TBH522型150 kW短波发射机的电源逻辑控制系统

邹若男（作者单位：国家新闻出版广电总局722台）

TBH522型150 kW短波发射机的电源逻辑控制系统

邹若男
（作者单位：国家新闻出版广电总局722台）

摘 要：自2003年以后，TBH522型150 kW短波发射机微机电控系统由北京福昊达公司进行了技术革新，将所有的逻辑关系通过FPGA逻辑编程进行实现，线路简单，设备稳定。

关键词：短波发射机；电控；逻辑控制

1　电控系统简介

TBH522型150 kW短波发射机微机电控系统，也就是电源控制系统。这套系统主要由三部分组成：自动化控制系统、电源的逻辑控制系统和电源的过荷保护系统。

本机的电控系统在2003年以前生产的发射机都是由北京广播器材厂生产的，当时电源的控制系统是采用继电器逻辑控制的方式，用小型灵敏继电器的接点组合成逻辑功能，当要求的逻辑条件满足时，输出接点信号去控制相应接触接通，当时的电路复杂，故障率高。自2003年以后，这套系统由北京福昊达公司进行了技术革新，将所有的逻辑关系用FPGA现场可编程行阵列大规模集成电路来实现，线路简单、可靠，基本上属于免维护的状态，尤其是需要改变或增加逻辑功能时，只需要编辑FPGA逻辑图就可实现，简捷方便。目前，北京福丽华伟科技发展有限公司正在研发由AM-11为核心的嵌入式主板6410作为控制中心的新一代产品，集成了自动化控制部分，功能更强大，冗余度更高。

它的电控单元共有10个按钮和37个指示灯，按钮分别是开机、关机、合高前、断高前、合高压、断高压、手动控制、快速灯丝、自动调压、封锁高压这几个，可以实现发射机的手动开关机控制，发射机的自动系统采用手动优先的方式，当手动按下任一按键时，发射机即退出自动状态进入手动操作模式，直至再次打开自动软件。37个指示灯用来指示发射机目前的状态，各部分的工作是否正常，便于在有故障时通过指示灯状态来查找。

电控单元采用现场可编辑门阵列FPGA为核心控制电路，采用了光耦隔离措施，避免FPGA在大电流冲击下损坏。由于FPGA无掉电存储功能，系统上电后FPGA首先被初始化，此时，PROMCE端低电平PROM被选中，从而将预先编写好的程序下载至FPGA，对FPGA的逻辑功能进行配置。配置完成后，RPOM处于低功耗待机状态。每次上电均是由PROM将数据流下载到FPGA中，根据FPGA的特点，所有输入/输出都采用光耦合器进行隔离。FPGA输入信号为+12 V高低电平，经过光耦为+5 V高低电平，输出信号控制继电器板及其他接点信号。

2　电控系统功能

电控系统的功能，发射机的电控系统主要是按规定的顺序进行开关机，同时检测每一步开机的逻辑信号是否适合或满足当前的操作条件。以下主要介绍电控小盒的控制和指示灯面板。

当开机条件即允许开机指示灯正常（包括水、风冷却和控制断路器和无缺相保护时）。调压器零位指示正常、灯丝合正常、已具备开机条件、启动冷却系统后灯丝供电调压器开始升压，升到额定值，偏压自动合上，此后开始灯丝预热延时。

预热完成后，当偏压正常、水温正常、门开关合上、机保开关合上、天线交换开关到位、馈线接地开关断开、高前阳极自动开关合上这些条件都满足时，允许合高前阳极电压指示灯亮。

如果偏压正常，而高前无帘栅、屏流过荷，高前阳极开关合上，此时按合高前，可合上高前阳极电压一档，2 s延时后合高前阳极电压二档和高前帘栅电源。

当高前阳极电压正常，高压开关合上，PSM开关合上时允许启动高末阳极指示灯亮。

如果保护单元中无一次过荷、三次过荷、过耗、高末帘栅过荷、高末阴流过荷，按下合高压按钮可合上高末高压一档。

高压阳极电压第一档合上后，接着自动合上高前阳极电压第二档，经过2 s延时高末阳极电压二档合上。

当高压一档合上后，高压第二档合上后，帘栅压开关合上，即高末帘栅第一档自动合上当细调完成后，高末帘栅一档已合上，此时合高末帘栅压二档。

发射机的关机顺序是与开机顺序相反的，同时若直接断高前，高末也同时被断

开，直接按关机，高前、高末也被直接断开，按照从高帘、高压、高前，当调压器降至零位时，启动延时断冷却供电计时器，7分钟后自动切断冷却供电，关机结束。

控制面板还提供手动或自动工作方式的选择，快速上灯丝取消灯丝延时，封锁高频是PSM控制信号和高频信号同时被封锁，手动调压等功能。

3　FPGA功能

FPGA是电控保护中的核心原器件，FPGA的发展也是在不断更新换代，目前大多数台站的电控、保护小盒是使用当时的3～4万门的FPGA集成块，内部结构分为四大部门。

第一部分：逻辑中心。用来接收其他部分的数据并按照程序中设定的方案对所收到的数据进行相应的分析和处理。也就是按照预先的逻辑对输入信号进行分析，得到数字信号输出结果。

第二部分：A/D控制单元。主要负责控制外部数字和多路开关的选通时序，以及实现对A/D采样过程的合理控制。

第三部分：数值量监测控制单元。对所有要监测和控制的数字量的状态数据的采集和控制输出。

第四部分：FPGA接口逻辑控制单元。主要负责通信和显示以及进行一些复杂算术运算等。

根据FPGA的特点，所有输入/输出都采用光耦合器进行隔离。当耦合器输入、输出采用完全隔离形式，输出类似于开关管状态。FPGA的输入/输出均为高电平或低电平的数字信号，在本系统的电路中，实现输入的方式有两种，而实现输出控制方式有两种。

第一种输入电路：输入信号为接点信号，用开关接点表示，光耦中输入正端接+12 V，电流正极与发光二极管H0串联，输入地端由开关接点和限流电阻R1串联接+12 V电源地端，光耦输出为+5 V电源与R2串联，当开关接点接通时，光耦合器E0导通，指示灯H0被点亮，同时光耦E1的输出端导通，输出低电平至FPGA输入端。当开关接点断开时，光耦合器E0截止，指示灯H0熄灭，FPGA的输入为+5 V的高电平。在发射机的控制中，风接点、水接点、空气开关等均采用这种输入电路形式，H0指示灯表示接点的状态，合或断。

第二种电路属于电平比较输入电路：当输入的取样电平低于预定的比较电平值时，这里是的比较电平有Rs人为设定，比较器在本系统中适用的是LM324四运放集成电路，比较器的输出为低电平，光耦合器E导通，指示灯H被点亮，光耦合器的输出为低电平，送入到FPGA的输入端，指示灯H表示过流产生。当输入的取样电平高于预定的比较电平值时，比较器的输出为高电平，光耦合器E截止，指示灯H熄灭，FPGA的输入为高电平，表示无过流产生。在本系统中各种过荷、过流、过耗等信号灯丝电压和各种电压正常的信号均采用这种输入形式，只是取样输入略有不同。

第一种LED指示灯输出电路：当FPGA的速出为高电平时，光耦合器截止，输出指示灯熄灭，当FPGA的输出为低电平时，光耦合器导通，输出指示灯被点亮。对于FPGA的输出指示，几乎所有的信号指示灯都是采用这样的电路形成。

第二种电路形式继电器输出电路：当FPGA的输出为低电平时，光电耦合器E导通，其输出的集电极开路门吸收电流接通负载，使12 V继电器动作，其常开接点接通，去控制交流接触器和有关控制部件，指示灯被点亮。当FPGA的输出为高电平时，光电耦合器E截止，其集开门截止，使继电器不动作，接点断开。