冗余技术在DX—600中波发射机合成器伺服系统的应用

占荣郎

摘 要：该文通过对DX-600中波发射机合成器伺服系统工作原理的分析，利用冗余技术，在合成器中安装一套备用伺服系统组件。备用伺服系统组件其线路简单可靠，切换操作时迅速，方便，并能做到切换备用伺服系统组件与发射机N-1操作同步。当发射机伺服系统出现故障时，可在极短的时间内进行快速切换，大大缩小的发射机的停播时间，确保安全播出工作的完成。同时，此项技术改进在国内属首创，在同类型发射机中具有较强的推广价值。

关键词：冗余 伺服 备份 安全播出

中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0024-03

DX-600中波发射机是由美国哈里斯公司生产的全固态中波发射机，系统框图如图1所示。PB1、PB2、PB3分别为一个独立产生200KW功率的发射机单元，其射频输出经过射频开关K10、K20、K30及3个90°并机网络合成为600 KW/56 Ω的射频；同时，该系统支持N-1工作模式，即通过PLC产生的射频开关驱动信号-L，控制射频开关K10、K20、K30的合/断，实现任意两个PB单元并机工作，另一个单元断开，此时并机网络合成的射频为400 KW/84 Ω。这样，当任何PB单元出现故障时，可实现快速脱离，减少故障的处理时间。

由L、C1、C2组成的π型输出匹配网络，及伺服取样、驱动系统共同构成合成器伺服系统。在DX-600发射机的射频输出通路中，伺服系统具有唯一性，当这部分电路出现故障时，必须适时应急抢修，同时由于伺服系统结构复杂，器件安装紧凑，往往造成故障处理时间较长，极大影响发射机的正常播出。该文利用冗余技术，在合成器中安装一套备用伺服系统组件，可对伺服系统故障进行快速响应和应急处理，大大减少停播时间，确保发射机的安全播出。

1 相关基础知识

1.1 冗余

冗余指重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间。

1.2 伺服系统

伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械位置或速度，是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能随着输入目标值的任意变化的自动控制系统。

如图1所示，DX-600发射机合成器伺服系统由π型输出匹配网络、及伺服取样、驱动系统共同构成。输出π网络通过改变C1和C2的容量可以得到不同的阻抗匹配。伺服控制是通过两个马达M1、M2分别来驱动调谐电容C1及调载电容C2，每一个电容的位置和一个与之联动的可变电位器相对应，其调谐取样电压UR1和调载取样电压UR2分别送到伺服控制板。DX-600发射机有N-0、N-1两种预置位置，接收来自调谐、调载的位置信息，从而输出调载、调谐马达的控制信号，控制信号的流向决定马达转动的方向，从而决定最终C1、C2的容量，使π网络达到正确的阻抗匹配。调谐、调载取样的电平可在MMI（触摸屏）上的伺服控制屏菜单中清楚显示，也可通过伺服控制屏上手动升/降来调整C1、C2的值。

当发射机工作在N-0（三并机）状态时，π网络将56Ω输入阻抗变换成75Ω输出阻抗；N-1工作状态时，π网络将84Ω输入阻抗变换成75Ω输出阻抗。实测合成器N-0、N-1两种状态下的伺服系统参数如下表1所示。

1.3 射频开关

DX-600合成器使用的射频开关是一种新型射频接触器，由机械部分和射频开关控制板两部分组成。机械部分包括射频闸刀组件、直线运动液压机和同步遮板；控制电路主要由继电器、场效应管、红外传感器和分立元件等组成。具有耐高压、控制简单、稳定性好、安装方便等特点。射频开关简图如图2所示，射频开关控制板的J1-1接+24V电源，J1-16接地，J1-3、4脚接受来自PLC的驱动信号。

当J1-3端子接受驱动电平为L（低）电平时，经过控制板内部电路的作用，+24V经TB1-2→直流电机M黄色端→直流电机M红色端→TB1-1→控制板内部电路→J1-16→地形成闭合回路，直流电机向内收缩带动射频开关转动，直到模式开关上（1）（2）接点闭合、（7）（8）接点闭合。

当J1-4端子接受驱动电平为L电平时，经过控制板内部电路的作用，+24V经TB1-1→直流电机M红色端→直流电机M黄色端→TB1-2→控制板内部电路→J1-16→地形成闭合回路。直流电机向外伸展，带动射频开关转动，直到模式开关上（3）（4）接点闭合、（5）（6）接点闭合。

2 冗余方案

2.1 射频输出通路

利用合成器A5后机箱的空余位置，安装一个射频开关K、调谐备份电容C1备、调载备份电容C2备。如图3所示，将射频开关K的②—④，⑤—⑦端子间用铜皮短接，②端子与电感L的射频输入端连接，⑦端子与L的射频输出端连接；C1备容量调至420PF，其非接地端与射频开关K的③端子接连接；C2备容量调至554PF，其非接地端与射频开关K的端子⑥连接；将合成器A4后机箱中的C1、C2电容的非接地端分别与射频开关K的①、⑧端子相连接。

当射频开关K工作在①②接点间闭合、⑦⑧接点间闭合的工作状态时，C1、C2电容接入到π型匹配网络中，发射机使用原来的伺服系统工作。

当射频开关K工作在③④接点间闭合、⑤⑥接点间闭合的工作状态时，C1备、C2备电容接入到π型匹配网络中，发射机使用备份的伺服系统工作。

2.2 伺服控制通路

如图3所示，将K1继电器的常闭接点串接在调谐驱动电压输出端与调谐马达M1间；将K2继电器的常闭接点串接在调载驱动电压输出端与调载马达M2间；将主用调谐取样电压UR1、备用调谐取样电压UR1备（7.31V）分别接到K3继电器的常闭接点和常开接点上，其接点的公共端作为调谐取样电平输出；将主用调谐取样电压UR2、备用调谐取样电压UR2备（8.58V）分别接到K4继电器的常闭接点和常开接点上，其接点的公共端作为调载取样电平输出；将射频开关K的控制板上的J1-3端子通过K5继电器的常闭接点与电源地相连接，J1-4端子通过K5继电器的常开接点与电源地相连接。

2.3 控制原理分析

如图4所示，当开关S处于断开位置时，K1、K2、K3、K4、K5继电器线圈失电而无法动作，所有继电器的常闭接点接通、常开接点断开。同时射频开关K的J1-3输入L电平，K工作于①②接点间闭合、⑦⑧接点间闭合的工作状态，C1、C2电容接入到π型匹配网络中，发射机使用原来的伺服系统工作。调谐取样和调载取样也使用原来的电路，可实现N-0、N-1两种工作模式的正常切换。

当原来的伺服系统出现故障时，合上开关S，并在MMI（触摸屏）的并机方式屏菜单上任意选择一个PB单元（PB1或PB2或PB3）执行断开命令的操作，此时PLC将输出对应的射频模式开关（K10或K20或K30）驱动L电平信号。此信号一方面使得对应的射频模式开关（K10或K20或K30）动作，将对应PB单元（PB1或PB2或PB3）从合成器射频通路中断开，如图1所示；另一方面，该（K10或K20或K30）驱动L电平通过图4中的CR1、CR2、CR3组成的与门电路，使得光电耦合器U-2脚低电平，光电耦合器U动作，U-4脚输出L电平，继电器K1、K2、K3、K4、K5都动作，所有继电器的常闭接点断开、常开接点闭合，发射机切换到备用伺服系统工作。而备用伺服系统中的C1备、C2备、UR1备、UR2备都先事设置在N-1工作方式的参数上，即C1备=420PF、C2备=554PF、UR1备=7.31 V、UR2备=8.58 V，发射机在N-1状态工作。

当主用伺服系统故障处理完毕后，断开开关S，继电器K1、K2、K3、K4、K5都不动作，所有继电器的常闭接点闭合、常开接点断开，发射机切换到主用伺服系统工作。同时在MMI（触摸屏）的并机方式屏菜单上选择已断开的PB单元执行合上的命令操作，将对应PB单元（PB1或PB2或PB3）重新连接到合成器射频通路中，发射机工作在N-0状态。

备用伺服系统组件其线路简单可靠，切换操作时迅速，方便，并能做到切换备用伺服系统组件与发射机N-1操作同步。当发射机伺服系统出现故障时，可在极短的时间内进行快速切换，大大缩小的发射机的停播时间，确保安全播出工作的完成。同时，此项技术改进在国内属首创，在同类型发射机中具有较强的推广价值。

参考文献

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