天线调谐亭的自动化控制

2009年09月23日 14:09    贾延安
关键词: 调谐 , 自动化
作者:饶斯韬 何芳 中船重工722研究所   2009-09-08  来源:电子产品世界

  引言

  目前在大功率、强噪声、存在着微波辐射的发信台站中,对调谐亭的控制大多仍采用人工操作并结合仪表监控,控制品质不高。随着工业过程控制技术和计算机网络技术的发展,引入先进的控制技术和检测技术,实现对天线调谐亭的自动化控制,对于提高工作效率,保证人身、设备的安全,减轻值班人员的工作强度、改善工作环境具有十分重要的意义。本文主要描述如何实现天线调谐亭的自动化控制。

  控制原理

  甚低频天馈系统一般由若干根天线组成,分为若干组,每一组由1个调谐亭进行激励。当每一个调谐亭的参数设置为一致时,根据理论推导和天线公式,可认为每一个亭均分总输出功率,在某台进行的相关试验也证明天线总输出功率是均分的。故本文仅讨论一个调谐亭的自动化控制。调谐亭电原理框图如图1。

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  缩短电容由两组电容组成,根据工作频率进行组合。泄放电感主要为了释放在高频端增加了缩短电容而产生的能量,因此它不能影响调谐回路的工作状态,一般选定后不需要进行调节。微调线卷采用旋转式互感变压器的结构形式,通过旋转角度的控制进行电感微调。延长线卷采用六边形矩形结构形式,通过对真空断路开关的控制进行电感的粗选、细选。

  调谐亭的作用是为了使天线槽路在工作频率时给发射机呈现一纯阻抗,从而使辐射到天线上的功率最大,因此对调谐亭的控制要求实现能够根据工作频点自动进行缩短电容的选择;完成对延长线卷的粗选、细选;依据天线谐振阻抗的检测自动调整微调线卷,使调谐亭呈现纯阻抗。

  由于调谐亭在发射机工作时有高压大电流,调谐亭的周围电磁场强度非常高,使得发射机工作时,调谐亭附近成为一个危险区域,因此对调谐亭的控制操作不能在本地进行。调谐亭的控制主要采用“两地操控”模式,分别是设备控制柜集中操控模式、中控室远程操控模式,其系统控制框图如图2。

  每一个调谐亭配备一台设备控制柜,所有的设备控制柜通过PLC网络连接。中控室远程操控模式为集中监控,可对现场所有调谐亭进行控制,该方式为调谐亭控制主要运行模式;在设备控制柜可以进行集中操作模式,在设备进行调试或一旦以太网、PLC网络出现问题时采用此操作模式,这种操控设置可大大提升控制的可靠性。两种方式的优先级为:设备控制柜集中操控优先于中控室远程操控,这样一旦巡检时发现问题可立即在现场进行有效、及时的紧急处理。

  控制实现

  安全性设计

  由于进行调谐亭调谐需要加载高压方可进行,因此既要确保调谐能够安全进行,又要保障发射机不因槽路失谐而烧毁是设计中首要考虑的问题。

  在发射机加载高压前,发射天线必须接入,其它辅助设施如用于散热的风冷、水冷设备必须启动,冷却水的压力、流量及风速必须满足要求。若设备控制柜检测到这些设备状态不符合加载高压要求,强行合闸用于高压加载的真空断路器开关也是无效的。

  发射机加载高压后,对调谐亭进行调谐,高压必须有一定的限制,避免槽路严重失谐影响到发射机的安全。在设计中设定发射机的工作电压≤500V是可以对调谐亭微调线卷进行操作的,一旦发射机的工作电压>500V,任何对调谐亭的操作行为是无效的。

  频率分段

  由于发射机工作在一个频率区间,在整个频率区间进行调谐亭调谐需要调节的设备众多,软件工作量大、调谐时间漫长。为了减少软件工作量、缩短调谐时间,在设计中将发射机工作的频率区间分为四个工作频段,一旦操作人员通过中控室的监控计算机或设备控制柜的触摸屏输入选定的工作频率,设备控制柜在收到调谐亭调谐的命令后将自行判断所选定的工作频率属于哪一个工作频段。根据工作频段自动进行用于缩短电容、延长线卷切换的真空断路器开关的组合,完成调谐亭频率调谐的粗选、细选的工作。

  天线调谐检测

  天线电流检测主要是测量天线在不同状态下工作时的高频电流真实值,测量的目是为了实现微调线卷的闭环控制反馈,因此电流取样要尽可能准确。在实际应用中采用电流取样环进行取样,为了避免电磁干扰应对取样环采取屏蔽措施,取样环应放置于被测回路电流的电位最低端,避免取样环承受电压太高,引起对材料耐压要求过高而带来的一系列实现困难。设备控制柜将取样电流值进行A/D转化后上传,在中控室的监控计算机、设备控制柜进行显示。在判断发射机是否工作在调谐状态不能以天线最大电流来衡量是否实现天线槽路调谐,而只能依据回路谐振时呈现纯阻状态或电压。电流同相位判断是否实现天线槽路调谐。在实际应用中应选择合适的电压互感器检测天线电压,经设备控制柜进行A/D变换后判断电压、电流是否是同相位,如设备控制柜认为当前电压、电流是同相位则可认为实现了天线槽路调谐。天线谐振判断框图如图3。

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  调谐实现

  对调谐亭实行工作频点的调谐,经过根据工作频段自动进行用于缩短电容、延长线卷切换的真空断路器开关的组合,已经完成调谐亭频率调谐的粗选、细选的工作,需要通过对微调线卷的自动控制来实现最终天线槽路的调谐。传统的微调线卷控制方式采用三相异步电机变速后带动微调线卷旋转,通过自整角发射机将微调线卷转角转变为电信号,由自整角接收机接收显示,操作人员据此判断天线槽路是否实现调谐。我们在应用中对微调线卷的旋转带动改用伺服电机进行,大大地提高对角度控制的精度和准确度。设备控制柜控制伺服电机通过对微调线卷最大转角180°的旋转,可以寻找电压、电流同相位处的角度(认为天线工作在纯阻状态),然后伺服电机自行将微调线卷定位于对应的角度,可迅捷实现天线槽路调谐而不依赖操作人员自身的经验进行判断。

  结语

  本天线调谐亭的自动化控制方案体现了先进性、可靠性的技术优势,具体表现为:全程的自动化控制,把复杂的逻辑判断交由程序去完成,硬件结构大大简化,改变了传统控制模式的单列器件繁多、布线复杂的状况,进一步提升了控制的可靠性;数据信息采集手段的现代化,彻底消除了运行数据靠人工记录及数据的时效性、正确性都可能存在问题的现象,并可随时查询各种实时数据和图表信息。在实际应用中证明其控制性能稳定,功能可靠,取得了满意的使用效果。

  参考文献:

  [1] 武秀玲, 沈伟慈. 高频电子线路[M]. 西安:西安电子科技大学出版社, 1994

  [2] 严盈富、骆海平、吴海勤.监控组态软件与PLC入门[M].北京:人民邮电出版社 2006

  [3] 陈在平, 赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社

  [4] MCGS网络板组态软件. MCGS用户手册, 2007

  [5] 洪志育.例说PLC[M]. 北京:人民邮电出版社
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