TBH522型150 kW短波發射機的電源邏輯控制系統

鄒若男（作者單位：國家新聞出版廣電總局722臺）

TBH522型150 kW短波發射機的電源邏輯控制系統

鄒若男
（作者單位：國家新聞出版廣電總局722臺）

摘 要：自2003年以后，TBH522型150 kW短波發射機微機電控系統由北京福昊達公司進行了技術革新，將所有的邏輯關系通過FPGA邏輯編程進行實現，線路簡單，設備穩定。

關鍵詞：短波發射機；電控；邏輯控制

1　電控系統簡介

TBH522型150 kW短波發射機微機電控系統，也就是電源控制系統。這套系統主要由三部分組成：自動化控制系統、電源的邏輯控制系統和電源的過荷保護系統。

本機的電控系統在2003年以前生產的發射機都是由北京廣播器材廠生產的，當時電源的控制系統是采用繼電器邏輯控制的方式，用小型靈敏繼電器的接點組合成邏輯功能，當要求的邏輯條件滿足時，輸出接點信號去控制相應接觸接通，當時的電路復雜，故障率高。自2003年以后，這套系統由北京福昊達公司進行了技術革新，將所有的邏輯關系用FPGA現場可編程行陣列大規模集成電路來實現，線路簡單、可靠，基本上屬于免維護的狀態，尤其是需要改變或增加邏輯功能時，只需要編輯FPGA邏輯圖就可實現，簡捷方便。目前，北京福麗華偉科技發展有限公司正在研發由AM-11為核心的嵌入式主板6410作為控制中心的新一代產品，集成了自動化控制部分，功能更強大，冗余度更高。

它的電控單元共有10個按鈕和37個指示燈，按鈕分別是開機、關機、合高前、斷高前、合高壓、斷高壓、手動控制、快速燈絲、自動調壓、封鎖高壓這幾個，可以實現發射機的手動開關機控制，發射機的自動系統采用手動優先的方式，當手動按下任一按鍵時，發射機即退出自動狀態進入手動操作模式，直至再次打開自動軟件。37個指示燈用來指示發射機目前的狀態，各部分的工作是否正常，便于在有故障時通過指示燈狀態來查找。

電控單元采用現場可編輯門陣列FPGA為核心控制電路，采用了光耦隔離措施，避免FPGA在大電流沖擊下損壞。由于FPGA無掉電存儲功能，系統上電后FPGA首先被初始化，此時，PROMCE端低電平PROM被選中，從而將預先編寫好的程序下載至FPGA，對FPGA的邏輯功能進行配置。配置完成后，RPOM處于低功耗待機狀態。每次上電均是由PROM將數據流下載到FPGA中，根據FPGA的特點，所有輸入/輸出都采用光耦合器進行隔離。FPGA輸入信號為+12 V高低電平，經過光耦為+5 V高低電平，輸出信號控制繼電器板及其他接點信號。

2　電控系統功能

電控系統的功能，發射機的電控系統主要是按規定的順序進行開關機，同時檢測每一步開機的邏輯信號是否適合或滿足當前的操作條件。以下主要介紹電控小盒的控制和指示燈面板。

當開機條件即允許開機指示燈正常（包括水、風冷卻和控制斷路器和無缺相保護時）。調壓器零位指示正常、燈絲合正常、已具備開機條件、啟動冷卻系統后燈絲供電調壓器開始升壓，升到額定值，偏壓自動合上，此后開始燈絲預熱延時。

預熱完成后，當偏壓正常、水溫正常、門開關合上、機保開關合上、天線交換開關到位、饋線接地開關斷開、高前陽極自動開關合上這些條件都滿足時，允許合高前陽極電壓指示燈亮。

如果偏壓正常，而高前無簾柵、屏流過荷，高前陽極開關合上，此時按合高前，可合上高前陽極電壓一檔，2 s延時后合高前陽極電壓二檔和高前簾柵電源。

當高前陽極電壓正常，高壓開關合上，PSM開關合上時允許啟動高末陽極指示燈亮。

如果保護單元中無一次過荷、三次過荷、過耗、高末簾柵過荷、高末陰流過荷，按下合高壓按鈕可合上高末高壓一檔。

高壓陽極電壓第一檔合上后，接著自動合上高前陽極電壓第二檔，經過2 s延時高末陽極電壓二檔合上。

當高壓一檔合上后，高壓第二檔合上后，簾柵壓開關合上，即高末簾柵第一檔自動合上當細調完成后，高末簾柵一檔已合上，此時合高末簾柵壓二檔。

發射機的關機順序是與開機順序相反的，同時若直接斷高前，高末也同時被斷

開，直接按關機，高前、高末也被直接斷開，按照從高簾、高壓、高前，當調壓器降至零位時，啟動延時斷冷卻供電計時器，7分鐘后自動切斷冷卻供電，關機結束。

控制面板還提供手動或自動工作方式的選擇，快速上燈絲取消燈絲延時，封鎖高頻是PSM控制信號和高頻信號同時被封鎖，手動調壓等功能。

3　FPGA功能

FPGA是電控保護中的核心原器件，FPGA的發展也是在不斷更新換代，目前大多數臺站的電控、保護小盒是使用當時的3～4萬門的FPGA集成塊，內部結構分為四大部門。

第一部分：邏輯中心。用來接收其他部分的數據并按照程序中設定的方案對所收到的數據進行相應的分析和處理。也就是按照預先的邏輯對輸入信號進行分析，得到數字信號輸出結果。

第二部分：A/D控制單元。主要負責控制外部數字和多路開關的選通時序，以及實現對A/D采樣過程的合理控制。

第三部分：數值量監測控制單元。對所有要監測和控制的數字量的狀態數據的采集和控制輸出。

第四部分：FPGA接口邏輯控制單元。主要負責通信和顯示以及進行一些復雜算術運算等。

根據FPGA的特點，所有輸入/輸出都采用光耦合器進行隔離。當耦合器輸入、輸出采用完全隔離形式，輸出類似于開關管狀態。FPGA的輸入/輸出均為高電平或低電平的數字信號，在本系統的電路中，實現輸入的方式有兩種，而實現輸出控制方式有兩種。

第一種輸入電路：輸入信號為接點信號，用開關接點表示，光耦中輸入正端接+12 V，電流正極與發光二極管H0串聯，輸入地端由開關接點和限流電阻R1串聯接+12 V電源地端，光耦輸出為+5 V電源與R2串聯，當開關接點接通時，光耦合器E0導通，指示燈H0被點亮，同時光耦E1的輸出端導通，輸出低電平至FPGA輸入端。當開關接點斷開時，光耦合器E0截止，指示燈H0熄滅，FPGA的輸入為+5 V的高電平。在發射機的控制中，風接點、水接點、空氣開關等均采用這種輸入電路形式，H0指示燈表示接點的狀態，合或斷。

第二種電路屬于電平比較輸入電路：當輸入的取樣電平低于預定的比較電平值時，這里是的比較電平有Rs人為設定，比較器在本系統中適用的是LM324四運放集成電路，比較器的輸出為低電平，光耦合器E導通，指示燈H被點亮，光耦合器的輸出為低電平，送入到FPGA的輸入端，指示燈H表示過流產生。當輸入的取樣電平高于預定的比較電平值時，比較器的輸出為高電平，光耦合器E截止，指示燈H熄滅，FPGA的輸入為高電平，表示無過流產生。在本系統中各種過荷、過流、過耗等信號燈絲電壓和各種電壓正常的信號均采用這種輸入形式，只是取樣輸入略有不同。

第一種LED指示燈輸出電路：當FPGA的速出為高電平時，光耦合器截止，輸出指示燈熄滅，當FPGA的輸出為低電平時，光耦合器導通，輸出指示燈被點亮。對于FPGA的輸出指示，幾乎所有的信號指示燈都是采用這樣的電路形成。

第二種電路形式繼電器輸出電路：當FPGA的輸出為低電平時，光電耦合器E導通，其輸出的集電極開路門吸收電流接通負載，使12 V繼電器動作，其常開接點接通，去控制交流接觸器和有關控制部件，指示燈被點亮。當FPGA的輸出為高電平時，光電耦合器E截止，其集開門截止，使繼電器不動作，接點斷開。