天線調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制

饒斯韜　何　芳

摘要：本文主要描述天線調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制，重點(diǎn)闡述其控制原理和控制實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方案體現(xiàn)了先進(jìn)性、可靠性的技術(shù)優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用中取得了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：調(diào)諧亭；相位；伺服電機(jī)：PLc

引言

目前在大功率、強(qiáng)噪聲、存在著微波輻射的發(fā)信臺(tái)站中，對調(diào)諧亭的控制大多仍采用人工操作并結(jié)合儀表監(jiān)控，控制品質(zhì)不高。隨著工業(yè)過程控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引入先進(jìn)的控制技術(shù)和檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對天線調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制，對于提高工作效率，保證人身、設(shè)備的安全，減輕值班人員的工作強(qiáng)度、改善工作環(huán)境具有十分重要的意義。本文主要描述如何實(shí)現(xiàn)天線調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制。

控制原理

甚低頻天饋系統(tǒng)一般由若干根天線組成，分為若干組，每一組由1個(gè)調(diào)諧亭進(jìn)行激勵(lì)。當(dāng)每一個(gè)調(diào)諧亭的參數(shù)設(shè)置為一致時(shí)，根據(jù)理論推導(dǎo)和天線公式，可認(rèn)為每一個(gè)亭均分總輸出功率，在某臺(tái)進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)也證明天線總輸出功率是均分的。故本文僅討論一個(gè)調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制。調(diào)諧亭電原理框圖如圖1。

縮短電容由兩組電容組成，根據(jù)工作頻率進(jìn)行組合。泄放電感主要為了釋放在高頻端增加了縮短電容而產(chǎn)生的能量，因此它不能影響調(diào)諧回路的工作狀態(tài)，一般選定后不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。微調(diào)線卷采用旋轉(zhuǎn)式互感變壓器的結(jié)構(gòu)形式，通過旋轉(zhuǎn)角度的控制進(jìn)行電感微調(diào)。延長線卷采用六邊形矩形結(jié)構(gòu)形式，通過對真空斷路開關(guān)的控制進(jìn)行電感的粗選、細(xì)選。

調(diào)諧亭的作用是為了使天線槽路在工作頻率時(shí)給發(fā)射機(jī)呈現(xiàn)一純阻抗，從而使輻射到天線上的功率最大，因此對調(diào)諧亭的控制要求實(shí)現(xiàn)能夠根據(jù)工作頻點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行縮短電容的選擇：完成對延長線卷的粗選、細(xì)選：依據(jù)天線諧振阻抗的檢測自動(dòng)調(diào)整微調(diào)線卷，使調(diào)諧亭呈現(xiàn)純阻抗。

由于調(diào)諧亭在發(fā)射機(jī)工作時(shí)有高壓大電流，調(diào)諧亭的周圍電磁場強(qiáng)度非常高，使得發(fā)射機(jī)工作時(shí)，調(diào)諧亭附近成為一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域，因此對調(diào)諧亭的控制操作不能在本地進(jìn)行。調(diào)諧亭的控制主要采用“兩地操控”模式，分別是設(shè)備控制柜集中操控模式、中控室遠(yuǎn)程操控模式，其系統(tǒng)控制框圖如圖2。

每一個(gè)調(diào)諧亭配備一臺(tái)設(shè)備控制桓，所有的設(shè)備控制柜通過PLc網(wǎng)絡(luò)連接。中控室遠(yuǎn)程操控模式為集中監(jiān)控，可對現(xiàn)場所有調(diào)諧亭進(jìn)行控制，該方式為調(diào)諧亭控制主要運(yùn)行模式：在設(shè)備控制柜可以進(jìn)行集中操作模式，在設(shè)備進(jìn)行調(diào)試或一旦以太網(wǎng)、PLC網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)采用此操作模式，這種操控設(shè)置可大大提升控制的可靠性。兩種方式的優(yōu)先級為：設(shè)備控制桓集中操控優(yōu)先于中控室遠(yuǎn)程操控，這樣一旦巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)問題可立即在現(xiàn)場進(jìn)行有效、及時(shí)的緊急處理。

控制實(shí)現(xiàn)

安全性設(shè)計(jì)

由于進(jìn)行調(diào)諧亭調(diào)諧需要加載高壓方可進(jìn)行，因此既要確保調(diào)諧能夠安全進(jìn)行，又要保障發(fā)射機(jī)不因槽路失諧而燒毀是設(shè)計(jì)中首要考慮的問題。

在發(fā)射機(jī)加載高壓前。發(fā)射天線必須接入，其它輔助設(shè)施如用于散熱的風(fēng)冷、水冷設(shè)備必須啟動(dòng)，冷卻水的壓力、流量及風(fēng)速必須滿足要求。若設(shè)備控制柜檢測到這些設(shè)備狀態(tài)不符合加載高壓要求，強(qiáng)行合閘用于高壓加載的真空斷路器開關(guān)也是無效的。

發(fā)射機(jī)加載高壓后，對調(diào)諧亭進(jìn)行調(diào)諧，高壓必須有一定的限制，避免槽路嚴(yán)重失諧影響到發(fā)射機(jī)的安全。在設(shè)計(jì)中設(shè)定發(fā)射機(jī)的工作電壓≤500V是可以對調(diào)諧亭微調(diào)線卷進(jìn)行操作的，一旦發(fā)射機(jī)的工作電壓>500V，任何對調(diào)諧亭的操作行為是無效的。

頻率分段

由于發(fā)射機(jī)工作在一個(gè)頻率區(qū)間，在整個(gè)頻率區(qū)間進(jìn)行調(diào)諧亭調(diào)諧需要調(diào)節(jié)的設(shè)備眾多，軟件工作量大、調(diào)諧時(shí)間漫長。為了減少軟件工作量、縮短調(diào)諧時(shí)間，在設(shè)計(jì)中將發(fā)射機(jī)工作的頻率區(qū)間分為四個(gè)工作頻段，一旦操作人員通過中控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)或設(shè)備控制柜的觸摸屏輸入選定的工作頻率，設(shè)備控制柜在收到調(diào)諧亭調(diào)諧的命令后將自行判斷所選定的工作頻率屬于哪一個(gè)工作頻段。根據(jù)工作頻段自動(dòng)進(jìn)行用于縮短電容、延長線卷切換的真空斷路器開關(guān)的組合，完成調(diào)諧亭頻率調(diào)諧的粗選、細(xì)選的工作。

天線調(diào)諧檢測

天線電流檢測主要是測量天線在不同狀態(tài)下工作時(shí)的高頻電流真實(shí)值，測量的目的是為了實(shí)現(xiàn)微調(diào)線卷的閉環(huán)控制反饋，因此電流取樣要盡可能準(zhǔn)確。在實(shí)際應(yīng)用中采用電流取樣環(huán)進(jìn)行取樣、為了避免電磁干擾應(yīng)對取樣環(huán)采取屏蔽措施，取樣環(huán)應(yīng)放置于被測回路電流的電位最低端。避免取樣環(huán)承受電壓太高，引起對材料耐壓要求過高而帶來的一系列實(shí)現(xiàn)困難。設(shè)備控制柜將取樣電流值進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)化后上傳，在中控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、設(shè)備控制柜進(jìn)行顯示。在判斷發(fā)射機(jī)是否工作在調(diào)諧狀態(tài)不能以天線最大電流來衡量是否實(shí)現(xiàn)天線槽路調(diào)諧，而只能依據(jù)回路諧振時(shí)呈現(xiàn)純阻狀態(tài)或電壓。電流同相位判斷是否實(shí)現(xiàn)天線槽路調(diào)諧。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇合適的電壓互感器檢測天線電壓，經(jīng)設(shè)備控制柜進(jìn)行A／D變換后判斷電壓、電流是否是同相位，如設(shè)備控制桓認(rèn)為當(dāng)前電壓、電流是同相位則可認(rèn)為宴現(xiàn)了天線槽路調(diào)諧。天線諧振判斷框圖如圖3。

調(diào)諧實(shí)現(xiàn)

對調(diào)諧亭實(shí)行工作頻點(diǎn)的調(diào)諧、經(jīng)過根據(jù)工作頻段自動(dòng)進(jìn)行用于縮短電容、延長線卷切換的真空斷略器開關(guān)的組合，已經(jīng)完成調(diào)諧亭頻率調(diào)諧的粗選、細(xì)選的工作，需要通過對微調(diào)線卷的自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)最終天線槽路的調(diào)諧。傳統(tǒng)的微調(diào)線卷控制方式采用三相異步電機(jī)變速后帶動(dòng)微調(diào)線卷旋轉(zhuǎn)，通過自整角發(fā)射機(jī)將微調(diào)線卷轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，由自整角接收機(jī)接收顯示，操作人員據(jù)此判斷天線槽路是否實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。我們在應(yīng)用中對微調(diào)線卷的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)改用伺服電機(jī)進(jìn)行，大大地提高對角度控制的精度和準(zhǔn)確度。設(shè)備控制柜控制伺服電機(jī)通過對微調(diào)線卷最大轉(zhuǎn)角180的旋轉(zhuǎn)，可以尋找電壓、電流同相位處的角度(認(rèn)為天線工作在純阻狀態(tài))，然后伺服電機(jī)自行將微調(diào)線卷定位于對應(yīng)的角度，可迅捷實(shí)現(xiàn)天線槽路調(diào)諧而不依賴操作人員自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。

結(jié)語

本天線調(diào)諧亭的自動(dòng)化控制方案體現(xiàn)了先進(jìn)性、可靠性的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：全程的自動(dòng)化控制，把復(fù)雜的邏輯判斷交由程序去完成，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，改變了傳統(tǒng)控制模式的單列器件繁多、布線復(fù)雜的狀況，進(jìn)一步提升了控制的可靠性：數(shù)據(jù)信息采集手段的現(xiàn)代化，徹底消除了運(yùn)行數(shù)據(jù)靠人工記錄及數(shù)據(jù)的時(shí)效性、正確性都可能存在問題的現(xiàn)象，并可隨時(shí)查詢各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖表信息。在實(shí)際應(yīng)用中證明其控制性能穩(wěn)定，功能可靠，取得了滿意的使用效果。