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作者：饒斯韜 何芳 中船重工722研究所 2009-09-08 來源:電子產品世界 引言 目前在大功率、強噪聲、存在著微波輻射的發信臺站中，對調諧亭的控制大多仍采用人工操作并結合儀表監控，控制品質不高。隨著工業過程控制技術和計算機網絡技術的發展，引入先進的控制技術和檢測技術，實現對天線調諧亭的自動化控制，對于提高工作效率，保證人身、設備的安全，減輕值班人員的工作強度、改善工作環境具有十分重要的意義。本文主要描述如何實現天線調諧亭的自動化控制。 控制原理 甚低頻天饋系統一般由若干根天線組成，分為若干組，每一組由1個調諧亭進行激勵。當每一個調諧亭的參數設置為一致時，根據理論推導和天線公式，可認為每一個亭均分總輸出功率，在某臺進行的相關試驗也證明天線總輸出功率是均分的。故本文僅討論一個調諧亭的自動化控制。調諧亭電原理框圖如圖1。 
縮短電容由兩組電容組成，根據工作頻率進行組合。泄放電感主要為了釋放在高頻端增加了縮短電容而產生的能量，因此它不能影響調諧回路的工作狀態，一般選定后不需要進行調節。微調線卷采用旋轉式互感變壓器的結構形式，通過旋轉角度的控制進行電感微調。延長線卷采用六邊形矩形結構形式，通過對真空斷路開關的控制進行電感的粗選、細選。 調諧亭的作用是為了使天線槽路在工作頻率時給發射機呈現一純阻抗，從而使輻射到天線上的功率最大，因此對調諧亭的控制要求實現能夠根據工作頻點自動進行縮短電容的選擇;完成對延長線卷的粗選、細選;依據天線諧振阻抗的檢測自動調整微調線卷，使調諧亭呈現純阻抗。 由于調諧亭在發射機工作時有高壓大電流，調諧亭的周圍電磁場強度非常高，使得發射機工作時，調諧亭附近成為一個危險區域，因此對調諧亭的控制操作不能在本地進行。調諧亭的控制主要采用“兩地操控”模式，分別是設備控制柜集中操控模式、中控室遠程操控模式，其系統控制框圖如圖2。 每一個調諧亭配備一臺設備控制柜，所有的設備控制柜通過PLC網絡連接。中控室遠程操控模式為集中監控，可對現場所有調諧亭進行控制，該方式為調諧亭控制主要運行模式;在設備控制柜可以進行集中操作模式，在設備進行調試或一旦以太網、PLC網絡出現問題時采用此操作模式，這種操控設置可大大提升控制的可靠性。兩種方式的優先級為：設備控制柜集中操控優先于中控室遠程操控，這樣一旦巡檢時發現問題可立即在現場進行有效、及時的緊急處理。 控制實現 安全性設計 由于進行調諧亭調諧需要加載高壓方可進行，因此既要確保調諧能夠安全進行，又要保障發射機不因槽路失諧而燒毀是設計中首要考慮的問題。 在發射機加載高壓前，發射天線必須接入，其它輔助設施如用于散熱的風冷、水冷設備必須啟動，冷卻水的壓力、流量及風速必須滿足要求。若設備控制柜檢測到這些設備狀態不符合加載高壓要求，強行合閘用于高壓加載的真空斷路器開關也是無效的。 發射機加載高壓后，對調諧亭進行調諧，高壓必須有一定的限制，避免槽路嚴重失諧影響到發射機的安全。在設計中設定發射機的工作電壓≤500V是可以對調諧亭微調線卷進行操作的，一旦發射機的工作電壓>500V，任何對調諧亭的操作行為是無效的。 頻率分段 由于發射機工作在一個頻率區間，在整個頻率區間進行調諧亭調諧需要調節的設備眾多，軟件工作量大、調諧時間漫長。為了減少軟件工作量、縮短調諧時間，在設計中將發射機工作的頻率區間分為四個工作頻段，一旦操作人員通過中控室的監控計算機或設備控制柜的觸摸屏輸入選定的工作頻率，設備控制柜在收到調諧亭調諧的命令后將自行判斷所選定的工作頻率屬于哪一個工作頻段。根據工作頻段自動進行用于縮短電容、延長線卷切換的真空斷路器開關的組合，完成調諧亭頻率調諧的粗選、細選的工作。 天線調諧檢測 天線電流檢測主要是測量天線在不同狀態下工作時的高頻電流真實值，測量的目是為了實現微調線卷的閉環控制反饋，因此電流取樣要盡可能準確。在實際應用中采用電流取樣環進行取樣，為了避免電磁干擾應對取樣環采取屏蔽措施，取樣環應放置于被測回路電流的電位最低端，避免取樣環承受電壓太高，引起對材料耐壓要求過高而帶來的一系列實現困難。設備控制柜將取樣電流值進行A/D轉化后上傳，在中控室的監控計算機、設備控制柜進行顯示。在判斷發射機是否工作在調諧狀態不能以天線最大電流來衡量是否實現天線槽路調諧，而只能依據回路諧振時呈現純阻狀態或電壓。電流同相位判斷是否實現天線槽路調諧。在實際應用中應選擇合適的電壓互感器檢測天線電壓，經設備控制柜進行A/D變換后判斷電壓、電流是否是同相位，如設備控制柜認為當前電壓、電流是同相位則可認為實現了天線槽路調諧。天線諧振判斷框圖如圖3。
調諧實現 對調諧亭實行工作頻點的調諧，經過根據工作頻段自動進行用于縮短電容、延長線卷切換的真空斷路器開關的組合，已經完成調諧亭頻率調諧的粗選、細選的工作，需要通過對微調線卷的自動控制來實現最終天線槽路的調諧。傳統的微調線卷控制方式采用三相異步電機變速后帶動微調線卷旋轉，通過自整角發射機將微調線卷轉角轉變為電信號，由自整角接收機接收顯示，操作人員據此判斷天線槽路是否實現調諧。我們在應用中對微調線卷的旋轉帶動改用伺服電機進行，大大地提高對角度控制的精度和準確度。設備控制柜控制伺服電機通過對微調線卷最大轉角180°的旋轉，可以尋找電壓、電流同相位處的角度(認為天線工作在純阻狀態)，然后伺服電機自行將微調線卷定位于對應的角度，可迅捷實現天線槽路調諧而不依賴操作人員自身的經驗進行判斷。 結語 本天線調諧亭的自動化控制方案體現了先進性、可靠性的技術優勢，具體表現為：全程的自動化控制，把復雜的邏輯判斷交由程序去完成，硬件結構大大簡化，改變了傳統控制模式的單列器件繁多、布線復雜的狀況，進一步提升了控制的可靠性;數據信息采集手段的現代化，徹底消除了運行數據靠人工記錄及數據的時效性、正確性都可能存在問題的現象，并可隨時查詢各種實時數據和圖表信息。在實際應用中證明其控制性能穩定，功能可靠，取得了滿意的使用效果。 參考文獻： [1] 武秀玲, 沈偉慈. 高頻電子線路[M]. 西安：西安電子科技大學出版社, 1994 [2] 嚴盈富、駱海平、吳海勤.監控組態軟件與PLC入門[M].北京：人民郵電出版社 2006 [3] 陳在平, 趙相賓.可編程序控制器技術與應用系統設計[M].北京：機械工業出版社 [4] MCGS網絡板組態軟件. MCGS用戶手冊, 2007 [5] 洪志育.例說PLC[M]. 北京：人民郵電出版社 |
