中國(guó)氣象局援建蒙古國(guó)測(cè)風(fēng)雷達(dá)典型故障案例分析

陳士英，呼 群，王慶有，王志偉，李林蔚，郭澤勇

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，呼和浩特 010051；2.東勝區(qū)氣象局，鄂爾多斯 017000；3.廣東省陽江市氣象局，陽江 529500)

0 引言

蒙古國(guó)南戈壁省達(dá)蘭扎達(dá)嘎德高空氣象觀測(cè)站高空探測(cè)系統(tǒng)為中國(guó)氣象局國(guó)際援助項(xiàng)目，該站采用的雷達(dá)設(shè)備型號(hào)為南京大橋機(jī)器有限公司生產(chǎn)的GFE(L)1型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)。2011-11-06，雷達(dá)設(shè)備安裝測(cè)試工作完成并通過驗(yàn)收，雷達(dá)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，由內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局負(fù)責(zé)后續(xù)技術(shù)保障工作。

2018-12-10T08：00，達(dá)蘭扎達(dá)嘎德高空氣象觀測(cè)站雷達(dá)出現(xiàn)疑難故障，蒙方技術(shù)人員采取了一些措施，但無法找到故障原因；后在中方技術(shù)保障人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)下，及時(shí)排除故障，未影響正常的高空觀測(cè)業(yè)務(wù)，確保了中國(guó)上游地區(qū)高空觀測(cè)資料的完整性。文章將詳細(xì)介紹雷達(dá)故障的排除過程，以供業(yè)務(wù)人員參考和借鑒。

1 故障現(xiàn)象

雷達(dá)放球過程中，驅(qū)動(dòng)分機(jī)的“E告警”紅燈亮，“E準(zhǔn)備好”綠燈不亮，天線俯仰不動(dòng)，切換到“手動(dòng)”狀態(tài)，天線俯仰也無法升降。

2 故障分析

2.1 天控系統(tǒng)工作原理

天控系統(tǒng)的功能是根據(jù)和差環(huán)所獲取的角誤差信號(hào)或手動(dòng)信號(hào)完成對(duì)天線的控制，以達(dá)到跟蹤探空儀的目的。在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，終端分系統(tǒng)采樣到手控盒的手控電壓，將其轉(zhuǎn)換成代表速度的數(shù)字信號(hào)，通過串口傳給微處理器，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的速度電平傳送至驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)。自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，檢波電路將在800 kHz副載波上的角誤差信號(hào)調(diào)制解調(diào)，經(jīng)放大后發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，微處理器將該數(shù)字量濾波、平滑后，將其通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成代表角誤差大小、方向的速度電壓，再經(jīng)直流放大器放大后發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)天線朝著減小誤差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的功能[1]。

該系統(tǒng)中，帶動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)的是交流電機(jī)，而與之配套的則是交流數(shù)字化驅(qū)動(dòng)器。這種伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良，體積小、耗電少、功能多、智能化程度高，有完善的故障檢測(cè)及報(bào)警功能，如過速和過力矩等報(bào)警提示。

2.2 原因分析

雷達(dá)出現(xiàn)“E告警”，表明雷達(dá)俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有故障，應(yīng)按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)流程逐級(jí)進(jìn)行排查。首先，檢查天線控制單元(11-6板)是否正常，包括手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)、輸入的角誤差信號(hào)、輸出的仰角速度電平等；其次，檢查驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是否正常，包括驅(qū)動(dòng)分機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)及線路連接等。

3 故障排除

3.1 天線控制單元檢查

首先，中方技術(shù)人員遠(yuǎn)程指導(dǎo)蒙方機(jī)務(wù)員測(cè)量MC/AC信號(hào)(位于11-6板6XP2第17腳)，該信號(hào)為計(jì)算機(jī)依次發(fā)送至終端單元(11-4板)和天線控制單元的控制信號(hào)，該控制信號(hào)在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)為低電平(0 V)，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)為高電平(+5 V)，說明手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制功能正常；其次，測(cè)量解調(diào)前的角跟蹤信號(hào)(位于11-6板6XP2第16腳)，幅度為-3～+3 V，周期為6 ms，信號(hào)正常；最后，在手/自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，分別測(cè)量仰角速度電平(位于11-6板6XP1第9腳)，電壓在0～10 V變化，該電平正常，說明故障不在天線控制單元。

3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢查

蒙方機(jī)務(wù)員將驅(qū)動(dòng)器報(bào)警代碼圖片發(fā)送至中方技術(shù)人員，編號(hào)為“14”。中方技術(shù)人員進(jìn)一步判斷驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生該告警信息的原因可能為：1)驅(qū)動(dòng)器工作失誤；2)電機(jī)接線(U、V和W)短路；3)電機(jī)接線(U、V和W)與地短接；4)電機(jī)燒壞；5)電機(jī)接線連接不良；6)由于頻繁的伺服開與關(guān)，動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的繼電器觸點(diǎn)發(fā)生熔化和二次粘連[2-4]。

電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間通過兩根電纜線相連。其中1根電纜線傳輸三相驅(qū)動(dòng)電壓U、V、W信號(hào)和地線，共4根線；另1根傳輸5 V編碼器電源、三相編碼器信號(hào)和串口信號(hào)，共11根線。

首先，逐項(xiàng)測(cè)量U、V、W兩兩之間的絕緣電阻，U、V、W各自與地線之間的絕緣電阻，U、V和W之間的電阻值是否平衡，U、V、W連接器的管腳是否用螺絲擰牢。經(jīng)檢測(cè)，電機(jī)U、V和W之間的電阻值正常，連接器的管腳緊固，不存在短路現(xiàn)象。其次，斷開電機(jī)與彈片聯(lián)軸器，其在帶電狀態(tài)下不能轉(zhuǎn)動(dòng)，判斷驅(qū)動(dòng)器故障的可能性較大。于是拆下俯仰驅(qū)動(dòng)器，打開驅(qū)動(dòng)器外殼，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的繼電器觸點(diǎn)存在二次粘連現(xiàn)象，判斷可能為俯仰交流驅(qū)動(dòng)器故障。

3.3 更換俯仰交流驅(qū)動(dòng)器

更換為備份俯仰交流驅(qū)動(dòng)器，并進(jìn)行仰角限位功能和電機(jī)轉(zhuǎn)向設(shè)置，具體方法和步驟如下：

1)限位設(shè)置

接通驅(qū)動(dòng)器電源，依次按下“SET”和“MODE”鍵，此時(shí)顯示屏顯示“PR-r00”。按左、上、下功能鍵，選擇“04”，按“SET”鍵，用上、下功能鍵將“1”改為“0”。按“SET”、“MODE”鍵，再按“SET”鍵，出現(xiàn)“EEP —”，按住向上鍵(約3 s)顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會(huì)顯示“Start”，完成后顯示 “Finish”。關(guān)閉電源后再次打開電源，寫入內(nèi)容生效。

2)轉(zhuǎn)向設(shè)置

接通驅(qū)動(dòng)器電源，按“SET”和“MODE”鍵，此時(shí)顯示屏顯示 “PR-r00”。按左、上、下功能鍵，選“51”，按“SET”鍵，用上、下鍵改變數(shù)值，將“0”改為“1”。按“SET”、“MODE”鍵，再按“SET”鍵，出現(xiàn)“EEP —”，按住向上鍵(約 3 s)顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會(huì)顯示“Start”，完成后顯示“Finish”。關(guān)掉電源后再接通電源，寫入內(nèi)容生效。

完成驅(qū)動(dòng)器設(shè)置后，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器電源，重啟雷達(dá)，系統(tǒng)無報(bào)警且能夠正常操控，故障排除。

4 結(jié)束語

此次故障原因?yàn)槔走_(dá)天控系統(tǒng)的伺服俯仰驅(qū)動(dòng)器中動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的繼電器觸點(diǎn)熔化后產(chǎn)生二次粘連，從而導(dǎo)致雷達(dá)故障。由于俯仰驅(qū)動(dòng)器要產(chǎn)生雷達(dá)天線俯仰運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)雷達(dá)天線抬升或下降過快時(shí)，轉(zhuǎn)矩指令的積分會(huì)超過規(guī)定的過載值，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器中流過的電流大于規(guī)定值，容易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器因過流而燒壞。因此臺(tái)站值班員在利用手控盒控制雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)或升降過程中，切不可用力過猛，以避免燒壞驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)或砸壞天線。

交流伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警功能較強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)接線錯(cuò)誤、電器或機(jī)械故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)報(bào)警，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)箱面板的報(bào)警指示燈亮。打開驅(qū)動(dòng)箱的上蓋板，觀察驅(qū)動(dòng)器面板的指示窗顯示的報(bào)警信號(hào)“Err ××”，可以幫助快速找出故障原因，從而有針對(duì)性地排除故障。