王洪國
【摘要】本文對TBH522型150KW發(fā)射機自動調(diào)諧單元硬件結(jié)構(gòu)的自動調(diào)諧主板、調(diào)諧控制板、模擬采集板電路板功能進(jìn)行詳細(xì)的分析。
【關(guān)鍵詞】自動調(diào)諧;發(fā)射機
1.概述
TBH522型150KW發(fā)射機自動化系統(tǒng)主要由人機接口單元、控制單元、保護單元、自動調(diào)諧單元構(gòu)成,同時為了模擬信號的檢測,全面改造了測量報警單元??刂茊卧?、保護單元、自動調(diào)諧單元均可獨立運行。自動調(diào)諧單元通過8路伺服控制著整個發(fā)射機的粗調(diào)、細(xì)調(diào)、電平轉(zhuǎn)換、準(zhǔn)備播音等控制。本文將詳細(xì)分析自動調(diào)諧主板、控制板和采集板的硬件結(jié)構(gòu)。
2.自動調(diào)諧主板的分析
自動調(diào)諧主板主要作用是將所有輸入信號進(jìn)行處理后控制8路伺服,并對發(fā)射機的各個狀態(tài)進(jìn)行粗調(diào)諧及細(xì)調(diào)諧,同時根據(jù)各個狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)的控制及封鎖控制,并和人機接口單元進(jìn)行通訊。以下對主板的各個組成部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。
(1)開關(guān)量輸入?yún)^(qū)1
將發(fā)射機輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后,輸入到FPGA進(jìn)行各種邏輯運算。開關(guān)量輸入?yún)^(qū)1一共有22路,對應(yīng)的輸入信號分別是:1)高壓2檔,2)高簾2檔,3)腔體接點,4)平衡轉(zhuǎn)換器腔體接點,5)控制來調(diào)諧允許,6)告警復(fù)位,10)高末檢波電壓輸入,11)衰減控制器調(diào)整正常信號輸入,12)射頻封鎖信號輸入,13)控制來粗調(diào)信號,14)控制來的細(xì)調(diào)允許信號,15)1路伺服到位,16)2路伺服到位,17)3路伺服到位,18)4路伺服到位,19)5路伺服到位,20)6路伺服到位,21)7路伺服到位,22)8路伺服到位。
(2)開關(guān)量輸入?yún)^(qū)2
將操作面板輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后,輸入到FPGA進(jìn)行各種邏輯運算。開關(guān)量輸入?yún)^(qū)2一共有22路,對應(yīng)的輸入信號分別是:1)1路調(diào)諧按鈕,2)2路調(diào)諧按鈕,3)3路調(diào)諧按鈕,4)4路調(diào)諧按鈕,5)5路調(diào)諧按鈕,6)6路調(diào)諧按鈕,7)7路調(diào)諧按鈕,8)8路調(diào)諧按鈕,9)手動,10)半自動,11)信道號預(yù)置,12)自動,14)粗調(diào)控制,15)前級細(xì)調(diào),16)末級細(xì)調(diào),17)電平轉(zhuǎn)換,18)開始播音,19)允許調(diào)諧,20)手動升信道號,21)手動降信道號。
(3)開關(guān)量輸入?yún)^(qū)3
本區(qū)域除1,2路外,其他路都作擴展輸入信號。其中1路是“切換塊模擬量顯示”,使用時,通過短路帽短路1路的短路接點,從而切換面板上伺服位置顯示模擬采集板2的數(shù)據(jù)來源;2路是“細(xì)調(diào)狀態(tài)8路伺服倒動有效”,細(xì)調(diào)狀態(tài)時,只有1路伺服,3路伺服,5路伺服細(xì)調(diào)元件可動作,但調(diào)機時不方便,為方便調(diào)機,設(shè)置此接點,在短路此接點時,8路伺服除2路在腔體接點釋放時可倒動外,其他都可倒動。
(4)開關(guān)量輸出區(qū)1
開關(guān)量輸出區(qū)1作用是將FPGA輸出通過T521-2光電耦合器隔離后控制外界高低電平,一共有30路,分別是:1)1路允許調(diào)諧;2)2路允許調(diào)諧;3)3路允許調(diào)諧;4)4路允許調(diào)諧;5)5路允許調(diào)諧;6)6路允許調(diào)諧;7)7路允許調(diào)諧;8)8路允許調(diào)諧;9)細(xì)調(diào)完成(完成1);10)細(xì)調(diào)完成(完成0);11)粗調(diào)完成(完成0);12)粗調(diào)完成(完成時為1);13)高前偏壓切換;14)衰減器控制;15)準(zhǔn)備播音;16)調(diào)諧功率狀態(tài)(細(xì)調(diào)未完成為1);17)低功率;18)高功率;19)升功率;20)降功率;21)1路伺服細(xì)調(diào)切換;22)2路伺服細(xì)調(diào)切換;23)3路伺服細(xì)調(diào)切換。
(5)開關(guān)量輸出區(qū)2
開關(guān)量輸出區(qū)2作用是將FPGA通過T521-2光電耦合器隔離后控制數(shù)模轉(zhuǎn)換板上的繼電器(OMRON-G6B-1114P-US),通過繼電器吸合控制相應(yīng)的邏輯狀態(tài),一共有12路,控制12個繼電器,分別是:1)輔助接點1控制輸出;2)輔助接點2控制輸出;3)輔助接點3控制輸出;4)輔助接點4控制輸出;5)腔體氣動開關(guān)控制出;6)5路修正切換A2;7)5路修正切換B2;8)5路修正切換A1;9)5路修正切換B1。
(6)模擬采集區(qū)
監(jiān)測模擬采集板1的8路伺服數(shù)據(jù)和模擬采集2來的8路發(fā)射機表值狀態(tài)信號數(shù)據(jù),一共24位,由3片74HC373接口處理。通過74HC373對模擬采集板1、模擬采集板2進(jìn)行接口后,將模擬采集的數(shù)據(jù)端的24位數(shù)據(jù)量送到FPGA進(jìn)行處理。
(7)綜合區(qū)
此區(qū)域是FPGA輸出通過74HC14驅(qū)動后送到相應(yīng)的控制信號的區(qū)域,有3個部分,分別是調(diào)諧控制DATA,模擬采集片選控制,面板顯示DATA。調(diào)諧DATA分2組,分別是8位數(shù)據(jù)輸出端和4位總線輸出控制端,輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換板,控制數(shù)摸轉(zhuǎn)換AD558及2組細(xì)調(diào)修正繼電器(DS2Y-S-DC12V)完成粗調(diào)及細(xì)調(diào)控制;模擬采集片選控制有2組共8位數(shù)據(jù),送到2塊模擬采集板,分別控制2塊模擬采集板上各路模擬量的片選及高8位數(shù)據(jù)有效及低4位數(shù)據(jù)有效;面板顯示DATA共分2組,分別是8位數(shù)據(jù)輸出端和5位總線輸出控制端,送到自動調(diào)諧單元面板作面板顯示及按鈕指示燈用。
(8)中央處理區(qū)
本區(qū)域是自動調(diào)諧主板的中心區(qū)域,F(xiàn)PGA完成所有邏輯運算,89C52作數(shù)據(jù)處理,還包括時鐘控制器12C887,32KRAM,32KROM。
a)89C51:判斷各種狀態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,實現(xiàn)向FPGA下傳伺服粗調(diào)和細(xì)調(diào)等數(shù)據(jù),同時通過RS232和人機接口單元通訊。
b)FPGA:實現(xiàn)整個系統(tǒng)的所有邏輯控制。
c)系統(tǒng)時鐘:1個是單片機89C52所提供的1Mhz的時鐘,另一個是由時鐘控制器12C887(編程輸出)提供的1KHz的時鐘,此板12C887的功能和控制主板、保護主板不一樣,只提供1Khz的時鐘信號。
d)32KRAM提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)的臨時存儲,在掉電后將丟失所有數(shù)據(jù)。
e)32K-EEPROM存儲系統(tǒng)所有粗調(diào)、細(xì)調(diào)控制數(shù)據(jù),4路輔助接點的控制信號,8路伺服高限位信息和低限位信息,表值調(diào)諧范圍信息等。
f)XC17S30:因FPGA內(nèi)程序是存在RAM內(nèi)的,掉電后便消失,故用一片XC17S30來存FPGA的程序,此芯片是FPGA的程序?qū)S肊PROM,不可擦除,上電后在1秒內(nèi)自動將程序?qū)懭隖PGA,程序?qū)懭氤晒髮⑼V构ぷ鳌?/p>
g)RS232接口芯片MAX232C:MAX232C由3部分組成:2個充電泵(可將5VDC轉(zhuǎn)換成10V的電壓輸出),DC-DC變換器,RS-232驅(qū)動器和RS232接收器。89C52通過MAX232C驅(qū)動放大后,和人機接口單元進(jìn)行通訊。
3.調(diào)諧控制板的分析
調(diào)諧控制板主要是將自動調(diào)諧主板發(fā)來的各種信號進(jìn)行處理后送到8路伺服單元,控制8路伺服細(xì)調(diào)和粗調(diào)。
(1)數(shù)模轉(zhuǎn)換區(qū)
此區(qū)域由10片AD558和2片74HC373構(gòu)成,AD558是8位電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器,電壓輸出范圍有2種,0-2.5V和0-10V,本板上用的是0-10V輸出范圍,AD558將自動調(diào)諧主板發(fā)來的8位數(shù)字信號通過4位總線控制信號片選后輸出10路模擬量,其中1-8路通過分配放大器LM353分配放大后輸出到伺服放大器,控制1-8路伺服倒動。第10路是輸入到10K可調(diào)電位器,和-12V電壓調(diào)整后輸出作1路細(xì)調(diào)修正控制信號。12路和11路由74HC373鎖存處理,用來控制3路和5路細(xì)調(diào)修正控制,自動調(diào)諧主板來的8位數(shù)據(jù)信號和4位總線控制信號,經(jīng)過74HC373鎖存后輸出給三極管C1815,驅(qū)動16個繼電器(DS2Y-S-DC12V),并通過繼電器的吸合來控制修正繼電器區(qū)的3路和5路的細(xì)調(diào)修正電阻,修正電阻的單位依次是20歐、40歐、80歐、160歐、320歐、640歐、1280歐、2560歐,一共有256個檔位,電阻可調(diào)范圍從0歐到5120歐,以便實現(xiàn)對3路和5路進(jìn)行線性修正。
(2)伺服調(diào)諧放大輸出區(qū)
此區(qū)域是對AD558輸出的模擬信號經(jīng)過LM353分配放大后,輸出到伺服放大器控制伺服進(jìn)行調(diào)諧,除手動狀態(tài)外的其他所有狀態(tài)的粗調(diào)信號都從這發(fā)出但不發(fā)生細(xì)調(diào)信號,手動狀態(tài)時,粗調(diào)和細(xì)調(diào)控制都從這位置發(fā)出,此區(qū)域所發(fā)出的信號直接影響到整套系統(tǒng)粗調(diào)到位的準(zhǔn)確度;調(diào)整時可置于手動狀態(tài),在不旋轉(zhuǎn)光編碼器時,相應(yīng)的伺服監(jiān)測信號和此位置相應(yīng)的(下轉(zhuǎn)第118頁)(上接第116頁)輸出信號必須相等,若不等可通過此區(qū)域的可調(diào)電位器進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到輸入輸出一致。
(3)繼電器區(qū)
此區(qū)域作用是FPGA通過光電耦合器發(fā)出低電平信號,來控制繼電器的吸合,并通過繼電器吸合接點來控制相應(yīng)部件的合與斷,一共有12路, 1-4路是通過繼電器的吸合,將輔助接點公共端的信號送到輔助接點的控制接觸器上,控制輔助接點的吸合和斷開,控制單元分別是:1)輔助接點1控制輸出;2)輔助接點2控制輸出;3)輔助接點3控制輸出;4)輔助接點4控制輸出;5)第5路通過繼電器的吸合,將腔體接點氣動開關(guān)的控制信號送到腔體氣動開關(guān)接觸器上,在腔體到位后控制腔體接點吸合;6)9路到12路是控制5路細(xì)調(diào)修正信號A、B送入伺服放大器的方向;7)5路修正切換A2;8)5路修正切換B2,9)5路修正切換A1;10)5路修正切換B1。
4.模擬采集板的分析
模擬采集板和保護單元用的模擬采集板一樣,但自動調(diào)諧單元的+12V和-12V電源是經(jīng)過穩(wěn)壓后輸入的,故此板上的穩(wěn)壓塊7912和7812都被取消了。同時因本單元不需比較器功能,模擬采集板的比較器區(qū)是空著的,只用了模擬采集功能,分別是模擬采集1采集8路伺服位置信號,模擬采集2采集8路機器的狀態(tài)表值,在使用過程中這2塊板可互換。
模擬采集1對應(yīng)的采集信號分別是:
1)1路伺服位置信號;2)2路伺服位置信號;3)3路伺服位置信號;4)4路伺服位置信號;5)5路伺服位置信號;6)6路伺服位置信號;7)7路伺服位置信號;8)8路伺服位置信號。采集后的數(shù)字信號經(jīng)過主板采集區(qū)的74HC373送入FPGA進(jìn)行處理,實現(xiàn)自動調(diào)諧。
模擬采集2對應(yīng)的信號分別是:
1)高末簾柵流;2)高末屏流;3)高末簾柵壓;4)高前屏流;5)高末簾柵流;6)高末屏壓;7)輸出功率;8)反射功率。將采集后的數(shù)字信號經(jīng)過主板采集區(qū)的74HC373送入FPGA進(jìn)行處理,作為自動調(diào)諧時表值判斷及表值指示用。
5.總結(jié)
本自動調(diào)諧系統(tǒng)采用數(shù)字調(diào)諧方式來實現(xiàn)發(fā)射機射頻回路的調(diào)諧,被調(diào)元件為電感線圈和真空可變電容,改變其機械轉(zhuǎn)動圈數(shù)即可改變其電氣參量。通過分析調(diào)諧單元的硬件結(jié)構(gòu),有助于發(fā)射機的日常維護和故障處理,保證發(fā)射機的穩(wěn)定播出。