广播发射故障处理辅助系统

邵 定

（作者单位：南京广播电视集团）

1 广播发射故障处理辅助系统设计背景

南京广播电视集团技术中心管理的广播发射机包括调频发射机和中波发射机，发射机总共有30多台，其涉及的生产厂家有多家，包括国外的GatesAir、RVR、Nautel，国内的陕西如意、杭州众传等，型号更是多达十几种。此外，还有各种天馈线，包括并馈、底部绝缘自立铁塔中波天线，调频垂直和圆极化天线，以及天馈线间的中波调配网络等。每个环节的故障，都可能会导致停播。另外，平时多数发射机24小时开机，停机检修时间有限。一个技术人员往往熟悉所有发射机需要几年的时间，传统的维修方法已不适应本台的技术发展。

根据本台的特点及同行的经验，技术人员制作了一套广播发射故障处理辅助系统，以便高效地查找和排除故障，确保广播安全播出，如图1所示：

图1 广播发射故障处理辅助系统界面

2 广播发射故障处理辅助系统的设计

2.1 机器情况及需求分析

广播发射机已走向固态化、数字化、自动化时代[1]。一台发射机内部往往由多个系统构成，包括射频系统、音频和调制系统、监测和控制系统、电源系统和风冷系统等，其模块之间的关联度紧密，比如50 kW中波发射机包括的模块数就多达百个，一个模块的故障往往会涉及其他多个模块，故障排查过程相对复杂。

传统的维修方法往往是遇到故障时，技术人员按部就班地检查故障，根据个人的维修经验处理故障。如果在维修时遇到困难，技术人员就会离开现场去寻找资料。这样费时费力，而且一些技术人员没有事后总结的习惯，故障排除结束，等下次轮班的技术人员遇到类似故障时，仍会重复故障处理过程。如何提高故障处理效率和充分发挥技术人员维修时积累的经验成为当务之急。

2.2 系统设计思想

故障处理时，将需要用到各种资源，包括发射机的技术说明书和原理图、部门运维平台里的故障信息、现场处理故障时的测量数据和经验总结、日常维护数据等进行科学合理的收集、分类、归纳等。技术人员通过检索，能快速找到各种信息，更快解决遇到的故障。系统运行后，会随着故障出现或关联次数的增多，优化故障案例，提高故障案例处理方案的精准性。每个故障案例按照提示录入，包括分析处理过程、维修经验总结及建议等。新建故障案例后系统经过处理及时安排学习计划。系统设计方框图如图2所示。本系统中利用Delphi平台和SQL Server进行软件设计和编程。

图2 系统设计方框图

2.3 系统故障处理分类

2.3.1 根据故障现象检索

在发射机运行出现故障时，机器会显示各种故障现象，比如发射机面板故障指示灯变红、报警提示及内部模块故障显示等。还有技术人员通过嗅觉、听觉、触觉等感受到故障现象。系统会结合故障类别和对应的故障案例，给出对应的处理方案。

基于故障现象的处理方法（见图3）：第一，根据输入故障现象搜索相似的过去故障案例，检索的结果为一个或多个案例；第二，尝试用检索出的案例处理方案解决当前故障；第三，根据处理结果，对检索出的案例进行修改或增加新案例，以适应当前故障的具体特点；第四，增加故障案例出现次数，提示学习内容。

图3 基于故障现象的处理流程

2.3.2 根据参数检索

故障处理过程中技术人员会检测发射机内部模块的测试点、芯片的管脚、排线等，涉及波形、交流和直流电压、电阻等，当电路参数发生变化时，就可能会产生相关的故障。系统会给出发射机中各种参数（包括待机状态和运行状态时的不同参数）的范围，超出范围时判为故障，并给出参数关联的故障案例，以完成故障处理。

基于参数的故障处理方法（见图4）：第一，根据输入的信息，搜索相对应的参数，系统给出正常参数范围；第二，参数超出范围，给出关联结果为一个或多个故障案例；第三，尝试用给出的案例处理方案解决当前故障；第四，根据处理结果，选择转到根据故障现象处理流程；第五，增加关联故障案例次数，提示学习内容。

图4 基于参数的故障处理流程

2.3.3 根据知识点检索

故障处理过程中会遇到知识盲区，查找并翻阅说明书会浪费大量时间。系统给出相关知识点的搜索，图文并茂，列出重点及注意事项，以快速了解相关知识点。

基于知识点的故障处理流程（见图5）：第一，根据输入的信息，搜索知识库，检索的结果为一个或多个知识点介绍；第二，根据需要，给出关联结果为一个或多个故障案例；第三，尝试用给出的案例处理方案解决当前故障；第四，根据处理结果，选择转到根据故障现象处理流程；第五，增加关联故障案例次数，提示学习内容。

图5 基于知识点的故障处理流程

2.4 学习平台建设

随着本系统数据的增加，案例的精准性能激发技术人员的学习热情。学习平台充分利用数据库，根据故障案例产生学习计划，提示技术人员学习。学习计划会根据故障案例涉及的模块引导技术人员有条理地学习，并加入分享学习心得和学习过程的环节。每个故障案例都是技术人员通过知识的积累在实践中对应用的总结。学习平台在此基础上，又进行了知识的补充和完善。

3 实例分析

实例（1）：一台3DX 50中波发射机二进制功放模块出现故障，模块面板中间灯灯亮。

分析与处理：该机型采用更先进的数字调幅技术。直接数字驱动（3D）系统为射频放大器提供晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic,TTL）级信号[2]。发射机上微机单元、复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device,CPLD）、现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）器件、控制器局域网（controller area network, CAN）总线的应用，使得整机的集成度和智能化有了较大的提高，相应地维修难度就会增大。一个二进制功放模块内部包括1/2，1/4和1/8 RF台阶或1/16，1/32和1/64 射频台阶，每个小台阶的加入可以减少数字系统中的量化失真。虽然利用钥匙模块可以将二进制模块从正在播出的发射机抽出，但时间一长就可能存在隐患。若能在抽出模块前就对故障有所了解，就可以缩短模块维修时间。技术人员现场利用平板电脑在系统上检索此现象，系统推荐了三个故障案例：第一，3DX50中波发射机二进制功放故障，面板红灯亮一个或多个，内部51Ω贴片电阻烧断，处理方式为更换插件电阻51Ω（可查看详细处理方案）。第二，3DX50中波发射机二进制功放故障，面板红灯亮第2个和第3个，内部保险丝F2烧坏，处理方式为更换内部保险丝F2（可查看详细处理方案）。第三，3DX50中波发射机二进制功放故障，面板红灯亮一个或多个，内部场效应管IXFH40N30Q损坏，处理方式为更换场效应管IXFH40N30Q（可查看详细处理方案）。

根据实际情况，系统推荐的第一种和第三种故障案例符合要求，技术人员在维修过程中发现故障处理略有差别，本例中51Ω贴片电阻没有完全烧坏，原51Ω变为61Ω，其他情况相同，所以仍采取更换此电阻的处理方式。模块重新运行后故障消除。在系统中将原案例修改为：3DX50中波发射机二进制功放故障，面板红灯亮一个或多个，内部51Ω贴片电阻烧断或阻值变化，处理方式为更换插件式51Ω（可查看详细处理方案）。

故障小结：通过系统的辅助，故障涉及的3DX50发射机相关信息呈现在系统里，技术人员根据自身情况有选择地查看详细处理方案，方案里包括故障分析处理过程、相关知识点、原理图、维修经验总结及建议等。

实例（2）：一台3 kW AM302S2-Ⅲ型中波发射机调制/功放盒随机损坏，无故障提示。

分析与处理：该机型采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM），每个发射机包括6个调制/功放盒，其输出功率和幅度根据不同载频时的需要而定。检查机器面板无提示，此故障不是一直持续，属于软故障。利用示波器测量调制/功放盒面板高频激励测试点，测量结果为28 Vp-p。技术人员现场利用平板电脑检索调制/功放盒高频激励，查看参数范围，系统给出高频激励电压22～25 Vp-p，显然本机测试点数据超出参数范围。

根据参数情况，系统给出了四个故障案例：第一，调制/功放盒损坏，检查其内部，故障点可能会涉及场效应管IRFP350、保险丝F1、二级管VD8、三极管V15/V6等（可查看详细处理方案）。第二，调制/功放盒损坏，测量面板高频激励电压过低或过高，会出现欠激或过激故障，调节前级放大模块内部可调电阻R1（可查看详细处理方案）。第三，调制/功放盒损坏，检查模块内部无任何故障，更换新模块仍出现故障，找到机柜后门下方保险丝板，发现对应6A保险丝烧坏，处理方式为更换6A保险丝（可查看详细处理方案）。第四，调制/功放盒损坏，模块接头有烧焦痕迹，管脚松动，处理方式为更换接头（可查看详细处理方案）。

系统推荐的第二个故障案例符合要求，技术人员查看详细处理方案后，很快解决故障。

故障小结：随着发射机运行时间变长，机器上的电路综合参数会发生变化。根据参数检索法就能很好地解决此类问题。平常维护设备时应多收集参数的数据，并录入系统，保证参数范围库的完整性。

实例（3）：在一次日常维护时，技术人员发现一台1 008 kHz 50 kW AM503S5-Ⅰ中波发射机输出网络柜有问题，内部两个电容连接处铜皮烧成网状。

分析与处理：此故障发生在发射机输出网络部分。不同频率的发射机对应的输出网络有所区别。技术人员利用平板电脑检索1008输出网络知识点，通过系统提供的原理图、实际元器件放置图及功能介绍，很快就清楚此电容为1 008 kHz串联谐振的电容，由6个电容并联组成，主要作用是滤除频带外的频谱成分。系统给出两个关联故障案例：第一，50 kW AM503S5-Ⅰ中波发射机输出网络柜内有打火声，三次谐波抑制电路电感线圈的滑动接触点有烧焦痕迹。处理方式为拆下连接处，打磨接触点，并重新进行连接（可查看详细处理方案）。第二，50 kW AM503S5-Ⅰ中波发射机不能升到正常功率，天线零位过大，检查后发现输出网络柜π型网络一电容损坏，更换电容后正常（可查看详细处理方案）。

技术人员根据给出的故障案例，检查输出网络，无案例符合要求，通过参数检索，找出此电容涉及的电压和电流，根据铜皮的宽度与电流的关系，确定铜皮的宽度符合要求。解决故障后新增故障案例，并与输出网络知识点进行关联。新增故障案例如下：50 kW AM503S5-Ⅰ中波发射机输出网络柜内部，串联谐振电容连接处铜皮烧成网状，更换铜皮并适当增加铜皮长度，怀疑高频磁场原因（可查看详细处理方案）。

故障小结：中波发射机功率大，输出网络涉及高压和大电流，测量起来较麻烦。平时就要注重知识点和参数的积累，可用Multisim、Smith等电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）软件进行电路模拟[3]，收集输出网络中电容、电感的电流和电压数据。

4 结语

本系统的开发，有助于增加年轻的技术人员处理故障的信心，让他们在处理故障时能做到有的放矢，同时也能加强老技术人员对于发射系统的理解能力，相互探讨新知识和新领域。相比于其他的发射机故障处理系统[4-5]，本系统更着眼于一线技术人员的经验积累与创造性。本系统自运行以来，已解决了广播发射系统的多次故障，包括一些疑难故障，缩短了处理故障的时间，大大提高工作效率，从而为降低停播率争取了宝贵时间，也对以后其他系统的设计起到借鉴作用。