發(fā)射機冷卻風(fēng)扇實時監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

阮 翔

（國家廣播電視總局 八三一臺，浙江 金華 321100）

0 引 言

短波發(fā)射機工作時元器件會散發(fā)大量的熱量，如果不能及時將這些熱量排出或帶走，則溫度過高會導(dǎo)致元器件性能下降甚至燒毀。風(fēng)冷在150 kW發(fā)射機和其他類型的發(fā)射機中應(yīng)用較為廣泛，但目前對風(fēng)冷系統(tǒng)的檢測只是在高周冷卻風(fēng)道和低周模塊冷卻風(fēng)道上使用風(fēng)接點的方式進行檢測，對于其他部分的風(fēng)冷監(jiān)測大多只采用定期檢查的方法[1]。實際工作中，這會給設(shè)備安全和播出安全帶來隱患，因此必須提高對發(fā)射機冷卻系統(tǒng)可靠性的重視，以更好地保障播出安全。

1 背景和必要性

150 kW發(fā)射機的主要冷卻方式有風(fēng)冷和水冷，其中對高周以及PSM模塊吹風(fēng)主要采用風(fēng)接點的方式進行檢測，而對于高末變壓器、400 V電源以及油負載等發(fā)熱量大的元器件采用的是軸流風(fēng)機進行吹風(fēng)冷卻。150 kW 短波發(fā)射機中部分使用軸流風(fēng)機冷卻實物如圖1所示[2]。機房高末變壓器和A8套箱等都因過熱而損壞過，由于這些風(fēng)機的安裝位置等因素，工作人員日常巡機時若不打開機箱門則不容易了解風(fēng)機是否正常運行。有些風(fēng)機在機箱門打開后會停止運行，如油負載及400 V的風(fēng)扇等，這時要查看風(fēng)扇是否正常就需要在短接門開關(guān)的情況下進行合機保等操作。

圖1 150 kW短波發(fā)射機中部分使用軸流風(fēng)機冷卻實物圖

2 方案的確定

由于高頻干擾和安裝位置等因素的影響，目前很少有機房能實時監(jiān)測冷卻風(fēng)扇[3]。根據(jù)相關(guān)資料，對于冷卻風(fēng)扇的監(jiān)測可以采用接觸法和非接觸法，接觸法分為電壓和電流的監(jiān)測，非接觸法包括風(fēng)量測量法和轉(zhuǎn)速測量法等[4]。電壓電流監(jiān)測法可以測出風(fēng)扇的好壞，但無法很好地檢測轉(zhuǎn)速和風(fēng)量。由于短波發(fā)射機范圍內(nèi)常有高頻干擾，因此對非接觸法中包含的測試方法和傳感器要求較高。經(jīng)過多次研究和測試，確定了利用激光反射特性并結(jié)合脈沖計數(shù)的方法，這樣既能在高頻環(huán)境中實現(xiàn)實時精確計數(shù)，還能滿足發(fā)射機的經(jīng)濟性實際需求。確定使用有6個中斷口的MEGA2560 Pro主控板作為系統(tǒng)平臺，在芯片內(nèi)寫入程序，對采集到的各路脈沖數(shù)據(jù)進行計算和匯總，并通過串口輸送到上位機[5]。

3 系統(tǒng)的開發(fā)

根據(jù)軸流風(fēng)機的特點，利用激光的反射特性，比較了Arduino和STM32等開發(fā)板的適用性后，自行編寫開發(fā)了冷卻風(fēng)扇監(jiān)測系統(tǒng)。圖2（a）和（b）為使用Arduino和STM32編寫測速程序的部分代碼。

圖2 測速程序的部分代碼截圖

本次測速考慮到發(fā)射機的高頻干擾而采用非接觸方法，需要使用芯片的外部中斷口。MEGA2560 Pro外部中斷的引腳有6個，分別為2（interrupt 0）、3（interrupt 1）、18（interrupt 5）、19（interrupt 4）、20（interrupt 3）以及21（interrupt 2）（見圖3）[6]。STM32F103則根據(jù)引腳序號的不同將眾多中斷觸發(fā)源分成不同的組，比如PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0以及PG0為第一組，那么依此類推一共有16組。STM32規(guī)定每一組同一時間只能有一個中斷觸發(fā)源工作，因此最多同時工作的是16個外部中斷[7]。對于STM32F103來說，在同一個板子上EXTI 0～4有4個獨立的中斷服務(wù)函數(shù)，EXTI 5～9共用1個中斷服務(wù)函數(shù)，EXTI 10～14共用1個中斷服務(wù)函數(shù)，EXTI 15使用1個中斷函數(shù)，共7個中斷服務(wù)函數(shù)，即最多同時7個中斷口（見圖4）。

圖3 MEGA2560 Pro引腳功能圖

圖4 STM32F103C8T6引腳圖

對該系統(tǒng)而言，STM32F103比MEGA2560 Pro能用的外部中斷引腳只多了一個。實際高頻測試結(jié)果顯示，STM32F103的精確度和頻率均低于MEGA2560 Pro，而且其外圍電路上也比MEGA2560Pro復(fù)雜，因此選擇MEGA2560 Pro作為系統(tǒng)的主控芯片[8]。

數(shù)據(jù)到達上位機后，在上位機編寫程序設(shè)定每個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速范圍，在風(fēng)速低于或高于這一范圍時可確定風(fēng)扇異常并告警，檢修人員可以根據(jù)軟件提示對相應(yīng)的風(fēng)扇進行檢修處理。上位機自動化平臺中風(fēng)扇的相關(guān)設(shè)置如圖5所示。

圖5 上位機自動化平臺中風(fēng)扇的相關(guān)設(shè)置

4 安裝和應(yīng)用

系統(tǒng)分為上位機和下位機兩部分，下位機主要由激光傳感系統(tǒng)和芯片控制系統(tǒng)組成，上位機有單獨的風(fēng)扇監(jiān)測軟件（圖6），并且已經(jīng)在發(fā)射機單機自動化平臺中引入（圖7）[9]。

圖6 上位機中單獨編寫的冷卻風(fēng)扇實時監(jiān)測軟件

圖7 發(fā)射機單機自動化平臺中引入風(fēng)扇監(jiān)測數(shù)據(jù)

上位機負責(zé)實時顯示各路風(fēng)扇的運行情況，并在發(fā)生風(fēng)扇運行異常時及時報告故障情況和風(fēng)扇位置，并進行記錄[10]。下位機則負責(zé)各個風(fēng)扇的測量傳導(dǎo)，并在芯片上收集、測算、匯集以及傳輸數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖8 利用MEGA2560 Pro主控板進行焊接

以國家廣播電視總局八三一臺的150 kW短波發(fā)射機為例，使用冷卻風(fēng)扇監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的位置有6處，分別是高末變壓器風(fēng)扇1處、油負載變壓器風(fēng)扇2處、400 V電源風(fēng)扇1處、腔體風(fēng)扇1處以及A8套箱風(fēng)扇1處，分別用不同的數(shù)值范圍對其進行監(jiān)測。目前系統(tǒng)運行情況良好，數(shù)據(jù)有效可靠。對400 V電源風(fēng)扇進行激光測速的實際安裝如圖9所示[11]。

圖9 對400 V電源風(fēng)扇進行激光測速的實際安裝

5 結(jié) 論

冷卻系統(tǒng)對短波發(fā)射機極為重要，發(fā)射機冷卻風(fēng)扇實時監(jiān)測系統(tǒng)填補了目前在高頻干擾下對冷卻風(fēng)扇實時監(jiān)測方面的空白，利用此系統(tǒng)可以遠程實時監(jiān)測各冷卻風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)并排除隱患，更好地保障發(fā)射機設(shè)備安全和播出順利進行。此外，該系統(tǒng)在可以利用非接觸方式測速的環(huán)境中均能發(fā)揮應(yīng)有的作用，其數(shù)據(jù)采集精確且可靠性高，使用效果良好，值得推廣和使用。