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        同軸開(kāi)關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

        何 云 全穎鴻 陸成奇

        一、臺(tái)站主備發(fā)射機(jī)倒機(jī)流程

        在廣西廣播電視桂林分中心的二三級(jí)發(fā)射臺(tái)站中,每個(gè)頻點(diǎn)都配備了主備兩臺(tái)發(fā)射機(jī),同軸開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)切換主備發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)送至天線。在一部發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障或日常檢修需進(jìn)行倒機(jī)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入倒機(jī)流程,如圖1所示。主控電腦向采集器發(fā)出倒機(jī)指令或者按下倒機(jī)按鈕后,控制電路動(dòng)作,同軸開(kāi)關(guān)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),采集器PD口隨即開(kāi)始檢測(cè)同軸開(kāi)關(guān)是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位。在未檢測(cè)出到位信號(hào)前,電機(jī)繼續(xù)通電轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)射機(jī)不啟動(dòng)。在檢測(cè)出到位信號(hào)后,電機(jī)斷電停止轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)開(kāi)關(guān)控制器接通發(fā)射機(jī)電源,發(fā)射機(jī)啟動(dòng),至此倒機(jī)完成。

        圖1 系統(tǒng)倒機(jī)流程

        二、倒機(jī)不成功案例分析與處理

        (一)故障現(xiàn)象

        在全州轉(zhuǎn)播臺(tái),出現(xiàn)過(guò)主控電腦下發(fā)倒主機(jī)指令后,同軸開(kāi)關(guān)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到位,但主備機(jī)到位指示燈同時(shí)微弱亮起(應(yīng)只亮主機(jī)到位指示燈),采集器PD口同時(shí)檢測(cè)到主備機(jī)到位信號(hào)(應(yīng)只檢測(cè)到主機(jī)到位信號(hào)),導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法開(kāi)啟主發(fā)射機(jī),對(duì)安全播出造成了巨大影響。

        (二)故障分析

        當(dāng)時(shí)接線電路如圖2所示,以檢測(cè)倒換主機(jī)到位信號(hào)電路為例(檢測(cè)倒換備機(jī)到位信號(hào)的電路原理相同)。當(dāng)?shù)怪鳈C(jī)到位時(shí),同軸開(kāi)關(guān)的聯(lián)動(dòng)桿會(huì)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(hào)采樣回路。采集器24V、主機(jī)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(shí),內(nèi)部的發(fā)光二極管工作,進(jìn)而集電極與發(fā)射極導(dǎo)通,PD1-AD網(wǎng)絡(luò)從5V被拉低到0V,系統(tǒng)采集到該電平跳變后判定同軸開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)到位,主機(jī)到位指示燈D1亮起。

        圖2 優(yōu)化前的PD口采集到位信號(hào)電路

        主控電腦下發(fā)倒機(jī)指令后同軸開(kāi)關(guān)能正常轉(zhuǎn)動(dòng),說(shuō)明采集器通信電路部分和同軸開(kāi)關(guān)的電機(jī)是好的,關(guān)鍵在于采集器PD口為何同時(shí)檢測(cè)到主備機(jī)到位信號(hào)。

        (三)故障處理

        用萬(wàn)用表測(cè)量PD1-AD和PD2-AD網(wǎng)絡(luò)電平,均為0V,而正常情況下PD2-AD應(yīng)為高電平5V,故重點(diǎn)查找PD2-AD被拉低到0V的原因。

        萬(wàn)用表測(cè)量U2的1腳得0.7V,說(shuō)明U2的輸入端已得電并工作,電氣性能是好的。往前排查,測(cè)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(lái),測(cè)量其阻值為2.4kΩ,即R6也正常。繼續(xù)測(cè)量D2左側(cè)對(duì)地電阻,即R1對(duì)地電阻,發(fā)現(xiàn)為160kΩ左右,而R1正常阻值只有270Ω,嚴(yán)重偏離了正常值。將R1從電路板上焊下來(lái)測(cè)量阻值,顯示為無(wú)窮大,知其已被燒壞。于是,重新?lián)Q上一個(gè)新的270Ω的電阻后,故障現(xiàn)象消失,倒機(jī)恢復(fù)正常。

        至此,造成倒機(jī)時(shí)D1、D2同時(shí)微弱亮起,采集器PD口同時(shí)檢測(cè)到主備機(jī)到位信號(hào)的原因已找到,即R1燒壞,阻值由 270Ω 變?yōu)闊o(wú)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(diǎn)電平。D1、D2又是由兩個(gè)正負(fù)極性相反、并聯(lián)的二極管封裝構(gòu)成,從整個(gè)燈來(lái)看,并不具備真正意義的二極管單向?qū)щ娦?,D1、D2中間點(diǎn)的電壓可通過(guò) D2、R6、Z2送到U2的1腳,進(jìn)而U2動(dòng)作,拉低了PD2-AD電平,造成了采集器PD口同時(shí)檢測(cè)到主備機(jī)到位信號(hào)的故障現(xiàn)象。

        三、控制電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化

        為使同軸開(kāi)關(guān)能更可靠地工作,避免出現(xiàn)上述倒機(jī)不成功現(xiàn)象,我們重新設(shè)計(jì)了如圖3所示的控制電路。其中K1、K2、K3、K4為同軸開(kāi)關(guān)自帶的行程開(kāi)關(guān),觸點(diǎn)1為公共端,觸點(diǎn)2為常閉,觸點(diǎn)3為常開(kāi)。M是雙繞組電機(jī),通過(guò)給不同的繞組供電可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

        圖3 同軸開(kāi)關(guān)控制電路

        (一)電路特色

        此同軸開(kāi)關(guān)控制電路具有以下三大特色。

        1.PD口采集到位信號(hào)電路徹底獨(dú)立開(kāi)來(lái),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(dǎo)致倒機(jī)不成功問(wèn)題。

        2.具備繼電器自鎖功能。如J1C通電后,J1繼電器動(dòng)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(jī)正轉(zhuǎn)繞組通電轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生220V的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)若直接加在線包J2C上會(huì)造成J2B斷開(kāi),進(jìn)而造成線包J1C斷電,最終導(dǎo)致J1A斷開(kāi),電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),倒機(jī)不成功。為此,在J2C與行程開(kāi)關(guān)K4之間串入J1B,J1、J2兩繼電器便形成互鎖,確保同一時(shí)刻只有一個(gè)繼電器通電,規(guī)避了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)造成倒機(jī)不成功問(wèn)題。

        (二)電路原理

        以倒主機(jī)為例(倒備機(jī)原理相同),當(dāng)按下Ks1或者采集器JK1閉合時(shí),220V送到行程開(kāi)關(guān)K1的公共端觸點(diǎn)1,經(jīng)K1常閉觸點(diǎn)2送到J2B和電機(jī)的正轉(zhuǎn)繞組。正轉(zhuǎn)繞組得電后便開(kāi)始向倒主機(jī)方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)線包J1C得電。在J1C得電后使J1A閉合,即應(yīng)用繼電器自鎖功能,保證了在Ks1按鈕彈起或JK1跳開(kāi)后電機(jī)有持續(xù)電路通過(guò)。

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

        四、PCB電路板實(shí)現(xiàn)

        同軸開(kāi)關(guān)要實(shí)現(xiàn)切換主備發(fā)射機(jī)接通天線功能,涉及到同軸開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)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(hù)難度大。為此,我們根據(jù)圖3的原理圖,采用Alitum Designer電路設(shè)計(jì)軟件制作了雙層PCB電路板,實(shí)物見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)連接器接口,大大降低了接線難度。該P(yáng)CB電路板可滿足三個(gè)頻點(diǎn)發(fā)射機(jī)同時(shí)切換主備天線,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,推進(jìn)了臺(tái)站的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工程。

        圖4 同軸開(kāi)關(guān)PCB電路板

        PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要注意,電機(jī)屬感性負(fù)載,啟動(dòng)電流是額定電流的4~7倍。TZKG-III型同軸開(kāi)關(guān)的額定電流約為90mA,則啟動(dòng)電流峰值可達(dá)到630mA左右。參照“保險(xiǎn)絲的熔斷電流是額定電流的2倍”的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和臺(tái)站維護(hù)經(jīng)驗(yàn),本控制電路的保險(xiǎn)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(dǎo)線寬度有關(guān),具體公式為I=KT0.44A0.75,其中I為導(dǎo)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(dá)到4A,電氣性能穩(wěn)定,抗腐蝕性強(qiáng),完全滿足了同軸開(kāi)關(guān)控制電路的正常工作需求。

        五、結(jié)語(yǔ)

        繼電器的自鎖和互鎖是同軸開(kāi)關(guān)控制電路正常工作的關(guān)鍵部分,也是日常維護(hù)值得注意的地方。另外同軸開(kāi)關(guān)控制電路涉及的設(shè)備和元件較多,電機(jī)啟動(dòng)電流大,工作原理相對(duì)復(fù)雜,在臺(tái)站維護(hù)時(shí),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(yàn),是快速解決問(wèn)題和保障安全播出的關(guān)鍵。

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