DX-600发射机阻隔风机备份控制线路的设计与应用

海峡之声广播电台佛昙分台 刘俊峰 熊阿伟 卢伟权

一、线路设计背景

ARRIS公司DX600全固态中波发射机的合成器使用的是“带有浮动阻隔负载的三路90度相移并机设备”，其中，阻隔负载的作用是消耗掉三个PB（PB是指一个DX200功率单元）不平衡所产生的功率。当发射机系统正常运行时，理论上各PB阻隔负载电阻上没有射频电流通过，就没有功率消耗，但各PB不可能完全平衡，会在阻隔负载电阻上产生一定电流，特别是当某个PB发生故障或异常时，该PB阻隔负载电阻上的电流会突然增大，需要靠风机来冷却。DX600发射机的合成器使用了3台冷却风机，通过BALDOR风机变频控制器控制，可以根据发射机的不同工作状态改变风机的转速，有效地对阻隔负载进行冷却。

正常工作时，阻隔负载上没有耗散功率，三台冷却风机低速运行；如果发生一个功放单元关断或阻隔负载上出现有电流时，三台冷却风机就被控制到高速运行，以对阻隔负载进行冷却。直到阻隔负载上的电流下降到正常值，冷却风机又返回到低速运行状态。

当变频控制器发生故障时，不仅风机无法运转，还会发送故障状态信号给发射机合成器（CCU）接口板，致使发射机无法开机或直接关机，而这将造成重大停播事故。针对这一情况，我们设想，虽然风机控制器损坏且无法实现短时间内更换，但此时DX-600发射机的其他部分都是完好的，只需有一条备份的冷却风机控制线路能使冷却风机恢复运转，同时将原控制器故障信号屏蔽，发射机就可以继续恢复运行，从而防止发生因发射机风机控制器故障而造成的停播事故，确保安全播出。如果在原线路基础上，加装一台有功率冗余的矢量型交流变频器作为备份风机控制器，调节冷却风机转速，彻底解决了因发射机风机控制器故障而造成的发射机停机故障，进一步增强了发射机运行的安全稳定。因此，对冷却风机控制线路进行备份改造是十分重要和必要的。

二、阻隔负载冷却控制工作原理

DX600发射机合成器阻隔负载冷却系统控制电路如图1所示，由输入电源保险开关、合成器控制线路、变频控制器和冷却风机四个部分组成，其中风机变频控制器为宝德公司15H系列的15H401，采用PWM调制、V/f控制型马达控制逆变器，输入电压为460V，输入频率为50HZ，功率大小为7.5马力，输入端子TB1的L1、L2、L3接三相输入电源，输出端子TB2的T1、T2、T3接三相冷却风机。在DX600发射机应用中其选用的工作模式是15 SPEED控制模式，在此模式下变频控制器控制端口J5的定义和实际连线如图2和表1所示。

图1 阻隔负载风机控制电路图

表1 15 SPEED模式下速度控制真值表

图2 变频器15 SPDDE 模式下J5端子定义与连接线

图3 阻隔风机备份改造线路图

风机的运行速度是由J5-11、J5-12、J5-13、J5-14组成的二进制数来控制，。当DX600发射机运行正常时，理论上阻隔负载电阻上没有电流，不会消耗功率，但实际上三个功放单元不可能完全平衡，就会在阻隔负载电阻上产生一定电流，消耗一定功率。正常状态下，合成器接口板根据检测到阻隔负载上电流情况输出二进制的控制信号“0010”到变频控制器的J5-11、J5-12、J5-13、J5-14端口，使阻隔风机运行在24HZ频率下；当发射机三个功放单元间出现输出功率严重不平衡时，阻隔负载上通过的电流会增大，消耗功率过大，合成器接口板输出二进制的控制信号就会不断增大，当达到“1001”时，控制风机运行速度的电源频率就会增加到54HZ。

变频控制器端口J5-19至J5-22是状态信号输出接口，其信号输入到合成器接口板中，以反馈变频控制器的运行情况，而使发射机进行正确的控制。当变频控制器运行正常时，J5-19输出低电平，J5-22输出高电平，发射机能正常运行；当变频控制器发生故障时，J5-19输出变为高电平，J5-22输出变为低电平，使发射机不能正常工作。

三、改造线路的设计

当发生变频控制器故障时，一方面阻隔负载风机控制器无变频电源输出而不工作，另一方面因故障信号而使发射机不能开机。故从这两个方面来考虑该故障应急处理的方法：在图一中，风机控制器经TB2给三台并联的风机供电，风机前端都有一个保险盒，且预留了一备用保险盒（F10、F11、F12）。

如图3所示，在线路中加装备份变频控制器（DELTA VFD-B向量性交流马达控制器）和电源切换开关K1、K2。DX-600型发射机内阻隔风机功率为2马力，3台风机的功率为6马力，约合4.5KW，考虑设计时应给予一定的功率冗余，遂采用了5.5KW的变频控制器应急时可将主用变频控制器前端电源断开，且断开K2，防止反送电，并将主用变频器前端的30A保险（F1、F2、F3）插至备用保险盒（F10、F11、F12）处给三台风机供电，然后合上K1给备份变频器供电来控制风机运行；另外，如图三所示，在线路中加装信号切换开关S1将控制器状态信号线J5-19接地、J5-22甩开悬空，使其维持正常运行状态送往CCU接口板，不致产生关机指令，使发射机能够得以正常开机。至此，就可甩开故障的主用风机控制器，实现发射机在此故障情况下的应急播出。通过该项目改造，在处理此类故障时，能在1分钟以内恢复正常三并机播出技改实物图见图4。

此时，我们还需要考虑另一个问题，即如何让备份变频器能够像原配控制器一样根据阻隔负载上消耗功率的大小来实现变频输出，从而动态控制冷却风机转速，在实现备份功能的同时还能确保设备出现异态时的安全稳定，通过对发射机该部分设备及线路的细致研究和多次实验，我们设计并应用了两套方案。

方案一：直接利用原有控制信号对备份变频器进行新的编程，使其控制信号、状态反馈信号和速度控制信号与原变频器一致，控制其输出电源频率，即可实现备份功能，如图5所示。

分析BALDOR风机变频器的工作原理和发射机对变频器的控制原理。结合发射机图纸和BALDOR变频器说明书，可以发现，发射机通过其TCU单元的CCU接口板送出的控制信号对风机变频器进行控制。其中，CCU接口板的J11-3和4分别是低电平有效的开机使能信号“enable”和开机信号“forward”，可以实现对变频器的开机、关机控制。J11-5、6、7、8是低电平有效的速度控制信号“speed B1”至“speed B4”，可以根据发射机送出的不同指令，实现风机变频器输出的24 Hz、36 Hz、48 Hz、54Hz变频，从而改变阻隔风机的转速。J11-10、11、12、13是变频器的状态反馈信号，这些信号都是开关量，通过变频器内部状态反馈继电器的动作，实现对地的开路或短路，使发射机的PLC系统能监测到变频器的不同工作状态，并通过发射机的触摸屏予以状态显示。各引脚的具体功能如下：J11-10“ready”反映变频器的就绪状态，通地表示“就绪”，断开表示“未就绪”；J11-12“at speed”反映变频器风机的速度状态，通地表示“正常”，断开表示“速度错误”；J11-13“fault”反映变频器的故障状态，通地表示“变频器故障”，断开表示“正常”；J11-10、11、12还同时反应风机变频器与PLC系统的连接状态，它们三个当中，有任何一个通地，就表示变频器与PLC系统连接正常，否则触摸屏将显示“offline”故障。

图4 技改实物图

图6 温控仪参数设置示意图

图5 变频器配线图

根据发射机对变频器的控制原理，对备份变频器进行编程：(1)将变频器的多功能数字输入端FWD(图五中红框位置所示)的高、低电平定义成有效的使能信号和开机信号，实现对变频器的开机、关机控制。(2)将MI1、MI2、MI3和MI4(图五中红框位置所示)定义成低电平有效的速度控制信号，根据发射机送出的不同指令，实现24 Hz、36 Hz、48 Hz、54Hz变频，改变阻隔风机的转速。(3)对变频器中4个状态反馈继电器的输出进行编程，使其功能和输出电平与发射机CCU接口板的J11-10、11、12、13相对应，将变频器的工作状态送到发射机的PLC系统中。(4)将风机铭牌上的额定电压、电流、转速和功率的数值输入到变频器中，修改变频器的“加速/减速”时间参数，最后将所有参数保存，即完成了对变频器的编程，备份变频器加电后就可以按设置的编程指令执行输出了。

方案二：通过XMT60X型温控仪将阻隔负载温度的取样变换成4～20mA信号，并作为备份变频器的ACI输入信号来控制其输出电源频率，实现备份功能，如图6所示。

原配的BALDOR控制器是由其主板上的16位单片机来控制的，而备份控制器则是采用国产的变频器来替代，由于两者内部芯片不同，在进行编程设计和功能实现上也会有所区别，达不到与原配的控制器完全一样的功能。不过可以另辟蹊径，当DX600发射机运行过程中一旦出现单个PB故障脱机，造成阻隔负载出现不平衡的时候，电流必然会加大，负载上消耗的功率就大，若此时风速不变，并机网络柜内必然会产生温度升高的情形，那就可以尝试利用阻隔负载温度的变化来实现控制器的变频输出。

在线路设计中，我们在阻隔电阻机柜内安装了一个高敏度的K型热电偶，并通过该热电偶将实时温度传至温控器(如图4中所示，选用带变送功能的智能控制仪)，再由温控器根据接收到的感应温度来输出4-20mA的变送信号至备份变频控制器，作为主频率命令设定的来源ACI信号，如图5中红线所示。

根据多次的实验测量数据，我们得知在正常运行情况下，阻隔负载温度保持在大约44℃左右，而在进行并机切换时，如果风机仍保持24Hz低速运行，阻隔负载温度将快速上升至72℃左右，接下来将依据这两个温度数值对温控仪进行设置。温控仪采用的是XMT60X型智能控制器，从功能上讲就是一台指示报警仪。可以接受多种测量信号。它有两副动作点可以在量程范围内设定继电器输出，可以用来进行一些逻辑控制，具体功能实现要根据控制要求来设计方案。还有一路信号输出(变送)，可以作为多处显示，或作为调节器、DCS的信号，配上执行机构组成调节系统，本次改造即利用了其信号变送输出的功能。

在对温控仪设置完毕后，我们通过操作面板再对变频器进行设置(如图6所示)，先将备份变频器输出频率上下限设置为25-50HZ，再将频率指令来源设定为由外部端子ACI输入模拟信号DC 4-20mA来控制，最后对频率递进速度进行设置，即可实现变频器在不同情况下在25HZ-50HZ范围内的动态变频输出。(不同品牌变频器的设置方法会有差异，但大致原理相同。)

四、改造线路的应用说明

该备份线路改造完工后，即可以实现在阻隔风机控制器出现故障时及时恢复DX-600发射机的播出，在具体实践上需要掌握好以下几个步骤：

1.确认故障后立即将切换开关打至“备份”位置，将J5-19至J5-22两个故障检测信号切换为正常信号输送至CCU，使发射机不会产生关机信号；

2.立即以三并机状态开机，恢复播出；此时虽然阻隔风机未转，但此时平衡状态下短时间的冷却风机停转不会对阻隔负载造成损坏；

3.将主电源保险插入空的保险插座内，使原主电源保险座断开，而原来的空保险座充当主电源保险座；

4.合K1，恢复各保险座与各自对应的风机电源线路的联通，同时断开K2，切断原风机控制器电源输出口与各保险座之间的联通，防止反送电，造成对原控制器进一步的损害；

5.按备用控制器面板上“RUN”键(也可以通过设置，使其得电后自动运行)，控制器根据设置既可以选择按内部编程指令来执行输出频率，也可以选择根据从温控仪送来的模拟信号DC 4-20mA信号来控制输出电机电源的频率，风机开转，恢复冷却。

从上述步骤可以看出，实际上真正恢复播出的步骤只需1和2步，操作时间完全可以控制在1分钟以内，需要注意的是，如果在执行三并机开机之前就已经发现有不确定因素存在，或开机过程中出现单个PB未成功启动，应立刻关机，待把3、4、5步完成后再进行开机操作。

自该改造线路投入使用后，经过了多次运行试验，线路运行一直稳定可靠，可快速切换备份线路控制阻隔风机运行，备份变频器在运行过程中，工作稳定，操作方便，能根据发射机的指令及阻隔负载上的温度变化，实时变换输出频率，对阻隔风机进行控制，很好地完成对阻隔负载的冷却，变频器的工作状态也能顺利反馈至发射机PLC；风机运转控制正常，风量符合要求，冷却效果很好，而且该备份线路几乎不对设备原有线路产生任何影响，无论是电源和信号通路都实现了主、备隔离。该改造进一步完善了发射机阻隔风机控制系统的备份措施，使发射机运行更加稳定可靠，提高了播出的安全可靠性。

随着社会的发展进步，变频技术越来越成熟，已经广泛应用于我们的日常生活当中。原装BALDOR风机变频器价格昂贵，购买和维修成本都较高。而市场上变频器的型号比较多，价格相对便宜，可根据需要选择购买。我们在实施项目改造时，采用的是与DX600发射机原装变频器性能相近的变频器，该变频器编程容易上手，操作方便，经过多次试验和长时间运行，各项指标均符合要求，性能可靠。而且我们选择的矢量型变频器额定功率比原装变频器大，工作状态也十分稳定，有效避免了当原装变频器发生故障时，较长时间停播事故的发生。

此项技改项目的实施，有效节约了备件购买经费，后续的维修维护也十分方便。该项目可借鉴度高，推广性强，目前已在我台范围内得到实际应用，也值得其他兄弟台站借签。

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