天線調(diào)諧亭的自動化控制

饒斯韜　何　芳

摘要：本文主要描述天線調(diào)諧亭的自動化控制，重點闡述其控制原理和控制實現(xiàn)，其實現(xiàn)方案體現(xiàn)了先進性、可靠性的技術(shù)優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中取得了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：調(diào)諧亭；相位；伺服電機：PLc

引言

目前在大功率、強噪聲、存在著微波輻射的發(fā)信臺站中，對調(diào)諧亭的控制大多仍采用人工操作并結(jié)合儀表監(jiān)控，控制品質(zhì)不高。隨著工業(yè)過程控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引入先進的控制技術(shù)和檢測技術(shù)，實現(xiàn)對天線調(diào)諧亭的自動化控制，對于提高工作效率，保證人身、設(shè)備的安全，減輕值班人員的工作強度、改善工作環(huán)境具有十分重要的意義。本文主要描述如何實現(xiàn)天線調(diào)諧亭的自動化控制。

控制原理

甚低頻天饋系統(tǒng)一般由若干根天線組成，分為若干組，每一組由1個調(diào)諧亭進行激勵。當每一個調(diào)諧亭的參數(shù)設(shè)置為一致時，根據(jù)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(guān)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(diào)諧亭的自動化控制。調(diào)諧亭電原理框圖如圖1。

縮短電容由兩組電容組成，根據(jù)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(chǎn)生的能量，因此它不能影響調(diào)諧回路的工作狀態(tài)，一般選定后不需要進行調(diào)節(jié)。微調(diào)線卷采用旋轉(zhuǎn)式互感變壓器的結(jié)構(gòu)形式，通過旋轉(zhuǎn)角度的控制進行電感微調(diào)。延長線卷采用六邊形矩形結(jié)構(gòu)形式，通過對真空斷路開關(guān)的控制進行電感的粗選、細選。

調(diào)諧亭的作用是為了使天線槽路在工作頻率時給發(fā)射機呈現(xiàn)一純阻抗，從而使輻射到天線上的功率最大，因此對調(diào)諧亭的控制要求實現(xiàn)能夠根據(jù)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(jù)天線諧振阻抗的檢測自動調(diào)整微調(diào)線卷，使調(diào)諧亭呈現(xiàn)純阻抗。

由于調(diào)諧亭在發(fā)射機工作時有高壓大電流，調(diào)諧亭的周圍電磁場強度非常高，使得發(fā)射機工作時，調(diào)諧亭附近成為一個危險區(qū)域，因此對調(diào)諧亭的控制操作不能在本地進行。調(diào)諧亭的控制主要采用“兩地操控”模式，分別是設(shè)備控制柜集中操控模式、中控室遠程操控模式，其系統(tǒng)控制框圖如圖2。

每一個調(diào)諧亭配備一臺設(shè)備控制桓，所有的設(shè)備控制柜通過PLc網(wǎng)絡(luò)連接。中控室遠程操控模式為集中監(jiān)控，可對現(xiàn)場所有調(diào)諧亭進行控制，該方式為調(diào)諧亭控制主要運行模式：在設(shè)備控制柜可以進行集中操作模式，在設(shè)備進行調(diào)試或一旦以太網(wǎng)、PLC網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時采用此操作模式，這種操控設(shè)置可大大提升控制的可靠性。兩種方式的優(yōu)先級為：設(shè)備控制桓集中操控優(yōu)先于中控室遠程操控，這樣一旦巡檢時發(fā)現(xiàn)問題可立即在現(xiàn)場進行有效、及時的緊急處理。

控制實現(xiàn)

安全性設(shè)計

由于進行調(diào)諧亭調(diào)諧需要加載高壓方可進行，因此既要確保調(diào)諧能夠安全進行，又要保障發(fā)射機不因槽路失諧而燒毀是設(shè)計中首要考慮的問題。

在發(fā)射機加載高壓前。發(fā)射天線必須接入，其它輔助設(shè)施如用于散熱的風冷、水冷設(shè)備必須啟動，冷卻水的壓力、流量及風速必須滿足要求。若設(shè)備控制柜檢測到這些設(shè)備狀態(tài)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(guān)也是無效的。

發(fā)射機加載高壓后，對調(diào)諧亭進行調(diào)諧，高壓必須有一定的限制，避免槽路嚴重失諧影響到發(fā)射機的安全。在設(shè)計中設(shè)定發(fā)射機的工作電壓≤500V是可以對調(diào)諧亭微調(diào)線卷進行操作的，一旦發(fā)射機的工作電壓>500V，任何對調(diào)諧亭的操作行為是無效的。

頻率分段

由于發(fā)射機工作在一個頻率區(qū)間，在整個頻率區(qū)間進行調(diào)諧亭調(diào)諧需要調(diào)節(jié)的設(shè)備眾多，軟件工作量大、調(diào)諧時間漫長。為了減少軟件工作量、縮短調(diào)諧時間，在設(shè)計中將發(fā)射機工作的頻率區(qū)間分為四個工作頻段，一旦操作人員通過中控室的監(jiān)控計算機或設(shè)備控制柜的觸摸屏輸入選定的工作頻率，設(shè)備控制柜在收到調(diào)諧亭調(diào)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(jù)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(guān)的組合，完成調(diào)諧亭頻率調(diào)諧的粗選、細選的工作。

天線調(diào)諧檢測

天線電流檢測主要是測量天線在不同狀態(tài)下工作時的高頻電流真實值，測量的目的是為了實現(xiàn)微調(diào)線卷的閉環(huán)控制反饋，因此電流取樣要盡可能準確。在實際應(yīng)用中采用電流取樣環(huán)進行取樣、為了避免電磁干擾應(yīng)對取樣環(huán)采取屏蔽措施，取樣環(huán)應(yīng)放置于被測回路電流的電位最低端。避免取樣環(huán)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(xiàn)困難。設(shè)備控制柜將取樣電流值進行A／D轉(zhuǎn)化后上傳，在中控室的監(jiān)控計算機、設(shè)備控制柜進行顯示。在判斷發(fā)射機是否工作在調(diào)諧狀態(tài)不能以天線最大電流來衡量是否實現(xiàn)天線槽路調(diào)諧，而只能依據(jù)回路諧振時呈現(xiàn)純阻狀態(tài)或電壓。電流同相位判斷是否實現(xiàn)天線槽路調(diào)諧。在實際應(yīng)用中應(yīng)選擇合適的電壓互感器檢測天線電壓，經(jīng)設(shè)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(shè)備控制桓認為當前電壓、電流是同相位則可認為宴現(xiàn)了天線槽路調(diào)諧。天線諧振判斷框圖如圖3。

調(diào)諧實現(xiàn)

對調(diào)諧亭實行工作頻點的調(diào)諧、經(jīng)過根據(jù)工作頻段自動進行用于縮短電容、延長線卷切換的真空斷略器開關(guān)的組合，已經(jīng)完成調(diào)諧亭頻率調(diào)諧的粗選、細選的工作，需要通過對微調(diào)線卷的自動控制來實現(xiàn)最終天線槽路的調(diào)諧。傳統(tǒng)的微調(diào)線卷控制方式采用三相異步電機變速后帶動微調(diào)線卷旋轉(zhuǎn)，通過自整角發(fā)射機將微調(diào)線卷轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，由自整角接收機接收顯示，操作人員據(jù)此判斷天線槽路是否實現(xiàn)調(diào)諧。我們在應(yīng)用中對微調(diào)線卷的旋轉(zhuǎn)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(shè)備控制柜控制伺服電機通過對微調(diào)線卷最大轉(zhuǎn)角180的旋轉(zhuǎn)，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(tài))，然后伺服電機自行將微調(diào)線卷定位于對應(yīng)的角度，可迅捷實現(xiàn)天線槽路調(diào)諧而不依賴操作人員自身的經(jīng)驗進行判斷。

結(jié)語

本天線調(diào)諧亭的自動化控制方案體現(xiàn)了先進性、可靠性的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：全程的自動化控制，把復(fù)雜的邏輯判斷交由程序去完成，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，改變了傳統(tǒng)控制模式的單列器件繁多、布線復(fù)雜的狀況，進一步提升了控制的可靠性：數(shù)據(jù)信息采集手段的現(xiàn)代化，徹底消除了運行數(shù)據(jù)靠人工記錄及數(shù)據(jù)的時效性、正確性都可能存在問題的現(xiàn)象，并可隨時查詢各種實時數(shù)據(jù)和圖表信息。在實際應(yīng)用中證明其控制性能穩(wěn)定，功能可靠，取得了滿意的使用效果。