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        同軸開關控制電路的設計與實現(xiàn)

        2021-09-10 13:25:38全穎鴻陸成奇
        視聽 2021年9期
        關鍵詞:控制電路采集器電路板

        何 云 全穎鴻 陸成奇

        一、臺站主備發(fā)射機倒機流程

        在廣西廣播電視桂林分中心的二三級發(fā)射臺站中,每個頻點都配備了主備兩臺發(fā)射機,同軸開關負責切換主備發(fā)射機信號發(fā)送至天線。在一部發(fā)射機出現(xiàn)故障或日常檢修需進行倒機時,系統(tǒng)自動進入倒機流程,如圖1所示。主控電腦向采集器發(fā)出倒機指令或者按下倒機按鈕后,控制電路動作,同軸開關電機開始轉(zhuǎn)動,采集器PD口隨即開始檢測同軸開關是否轉(zhuǎn)動到位。在未檢測出到位信號前,電機繼續(xù)通電轉(zhuǎn)動,發(fā)射機不啟動。在檢測出到位信號后,電機斷電停止轉(zhuǎn)動,同時開關控制器接通發(fā)射機電源,發(fā)射機啟動,至此倒機完成。

        圖1 系統(tǒng)倒機流程

        二、倒機不成功案例分析與處理

        (一)故障現(xiàn)象

        在全州轉(zhuǎn)播臺,出現(xiàn)過主控電腦下發(fā)倒主機指令后,同軸開關能夠轉(zhuǎn)動到位,但主備機到位指示燈同時微弱亮起(應只亮主機到位指示燈),采集器PD口同時檢測到主備機到位信號(應只檢測到主機到位信號),導致系統(tǒng)無法開啟主發(fā)射機,對安全播出造成了巨大影響。

        (二)故障分析

        當時接線電路如圖2所示,以檢測倒換主機到位信號電路為例(檢測倒換備機到位信號的電路原理相同)。當?shù)怪鳈C到位時,同軸開關的聯(lián)動桿會壓下K2,使COM端與CO端接通,采集器24V、限流電阻R4、穩(wěn)壓二極管Z1、光藕U1和接地端,組成到位信號采樣回路。采集器24V、主機到位指示燈D1和限流電阻R6組成另一條回路。正常情況下,U1的1腳有電壓輸入時,內(nèi)部的發(fā)光二極管工作,進而集電極與發(fā)射極導通,PD1-AD網(wǎng)絡從5V被拉低到0V,系統(tǒng)采集到該電平跳變后判定同軸開關轉(zhuǎn)動到位,主機到位指示燈D1亮起。

        圖2 優(yōu)化前的PD口采集到位信號電路

        主控電腦下發(fā)倒機指令后同軸開關能正常轉(zhuǎn)動,說明采集器通信電路部分和同軸開關的電機是好的,關鍵在于采集器PD口為何同時檢測到主備機到位信號。

        (三)故障處理

        用萬用表測量PD1-AD和PD2-AD網(wǎng)絡電平,均為0V,而正常情況下PD2-AD應為高電平5V,故重點查找PD2-AD被拉低到0V的原因。

        萬用表測量U2的1腳得0.7V,說明U2的輸入端已得電并工作,電氣性能是好的。往前排查,測量穩(wěn)壓二極管Z2的壓降為2.7V,與其正常的穩(wěn)壓值一致,即Z2也是好的。將R6從電路板上焊下來,測量其阻值為2.4kΩ,即R6也正常。繼續(xù)測量D2左側(cè)對地電阻,即R1對地電阻,發(fā)現(xiàn)為160kΩ左右,而R1正常阻值只有270Ω,嚴重偏離了正常值。將R1從電路板上焊下來測量阻值,顯示為無窮大,知其已被燒壞。于是,重新?lián)Q上一個新的270Ω的電阻后,故障現(xiàn)象消失,倒機恢復正常。

        至此,造成倒機時D1、D2同時微弱亮起,采集器PD口同時檢測到主備機到位信號的原因已找到,即R1燒壞,阻值由 270Ω 變?yōu)闊o窮大,使 R1、D2、R6、Z2、U2的并聯(lián)回路阻抗增大,繼而抬高D1、D2中間點電平。D1、D2又是由兩個正負極性相反、并聯(lián)的二極管封裝構(gòu)成,從整個燈來看,并不具備真正意義的二極管單向?qū)щ娦裕珼1、D2中間點的電壓可通過 D2、R6、Z2送到U2的1腳,進而U2動作,拉低了PD2-AD電平,造成了采集器PD口同時檢測到主備機到位信號的故障現(xiàn)象。

        三、控制電路設計與優(yōu)化

        為使同軸開關能更可靠地工作,避免出現(xiàn)上述倒機不成功現(xiàn)象,我們重新設計了如圖3所示的控制電路。其中K1、K2、K3、K4為同軸開關自帶的行程開關,觸點1為公共端,觸點2為常閉,觸點3為常開。M是雙繞組電機,通過給不同的繞組供電可實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

        圖3 同軸開關控制電路

        (一)電路特色

        此同軸開關控制電路具有以下三大特色。

        1.PD口采集到位信號電路徹底獨立開來,到位指示燈采用單向發(fā)光二極管,利用二極管的單向?qū)щ娦裕苊饬讼蘖麟娮钃p壞而導致倒機不成功問題。

        2.具備繼電器自鎖功能。如J1C通電后,J1繼電器動作,J1A閉合,繼續(xù)為線包J1C供電。J1A、J1B是J1繼電器的兩組觸頭,J1C是J1繼電器的線包,J2繼電器也類似。

        3.具備繼電器互鎖功能。在電機正轉(zhuǎn)繞組通電轉(zhuǎn)動后,內(nèi)部磁通發(fā)生變化,根據(jù)楞次定律,在反轉(zhuǎn)繞組會產(chǎn)生220V的感應電動勢。感應電動勢若直接加在線包J2C上會造成J2B斷開,進而造成線包J1C斷電,最終導致J1A斷開,電機停止轉(zhuǎn)動,倒機不成功。為此,在J2C與行程開關K4之間串入J1B,J1、J2兩繼電器便形成互鎖,確保同一時刻只有一個繼電器通電,規(guī)避了感應電動勢造成倒機不成功問題。

        (二)電路原理

        以倒主機為例(倒備機原理相同),當按下Ks1或者采集器JK1閉合時,220V送到行程開關K1的公共端觸點1,經(jīng)K1常閉觸點2送到J2B和電機的正轉(zhuǎn)繞組。正轉(zhuǎn)繞組得電后便開始向倒主機方向轉(zhuǎn)動,同時線包J1C得電。在J1C得電后使J1A閉合,即應用繼電器自鎖功能,保證了在Ks1按鈕彈起或JK1跳開后電機有持續(xù)電路通過。

        隨著電機轉(zhuǎn)動到位,聯(lián)動桿同時壓下K1和K2,K1的公共端與常閉端斷開,即切斷了J1C和正轉(zhuǎn)繞組的220V電源,電機隨即停止轉(zhuǎn)動,J1A斷開。此外,采集器的24V經(jīng)K2的常開端送給PD口到位信號采集電路和主機到位指示燈D1,向采集器提供到位信號和點亮D1。

        四、PCB電路板實現(xiàn)

        同軸開關要實現(xiàn)切換主備發(fā)射機接通天線功能,涉及到同軸開關、啟動按鈕、指示燈、繼電器、采集器PD口和JK口等,傳統(tǒng)接法布線雜亂、可靠性低、維護難度大。為此,我們根據(jù)圖3的原理圖,采用Alitum Designer電路設計軟件制作了雙層PCB電路板,實物見圖4。如此,元件可牢固地焊在電路板上,以電路板覆銅走線的形式取代之前元件間雜亂的接線,并留有3.81mm標準連接器接口,大大降低了接線難度。該PCB電路板可滿足三個頻點發(fā)射機同時切換主備天線,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,推進了臺站的標準化建設工程。

        圖4 同軸開關PCB電路板

        PCB設計時需要注意,電機屬感性負載,啟動電流是額定電流的4~7倍。TZKG-III型同軸開關的額定電流約為90mA,則啟動電流峰值可達到630mA左右。參照“保險絲的熔斷電流是額定電流的2倍”的行業(yè)標準和臺站維護經(jīng)驗,本控制電路的保險管選用250V/2A型。

        PCB覆銅走線的載流能力與銅箔厚度、容許溫升、覆銅導線寬度有關,具體公式為I=KT0.44A0.75,其中I為導線容許的最大電流,單位安培。K為修正系數(shù),頂層和底層取0.48。T為最大溫升,單位為攝氏度。A為覆銅截面積,單位MIL(100MIL=2.54mm)。本PCB電路板采用雙層走線,覆銅走線寬度75MIL,銅箔厚度1oz(35um),雙面阻焊工藝制作,綜合承載電流能力達到4A,電氣性能穩(wěn)定,抗腐蝕性強,完全滿足了同軸開關控制電路的正常工作需求。

        五、結(jié)語

        繼電器的自鎖和互鎖是同軸開關控制電路正常工作的關鍵部分,也是日常維護值得注意的地方。另外同軸開關控制電路涉及的設備和元件較多,電機啟動電流大,工作原理相對復雜,在臺站維護時,熟悉完整的原理圖并理解其原理,不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗,是快速解決問題和保障安全播出的關鍵。

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