TBH—522型150KW發(fā)射機(jī)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

劉釗

摘 要：本文擬對TBH-522型150kw短波發(fā)射機(jī)的工作指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)采集出來，通過串口通訊傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，實時地監(jiān)控、記錄發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)及各部分電路工作時的指標(biāo)，并根據(jù)這些工作狀態(tài)指標(biāo)，提取出記錄發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生出的一些非正常的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過運算，得出分析報告。另外錄入一些發(fā)射機(jī)一些固定的、常見的、或者典型性的多發(fā)性故障，匯總這些故障的狀態(tài)現(xiàn)象，確定故障的性質(zhì)、類別、程度，以便采用針對性措施，控制和防止故障的發(fā)生，為設(shè)備維修提供正確的技術(shù)支持。最終將這些故障分層、分類，給出診斷說明與最佳的處理方式。它的開發(fā)和運用將成為發(fā)射電臺提高工作效率的有力幫手，且對其他機(jī)型的發(fā)射機(jī)故障診斷也有較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測；故障診斷；設(shè)備維修

中圖分類號：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0209-02

1 課題研究背景和意義

目前我臺使用短波發(fā)射機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度較低，表值采集信號容易受到干擾，準(zhǔn)確度不高，在故障發(fā)生時不知道是因為故障引起的還是干擾引起的，所以經(jīng)常無法作為判斷故障的依據(jù)，而在運行中還需要人為調(diào)整一些表針，一個完善的監(jiān)測系統(tǒng)的目的是將被測機(jī)器的參數(shù)通過取樣單元直接測量并顯示出來，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域或者電子元器件出現(xiàn)故障時進(jìn)行診斷和處理。

2 發(fā)射機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)控開關(guān)量的主要設(shè)備就是電控箱，電控箱由電源控制小盒及電源保護(hù)小盒、測量及報警小盒、自動調(diào)諧小盒等設(shè)備組成。檢測的內(nèi)容分為三部分：低周箱監(jiān)測點：分別為前級燈絲電流、前柵極電流、前柵極電壓、前簾柵電流、前簾柵電壓、高前板流、高前板壓、末級燈絲電流、末級柵流、末級柵壓、高末級簾柵流。高周箱監(jiān)測點：分別為高前激勵、寬放電壓、寬放電流、末級板流、末級板壓、輸出功率、反射功率、入水溫度。高頻信號的監(jiān)測：分別為調(diào)幅度的監(jiān)測、載波頻偏的監(jiān)測。

3 硬件的連接關(guān)系

系統(tǒng)硬件采用NanoPC-T2作為系統(tǒng)主板，其輸入電路部分由兩塊構(gòu)成，一路為由隔離變送器送到的24路數(shù)據(jù)通過MAX1270/1271電路進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換再送到主板芯片中，射頻調(diào)幅度監(jiān)測電路也通過這部分輸入到NanoPC-T2，另一路水溫監(jiān)測電路是通過DS18B20電路輸入到NanoPC-T2。輸入電路與主板之間采用SPI總線連接，是一種同步串行傳輸方式，硬件功能強，使CPU使用率變低。而輸出電路分為三大塊，第一路輸送到顯示屏，第二路輸送到前面板運行狀態(tài)指示，第三路為24路輸出電路通過MAX5825進(jìn)行了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，最終輸送到發(fā)射機(jī)面板的電表指示，他們之間采用IIC總線連接，這種總線的優(yōu)點是雙工同步數(shù)據(jù)傳輸，接口線較少、控制方法簡單、通訊速率高等，這種總線的接口協(xié)議里包含設(shè)備地址信息，同一總線連接多個設(shè)備。

電量的采集分為24路，第一組8路AD輸入采集高周部分為高前級電子管的燈絲、柵極、簾柵極以及板極的電流和電壓。另外一組8路AD采集高末級電子管的燈絲、柵極以及簾柵極以及末級板極的電流和電壓；再分出6路AD采集高前級激勵器電壓；寬放電壓、電流；輸出功率、反射功率、出入水溫度，最后2路AD輸入用于調(diào)幅波監(jiān)測電路，采集高頻調(diào)幅波信號的載波直流和音頻檢波信號。其中用到兩塊MAX1270，一塊MAX1271集成電路，其中22路需要經(jīng)過ISO124隔離變送放大器。另外還有2路不需要經(jīng)過隔離變送器的信號來自調(diào)幅度監(jiān)測電路的檢波音頻信號和經(jīng)過隔直電容的音頻信號。

非電量的采集分為5路，其中2路測量入水溫度和出水溫度；另外三路分別為水位、水壓和位移。

ISO隔離放大器是低成本的隔離放大器，在輸入/輸出電路中起著電氣絕緣的放大電路，它的輸入/輸出和電源電路之間不用直接電路耦合，對模擬信號進(jìn)行隔離，按比例放大，提高共模抑制比，保護(hù)設(shè)備安全。

因為處理器只能夠處理數(shù)字信號，而ISO隔離器送過來的是模擬信號，就必須要進(jìn)過A/D轉(zhuǎn)換。MAX1270/MAX1271是多量程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，芯片供電電壓+5V。

原有的水溫監(jiān)測傳感器因為受到干擾等因素，經(jīng)常出現(xiàn)測量不準(zhǔn)等情況，在巡機(jī)抄表時發(fā)現(xiàn)甚至出水溫度很接近與入水溫度，是日常維護(hù)工作中的一個隱患，無法正確判斷發(fā)射機(jī)的熱交換量，而發(fā)射機(jī)的大量真空器件的故障就是因為溫度太高而引起的。所以在此次設(shè)計中，使用了DS18B20可編程數(shù)字溫度計，測量范圍-55℃～125℃，精度在±0.5℃，重要的是溫度數(shù)據(jù)通過“一字總線”數(shù)據(jù)傳輸，抗干擾能力極強，見圖1。

故障診斷系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備連接關(guān)系，如上圖所示，上位機(jī)收集來自發(fā)射機(jī)自動調(diào)諧裝置、電控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，匯總成發(fā)射機(jī)狀態(tài)信息上傳至“監(jiān)測系統(tǒng)主芯片”，系統(tǒng)平臺獲取的這些信息數(shù)據(jù)依賴上位機(jī)軟件，當(dāng)上位機(jī)軟件關(guān)閉時，專家系統(tǒng)平臺的相應(yīng)數(shù)據(jù)不會停止更新。相當(dāng)于直接通過網(wǎng)口從“監(jiān)測系統(tǒng)主芯片”獲取數(shù)據(jù)。

4 故障診斷系統(tǒng)

現(xiàn)階段的診斷系統(tǒng)是人工智能的一個重要組成部分，也是人工智能發(fā)展階段的產(chǎn)物，現(xiàn)在很多領(lǐng)域都已經(jīng)開發(fā)出了適合自己使用的診斷系統(tǒng)，在一些高級領(lǐng)域里診斷系統(tǒng)功能全面，實用性高，已經(jīng)逐步完善成熟。他們在判斷問題的時候甚至超過人類專家，所以我們借助這些優(yōu)勢的診斷系統(tǒng)，設(shè)計研發(fā)了適合自己的一套診斷系統(tǒng)，希望其在短波廣播發(fā)射機(jī)領(lǐng)域也能產(chǎn)生巨大的收獲。

對知識庫和推理機(jī)的詳細(xì)設(shè)計就是對故障診斷系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，知識庫內(nèi)儲存大量的專業(yè)知識，并正確表達(dá)，可以提高識別效率；而推理機(jī)要有精確的推理方法來提高故障診斷的精準(zhǔn)度。

知識表示是知識的符號化和形式化的過程，是用機(jī)器表示知識的可行性、有效性的一般方法，是經(jīng)過削減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換的信息，簡單的來說，知識是經(jīng)過加工的信息。是這個領(lǐng)域所涉及的各個有關(guān)方面的一種符號表示，把知識編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。本次設(shè)計的系統(tǒng)中采用了基于產(chǎn)生式系統(tǒng)的規(guī)則表示法。

知識庫設(shè)計為發(fā)射機(jī)表、參數(shù)表、前件表、后件表和規(guī)則表。

發(fā)射機(jī)表：發(fā)射機(jī)表中存放的是每臺發(fā)射機(jī)的編號、名字和頻道號。參數(shù)表：列出了所有發(fā)射機(jī)編號、參數(shù)編號、參數(shù)名稱，標(biāo)準(zhǔn)值、正常狀態(tài)下的顯示值和需要采集電壓范圍。前件表：錄入規(guī)則的原因，表中列出了編號及原因描述。后件表：錄入故障結(jié)論，表中列出了編號及結(jié)論描述。規(guī)則表：錄入產(chǎn)生式規(guī)則的集合，包含的字段。

發(fā)射機(jī)在正常工作狀態(tài)下，有些表值正常狀態(tài)下是浮動的一個值，有一定的變化范圍。模糊推理系統(tǒng)以模糊理論為依據(jù)，實現(xiàn)復(fù)雜的非線性映射關(guān)系，通過模糊化模塊將輸入的精確值進(jìn)行模糊化處理，轉(zhuǎn)化成一個模糊的集合區(qū)間。

5 結(jié)語

這些故障的信息匯總了各種發(fā)射機(jī)的典型故障，用來作為處理故障的依據(jù)。診斷系統(tǒng)還具有學(xué)習(xí)功能，在未錄入故障的記錄中，自動添加故障類型，故障規(guī)則。這樣日積月累，故障的知識庫將越來越全面和飽滿，判斷故障的準(zhǔn)確性也會大大提高。

本文研究和設(shè)計的診斷系統(tǒng)，在監(jiān)控發(fā)射機(jī)狀態(tài)功能和診斷發(fā)射機(jī)故障的基礎(chǔ)上，對發(fā)射機(jī)全面自動化而言，僅僅是邁出了一小步，未來還需要建立更加全面的故障處理系統(tǒng)，使人工智能全面應(yīng)用于發(fā)射機(jī)，服務(wù)于廣播傳媒。