TBH522型150 kW短波發(fā)射機(jī)的電源邏輯控制系統(tǒng)

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(fā)射機(jī)的電源邏輯控制系統(tǒng)

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(fā)射機(jī)微機(jī)電控系統(tǒng)由北京福昊達(dá)公司進(jìn)行了技術(shù)革新，將所有的邏輯關(guān)系通過FPGA邏輯編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，線路簡單，設(shè)備穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī)；電控；邏輯控制

1　電控系統(tǒng)簡介

TBH522型150 kW短波發(fā)射機(jī)微機(jī)電控系統(tǒng)，也就是電源控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由三部分組成：自動化控制系統(tǒng)、電源的邏輯控制系統(tǒng)和電源的過荷保護(hù)系統(tǒng)。

本機(jī)的電控系統(tǒng)在2003年以前生產(chǎn)的發(fā)射機(jī)都是由北京廣播器材廠生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)電源的控制系統(tǒng)是采用繼電器邏輯控制的方式，用小型靈敏繼電器的接點(diǎn)組合成邏輯功能，當(dāng)要求的邏輯條件滿足時(shí)，輸出接點(diǎn)信號去控制相應(yīng)接觸接通，當(dāng)時(shí)的電路復(fù)雜，故障率高。自2003年以后，這套系統(tǒng)由北京福昊達(dá)公司進(jìn)行了技術(shù)革新，將所有的邏輯關(guān)系用FPGA現(xiàn)場可編程行陣列大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)，線路簡單、可靠，基本上屬于免維護(hù)的狀態(tài)，尤其是需要改變或增加邏輯功能時(shí)，只需要編輯FPGA邏輯圖就可實(shí)現(xiàn)，簡捷方便。目前，北京福麗華偉科技發(fā)展有限公司正在研發(fā)由AM-11為核心的嵌入式主板6410作為控制中心的新一代產(chǎn)品，集成了自動化控制部分，功能更強(qiáng)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(jī)、關(guān)機(jī)、合高前、斷高前、合高壓、斷高壓、手動控制、快速燈絲、自動調(diào)壓、封鎖高壓這幾個，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的手動開關(guān)機(jī)控制，發(fā)射機(jī)的自動系統(tǒng)采用手動優(yōu)先的方式，當(dāng)手動按下任一按鍵時(shí)，發(fā)射機(jī)即退出自動狀態(tài)進(jìn)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(fā)射機(jī)目前的狀態(tài)，各部分的工作是否正常，便于在有故障時(shí)通過指示燈狀態(tài)來查找。

電控單元采用現(xiàn)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?lián)p壞。由于FPGA無掉電存儲功能，系統(tǒng)上電后FPGA首先被初始化，此時(shí)，PROMCE端低電平PROM被選中，從而將預(yù)先編寫好的程序下載至FPGA，對FPGA的邏輯功能進(jìn)行配置。配置完成后，RPOM處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。每次上電均是由PROM將數(shù)據(jù)流下載到FPGA中，根據(jù)FPGA的特點(diǎn)，所有輸入/輸出都采用光耦合器進(jìn)行隔離。FPGA輸入信號為+12 V高低電平，經(jīng)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(diǎn)信號。

2　電控系統(tǒng)功能

電控系統(tǒng)的功能，發(fā)射機(jī)的電控系統(tǒng)主要是按規(guī)定的順序進(jìn)行開關(guān)機(jī)，同時(shí)檢測每一步開機(jī)的邏輯信號是否適合或滿足當(dāng)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(dāng)開機(jī)條件即允許開機(jī)指示燈正常（包括水、風(fēng)冷卻和控制斷路器和無缺相保護(hù)時(shí)）。調(diào)壓器零位指示正常、燈絲合正常、已具備開機(jī)條件、啟動冷卻系統(tǒng)后燈絲供電調(diào)壓器開始升壓，升到額定值，偏壓自動合上，此后開始燈絲預(yù)熱延時(shí)。

預(yù)熱完成后，當(dāng)偏壓正常、水溫正常、門開關(guān)合上、機(jī)保開關(guān)合上、天線交換開關(guān)到位、饋線接地開關(guān)斷開、高前陽極自動開關(guān)合上這些條件都滿足時(shí)，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(guān)合上，此時(shí)按合高前，可合上高前陽極電壓一檔，2 s延時(shí)后合高前陽極電壓二檔和高前簾柵電源。

當(dāng)高前陽極電壓正常，高壓開關(guān)合上，PSM開關(guān)合上時(shí)允許啟動高末陽極指示燈亮。

如果保護(hù)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(jīng)過2 s延時(shí)高末陽極電壓二檔合上。

當(dāng)高壓一檔合上后，高壓第二檔合上后，簾柵壓開關(guān)合上，即高末簾柵第一檔自動合上當(dāng)細(xì)調(diào)完成后，高末簾柵一檔已合上，此時(shí)合高末簾柵壓二檔。

發(fā)射機(jī)的關(guān)機(jī)順序是與開機(jī)順序相反的，同時(shí)若直接斷高前，高末也同時(shí)被斷

開，直接按關(guān)機(jī)，高前、高末也被直接斷開，按照從高簾、高壓、高前，當(dāng)調(diào)壓器降至零位時(shí)，啟動延時(shí)斷冷卻供電計(jì)時(shí)器，7分鐘后自動切斷冷卻供電，關(guān)機(jī)結(jié)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(shí)，封鎖高頻是PSM控制信號和高頻信號同時(shí)被封鎖，手動調(diào)壓等功能。

3　FPGA功能

FPGA是電控保護(hù)中的核心原器件，F(xiàn)PGA的發(fā)展也是在不斷更新?lián)Q代，目前大多數(shù)臺站的電控、保護(hù)小盒是使用當(dāng)時(shí)的3～4萬門的FPGA集成塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為四大部門。

第一部分：邏輯中心。用來接收其他部分的數(shù)據(jù)并按照程序中設(shè)定的方案對所收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。也就是按照預(yù)先的邏輯對輸入信號進(jìn)行分析，得到數(shù)字信號輸出結(jié)果。

第二部分：A/D控制單元。主要負(fù)責(zé)控制外部數(shù)字和多路開關(guān)的選通時(shí)序，以及實(shí)現(xiàn)對A/D采樣過程的合理控制。

第三部分：數(shù)值量監(jiān)測控制單元。對所有要監(jiān)測和控制的數(shù)字量的狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制輸出。

第四部分：FPGA接口邏輯控制單元。主要負(fù)責(zé)通信和顯示以及進(jìn)行一些復(fù)雜算術(shù)運(yùn)算等。

根據(jù)FPGA的特點(diǎn)，所有輸入/輸出都采用光耦合器進(jìn)行隔離。當(dāng)耦合器輸入、輸出采用完全隔離形式，輸出類似于開關(guān)管狀態(tài)。FPGA的輸入/輸出均為高電平或低電平的數(shù)字信號，在本系統(tǒng)的電路中，實(shí)現(xiàn)輸入的方式有兩種，而實(shí)現(xiàn)輸出控制方式有兩種。

第一種輸入電路：輸入信號為接點(diǎn)信號，用開關(guān)接點(diǎn)表示，光耦中輸入正端接+12 V，電流正極與發(fā)光二極管H0串聯(lián)，輸入地端由開關(guān)接點(diǎn)和限流電阻R1串聯(lián)接+12 V電源地端，光耦輸出為+5 V電源與R2串聯(lián)，當(dāng)開關(guān)接點(diǎn)接通時(shí)，光耦合器E0導(dǎo)通，指示燈H0被點(diǎn)亮，同時(shí)光耦E1的輸出端導(dǎo)通，輸出低電平至FPGA輸入端。當(dāng)開關(guān)接點(diǎn)斷開時(shí)，光耦合器E0截止，指示燈H0熄滅，F(xiàn)PGA的輸入為+5 V的高電平。在發(fā)射機(jī)的控制中，風(fēng)接點(diǎn)、水接點(diǎn)、空氣開關(guān)等均采用這種輸入電路形式，H0指示燈表示接點(diǎn)的狀態(tài)，合或斷。

第二種電路屬于電平比較輸入電路：當(dāng)輸入的取樣電平低于預(yù)定的比較電平值時(shí)，這里是的比較電平有Rs人為設(shè)定，比較器在本系統(tǒng)中適用的是LM324四運(yùn)放集成電路，比較器的輸出為低電平，光耦合器E導(dǎo)通，指示燈H被點(diǎn)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(chǎn)生。當(dāng)輸入的取樣電平高于預(yù)定的比較電平值時(shí)，比較器的輸出為高電平，光耦合器E截止，指示燈H熄滅，F(xiàn)PGA的輸入為高電平，表示無過流產(chǎn)生。在本系統(tǒng)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(dāng)FPGA的速出為高電平時(shí)，光耦合器截止，輸出指示燈熄滅，當(dāng)FPGA的輸出為低電平時(shí)，光耦合器導(dǎo)通，輸出指示燈被點(diǎn)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(dāng)FPGA的輸出為低電平時(shí)，光電耦合器E導(dǎo)通，其輸出的集電極開路門吸收電流接通負(fù)載，使12 V繼電器動作，其常開接點(diǎn)接通，去控制交流接觸器和有關(guān)控制部件，指示燈被點(diǎn)亮。當(dāng)FPGA的輸出為高電平時(shí)，光電耦合器E截止，其集開門截止，使繼電器不動作，接點(diǎn)斷開。