优点。DX型发射机整机系统主要包括功放单元、发射机并机网络、发射机控制单元(TCU)、并机网络冷却系统、发射机自动化系统和公共设备。其中发射机控制单元(TCU)具有对各功放单元、合成器进行控制与工作状态进行监测，根据故障条件选择合适的工作模式和功率电平，提供各功放单元、合成器状态指示的功能。因此TCU是实现发射机控制的关键部位，一旦TCU柜出现问题发射机将会无法正常运行，发生停播事故。另外由于TCU柜内结构复杂、元件众多，又涉及到软件问题，当TCU出现故障时，从分析查找故障再到更换板卡来排除故障都需要耗费大量的时间，安全播出压力巨大。为了在TCU柜出现故障时能够作出快速响应，保障安全播出，我台对机房的DX600和DX1000两部发射机都安装的主\备用TCU切换系统。对主\备用TCU切换系统的原理和应用的分析和了解，能更好的让主\ 备TCU切换系统其在紧急故障情况下发挥及时、高效、快捷的保障作用。

2 主\备TCU柜切换系统原理分析

2.1 DX 发射机控制单元智能切换系统概述

主备TCU机柜通过智能切换系统进行主备切换，工作原理如图1所示：¹

图1 DX发射机TCU智能切换系统总框图

S1～S5分别控制TCU POWER SUPPLY、CCU POWER SUPPLY、TCU SUB、CCU SUB和PLC SUB子机柜5个部分的单独切换，S6（未画出）控制TCU柜的整柜切换。他们的切换过程由智能切换系统模块进行控制。智能切换系统模块采用西门子（SIEMENS）公司的S7-200，通过编程实现。

S7-200为通用的PLC，本身集成了I/O，并且可通过扩展增加I/O的数量，采用标准的梯形图编程。

DI点接收主/备DX发射机控制单元TCU控制柜中的SLC 5/04 PLC的故障检测信号。当接收到故障信号后，根据编写的程序判断主或备的哪部分产生故障。在判断发射机因故障原因已经造成停机，发出切换命令到相应的切换电路（如TCU SUB故障，则发送到S3）。切换电路将这部分的子机柜切换到备用机柜。

在切换系统将子机柜切换到备用后，S7-200通过DO点发出复位/开机指令给PLC SUB单元的SLC 5/04。在发射机运行图期间，SLC 5/04自动对发射机系统进行一系列的复位与判断，达到符合开机条件后自动控制发射机开机。

所有以上的一系列动作均在主/备SLC 5/04、切换系统的S7-200 PLC之间完成，通过预先编制的程序实现，无需人工参与。

另外，为了检修过程中切换的灵活性，在智能切换系统中还设置手动切换功能，实现分别对TCU子机柜的单独切换或整个TCU机柜的全部切换。

2.2 硬件组成

如图2所示，TCU智能切换系统实物图从左到右分别为：TCU子机柜切换系统板、CCU子机柜切换系统板、切换系统的PLC控制核心（便于同上位机通讯和SLC 504通讯）和两套+24VDC开关电源、TCU电源切换和CCU电源切换。

图2 TCU智能切换系统实物图

2.3 TCU、CCU切换电路的组成及作用

TCU、CCU切换电路板具体实现主备TCU、CCU之间的物理切换，其主要组成器件为继电器。需要将涉及TCU子机柜中的所有出入“8A1A10-TCU INTERFACE BOARD”的控制信号都采集到TCU子机柜切换系统板上，然后通过继电器NC节点和NO节点实现主用TCU柜与备份TCU柜之间的切换，如图3所示。

图3 8A1A10J11切换原理图

图3中的继电器采用的是日本Omron公司生产的G6A微型继电器，该继电器具有：抗电磁干扰性能强，可实现高密度安装；耐冲击电压1,500V FCC规格标准，实现耐高压；包金双接点，而且低接点振动，可以发挥接触可靠性。

如图3所示，当“TCU SUB SWITCH”控制信号为低压平时，来自主用8A1A10J11A的POWER BLOCK RF DRIVER（功放单元射频驱动信号）信号将通过K3、K4继电器的NC接点接至8A1A10J11；当“TCU SUB SWITCH”控制信号为高压平时，来自备份8A1A10J11B的POWER BLOCK RF DRIVER（功放单元射频驱动信号）信号则通过K3、K4继电器的NO接点接至8A1A10J11；将8A1A10板所有的控制信号线采用类似的处理方式，通过继电器NC接点连到主用TCU接口板，通过继电器的NO接点连到备份TCU接口板，将这些功能集合起来，就是TCU子机柜切换系统板（TCU SUB SWITCH SYSTEM）所要完成的功能。

并机网络子机柜切换系统板（CCU SUB SWITCH SYSTEM）的原理同TCU子机柜切换系统板（TCU SUB SWITCH SYSTEM）基本相同，只是它主要是为了完成“8A3A5—CCU INTERFACE BOARD”板所有控制信号的切换功能。

PLC子机柜切换系统（PLC SUBRACK SWITCH SYSTEM）依功能不同，分别包含在TCU子机柜切换和CCU子机柜切换。

2.4智能切换控制主电路的组成及作用

智能切换控制电路板主要S7-200、交流接触器，开关电源、端子等组成，与主/备DX控制系统中的SLC 5/04 PLC组成智能控制中心。

（1） 智能切换控制主电路

TCU智能切换系统控制信号原理，主要由S7-200 PLC可编程控制器及外围电路组成，分别实现手动切换、远程切换和智能切换功能。S7-200上设置S1~S9对应的切换开关、手自动切换开关。当手自动切换开关处于手动状态时，可由操作人员独立对S1~S6进行手动切换。手动分体切换主要应用于检修和故障排队情况，利用各单元分体性，通过各种组合，实现快速查找故障点。

（2）智能切换控制中心

S7-200 PLC 与主/备 DX 控制系统中的SLC 5/04 PLC 构成智能切换控制中心。S7-200 PLCDI点接收主/备DX控制系统中的SLC 5/04 PLC的故障状态信号。当接收到故障信号后，根据编写的程序判断主或备的哪分单元出现故障，在判断发射机已经出现停机，发出切换命令到相应的S切换电路（如TCU SUB故障，则发送到S2）。切换电路将这部分的子系统切换到备用。其主要构造如图4所示；

图4 PLC智能切换构造图

（3） 交流接触器

由于TCU电源控制箱和CCU电源控制箱由于电流较大，故采用交流接触器完成切换，如图5所示。其余电源箱的输入或输出均采用类似的接法。

图5 8A4J4切换原理图

3 主\备TCU柜切换系统的应用

3.1实际应用

我机房的DX600和DX1000两部发射机均已安装的主\备用TCU切换系统。经过多年的使用，该系统能在几分钟之内完成应急响应，大大缩短了停播时间。例如：（1）2011-05-26 DX1000机自动化故障报警，发射机无输出功率，查看自动化信息显示为：主钥匙连锁故障、外部1连锁故障、外部2连锁故障，把在用TCU柜倒到备份TCU上，待备份TCU柜检测正常后恢复高功率进行播音，共停2分31秒。（2）2015年03月28日都DX1000发射机机PB3因为 A/C MAINS FAULT主交流故障自动离线 ，在模式切换过程由于TCU柜伺服不到位，合成器维持在低功率状态290KW播音。控制室自动化界面伺服菜单里显示“伺服不到位”故障，调载、调谐保险故障，电源菜单里显示“伺服电源故障”，判断为TCU柜有故障，手动切换备份TCU柜，恢复四并机播出。总计停播43秒、劣播3分41秒。 （3）2016-03-09 DX600机在播音中自动关机，TCU显示远程紧急关机连锁故障，PB1、PB2、PB3均显示外部连锁故障，将主用TCU倒至备用TCU后，重新开启发射机后恢复播音，共停28秒。 通过对以上故障处理的验证了主\备用TCU切换系统，发射机TCU柜中的电源小盒 、各个板卡、PLC等出现故障时，通过手动切换S6开关切换到备用TCU缩短停播时间的有效方法。

3.2 检修维护

为了保证主\备用TCU切换系统能正常运行，需对它进行定期检查和维护。

1. 定期检查紧固件、连接件是否松动，保证各端子接触良好。

2. 定期使用压缩空气吹风机，清除电路板上灰尘，以防聚集太多。

3. 定期检查两路+24V电源是否正常工作。

3.3、安全注意事项

在日常使用主\备用TCU切换系统时，在切换主控制板上T1、J3端子、KM1A、KM1B、KM12A、KM12B、K1、K2、K3、K4、K5触头接点均接有220V交流电压，所有的接触器线包均用220V交流电源，检修时应切断相应电源，采取相应保护措施方可进行。

4 结束语

主\备用TCU切换系统将发射机控制单元TCU柜和原机的TCU柜之间能有机地结合起来，当在用的TCU柜出现故障时，可快速通过智能切换系统使主、备TCU柜的各相关功能柜之间互相切换，大大缩短了故障处理时间。TCU智能切换系统的解决了DX系列发射机故障高发的公共部位，采用硬件冗余和TCU智能切换技术后，能够实现DX系列发射机播出的稳定可靠，尽量减小故障停播时间，不管主或备出现发射机控制单元TCU控制柜出现故障均能智能快速切换，因此可将此类故障处理时间由几个小时缩短为几分钟之内，对于改善不间断安全播出具有十分重要的意义。

参考文献：

［1］陶嘉庆，李国华. 广播电视发送月传输维护手册第十分册［Z］. 北京：国家广电总局无线电台管理局， 2000.

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