1系统硬件设计
短波发射机控制系统的硬件结构如图１所示，由于采用大规模控制芯片，系统以通用模块为基础，通过编程实现对整个系统的控制。因此该系统的集成度高，控制功能强大，系统硬件仅由四块控制板＋上位机组成，分别是灯丝控制板（ＴＣＳ０１）、高周控制板（ＴＣＳ０２）、调谐控制板（ＴＣＳ０３）、辅助监控板（ＴＣＳ０４）， 四块控制板卡相对独立，通过ＲＳ２３２串口协议与上位机通信。各控制板卡间相互提供控制逻辑信号，再与上位机组合，构成完整的控制系统。为了确保控制系统与发射机交互数据的稳定，输入、输出开关量和模拟量信号，均采用了光电隔离输入，继电器输出以及模拟量输入接口板等进行隔离，并把相同类型的信号统一集中在同类型接口板上，既方便了控制系统安装、调试，也利于日常的维护和信号测试。
1.1灯丝控制板(TCS01)
灯丝控制板的功能主要是对发射机的冷却系统和灯丝进行控制。冷却控制相对简单，主要是完成开启风机和水泵的控制和冷却检测；由于５００ｋＷ大型电子管价格昂贵，为了保护电子管，保证其使用寿命，因此，大型电子管灯丝的升降过程是一个复杂的控制过程，灯丝电流越大，升灯丝的速度就越慢，冷灯丝的升压过程长达３０分钟以上。电子管升灯丝的步骤分为：条件检测、升灯丝、降灯丝、快速灯丝、灯丝稳压、黑灯丝控制及手动模式等。在新研制的短波发射机通用控制系统中，ＴＣＳ０１板（图２中的虚线左框）专门用来做灯丝控制，该板可以完成冷却检测、调压控制、快速升降及稳压控制功能，并通过ＲＳ２３２串口协议与上位机通信。灯丝控制板可以针对普通类调压器（移圈式、接触式和感应式）进行调压控制，也可以针对晶闸管调压器（图２中ＳＣＲ虚线右框）进行调压，它是以相位控制的方式对输出电压进行连续的调节，该晶闸管调压器具有体积小、响应速度快、控制精确、保护完善、使用管寿命长的特点。当电子管灯丝升到额定电压后，通过电压取样电路获取实际灯丝电压，经量化后与设定值进行比较，从而控制ＳＣＲ调压器对输出电压进行调整，形成了一个闭环控制回路，达到稳压的目的，并为高周控制板提供灯丝正常的逻辑信号，灯丝控制板结构及调压原理如图２所示。
1.2高周控制板（TCS02）
高周控制板与灯丝控制板的结构和电路完全相同，该控制板主要功能是，完成对射频衰减器、宽放、髙前屏压、髙末偏压、髙末帘栅及ＰＳＭ系统开通过程的逻辑控制，通过ＳＰＩ数据流为调谐控制板提供负载调整和平衡转换器细调谐数据，并通过ＲＳ２３２串口协议与上位机通信。高周控制结构框图如图３所示。2.3调谐控制板(TCS03)调谐控制板与ＴＣＳ０１、ＴＣＳ０２板的结构和电路也完全相同。调谐控制过程是控制系统中最关键和复杂的环节，调谐控制板收到上位机下发的调谐指令后，以当前设置频率对应的伺服位置，结合鉴相器和发射机表值作为电机动作的依据，完成伺服位置和高周短路接点的调整，实现自动调谐控制。自动调谐控制过程可分为粗调和细调控制两个部分，上位机发出倒频指令后，首先关断高、低压，进入倒频状态，频率合成器输出指定频率，各路伺服位置调整到指定频率所对应的伺服位置，完成粗调控制，然后，系统自动切换到高压允许状态，启动细调控制程序，调谐控制流程如图４所示。2.4辅助监控板（TCS04）辅助监控板与前面三块板的结构和电路基本上相同，所不同的是增加了３种接口电路，除其它板拥有的ＲＳ２３２接口外，还增加了ＲＳ４２２、ＢＣＤ及ＣＡＮ总线接口，主要完成设备状态监测、故障报警及对频率合成器的控制。
2系统软件设计
系统软件是发射机控制系统的灵魂，在参考和吸收了多种发射机的控制方式，经过充分验证和优化后，设计了上位机＋下位机的组合控制方式。应用程序由人机界面程序、单片机程序、ＦＰＧＡ程序组成，分别采用ＶＣ＋＋、汇编和ＶＨＤＬ语言编写。系统软件由数据采集及处理模块、控制模块、系统管理模块、数据管理模块、人机交互模块、数据通信模块等六个模块程序组成（见图５）。各个模块之间既相对独立，又相辅相成，从而使数据采集、处理、控制、显示、参数设置、故障处理等功能有条不紊地进行，使发射机控制精度、运行状态监测、故障处理速度等方面达到实时控制的要求。
2.1功能设计
通用控制系统由控制、保护和附属三个功能模块组成，系统功能结构图如图６所示。发射机控制系统包括手动、自动两种操作模式。在手动模式下，发射机的所有操作均通过发射机房运维人员在发射机人机接口单元手动控制完成；在自动模式下，发射机工作状态按周期运行图进行自动运行。手动与自动模式之间进行切换时，可保持发射机原有的运行状态不变。发射机控制系统按照规定的顺序，完成自动或手动开、关发射机。需要换频时，根据运行图发指令给频率合成器，输出需要的载波频率，并对发射机所有的调谐部件进行预置。调谐功能包括发射机高周各级谐振回路的匹配调谐、调载，以及发射功率的调整。发射机控制系统通过Ｓｏｃｋｅｔ通信技术，接收发射机房运行监控系统下发的周期运行图，可以选择人工干预或系统自动完成对带周期的运行图接收的确认。为保证发射机安全，控制系统在开启发射机的控制过程中，首先确保风、水冷却系统正常工作，然后灯丝、低压、高压、帘栅电源按一定顺序和时间相互连锁逐级接通。而关机的控制过程则从高压关断开始，依次关断高压、次高压、偏压、降灯丝电压和关断冷却系统。发射机在工作过程中各部分的工作状况，如：过热、过压、过流、打火及冷却、驻波比保护等都有相应的指示和闭锁电路，一旦发生异常，立即做出保护性反应。控制系统的附属功能，包括：系统调机管理、用户管理、日志管理、校时管理和系统设置等。调机管理是为了方便发射机的调整和维护，这里可以进行预置调谐数据设置、伺服限位设置、功率设置等发射机控制系统工作的原始数据设置；用户管理提供完善的身份认证机制管理功能，确保控制系统操作安全性；发射机控制系统的日志包括：操作日志、故障及告警记录、表值记录；校时管理可分为自动校时和手动校时，可以校正发射机控制系统的时间；系统设置主要完成发射机控制系统的初始化设置及工作模式设置。
2.2人机交互单元
人机接口单元主界面系统采用了简单直观的操作界面、全面反映发射机运行状态。主界面上面的工具栏包括：顺序逻辑、ＰＳＭ设置、系统设置、调度管理、查询中心、用户管理、登录和退出系统等八个功能菜单，可根据实际需要选择进入相应子菜单界面；实时监测数据包括：播音频率、信道号、天线号、系统工作模式、工作状态、实时表值、伺服位置等。
作者：杨志昆 单位：国家新闻出版广电总局
