DF500A型短波發射機控制系統研究與分析

師紅偉

摘 要：DF500A型短波發射機控制系統是發射機的核心部件，負責控制發射機的自動運行控制和邏輯安全保護功能。深入研究分析其運行機制和原理有助于技術人員的日常維護與管理，提升安全傳輸發射保障能力

【關鍵詞】發射機 自動控制 邏輯控制 調諧控制

1 引言

DF500A型短波發射機控制系統是用戶和發射機各種設備和遠見連接的橋梁，具有調整、監控所有開關程序、保證工作人員人身安全、保護設備安全、簡化操作等功能。精密的操作鍵和彩色顯示器使工作人員的操作簡單直接，顯示屏上清楚地顯示了所有操作數據的實時狀況。

2 整體設計

用戶通過發射機控制系統來實現對發射機的各項操作。控制系統主要有兩方面的功能，一方面確保正確的開、關發射機順序；另一方面在發生故障時，執行必要的保護動作。另外，它還控制著發射機的調諧系統，并使之與控制系統相協調。

DF500A控制系統由四部分構成：

（1）帶有用戶界面的上位機人機交互自動控制系統。

（2）邏輯控制系統。

（3）調諧控制系統。

（4）燈絲控制系統。整機控制系統框圖見圖1。

3 自動控制系統

自動控制系統設計本著保障設備安全運行，提高設備可靠性的目的，采用先進的工業控制技術，用先進的工業控制計算機，做到高可靠、高質量設計。

自動控制系統采用高可靠的工業控制計算機為系統功能實現的硬件基礎。用Microsoft Visual Studio 2005為開發平臺，對發射機的控制全部封裝于程序中。所開發的人機對話界面友好，操作畫面簡單直觀，大方得體，色彩豐富，給人很好的視覺效果，不易造成視覺疲勞。

4 邏輯控制系統

邏輯控制器與調諧控制器構成了發射機的核心控制，它們安裝在一個自成一體的插箱內。

邏輯控制系統監控發射機開關的切換步驟，它與發射機安全系統和PSM控制系統聯系緊密。其控制包括風路、水路、燈絲、高壓、驅動馬達等設備，它主要完成如下三方面的功能：

4.1 實時采樣

控制器系統實時采樣一百多路發射機風路、水路、燈絲、高壓、馬達等各個節點的狀態量，并通過RS232串行通信方式上傳至上位機。

4.2 故障處理

控制器系統通過采樣到的狀態量分析發射機的運行狀況，并采取相應保護措施，如當系統檢測到屏極過流、前級過流等過流故障或某個門未關好、某處水溫過高等故障時，系統將立即斷高壓，因為如出現上述故障卻仍然在高壓狀態極易損壞機器設備或威脅操作人員的安全。

4.3 控制命令處理

操作人員可以通過上位機控制或手動按鍵控制實現整個發射機的上燈絲、合高壓、斷高壓、關機、復位、升功率、降功率等過程，系統根據不同的控制命令適時啟動、關斷風路、水路、燈絲、高壓、馬達等設備的各個控制節點。

4.1 邏輯控制器硬件描述

500kW短波發射機邏輯控制器采用兩片EPM7512EAQI208作為核心處理器（一片負責所有的邏輯控制，一片負責與上位機通信），輸入接口電路、輸出接口電路、狀態指示燈電路作為外部接口電路。由于控制器輸入量、輸出量及狀態指示量都比較多，因此輸入接口電路由輸入接口電路板A、輸入接口電路板B組成，輸出接口電路由輸出接口電路板A、輸出接口電路板B組成，狀態顯示由狀態顯示電路板A、狀態顯示電路板B組成，核心控制板負責邏輯控制及外圍電路控制、通信電路板負責與上位機通信。受整個發射機結構設計要求，邏輯控制器采用插箱式結構，所以各電路板之間的連線通過母板來實現。輸入接口電路板A上共有54路輸入信號，輸入接口電路板B上共有50路輸入信號，為了增強抗干擾性能，用光電耦合器將輸入信號分成系統內與系統外兩部分，系統內高電平為+3.3V，系統外高電平為+24V，并且系統內與系統外的地隔離；輸出接口電路板A上有40路輸出信號，輸出接口電路板B上有26路輸出信號，設計原理同輸入信號。

邏輯控制器的各功能板插在一個母版上，A1～A4板插在母版前面，A14～A17板插在母版后面。實際板卡連接如圖2。

4.2 邏輯控制器按鍵操作說明

4.2.1 A1通信電路板按鍵操作說明

A1通信電路板上共有高功率、低功率、升功率、降功率、+、-、S七個按鍵，每個按鍵均帶有指示燈。

4.2.2 A2核心控制板按鍵操作說明

A2核心控制板上共有關機、黑燈絲、紅燈絲、高壓合、高壓斷、復位、快速燈絲七個按鍵，每個按鍵均帶有指示燈。

其中切換發射機工作狀態有三個按鍵即關機鍵、黑燈絲鍵、紅燈絲鍵，為了使發射機狀態切換更嚴謹有序、提高穩定性，在軟件上分成了四個工作狀態即紅燈絲、黑燈絲、關機延時、待機。

4.3 邏輯控制器控制狀態說明

4.3.1 待機狀態

發射機已上電，但不工作，關斷所有的輸出。邏輯控制器所有按鍵指示燈滅。

4.3.2 黑燈絲狀態

啟動輔助電源、低速水泵、調壓器，電子管末級燈絲電壓保持在4V。在升/降燈絲、預熱/冷卻燈絲過程中黑燈絲按鍵指示燈閃爍，預熱完成后常亮。

4.3.3 紅燈絲狀態

先到黑燈絲狀態，再啟動高速水泵、高低壓風機、冷凝器風機1，電子管末級燈絲電壓保持在17V。在升/降燈絲、預熱/冷卻燈絲過程中紅燈絲按鍵指示燈閃爍，預熱完成后常亮。

4.3.4 關機延時狀態

啟動輔助電源、低速水泵，電子管末級燈絲電壓保持在0V。在降燈絲、冷卻燈絲過程中關機按鍵指示燈閃爍，延時結束后自動進入待機狀態。

4.4 邏輯控制器軟件描述

發射機各邏輯狀態之間可以互相切換，其狀態切換如圖3。

在待機狀態可以直接按黑燈絲按鍵進入黑燈絲狀態即過程A1，也可以直接按紅燈絲按鍵進入紅燈絲狀態即過程B1；在黑燈絲狀態可以按關機按鍵進入關機延時狀態即過程C1，延時完成后自動進入待機狀態即過程D1，也可以按紅燈絲按鍵進入紅燈絲狀態即過程B2；在紅燈絲狀態可以按關機按鍵進入關機延時狀態即過程C2，延時完成后自動進入待機狀態，也可以按黑燈絲按鍵進入黑燈絲狀態即過程B2；在關機延時狀態如果按黑燈絲按鍵或紅燈絲按鍵將進入黑燈絲狀態即過程A1或紅燈絲狀態即過程B1，如果不按鍵將進入待機狀態。

5 調諧控制系統

調諧控制的基本功能是通過馬達驅動裝置來調整射頻系統的可變電容和電感，使射頻系統工作在阻抗匹配最佳狀態。調諧控制系統包括調諧控制器，調諧電源，馬達控制放大器和調諧馬達裝置。

5.1 調諧原理

發射機調諧系統分成兩個操作步驟：粗調和微調。粗調系統的主要特征是調整數據的再現性和大存儲容量。相位傳感器、負載傳感器、電流傳感器等提供的調諧數據的動態處理保證了微調的可靠性。

5.1.1 第一步：粗調

發射機通常只裝備11個標準頻帶的頻率，標準調諧系統含有？個預設值，在4.7—26.1MHz的短波頻率范圍內分配。每個預設值包含了發射機調諧過程的詳細信息，例如電動機定位、開關元器件定位等。

預設值在試運行時設定。調試人員把100個常用的操作狀態作為預設值存儲進去，這些預設值和固化的預設值的信息是一樣的。固化預設值和可選預設值結合使用使射頻部分的操作簡單可靠。

根據固化預設值和調試者預設值，控制系統決定電動機的位置、電動機切換位置和所有需要根據所選操作頻率才能確定的數據。添加兩種預設值之間的頻率數據增加了改進調諧、快速微調、操作便利等功能。

所有機械調諧元件到位之后，微調就會啟動。

5.1.2 第二步：微調

發射機根據載波頻率和天線負載調諧，調諧所需的數據由相位、負載和電壓傳感器供給。調諧狀態被實時監控，并且加載變化被自動修正。

發射機可以調諧間隔為10Hz的11個國際短波頻帶之間的任一個載波頻率。

5.2 調諧控制器

調諧控制器是500kW發射機核心控制的一部分，調諧控制器控制系統架構如圖4所示。

發射機自動調諧控制核心由通信模塊（ARM1）、調諧模塊（ARM2）組成。通信板負責與上位機、調諧板進行通信，協調控制發射機開關機、調諧以及狀態信息、報警信息的及時上傳。調諧板負責調諧和與邏輯控制器進行通信，接收通信板發送的調諧命令，上傳通過A/D轉換獲取的狀態信息，以及通過D/A接口控制發射機進行調諧；同時，調諧板可通過顯示器及鍵盤實現手動微調馬達。

調諧控制器與邏輯控制器在一個自成一體的插箱內，各功能板插在一個母板上，A5板插在母版前面，A11～A14板插在母版后面。其實際板卡連接如圖5。

5.2.1 母板

母板負責鏈接AD板、DA板、通信控制板、調諧控制板和通信接口板，進行各個電路板之間信號的鏈接和轉換。

5.2.2 AD板

AD板的主要功能是把十三路馬達位置數據和各種表值數據的模擬數據轉換成數字量送給調諧控制板。AD電路板主要由兩個多路選擇開關（ADG40）和一個AD轉換芯片（AD7233）及其外圍電路組成，并且整個自動調諧控制系統的電源（+24V）從該板輸入。

5.2.3 DA板

DA板主要是把調諧控制板傳送過來的十三路馬達控制信號由數字量轉換成模擬量去控制十三路電機，并且激勵器的控制從該板輸出。DA板主要由兩個DA轉換芯片（AD7839）及其外圍電路組成。

5.2.4 通信接口板

通信接口板主要負責控制板和外圍設備的接口，光耦隔離進行電平轉換，驅動外圍設備。X2是邏輯控制的接口，X6是波段控制的接口。

5.2.5 通信控制板

通信控制板主要負責與上位機通信、與調諧控制板通信和一些邏輯控制功能。通信控制板主要由ARM芯片LPC2388和iPort模塊組成。通信控制板實現的邏輯功能有關機、黑燈絲、紅燈絲、高壓合、高壓斷、復位、快速燈絲、封鎖音周、封鎖PSM指令。

5.2.6 邏輯控制板

邏輯控制板主要負責調諧控制、與邏輯控制器通信、與調諧控制板通信、液晶顯示、指示燈和一些邏輯控制功能。邏輯控制板主要由ARM芯片LPC2388和液晶顯示模塊組成。邏輯控制板實現的邏輯功能有高功率、低功率、升功率、降功率和啟動調諧。

5.3 燈絲控制器

燈絲控制器使發射機的電子管末級燈絲電壓能夠在要求時間間隔內升、降、預熱、冷卻，實現保護電子管的目的，并穩定保持在要求電壓范圍內，不隨外電波動而波動，并將燈絲狀態實時輸出給邏輯控制器，使發射機工作在相應狀態。

燈絲控制器系統實時采集并顯示發射機電子管末級燈絲電壓、末級燈絲電流、前級燈絲電壓，當收到發射機邏輯控制系統發出的關機、黑燈絲、紅燈絲指令時，系統將電子管末級燈絲電壓從當前電壓升或降到要求電壓，圖6表示了電子管末級燈絲曲線。

升降時間間隔必須符合要求，即從0V升到4.0V時間為80s，從4.0V升到17.0V時間為180s，從17.0V降到4.0V時間為180s，從4.0V降到0.0V時間為80s，如果燈絲電壓從其它電壓值升降，則時間間隔按比例縮小。

當燈絲電壓按要求升降到黑燈絲或紅燈絲狀態時，系統必須保證電子管末級燈絲電壓穩定在相應電壓值，使其不隨外電波動而波動。燈絲電壓升到4.0V即黑燈絲狀態后，延時30分鐘，即預熱30分鐘，待預熱完成后才能升紅燈絲；當燈絲電壓從紅燈絲狀態降到黑燈絲狀態后延時5分鐘，即冷卻5分鐘，待冷卻完成后才能進行降零燈絲，即燈絲電壓降為0V；當燈絲電壓從黑燈絲狀態降到零燈絲狀態后延時5分鐘，即冷卻5分鐘。

系統實時采集3路模擬量，即發射機電子管末級燈絲電壓、末級燈絲電流、前級燈絲電壓，輸入電壓均在0-10V范圍內，經A/D轉換后送微處理器；輸出控制1路模擬量即末級燈絲控制電壓，經D/A轉換后到電子調壓器的控制端，輸出電壓范圍在0-10V范圍內；系統實時采集來自邏輯控制器的命令信號，即6路輸入開關量，并隨時將電子管末級燈絲的狀態信號即12路開關量輸出給邏輯控制器，為了增強抗干擾性能，用光電耦合器將開關量分成系統內與系統外兩部分，系統內高電平為+3.3V，系統外高電平為+24V，并且系統內與系統外的地隔離；前面板上的VFD顯示屏，實時顯示電子管末級燈絲電壓值、末級燈絲電流值、前級燈絲電壓值。

6 結束語

DF500A型短波發射機的控制系統是發射機的核心部件，是發射機自動化運行控制的基礎，深入分析和研究其運行工作機制和原理意義重大，是提升安全傳輸發射保障能力的有力保障。

作者單位

國家新聞出版廣電總局二0二四臺 黑龍江省佳木斯市 154025