安徽博微長安電子有限公司 朱艮村

雷達(dá)設(shè)備的機(jī)電控制系統(tǒng)廣泛采用軟件控制硬件兼弱電控制強(qiáng)電，強(qiáng)電驅(qū)動重載設(shè)備，被驅(qū)動的重載設(shè)備點(diǎn)多分散，安全性風(fēng)險相應(yīng)增大。因此，機(jī)電控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計占有非常重要的地位。本文以某型雷達(dá)設(shè)備天線自動架設(shè)與撤收控制系統(tǒng)為例，介紹雷達(dá)設(shè)備機(jī)電控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計方法。

現(xiàn)代雷達(dá)的發(fā)展越來越強(qiáng)調(diào)高機(jī)動性能，機(jī)電控制系統(tǒng)在機(jī)動雷達(dá)（天線）的自動架設(shè)、自動撤收設(shè)計中占有非常重要的地位。機(jī)電控制系統(tǒng)需要完成雷達(dá)天線車平臺調(diào)平、液壓系統(tǒng)控制、天線陣面同步翻轉(zhuǎn)、俯仰角度的精確定位、天線方位控制等功能。正是由于雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)控制對象具有點(diǎn)多復(fù)雜的特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)安全性事故，后果十分嚴(yán)重。因此，雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計應(yīng)該引起我們足夠的重視。

1 安全性設(shè)計要求

機(jī)動雷達(dá)（天線）的自動架設(shè)過程為：支臂放落→撐腿調(diào)平→天線舉升→天線展開→天線上仰→天線解鎖。自動撤收過程為：天線鎖緊→天線下俯→天線收攏→天線放落→撐腿收回→支臂收回。自動架設(shè)與自動撤收過程是在機(jī)電控制系統(tǒng)的控制下有序進(jìn)行,不允許任何針對操作人員和設(shè)備的安全風(fēng)險存在，安全風(fēng)險的產(chǎn)生主要是由于使用者、設(shè)計者對于裝備、產(chǎn)品信息的不完備造成的。所以,設(shè)計人員應(yīng)該盡力去窮盡對于產(chǎn)品、裝備的未知因素, 把未知因素轉(zhuǎn)化為確定因素，并通過制定安全預(yù)案、安全防護(hù)措施，消除設(shè)計缺陷和設(shè)計遺留問題, 盡最大可能去減小安全風(fēng)險。因此, 安全性設(shè)計的設(shè)計思想應(yīng)當(dāng)主要體現(xiàn)在“預(yù)防性” 上。安全性設(shè)計的工作主要是在裝備的研制設(shè)計階段完成。某型雷達(dá)設(shè)備天線架設(shè)與撤收過程的安全性要求如下：支臂收放的安全性設(shè)計、平臺調(diào)平過程安全設(shè)計、天線升降過程安全設(shè)計、天線翻轉(zhuǎn)過程安全設(shè)計、天線”架撤/工作/檢修”互鎖、天線轉(zhuǎn)臺處于鎖緊狀態(tài)與天線掃掠互鎖、天線陣面處于撤收歸位狀態(tài)與天線掃掠互鎖、控制軟件中的關(guān)聯(lián)保護(hù)設(shè)計、電機(jī)過載保護(hù)、三相電源保護(hù)、系統(tǒng)接地保護(hù)、過行程保護(hù)、警鈴警示、圖文警示等。

2 安全性設(shè)計方法

2.1 支臂收放過程安全設(shè)計

支臂收放過程依次執(zhí)行下列動作：插銷解鎖→低速啟動→正常收放→到位減速→收放完成→插銷鎖緊→自動停止；同時，在收放過程中保持拔銷狀態(tài)，防止液壓插銷因壓力泄露而導(dǎo)致插銷誤動而損壞結(jié)構(gòu)部件。收放不能正常到位或超過設(shè)定的時間，控制系統(tǒng)會自動停機(jī)并給出報警提示。

2.2 平臺調(diào)平過程安全設(shè)計

平臺調(diào)平采用4只電機(jī)牽引4條撐腿進(jìn)行升降運(yùn)動，使平臺X，Y軸向與水平面的夾角在設(shè)定的死區(qū)范圍內(nèi)，平臺調(diào)平過程依次執(zhí)行下列動作：撐腿觸地→平臺舉升→自動調(diào)平→調(diào)平完成→自動停止。平臺調(diào)平過程超過設(shè)定的時間，或任意一條撐腿超出撐腿行程上限，或任意一只撐腿電機(jī)出現(xiàn)故障，或任意一只撐腿未觸地，控制系統(tǒng)會自動停機(jī)并給出報警提示。

2.3 天線升降過程安全設(shè)計

天線升降過程依次執(zhí)行下列動作：插銷解鎖→低速啟動→正常升降→到位減速→插銷鎖緊→升降完成→自動停止；同時，在升降過程中保持拔銷狀態(tài)，防止液壓插銷因壓力泄露而導(dǎo)致插銷誤動而損壞結(jié)構(gòu)部件。升降不能正常到位或超過設(shè)定的時間，控制系統(tǒng)會自動停機(jī)并給出報警提示。

2.4 天線翻轉(zhuǎn)過程安全設(shè)計

天線翻轉(zhuǎn)過程依次執(zhí)行下列動作：插銷解鎖→低速啟動→正常翻轉(zhuǎn)→到位減速→插銷鎖緊→翻轉(zhuǎn)完成→自動停止；同時，在翻轉(zhuǎn)過程中保持陣面拔銷狀態(tài)，防止液壓插銷因壓力泄露而導(dǎo)致插銷誤動而損壞結(jié)構(gòu)部件。翻轉(zhuǎn)不能正常到位或超過設(shè)定的時間，控制系統(tǒng)會自動停機(jī)并給出報警提示。

2.5 天線“架設(shè)”、“工作”、“檢修”互鎖

機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計的安全開關(guān)是確保人身安全和設(shè)備安全的重要措施，安全開關(guān)分為“架設(shè)”、“工作”和“檢修”三檔，如圖1所示。

圖1 安全開關(guān)的三個檔位

安全開關(guān)置于“架設(shè)”檔，可以進(jìn)行雷達(dá)天線的架設(shè)工作，天線掃掠被鎖死，防止誤操作，確保設(shè)備安全。

安全開關(guān)置于“工作”檔，可以進(jìn)行雷達(dá)天線的掃掠，雷達(dá)天線的架設(shè)/撤收被鎖死，防止誤操作，確保設(shè)備安全。

安全開關(guān)置于“檢修”檔，機(jī)電控制系統(tǒng)電源被切斷，確保維護(hù)、檢修人員人身安全和設(shè)備安全。

安全開關(guān)“工作”檔鎖住了“架撤”電源脫扣開關(guān)，使得“架撤”電源開關(guān)強(qiáng)制跳閘，確保了天線掃掠過程中不會產(chǎn)生天線架設(shè)和撤收的誤動作，保證了天線運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。反過來安全開關(guān)“架撤”檔用來鎖住“方位”電源脫扣開關(guān)，使得“方位”電源開關(guān)強(qiáng)制跳閘，確保了天線架設(shè)與撤收過程中不會產(chǎn)生天線掃掠的誤動作，保證了架設(shè)與撤收過程的安全。“架撤”電源與“方位”電源互鎖脫扣開關(guān)如圖2所示。

圖2 架撤電源與方位電源互鎖脫扣開關(guān)

2.6 天線轉(zhuǎn)臺處于鎖緊狀態(tài)與天線掃掠互鎖

天線轉(zhuǎn)臺處于鎖緊狀態(tài)與天線掃掠互鎖，確保了方位驅(qū)動電機(jī)、變頻器和電動插銷的安全工作。設(shè)計時，采取轉(zhuǎn)臺插銷鎖緊處安裝接近開關(guān)來控制“方位”電源脫扣開關(guān)，當(dāng)電動插銷鎖緊時接近開關(guān)控制“方位”電源自動跳閘而切斷天線掃掠的電源，從而保證了天線架設(shè)與撤收過程中天線掃掠的絕對安全。

2.7 天線陣面處于撤收歸位狀態(tài)與天線掃掠互鎖

天線陣面處于撤收歸位狀態(tài)與天線掃掠互鎖，確保了方位驅(qū)動電機(jī)、變頻器、俯仰驅(qū)動器和俯仰電機(jī)的安全工作。設(shè)計時，采取天線陣面撤收歸位（陣面處于垂直位置）處安裝接近開關(guān)，控制“方位”電源脫扣開關(guān)使其自動跳閘而切斷天線掃掠的電源，從而保證了天線架設(shè)與撤收過程中天線掃掠的絕對安全。

2.8 控制軟件中的關(guān)聯(lián)保護(hù)

架設(shè)過程中，控制軟件的關(guān)聯(lián)步驟有：仿生臂放→自動調(diào)平→門架上升→陣面合攏→仰角定位→轉(zhuǎn)臺解鎖→架設(shè)完成→方位工作。

撤收過程中，控制軟件的關(guān)聯(lián)步驟有：天線回位→轉(zhuǎn)臺鎖緊→仰角回位→陣面分開→門架下降→撐腿收回→仿生臂收→撤收完成。

上述過程中只要上一步動作未完成，程序關(guān)聯(lián)控制下一步動作不響應(yīng)，防止誤操作，確保天線設(shè)備的安全。

2.9 電機(jī)過載保護(hù)

方位驅(qū)動電機(jī)的變頻器內(nèi)，過載參數(shù)設(shè)置項設(shè)置在合理的范圍內(nèi)，使方位驅(qū)動電機(jī)能夠抵抗一定的風(fēng)載，同時又不至于燒壞。

2.10 三相電源保護(hù)

機(jī)電控制系統(tǒng)輸入電源有相序保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、控制柜有電源斷路器保護(hù)等。

2.11 系統(tǒng)接地保護(hù)

機(jī)電控制柜和各被控設(shè)備均設(shè)有“安全地”接大地保護(hù)，確保設(shè)備和操作人員的安全。系統(tǒng)接地保護(hù)端子如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)接地保護(hù)端子

2.12 過行程保護(hù)

機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計時，在機(jī)械位置的上、下限安裝接近開關(guān)，防止過行程造成機(jī)械部分損壞，提高系統(tǒng)可靠性和安全性。

2.13 警鈴警示

天線方位掃掠、架設(shè)和撤收前，使用警鈴警示，通知無關(guān)人員離開現(xiàn)場，確保人身安全。

2.14 圖文警示

機(jī)電控制系統(tǒng)各醒目位置印有安全注意事項，提示操作人員注意安全。

結(jié)束語：采用上述思想的安全性設(shè)計在某型雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，在實(shí)際使用過程中收到了良好的效果，使雷達(dá)設(shè)備的使用更加安全、可靠。