M2W 100kW發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)分析與故障處理

馮東亮

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局554臺(tái)）

M2W 100kW發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)分析與故障處理

馮東亮

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局554臺(tái)）

發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)是M2W系列發(fā)射機(jī)的工作核心，而IUC則是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。過(guò)程控制程序通過(guò)隔離、驅(qū)動(dòng)電路（CXM-DIO3）連接到配電盤的執(zhí)行部件（繼電器、交流接觸器），或通過(guò)其它電路連接到不同的用戶接口，如人機(jī)接口或遠(yuǎn)程控制接口。通過(guò)對(duì)發(fā)射機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的分析有助于我們深入了解發(fā)射機(jī)的命令執(zhí)行過(guò)程和外部狀態(tài)監(jiān)測(cè)通路，當(dāng)發(fā)生信號(hào)丟失情況時(shí)，能夠及時(shí)找到故障點(diǎn)，最大程度保障播音安全。

IUC；基本監(jiān)控；過(guò)程控制；CXM-DIO3

M2W發(fā)射機(jī)是原法國(guó)THAMCAST公司于20世紀(jì)末開發(fā)生產(chǎn)的中波機(jī)型，其技術(shù)先進(jìn)，模塊化設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定，性能優(yōu)越。發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)是M2W系列發(fā)射機(jī)的工作核心。包括CPU中心單元IUC、CXM-DIO3接口、M2W11-16板等板卡。IUC，基本監(jiān)控的CPU中心單元，使用EPROM組件存儲(chǔ)有發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行的功率、頻率等參數(shù)配置，控制發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)。CXM-DIO3、IUC與外部電路的接口，通過(guò)相關(guān)指令的輸入與輸出實(shí)現(xiàn)繼電控制與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如圖1所示。

圖1　控制原理框圖

過(guò)程控制程序通過(guò)隔離、驅(qū)動(dòng)電路（CXM-DIO3）連接到配電盤的執(zhí)行部件（繼電器、交流接觸器），或通過(guò)其它電路聯(lián)接到不同的用戶接口，如人機(jī)接口或遠(yuǎn)程控制接口；信號(hào)處理程序通過(guò)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器與外界接口。即當(dāng)CPU中心單元IUC發(fā)出操作指令后，指令通過(guò)CXM-DIO3接口到繼電器，交流接觸器執(zhí)行，然后通過(guò)繼電器接點(diǎn)的閉合將狀態(tài)返回到CXM-DIO3接口，最終回到IUC。

CXM-DIO3通過(guò)自身的輸入輸出接口，一方面，可以把來(lái)自IUC的指令輸出到外部繼電器接點(diǎn)，另一方面，可以把外部狀態(tài)送到IUC。CXM-DIO3 I/O定義如圖2。

IUC通過(guò)CXM-DIO3相對(duì)應(yīng)的I/O接口發(fā)出指令和收到狀態(tài)，分析對(duì)應(yīng)I/O接口定義有助于我們深入理解每個(gè)信號(hào)的含義以及進(jìn)一步研究各個(gè)信號(hào)的通路，信號(hào)含義參考表1。

圖2　CXM-DIO3 I/O接口定義

表1　信號(hào)含義

發(fā)射機(jī)開機(jī)步進(jìn)控制為Q1，F(xiàn)S2合上，發(fā)射機(jī)OFF，關(guān)機(jī)狀態(tài)，人機(jī)接口（觸摸屏及其控制器）和恒溫晶體振蕩器工作。STBY，待機(jī)狀態(tài)，控制系統(tǒng)電源和驅(qū)動(dòng)電源工作，冷卻系統(tǒng)工作。ON，開機(jī)狀態(tài)，VDD電源開啟，發(fā)射機(jī)輸出功率。

發(fā)射機(jī)過(guò)程控制監(jiān)控發(fā)射機(jī)各個(gè)電源的啟動(dòng)狀態(tài)和發(fā)射機(jī)外部聯(lián)鎖等，當(dāng)中間有一個(gè)電源返回信號(hào)丟失，發(fā)射機(jī)保護(hù)系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)。

1　M2W發(fā)射機(jī)電源組成

發(fā)射機(jī)電源由控制電源，24V連鎖電源，48V功放模塊驅(qū)動(dòng)電源，3×400VAC主電源，300VDC功放主電源VDD組成。

1.1230VAC控制電源

控制電源為人機(jī)接口、連鎖系統(tǒng)、晶振激勵(lì)器等控制系統(tǒng)供電。取自400V供電主電源的一項(xiàng)，金屬氧化物可變電阻浪涌保護(hù)器P2與之相接，提供過(guò)壓保護(hù)。

發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置有獨(dú)立的供電電源。在發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)，人機(jī)接口、管理單元、恒溫晶體振蕩器仍保持供電，確保任何時(shí)候都能以本地工作方式開機(jī)。

控制電源由三個(gè)電源模塊（AC/DC變換器）供給，電源模塊的輸入與輸出之間相互隔離，輸出之間也相互隔離。

LM3675為多路電源輸出模塊，有三路輸出電壓：（1）24VDC/1.0A為人機(jī)接口（MMI）和控制系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇供電；（2）5.1VDC/1.6A為PLC供電；（3）12VDC/1.0A為壓控頻率振蕩器（OCXO）供電。

LM2540兩路電源+15/-15VDC輸出，為工作于模擬狀態(tài)的IC芯片（實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)控）和其他需要-15VDC電源的電路板供電。

LS1001一路獨(dú)立電源+5VDC輸出，為信號(hào)處理系統(tǒng)和快速監(jiān)控系統(tǒng)供電。

1.23×400VAC主電源

3×400VAC主電源是發(fā)射機(jī)的主供電電源。主要為主整流變壓器、冷卻風(fēng)機(jī)及控制系統(tǒng)供電。其輸入連接在主電源開關(guān)Q1的次端，在400V主電源分配板進(jìn)行電源分配。金屬氧化物可變電阻浪涌保護(hù)器P1與之連接，提供過(guò)壓保護(hù)。

1.324VDC連鎖電源

24VDC電源由開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊G2提供，G2不僅僅為連鎖通路提供電源，還同時(shí)為400V主電源分配板上的繼電器和信號(hào)檢測(cè)等相關(guān)電路供電。

1.448VDC驅(qū)動(dòng)電源

為RF功率放大模塊場(chǎng)效應(yīng)管FET的驅(qū)動(dòng)級(jí)供電。100kW發(fā)射機(jī)共配置8塊同樣的驅(qū)動(dòng)電源模塊，一塊驅(qū)動(dòng)電源模塊根據(jù)其位置不同可為2塊或3塊模塊載板供電，即為8個(gè)或12個(gè)功率模塊供電。驅(qū)動(dòng)電源模塊輸入與輸出電氣隔離，保證工作穩(wěn)定。

1.5300VDC功放主電源VDD

為全機(jī)功率放大器提供功率電源，是發(fā)射機(jī)的工作主電源，主要組件包括主整變壓器和整流橋。

主電源經(jīng)整流變壓器，雙次級(jí)輸出接至雙三相橋式整流器，經(jīng)過(guò)平衡線圈L0并聯(lián)輸出構(gòu)成12相整流電源，輸出300VDC。電源控制接觸器分別是KM3、KM4。為降低接通瞬間的電流沖擊，采取分步啟動(dòng)方式，由KM4控制串接在通路中的電阻在主接觸器KM3接通前先行短暫接通。

2　過(guò)程控制分析

VDD射頻模塊電壓，VCTRL控制電壓，R-OFF，INTERLOCK門連鎖，緊急關(guān)機(jī)按鈕，VDR驅(qū)動(dòng)電壓這些相關(guān)控制信號(hào)組成IUC對(duì)于外部繼電器的控制和發(fā)射機(jī)的各種監(jiān)測(cè)保護(hù)，起到發(fā)射機(jī)開機(jī)步進(jìn)控制，發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)管理。即當(dāng)控制電壓VCTRL正常時(shí)，發(fā)射機(jī)允許啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源，風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源啟動(dòng)后，門連鎖以及緊急關(guān)機(jī)按鈕正常時(shí)，而此時(shí)R-OFF，VDD信號(hào)正常，VDD這時(shí)才允許有功率開機(jī)，進(jìn)而起到對(duì)人身安全和發(fā)射機(jī)保護(hù)的作用。

如圖3所示，IUC通過(guò)CXM-DIO3向繼電器發(fā)出相關(guān)信號(hào)，通關(guān)繼電器接點(diǎn)的吸合返回信號(hào)，說(shuō)明此時(shí)發(fā)射機(jī)各項(xiàng)工作正常。

圖3　信號(hào)邏輯流程

當(dāng)發(fā)射機(jī)合上Q1，F(xiàn)S2正常時(shí)，電源LM3675工作，當(dāng)按下STAND-BY時(shí)，電源LS1001、LM2540工作，IUC通過(guò)CXM-DIO3 OUT1送出VCTRL檢測(cè)信號(hào)，此時(shí)繼電器KM2得電吸合，通過(guò)繼電器KM2輔助接點(diǎn)33、34返回VCTRL正常信號(hào)VCTRL-SUP給CXM-DIO3 IN1，說(shuō)明此時(shí)VCTRL信號(hào)正常。IUC通過(guò)CXM-DIO3 OUT3送出VDR啟動(dòng)控制信號(hào)，此時(shí)KM2接點(diǎn)13、14已經(jīng)吸合，繼電器KM11（風(fēng)機(jī)控制繼電器）和KM12（模塊48V驅(qū)動(dòng)電源控制繼電器）線包得電，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電源工作，通過(guò)繼電器KM11輔助接點(diǎn)43、44返回VDR-SUP信號(hào)到CXM-DIO3IN3。

當(dāng)繼續(xù)按下ON時(shí)，IUC通過(guò)CXMDIO3 OUT5送出R-OFF檢測(cè)信號(hào)，CXM-DIO3 OUT7送出VDD控制信號(hào)，若此時(shí)連鎖回路正常即24VDC電源、緊急關(guān)機(jī)按鈕、門開關(guān)、功放柜保護(hù)面板均正常，繼電器K2線包得電吸合，INTERLOCK信號(hào)正常，前期繼電器KM11，KM12已經(jīng)吸合，故繼電器KM4得電吸合，通過(guò)繼電器KM4接點(diǎn)13、14返回R-OFF SUP信號(hào)到CXM-DIO3 IN5，然后繼電器KM4斷開。VDD控制信號(hào)使繼電器K3吸合，繼而繼電器KM3線包得電，通過(guò)繼電器KM3接點(diǎn)13、14返回VDD-SUP信號(hào)到CXM-DIO3 IN7，發(fā)射機(jī)加功率，開機(jī)完成。發(fā)射機(jī)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)完成開機(jī)過(guò)程的監(jiān)測(cè)，發(fā)射機(jī)開機(jī)后，過(guò)程控制系統(tǒng)還將一直保持監(jiān)測(cè)狀態(tài)，一旦在發(fā)射機(jī)工作中出現(xiàn)某個(gè)信號(hào)中斷丟失，發(fā)射機(jī)將發(fā)出告警并關(guān)機(jī)保護(hù)。

M2W發(fā)射機(jī)的過(guò)程控制系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)射機(jī)在開機(jī)的步進(jìn)過(guò)程中各個(gè)電源的啟動(dòng)狀態(tài)和發(fā)射機(jī)外部聯(lián)鎖等，當(dāng)中間有一個(gè)電源返回信號(hào)丟失，發(fā)射機(jī)保護(hù)系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)。這對(duì)于整機(jī)安全提供了可靠保證，提前防止在有故障前提下造成更大破壞，防止故障擴(kuò)大化。如果過(guò)程中任何一個(gè)返回信號(hào)丟失，IUC將保護(hù)發(fā)射機(jī)，發(fā)出告警，不能進(jìn)行下一步操作，此時(shí)就需要檢查相關(guān)通路。

3　典型故障分析

某臺(tái)M2W發(fā)射機(jī)出現(xiàn)當(dāng)發(fā)射機(jī)ON開機(jī)，觸摸屏顯示R-OFF supervision missing，CXM-DIO3 IN5指示燈不亮?xí)r，發(fā)射機(jī)無(wú)法加ON。這個(gè)故障表明R-OFF返回信號(hào)丟失，此時(shí)就要查找R-OFF信號(hào)通路，R-OFF信號(hào)由IUC發(fā)出到CXM-DIO3 OUT5經(jīng)過(guò)K2繼電器接點(diǎn)21、24到KM11 33、34接點(diǎn)，當(dāng)KM4吸合后由接點(diǎn)13、14返回到CXM-DIO3 IN5。首先，判斷IUC通過(guò)CXM-DIO3發(fā)出的R-OFF檢測(cè)信號(hào)是否正常，測(cè)量A3B-11，R-OFF檢測(cè)信號(hào)存在，再繼續(xù)向下判斷，繼電器K2吸合是否正常，接點(diǎn)21、24是否正常，如均正常，則檢查繼電器KM11、KM12是否吸合正常，KM11輔助接點(diǎn)33、34接觸是否正常，繼電器KM4線包是否有24V，能否正常吸合，接點(diǎn)13、14是否正常。經(jīng)查是由于繼電器KM4線包有24V但繼電器不能正常吸合，（緊急情況下可強(qiáng)制讓KM4吸合）更換繼電器KM4后，試機(jī)正常。

對(duì)于出現(xiàn)其他信號(hào)監(jiān)測(cè)丟失故障，也同樣需要對(duì)信號(hào)監(jiān)測(cè)通路進(jìn)行分析檢查，查找到信號(hào)丟失點(diǎn)。

4　結(jié)語(yǔ)

本文是對(duì)發(fā)射機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)做了分析，使我們不僅可以深入了解整個(gè)過(guò)程，也可以進(jìn)一步分析典型故障，為我們?cè)谔幚矸治鲞@類故障過(guò)程中提供了思路。M2W發(fā)射機(jī)有著非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)某一信號(hào)丟失，發(fā)射機(jī)會(huì)告警或者強(qiáng)制關(guān)機(jī)，從而保護(hù)發(fā)射機(jī)。但是，這就要求我們的維護(hù)工作人員能夠清楚地認(rèn)識(shí)整個(gè)信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)，并且在日常維護(hù)過(guò)程中對(duì)監(jiān)控通路做好檢查工作，這樣才能在日常維護(hù)中保證發(fā)射機(jī)可以安全播音，即使在遇到信號(hào)監(jiān)測(cè)丟失故障時(shí)也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并予以處理。