DF100A 型100kW 短波發(fā)射機電子管溫度保護電路改進

劉興舉

（國家廣播電視總局七二五臺，山西 晉中031308）

作為我國使用量最大的發(fā)射機，DF100A 型100kW 短波發(fā)射機所用控制系統(tǒng)，曾進行過一次升級，此次升級使短波發(fā)射機自控能力得到了顯著提升。但受當(dāng)時技術(shù)制約，有關(guān)人員并未對信號取樣技術(shù)進行更新，較低的取樣精度成為發(fā)射機做出錯誤動作的主要原因，電臺播出安全往往難以得到保證，由此可見，對保護電路做二次升級，賦予其較之前更為理想的穩(wěn)定性，其現(xiàn)實意義不言而喻。

1 溫度保護電路介紹

圖1 原有溫度保護電路

水冷系統(tǒng)內(nèi)部嵌有繼電器和保護開關(guān)，保護開關(guān)運行原理與家用電飯鍋相似（如圖2），圖中紅色金屬片與藍(lán)色金屬片的熱膨脹系數(shù)不同，在出現(xiàn)溫度持續(xù)上升的情況時，熱膨脹系數(shù)較大的藍(lán)色金屬片將快速膨脹，此時，緊密相貼的金屬片將出現(xiàn)明顯的形變，水溫達(dá)到或超過60℃，達(dá)到最大彎曲度的金屬片將與點O 相接，開關(guān)被開啟，將+24V 信號傳遞至發(fā)射機控制開關(guān)對應(yīng)繼電器內(nèi)部，由主控開關(guān)將高壓電源切斷，發(fā)射機中斷運行，避免電子管被進一步損壞。這里要明確一點，機械模擬儀表的作用是對溫度進行顯示，而非輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。

研究表明，上述保護電路存在兩個較為明顯的問題：

其一，金屬片開關(guān)的精度較低，極易出現(xiàn)誤差，在標(biāo)稱精度為52℃至58℃的前提下對其進行測量，偶有50℃便發(fā)生動作的情況出現(xiàn)。

其二，金屬片開關(guān)使用壽命較短，極易被損壞，如果工作人員沒有及時更換損壞開關(guān)，便會導(dǎo)致電路失效。

圖2 金屬片開關(guān)運行原理

2 溫度保護電路初次改造情況

曾經(jīng)，國內(nèi)就有專業(yè)人員對短波發(fā)射機所采用控制方式進行升級，并引入了PLC+計算機這一全新控制方式，實現(xiàn)自動化控制[1]。與此同時，為電子管溫度提供保護的電路，也做出了相應(yīng)的變動，具體情況見圖3。

圖3 自動化升級電路示意圖

由圖可知，本次改造并未使保護電路出現(xiàn)實質(zhì)性的變化，僅選擇用溫度傳感器對機械模擬儀表進行替代，而該傳感器的作用，主要是向PLC 傳送取樣數(shù)據(jù)，并經(jīng)由計算機屏幕對相關(guān)數(shù)據(jù)加以顯示。被用來對保護電路進行控制的開關(guān)并未被替換，仍為金屬片開關(guān)，這樣做并不能使問題得到徹底解決。

3 溫度保護電路二次改造要點

3.1 明確電路不足

即便對保護電路進行了自動化升級，仍有亟待解決的問題存在，這是因為自動化升級所采用方案是在PLC 內(nèi)對控制信號進行接入，將后續(xù)的控制與處理工作交由自動化系統(tǒng)負(fù)責(zé)。事實證明，這樣做所帶來了積極影響，主要是壓縮關(guān)機保護需要花費時間并使溫度得到精確顯示，但以下不足尚未得到彌補：

首先是延遲。由于處理工作需要依托軟件判斷而開展，周期循環(huán)判斷往往要耗費較長時間，延時問題難以得到解決。其次是可靠性缺乏。+24V 信號往往被直接送至PLC 內(nèi)部，若PLC出現(xiàn)故障，該控制信號將無法發(fā)揮出應(yīng)有作用，單純從可靠性還有響應(yīng)級別來看，仍有較大的上升空間。最后是不具備預(yù)警功能。值機員對保護電路的需求，除了為電子管提供保護外，還包括提前發(fā)出預(yù)警，以便于工作人員能夠及時對其進行維護，避免更嚴(yán)重問題的出現(xiàn)。

3.2 制定改造方案

短波發(fā)射機核心元器件為放大電子管，該元器件的作用，主要是調(diào)制高頻信號并對其功率進行放大。長期處于丙類運行環(huán)境（大電流/高電壓/高頻率）下的高末電子管，其耗散過程往往會伴有極大熱量產(chǎn)生，要想避免不必要問題的出現(xiàn)，工作人員應(yīng)對以下內(nèi)容引起重視：一方面，結(jié)合實際情況選擇切實可行的熱交換模式，確保電子管熱損耗能夠及時向外散發(fā)。另一方面，實時監(jiān)控電子管溫度及狀態(tài)，確保潛在問題可盡快得到解決，避免出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致電子管被損壞的問題。由此可見，在短波發(fā)射機內(nèi)部對溫度保護電路進行設(shè)置很有必要。

現(xiàn)階段的工作重點是基于自動化升級電路，結(jié)合實際需求對其進行二次改造，將精度有待提升的原有金屬保護開關(guān)取消，轉(zhuǎn)而采用將取樣信號與硬件邏輯電路相連接的方案，保證電路能夠科學(xué)判斷溫度并發(fā)出預(yù)警。信號轉(zhuǎn)換模塊主要被用來對電流信號進行轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換所得電壓信號，通常會被送至PLC和單片機，第一路電壓信號的作用是對溫度進行顯示，第二路信號的作用是對溫變速度進行判斷[2]。

單片機的控制原理與硬件判斷原理相同，均是先對轉(zhuǎn)換電壓信號進行調(diào)理，再將其分成兩路，一路送至比較器輸入端，對比極限基準(zhǔn)電平，一般來說，極限基準(zhǔn)電平應(yīng)由專業(yè)人員以實際需求為依據(jù)進行設(shè)定。若取樣信號電平較極限基準(zhǔn)電平更大，則可通過比較器對高電平進行輸出的方式，使溫度得到實時判斷。而硬件比較電路的接入，大幅縮短了響應(yīng)判斷需要等待的時間。經(jīng)由或門判斷溫度的原因，主要是這樣做可有效避免溫度傳感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致保護電路無法正常發(fā)揮作用，若入水溫度≥65℃或出水溫度≥60℃，保護電路便會發(fā)出保護信號，該信號通常會被直接輸送至發(fā)射機控制開關(guān)對應(yīng)繼電器上，響應(yīng)時間隨之縮短。另一路將會被送至檢測溫變速度的模塊內(nèi)部，全程參與預(yù)警檢測工作。而工作人員的任務(wù)，主要是基于運動速度相關(guān)理論，對溫變速度進行引入，真正做到經(jīng)由單片機對取樣信號進行實時處理，并對溫變趨勢加以明確。這一過程所使用計算公式如下：

其中，t 代表自動化軟件對溫度單位進行采集的間隔。T1和T2代表連續(xù)采集實時溫度的數(shù)值，間隔時長為t。ΔT 代表溫度差。V溫代表單位時間內(nèi)電子管溫變速度。對相關(guān)概念進行引入的原因，主要是電子管較易受外界因素影響而出現(xiàn)溫度變化異常的情況，例如，有較高的播出頻率、天氣溫度較高或是發(fā)射機未呈現(xiàn)出理想的調(diào)諧狀態(tài)[3]。對溫變速度進行判斷，有助于工作人員掌握電子管所處狀態(tài)，若電子管存在溫度失控或狀態(tài)失諧的情況，應(yīng)及時加以解決。

測試表明，只有在兩種情況下，溫變速度才能超過0.2℃/s，一種是溫度處于由低溫向穩(wěn)定狀態(tài)過渡的升溫階段，這種情況在剛開機的發(fā)射機上較為常見，另一種是由于有故障存在，導(dǎo)致發(fā)射機電子管的管耗大幅增加，溫度上升速度隨之加快。出于準(zhǔn)確區(qū)分不同狀態(tài)的考慮，工作人員對保護電路發(fā)出預(yù)警所設(shè)定前提條件為：a. 發(fā)射機的出水溫度≥45℃；b. 溫變速度≥0.2℃/s，只有同時滿足上述條件，保護電路才會發(fā)出預(yù)警信號，再由當(dāng)班人員根據(jù)成因?qū)栴}加以處理，避免由于電子管持續(xù)升溫，導(dǎo)致節(jié)目停播。另外，工作人員制定設(shè)計方案時，還應(yīng)對單片機故障、信號轉(zhuǎn)換單元故障加以考慮，通過加入看門狗電路的方式，確保在單片機出現(xiàn)故障時，可利用備份單片機對其進行替換并啟動；在有程序跑飛情況出現(xiàn)時，單片機能夠立即重啟存儲程序。

4 結(jié)論

對經(jīng)過改造短波發(fā)射機進行一年的試運行后，工作人員發(fā)現(xiàn)采用上述方案進行改造的發(fā)射機，并未出現(xiàn)金屬片失效以及電子管溫過高的問題，電臺被迫停播的問題因此而得到解決。由于上述方案所采用硬件電路構(gòu)成相對簡單，僅需投入較少成本便能獲得理想成效，因此，現(xiàn)已在諸多地區(qū)得到推廣及應(yīng)用，隨著停播率的降低，電臺所收到社會與經(jīng)濟效益均得到了較大幅度的增加。