冗余技術(shù)在DX—600中波發(fā)射機(jī)合成器伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

占榮郎

摘 要：該文通過(guò)對(duì)DX-600中波發(fā)射機(jī)合成器伺服系統(tǒng)工作原理的分析，利用冗余技術(shù)，在合成器中安裝一套備用伺服系統(tǒng)組件。備用伺服系統(tǒng)組件其線路簡(jiǎn)單可靠，切換操作時(shí)迅速，方便，并能做到切換備用伺服系統(tǒng)組件與發(fā)射機(jī)N-1操作同步。當(dāng)發(fā)射機(jī)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速切換，大大縮小的發(fā)射機(jī)的停播時(shí)間，確保安全播出工作的完成。同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)，在同類型發(fā)射機(jī)中具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：冗余 伺服 備份 安全播出

中圖分類號(hào)：TN948 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0024-03

DX-600中波發(fā)射機(jī)是由美國(guó)哈里斯公司生產(chǎn)的全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。PB1、PB2、PB3分別為一個(gè)獨(dú)立產(chǎn)生200KW功率的發(fā)射機(jī)單元，其射頻輸出經(jīng)過(guò)射頻開關(guān)K10、K20、K30及3個(gè)90°并機(jī)網(wǎng)絡(luò)合成為600 KW/56 Ω的射頻；同時(shí)，該系統(tǒng)支持N-1工作模式，即通過(guò)PLC產(chǎn)生的射頻開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)-L，控制射頻開關(guān)K10、K20、K30的合/斷，實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)PB單元并機(jī)工作，另一個(gè)單元斷開，此時(shí)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)合成的射頻為400 KW/84 Ω。這樣，當(dāng)任何PB單元出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)快速脫離，減少故障的處理時(shí)間。

由L、C1、C2組成的π型輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，及伺服取樣、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同構(gòu)成合成器伺服系統(tǒng)。在DX-600發(fā)射機(jī)的射頻輸出通路中，伺服系統(tǒng)具有唯一性，當(dāng)這部分電路出現(xiàn)故障時(shí)，必須適時(shí)應(yīng)急搶修，同時(shí)由于伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，器件安裝緊湊，往往造成故障處理時(shí)間較長(zhǎng)，極大影響發(fā)射機(jī)的正常播出。該文利用冗余技術(shù)，在合成器中安裝一套備用伺服系統(tǒng)組件，可對(duì)伺服系統(tǒng)故障進(jìn)行快速響應(yīng)和應(yīng)急處理，大大減少停播時(shí)間，確保發(fā)射機(jī)的安全播出。

1 相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 冗余

冗余指重復(fù)配置系統(tǒng)的一些部件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作，由此減少系統(tǒng)的故障時(shí)間。

1.2 伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一類，它的輸出變量通常是機(jī)械位置或速度，是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能隨著輸入目標(biāo)值的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

如圖1所示，DX-600發(fā)射機(jī)合成器伺服系統(tǒng)由π型輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、及伺服取樣、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同構(gòu)成。輸出π網(wǎng)絡(luò)通過(guò)改變C1和C2的容量可以得到不同的阻抗匹配。伺服控制是通過(guò)兩個(gè)馬達(dá)M1、M2分別來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電容C1及調(diào)載電容C2，每一個(gè)電容的位置和一個(gè)與之聯(lián)動(dòng)的可變電位器相對(duì)應(yīng)，其調(diào)諧取樣電壓UR1和調(diào)載取樣電壓UR2分別送到伺服控制板。DX-600發(fā)射機(jī)有N-0、N-1兩種預(yù)置位置，接收來(lái)自調(diào)諧、調(diào)載的位置信息，從而輸出調(diào)載、調(diào)諧馬達(dá)的控制信號(hào)，控制信號(hào)的流向決定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，從而決定最終C1、C2的容量，使π網(wǎng)絡(luò)達(dá)到正確的阻抗匹配。調(diào)諧、調(diào)載取樣的電平可在MMI（觸摸屏）上的伺服控制屏菜單中清楚顯示，也可通過(guò)伺服控制屏上手動(dòng)升/降來(lái)調(diào)整C1、C2的值。

當(dāng)發(fā)射機(jī)工作在N-0（三并機(jī)）狀態(tài)時(shí)，π網(wǎng)絡(luò)將56Ω輸入阻抗變換成75Ω輸出阻抗；N-1工作狀態(tài)時(shí)，π網(wǎng)絡(luò)將84Ω輸入阻抗變換成75Ω輸出阻抗。實(shí)測(cè)合成器N-0、N-1兩種狀態(tài)下的伺服系統(tǒng)參數(shù)如下表1所示。

1.3 射頻開關(guān)

DX-600合成器使用的射頻開關(guān)是一種新型射頻接觸器，由機(jī)械部分和射頻開關(guān)控制板兩部分組成。機(jī)械部分包括射頻閘刀組件、直線運(yùn)動(dòng)液壓機(jī)和同步遮板；控制電路主要由繼電器、場(chǎng)效應(yīng)管、紅外傳感器和分立元件等組成。具有耐高壓、控制簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、安裝方便等特點(diǎn)。射頻開關(guān)簡(jiǎn)圖如圖2所示，射頻開關(guān)控制板的J1-1接+24V電源，J1-16接地，J1-3、4腳接受來(lái)自PLC的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

當(dāng)J1-3端子接受驅(qū)動(dòng)電平為L(zhǎng)（低）電平時(shí)，經(jīng)過(guò)控制板內(nèi)部電路的作用，+24V經(jīng)TB1-2→直流電機(jī)M黃色端→直流電機(jī)M紅色端→TB1-1→控制板內(nèi)部電路→J1-16→地形成閉合回路，直流電機(jī)向內(nèi)收縮帶動(dòng)射頻開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到模式開關(guān)上（1）（2）接點(diǎn)閉合、（7）（8）接點(diǎn)閉合。

當(dāng)J1-4端子接受驅(qū)動(dòng)電平為L(zhǎng)電平時(shí)，經(jīng)過(guò)控制板內(nèi)部電路的作用，+24V經(jīng)TB1-1→直流電機(jī)M紅色端→直流電機(jī)M黃色端→TB1-2→控制板內(nèi)部電路→J1-16→地形成閉合回路。直流電機(jī)向外伸展，帶動(dòng)射頻開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到模式開關(guān)上（3）（4）接點(diǎn)閉合、（5）（6）接點(diǎn)閉合。

2 冗余方案

2.1 射頻輸出通路

利用合成器A5后機(jī)箱的空余位置，安裝一個(gè)射頻開關(guān)K、調(diào)諧備份電容C1備、調(diào)載備份電容C2備。如圖3所示，將射頻開關(guān)K的②—④，⑤—⑦端子間用銅皮短接，②端子與電感L的射頻輸入端連接，⑦端子與L的射頻輸出端連接；C1備容量調(diào)至420PF，其非接地端與射頻開關(guān)K的③端子接連接；C2備容量調(diào)至554PF，其非接地端與射頻開關(guān)K的端子⑥連接；將合成器A4后機(jī)箱中的C1、C2電容的非接地端分別與射頻開關(guān)K的①、⑧端子相連接。

當(dāng)射頻開關(guān)K工作在①②接點(diǎn)間閉合、⑦⑧接點(diǎn)間閉合的工作狀態(tài)時(shí)，C1、C2電容接入到π型匹配網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)射機(jī)使用原來(lái)的伺服系統(tǒng)工作。

當(dāng)射頻開關(guān)K工作在③④接點(diǎn)間閉合、⑤⑥接點(diǎn)間閉合的工作狀態(tài)時(shí)，C1備、C2備電容接入到π型匹配網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)射機(jī)使用備份的伺服系統(tǒng)工作。

2.2 伺服控制通路

如圖3所示，將K1繼電器的常閉接點(diǎn)串接在調(diào)諧驅(qū)動(dòng)電壓輸出端與調(diào)諧馬達(dá)M1間；將K2繼電器的常閉接點(diǎn)串接在調(diào)載驅(qū)動(dòng)電壓輸出端與調(diào)載馬達(dá)M2間；將主用調(diào)諧取樣電壓UR1、備用調(diào)諧取樣電壓UR1備（7.31V）分別接到K3繼電器的常閉接點(diǎn)和常開接點(diǎn)上，其接點(diǎn)的公共端作為調(diào)諧取樣電平輸出；將主用調(diào)諧取樣電壓UR2、備用調(diào)諧取樣電壓UR2備（8.58V）分別接到K4繼電器的常閉接點(diǎn)和常開接點(diǎn)上，其接點(diǎn)的公共端作為調(diào)載取樣電平輸出；將射頻開關(guān)K的控制板上的J1-3端子通過(guò)K5繼電器的常閉接點(diǎn)與電源地相連接，J1-4端子通過(guò)K5繼電器的常開接點(diǎn)與電源地相連接。

2.3 控制原理分析

如圖4所示，當(dāng)開關(guān)S處于斷開位置時(shí)，K1、K2、K3、K4、K5繼電器線圈失電而無(wú)法動(dòng)作，所有繼電器的常閉接點(diǎn)接通、常開接點(diǎn)斷開。同時(shí)射頻開關(guān)K的J1-3輸入L電平，K工作于①②接點(diǎn)間閉合、⑦⑧接點(diǎn)間閉合的工作狀態(tài)，C1、C2電容接入到π型匹配網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)射機(jī)使用原來(lái)的伺服系統(tǒng)工作。調(diào)諧取樣和調(diào)載取樣也使用原來(lái)的電路，可實(shí)現(xiàn)N-0、N-1兩種工作模式的正常切換。

當(dāng)原來(lái)的伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，合上開關(guān)S，并在MMI（觸摸屏）的并機(jī)方式屏菜單上任意選擇一個(gè)PB單元（PB1或PB2或PB3）執(zhí)行斷開命令的操作，此時(shí)PLC將輸出對(duì)應(yīng)的射頻模式開關(guān)（K10或K20或K30）驅(qū)動(dòng)L電平信號(hào)。此信號(hào)一方面使得對(duì)應(yīng)的射頻模式開關(guān)（K10或K20或K30）動(dòng)作，將對(duì)應(yīng)PB單元（PB1或PB2或PB3）從合成器射頻通路中斷開，如圖1所示；另一方面，該（K10或K20或K30）驅(qū)動(dòng)L電平通過(guò)圖4中的CR1、CR2、CR3組成的與門電路，使得光電耦合器U-2腳低電平，光電耦合器U動(dòng)作，U-4腳輸出L電平，繼電器K1、K2、K3、K4、K5都動(dòng)作，所有繼電器的常閉接點(diǎn)斷開、常開接點(diǎn)閉合，發(fā)射機(jī)切換到備用伺服系統(tǒng)工作。而備用伺服系統(tǒng)中的C1備、C2備、UR1備、UR2備都先事設(shè)置在N-1工作方式的參數(shù)上，即C1備=420PF、C2備=554PF、UR1備=7.31 V、UR2備=8.58 V，發(fā)射機(jī)在N-1狀態(tài)工作。

當(dāng)主用伺服系統(tǒng)故障處理完畢后，斷開開關(guān)S，繼電器K1、K2、K3、K4、K5都不動(dòng)作，所有繼電器的常閉接點(diǎn)閉合、常開接點(diǎn)斷開，發(fā)射機(jī)切換到主用伺服系統(tǒng)工作。同時(shí)在MMI（觸摸屏）的并機(jī)方式屏菜單上選擇已斷開的PB單元執(zhí)行合上的命令操作，將對(duì)應(yīng)PB單元（PB1或PB2或PB3）重新連接到合成器射頻通路中，發(fā)射機(jī)工作在N-0狀態(tài)。

備用伺服系統(tǒng)組件其線路簡(jiǎn)單可靠，切換操作時(shí)迅速，方便，并能做到切換備用伺服系統(tǒng)組件與發(fā)射機(jī)N-1操作同步。當(dāng)發(fā)射機(jī)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速切換，大大縮小的發(fā)射機(jī)的停播時(shí)間，確保安全播出工作的完成。同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)，在同類型發(fā)射機(jī)中具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

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