ADWR多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)PLC故障淺析

韓 濤

(民航黑龍江空管分局，哈爾濱150079)

民航機(jī)場多普勒天氣雷達(dá)(ADWR)是由安徽四創(chuàng)電子有限公司設(shè)計(jì)、開發(fā)研制的新一代大型C波段全相參脈沖多普勒天氣雷達(dá)［1］。它除了具有常規(guī)天氣雷達(dá)探測降水回波的位置、強(qiáng)度等功能之外，還以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，通過測定回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)高頻頻率(相位)之間的差異，進(jìn)一步得出雷達(dá)電磁波束有效照射體積內(nèi)，降水粒子徑向運(yùn)動(dòng)速度和速度譜寬，從而在一定條件下，反演出大氣風(fēng)場、氣流垂直速度分布及湍流狀況等。ADWR雷達(dá)能監(jiān)測雷達(dá)四周400km范圍內(nèi)的氣象目標(biāo)，定量測量200km范圍內(nèi)氣象目標(biāo)的強(qiáng)度，檢測150 km范圍內(nèi)降水粒子群相對(duì)于雷達(dá)的平均徑向速度和速度譜寬。它是分析中小尺度天氣系統(tǒng)，警戒強(qiáng)對(duì)流危險(xiǎn)天氣，制作短時(shí)天氣預(yù)報(bào)，保障民航飛行安全的強(qiáng)有力的工具。

研究介紹了多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)的組成、工作過程，并通過本單位雷達(dá)使用過程中出現(xiàn)的發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)控分機(jī)PLA故障，分析多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)控分系統(tǒng)的檢修過程。

一、發(fā)射系統(tǒng)的組成、工作過程

ADWR雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)由固態(tài)放大器，固態(tài)調(diào)制器(含脈沖變壓器)，速調(diào)管功率放大器(含脈沖旁路器)，發(fā)射配電電路，發(fā)射監(jiān)控分機(jī)，高壓電源分機(jī)，磁場電源分機(jī)Ⅰ，磁場電源分機(jī)Ⅱ，燈絲電源分機(jī)以及鈦泵電源分機(jī)等等十幾個(gè)部分組成。

發(fā)射配電電路將輸入的50 Hz、三相380 V電源，合理地分配給本分系統(tǒng)內(nèi)各分機(jī)、組件以及冷卻設(shè)備，向它們提供50Hz單相220V或三相380V電源。此外還為本分系統(tǒng)之外的充氣機(jī)提供三相380 V電源。

發(fā)射監(jiān)控分級(jí)負(fù)責(zé)本分系統(tǒng)與全機(jī)其他系統(tǒng)在信號(hào)定時(shí)、同步和工作狀態(tài)控制方面的聯(lián)系，并采集本分系統(tǒng)各分機(jī)的故障信號(hào)，完成內(nèi)部技術(shù)狀態(tài)檢測功能。

固態(tài)放大器將來自接收分系統(tǒng)激勵(lì)源分級(jí)的0.5 W射頻激勵(lì)信號(hào)，放大到滿足速調(diào)管激勵(lì)要求的功率電平，送到速調(diào)管的輸入腔。

固態(tài)調(diào)制器在放電觸發(fā)脈沖的控制下，通過脈沖變壓器向速調(diào)管陰極提供調(diào)制脈沖。

速調(diào)管作為功率放大器，在其陰極調(diào)制脈沖持續(xù)期間，將輸入的射頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行充分、有效的功率放大，最后輸出250 W以上的射頻發(fā)射脈沖。脈沖旁路器與速調(diào)管及脈沖變壓器連接，用以構(gòu)成速調(diào)管收集極電流、管體電流和總流的通路，并可進(jìn)行檢測。

高壓電源分機(jī)在充電觸發(fā)脈沖控制下，向固態(tài)調(diào)制器的儲(chǔ)能組件(PFN)提供充電電源。磁場電源Ⅰ和Ⅱ?yàn)樗僬{(diào)管的兩組聚焦線圈提供電流，已形成徑向聚焦磁場，保證速調(diào)管工作時(shí)電子注不致散焦。燈絲電源分機(jī)、鈦泵電源分機(jī)向速調(diào)管提供燈絲電源和鈦泵電源，后者保證速調(diào)管的真空度不致降低。

二、監(jiān)控分機(jī)PLC故障處理

1.故障現(xiàn)象

多普勒天氣雷達(dá)運(yùn)行過程中出現(xiàn)發(fā)射分系統(tǒng)故障告警，高壓電源關(guān)閉，監(jiān)控顯示“回掃電源”、“人工線(PFN)過壓”、“可控硅(SCR)”、“可控硅(SCR)風(fēng)機(jī)”、“反峰”、“固態(tài)放大器(SSA)”、“磁場電源1”、“磁場電源2”等故障，通過雷達(dá)終端操作軟件進(jìn)行軟件故障復(fù)位無效，遙控關(guān)閉低壓，重新開機(jī)后仍顯示故障。

2.故障分析

根據(jù)雷達(dá)監(jiān)控狀態(tài)顯示，發(fā)射分系統(tǒng)同時(shí)報(bào)出多個(gè)故障，分析各故障現(xiàn)象，各組件同時(shí)損壞的可能性不大，初步判斷故障有可能在發(fā)射監(jiān)控部分或電源供電部分。

發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的核心是一臺(tái)可編程控制器(PLC)，另外配置一塊接口板和一塊控制指示面板，其組成框圖如圖1所示。

圖1

發(fā)射監(jiān)控分機(jī)中選用的可編程控制器(PLA)為日本OMRON公司的C200H型工業(yè)控制器(工控機(jī))，包括一個(gè)CPU模塊，五槽底板上配置有兩個(gè)16點(diǎn)輸入模塊(PC003和PC004)、一個(gè)16點(diǎn)輸出模塊PC 001，、一個(gè)8點(diǎn)輸出模塊PC 002和一個(gè)串行通信模塊PC 000。此外還有一個(gè)專用電源模塊G1，該模塊提供+15V工作電壓，供監(jiān)控分機(jī)工作，一個(gè)隔離變壓器和一個(gè)電網(wǎng)濾波器。

可編程控制器的CPU模塊經(jīng)PC003和PC004兩個(gè)16點(diǎn)輸入模塊接收本地操作控制信號(hào)和故障信號(hào)，經(jīng)串行通信模塊PC000接收監(jiān)控分系統(tǒng)送來的操作控制信號(hào)，按編制好的程序進(jìn)行運(yùn)算和判斷。輸出的工作狀態(tài)指示信號(hào)和故障信號(hào)經(jīng)16點(diǎn)輸出模塊PC001送往控制指示面板進(jìn)行狀態(tài)指示和故障指示，輸出的操作控制信號(hào)經(jīng)8點(diǎn)輸出模塊PC002送往相應(yīng)繼電器控制這些繼電器的吸合完成相應(yīng)操作。工作狀態(tài)和故障信息等經(jīng)串行通信模塊PC000送往監(jiān)控分系統(tǒng)。

經(jīng)16點(diǎn)輸入模塊PC004進(jìn)入PLC模塊的故障輸入有15個(gè)，分別是:高壓電源故障、人工線過壓故障、可控硅故障、可控硅風(fēng)機(jī)故障、反峰故障、固態(tài)放大器故障、磁場電源1故障、磁場電源2故障、燈絲電源故障、鈦泵電源故障、真空度故障、總流故障、總流節(jié)點(diǎn)故障、管體電流節(jié)點(diǎn)故障和充電過荷故障。

經(jīng)16點(diǎn)輸入模塊PC003進(jìn)入PLC模塊的故障輸入有10個(gè)，分別是:冷卻開關(guān)脫扣、磁場開關(guān)脫扣、高壓開關(guān)脫扣、速調(diào)管溫度故障、線包溫度故障、高溫故障、低溫故障、天線罩門故障、機(jī)柜門1故障和機(jī)柜門2故障。

3.故障檢修

技術(shù)人員選擇三用表直流電壓檔，對(duì)發(fā)射機(jī)監(jiān)控分機(jī)PLC供電進(jìn)行測量，測得發(fā)射機(jī)柜1輸出電壓為15 V，發(fā)射機(jī)監(jiān)控分系統(tǒng)供電正常;檢查發(fā)射機(jī)人工線電源、可控硅電源、磁場電源電源均正常;更換發(fā)射監(jiān)控分機(jī)PLA底板，故障依然存在，確認(rèn)發(fā)射監(jiān)控分機(jī)PLA底板正常;更換接口板，故障現(xiàn)象仍然存在，排除接口板故障。除去發(fā)射監(jiān)控分機(jī)面板，對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)PLC輸入模塊的指示燈亮度異常，查找圖冊確定該模塊為PC004模塊，所有報(bào)出故障均經(jīng)PC004模塊輸入到PLC模塊，更換對(duì)應(yīng)PLC模塊后故障現(xiàn)象消失。

多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射分機(jī)中電壓較高，維修人員在故障檢修時(shí)，要嚴(yán)格遵守高壓操作規(guī)則，一般采用感應(yīng)方法測量。發(fā)射分系統(tǒng)是多普勒天氣雷達(dá)的重要組成部分，也是故障率出現(xiàn)較高的部分，熟練掌握其電路結(jié)構(gòu)及工作原理為維護(hù)、維修多普勒天氣雷達(dá)帶來許多方便。

［1］安徽四創(chuàng)電子有限公司.ADWR雷達(dá)系統(tǒng)手冊［K］.安徽四創(chuàng)電子有限公司，2006.