大功率廣播發(fā)射機輔助故障判斷系統(tǒng)的研究與開發(fā)

烏戈淶

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

廣播發(fā)射機的停播時間是按秒來計算的，衡量發(fā)射臺全年播出任務(wù)的完成情況是用停播率來計算的，即：發(fā)射機總停播時間/發(fā)射機全年播音時間，每年總局下達全年的停播率任務(wù)指標(biāo)是40秒/百小時。因此，提高廣播發(fā)射機的自動化水平，縮短值班員查找發(fā)射機故障的時間，對廣播發(fā)射臺來講具有非常重要的意義。

1 故障編碼信號取樣及實現(xiàn)

現(xiàn)在用監(jiān)控系統(tǒng)加電控制流程圖，來進一步對發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理加以說明和理解。

從監(jiān)控系統(tǒng)的加電控制流程圖中可看出：發(fā)射機的指令運行、狀態(tài)監(jiān)測、故障報警，三者關(guān)系密切，相互依靠，相互配合，相互制約，是缺一不可的。這樣，才使發(fā)射機按照加電控制程序正常操作運算，達到安全保護，工作穩(wěn)定可靠的目標(biāo)。如圖1所示。

向發(fā)射機發(fā)出各種控制指令，在執(zhí)行各種指令的過程中，執(zhí)行每步加電過程控制都要有：對整個發(fā)射機的各相應(yīng)監(jiān)測點的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測采樣、將整個發(fā)射機各監(jiān)測采樣點送來的監(jiān)測信號進行綜合變換運算，根據(jù)狀態(tài)和時序參與加電過程控制。當(dāng)發(fā)射機的各種指令在運行過程中遇到故障時，則發(fā)射機根據(jù)各工作進程階段的工作狀態(tài)，在發(fā)射機各相應(yīng)監(jiān)測點，實時準(zhǔn)確地監(jiān)測到各相應(yīng)故障采樣信號。根據(jù)這個故障采樣信號，使運行過程中的指令中斷執(zhí)行，并以各相應(yīng)故障號形式作出相應(yīng)的報警顯示。根據(jù)顯示的故障號并借助故障判斷程序，就能迅速準(zhǔn)確地找出相應(yīng)故障所在的相應(yīng)位置。

圖1 發(fā)射機加電控制流程圖

2 輔助故障判斷系統(tǒng)的實現(xiàn)

故障診斷技術(shù)是近40年發(fā)展起來的、以適應(yīng)工程實際需要而形成的多學(xué)科交叉的一門綜合學(xué)科。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，規(guī)模也越來越龐大，為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，故障診斷技術(shù)就越來越受到人們的重視，成為各界研究的熱點方向之一。

一般電子電路的故障診斷分為模擬電路故障診斷和數(shù)字電路故障診斷。數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用和高速發(fā)展，使得數(shù)字電路的故障診斷研究取得了空前的發(fā)展。對于模擬電路，由于其元件具有容差、并存在非線性等原因，使得模擬電路的故障診斷較數(shù)字電路的故障診斷復(fù)雜得多，其發(fā)展比較緩慢，應(yīng)用也不夠廣泛。但是，在一個完整的系統(tǒng)中，數(shù)字電路并不能完全取代模擬電路，所以對模擬電路故障診斷的研究已成為新的研究熱點。

目前，模擬電路故障診斷存在的困難主要有以下幾個方面，這也是發(fā)射機選取采樣點時面臨的難題。

模擬電路的輸入激勵與輸出響應(yīng)以及網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)通常為連續(xù)量，所以模擬電路中的故障模型比較復(fù)雜，難以作為簡單的量化。

模擬電路中元件參數(shù)具有容差，它引起電路工作特性的偏移，增加了故障診斷的難度。

在模擬電路中廣泛存在著非線性問題，它既包括網(wǎng)絡(luò)中因非線性元件引起的，也包括線性電路本身存在的諸多非線性問題，為故障的定位診斷增加了難度。

實際的模擬電路中可測電壓的節(jié)點數(shù)非常有限，導(dǎo)致可用于作故障診斷的信息量不夠充分，造成故障定位的不確定性和模糊性。

2.1 故障診斷的基本方法

對于模擬電路的故障診斷，比較簡單、通用的方法是分類診斷法，其理論基礎(chǔ)為模式識別中的統(tǒng)計方法和決策理論。

對于模擬電路，其診斷方法的分類一般依據(jù)電路仿真在實際測試之前或之后來劃分。如果對電路的仿真是在現(xiàn)場測試之前實施，則稱為測前模擬診斷；反之，則稱為測后模擬診斷。測后模擬診斷的典型方法主要有故障參數(shù)識別法和故障驗證法。

測前模擬診斷的典型方法是故障字典法（fault dictionary），它是目前模擬電路故障診斷中最具有實用價值的方法。根據(jù)激勵源性質(zhì)和所取特征量的差異而進行，字典法可分為直流故障字典法、交流故障字典法和時域故障字典法。直流故障字典法對于硬故障、單故障的診斷簡單有效。在一般電路中，硬故障約占電路故障率的80%，其中50%-60%是R（電阻）開路、C（電容）短路和晶體管開路或短路[6]。故障字典法一般分兩步進行，首先要為故障字典的建立進行測前分析，即通過對電路的正常狀態(tài)和所有故障狀態(tài)進行電路仿真，在施加適當(dāng)?shù)募钪?，獲得所選定測試節(jié)點的電壓，從而建立故障字典。然后對端口進行測試，將選定測試節(jié)點上測得的電壓值與故障字典進行比較，并在隔離算法的基礎(chǔ)上定位故障。其一般過程為：

2.1.1 測試節(jié)點的選取擇

測試節(jié)點選取的一般原則是：

通過靈敏度分析選擇那些對元件參數(shù)變化靈敏且最具代表性的測試節(jié)點。通常情況下，一個故障被認(rèn)為可測，應(yīng)滿足如下條件：

式中，Vk （Fi）為故障Fi狀態(tài)下測試節(jié)點k的電壓值；Vk（Nom）為正常狀態(tài)下測試節(jié)點k的電壓值；n為測試節(jié)點數(shù)目；ΔV為一常數(shù)，其數(shù)值與電路性質(zhì)有關(guān)，可根據(jù)計算或經(jīng)驗確定。例如對于包含晶體管的電路，一般取0.7。

選擇可以診斷出多個故障并對故障檢測隔離能力強的測試節(jié)點。

選擇可及測試節(jié)點。

在滿足故障隔離要求的前提下，盡可能減少測試節(jié)點數(shù)，以減輕數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作量。

測試節(jié)點的檢測不應(yīng)影響被診斷系統(tǒng)的正常工作和性能。

在缺乏經(jīng)驗的情況下，可先選擇全部或大部分可及節(jié)點作為測試節(jié)點，在模擬所有故障之后，通過適當(dāng)?shù)母綦x算法減少測試節(jié)點的數(shù)目。

2.1.2 故障集和激勵信號的選擇

選擇故障集實際上就是確定可診斷的故障集合。通常根據(jù)維護經(jīng)驗和電路的實際情況，考慮電路中的元件硬故障發(fā)生情況，擬出合理的故障清單作為研究范圍。一般選擇與實際工作相似的輸入信號作為激勵信號。但為了充分隔離故障集中的所有故障，通常需要將多種信號的組合信號作為選定的激勵信號。目前還沒有對激勵信號選擇的通用算法，通常根據(jù)電路的特點及對電路的了解程度，逐步試探以選擇能夠隔離故障集中所有故障的激勵信號。

2.1.3 測前分析

在確定測試節(jié)點、故障集和輸入激勵以后，可以通過現(xiàn)有的各種模擬電路直流分析程序仿真計算出電路在各故障狀態(tài)下各測試節(jié)點的狀態(tài)，作為建立故障字典的基礎(chǔ)。

合作經(jīng)濟組織的產(chǎn)生和發(fā)展，是農(nóng)民適應(yīng)商品經(jīng)濟、市場經(jīng)濟的產(chǎn)物，其基礎(chǔ)性因素是農(nóng)民與其最基本的生產(chǎn)資料——土地聯(lián)結(jié)緊密程度。本文按照農(nóng)民與土地聯(lián)結(jié)緊密程度以及相關(guān)法律法規(guī)出臺的情況，把改革開放以來農(nóng)民合作經(jīng)濟組織的發(fā)展分為三個階段。

2.1.4 模糊集的分割和故障隔離

由于模擬電路中各元件存在容差，導(dǎo)致節(jié)點電壓存在一定變化范圍，而不是一個確定值。這時就需要引入模糊集的概念以實現(xiàn)故障隔離，即首先將每個測試節(jié)點的電壓劃分為若干個模糊集，每個模糊集有一定的電壓范圍，對應(yīng)于電路某一種或幾種狀態(tài)，然后再利用模糊集的一些基本原則進行故障隔離。利用模糊集進行故障隔離的一般原則是：若只具有單一故障則可惟一確定該故障；若模糊集的交為單故障集則可惟一確定該故障；若模糊集之對稱差為單故障集則可惟一確定該故障。

2.1.5 故障字典的建立

如果利用所選擇的測試節(jié)點和激勵信號所生成的模糊集足以隔離出所有故障，那么就可以利用現(xiàn)有信息建立故障字典。一般來說，某些故障集在隔離故障時是多余的，在建立故障字典之前需要將其刪除，然后在優(yōu)化后的測試節(jié)點的基礎(chǔ)上建立電路的故障字典。

2.1.6 測試分析、故障定位

測后分析的過程也就是根據(jù)實測向量來診斷實際故障的過程。其基本思想如下：設(shè)n個測試點的測試數(shù)據(jù)組成的測試向量Vn∈Rn構(gòu)成一個n維故障空間，而故障集中的k個故障是這n維空間的k個子空間，這些子空間的中心值就是各測試點的測試數(shù)據(jù)的模糊域中心值。給定的一組測量值Vn*可以用Rn中的一個實測點來表示。診斷電路現(xiàn)在所處的狀態(tài)也就是判別該點Vn*落在哪一個空間中的問題。判別的依據(jù)可以根據(jù)該點Vn*到各子空間的中心點的距離來確定。為了計算方便，也可以用距離的平方來表示，即有：

式中，υi*為Vn**中在第i個測試點上的測量值；υi（Fj）為相對故障Fj在第i個測試點上的模糊域中心值。如果找到SSD（Fi）是這k個SSD（Fj）中最小的一個，則表明點Vn*落在子空間Fi內(nèi)，也即認(rèn)為電路發(fā)生了故障Fi。

探討了基于傳統(tǒng)的故障字典法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的模擬電路故障診斷技術(shù)，前者的優(yōu)點是工程實踐性強，但只對于簡單電路單故障、硬故障的診斷較為快捷、有效。而隨著電子技術(shù)和人工智能的發(fā)展，基于人工智能和診斷理論相結(jié)合的高性能綜合智能故障診斷系統(tǒng)，對于實現(xiàn)復(fù)雜、大規(guī)模電路的故障診斷將提供更為有效、更具有實用價值的一種方法。對于模擬電路故障診斷在工程中的實踐應(yīng)用具有重要的實際意義。

在多年的維護發(fā)射機及了解發(fā)射機原理的基礎(chǔ)上，對發(fā)射機常見故障、積累了一定的經(jīng)驗，根據(jù)目前故障診斷技術(shù)的理論，建立了發(fā)射機輔助故障判斷系統(tǒng)。

2.2 常見故障原因及總結(jié)

50KW廣播發(fā)射機各監(jiān)測點的故障信號是按照十進的方式制編成故障號，再由數(shù)碼顯示器實現(xiàn)故障信號報警顯示。根據(jù)多年的維護經(jīng)驗，現(xiàn)就不同故障號的意義及常見的故障原因進行總結(jié)、歸納如下：

頻率溢出

由頻綜提供的發(fā)射機工作所需高頻載波信號送到頻率監(jiān)控組合G1，當(dāng)提供的頻率超出了發(fā)射機工作頻率范圍（3.2～26.1KHz），發(fā)射機則顯示01號故障。

工作狀態(tài)封鎖

當(dāng)工作模式開關(guān)S301置于封鎖工作模式位置時，按鍵S304、S305、S306、S309和S310操作功能失效，出現(xiàn)02故障。這個故障號的顯示只表示工作模式開關(guān)處在封鎖工作模式狀態(tài)，不參與控制。

出水溫度過高

當(dāng)高末功放管V2輸出水溫度或推動極V1管風(fēng)冷卻溫度超出一定值時，經(jīng)水路上的監(jiān)測點和對風(fēng)溫的監(jiān)測，顯示05號故障。對水溫的監(jiān)測由監(jiān)測電橋R22～R27、V16、V17和熱敏電阻R804完成。對風(fēng)溫的監(jiān)測由R48～R53等元件組成的測量電橋完成，二者經(jīng)比較器，最后以或的形式輸出。工作環(huán)境溫度太高；高末級未達到諧振，功率損耗太大；水質(zhì)下降；熱交換不充分均會出現(xiàn)05號故障。

水壓異常

發(fā)射機水冷卻系統(tǒng)中，從水路取樣后送往水壓表P1，它是監(jiān)測水壓的傳感器，具有水壓指針，上限和下限觸點，水壓指針輸入接電源+24V，當(dāng)水壓過高或者過低時，指針觸及上、下限點時，水壓輸出監(jiān)測信號U0=H，顯示06號故障。

水流量異常

水流量監(jiān)測電路水路上對水流量進行監(jiān)測，當(dāng)水流量超出預(yù)置范圍時，顯示07號故障。一般可重新調(diào)整流量，使發(fā)射機恢復(fù)正常工作。

風(fēng)壓異常

當(dāng)發(fā)射機風(fēng)冷卻系統(tǒng)中的壓力太小，不足以打開風(fēng)桶上的監(jiān)測點開關(guān)時，檢測電路顯示08號故障。風(fēng)機、檢測開關(guān)損壞，或者風(fēng)路漏風(fēng)時，均會出現(xiàn)本故障。

燈絲電流過低

當(dāng)V1、V2管太低時顯示10號故障，如果燈絲電壓正常，一般情況下是電子管燈絲損壞，或接觸不良都會引起燈絲電流過低。

預(yù)熱時間不足

當(dāng)燈絲加電正常后，燈絲預(yù)熱開始，預(yù)熱指示燈H301亮同時顯示12號故障，表示預(yù)熱正在進行，約三分鐘后（可調(diào)整），燈H301滅，12號故障消失。

寬放電源電壓偏低

高頻前置放大器（寬放）的供電電壓為48伏直流電，當(dāng)電壓太小寬放無法正常工作時，顯示14號故障。

外回路閉鎖不通

高壓變壓器過流、過溫時顯示18號故障。

放電開關(guān)接地

手動放電開關(guān)S1位于放電位置時，顯示19號故障。

門開關(guān)未復(fù)位

當(dāng)各個門開關(guān)、放電棒等未復(fù)位時，顯示20號故障。

V2柵偏壓欠壓

高末功放管V2工作時柵極偏壓一般為300～350V直流，當(dāng)G5監(jiān)測到偏壓太小時，顯示23號故障

PSM調(diào)制器封鎖

發(fā)射機V1板極電流過流、PSM過流、V2簾柵電流過流、發(fā)射機反射功率過大、V2板極電流過流、發(fā)射機功放輸出傳輸?shù)谝沪芯W(wǎng)絡(luò)打火、第二π網(wǎng)絡(luò)打火和諧波慮波器打火。當(dāng)發(fā)射機在一定時間內(nèi)（約3分鐘），發(fā)射機連續(xù)出現(xiàn)上述任意故障6次時，PSM調(diào)制器連續(xù)自動記數(shù)6次，自動連續(xù)封鎖PSM調(diào)制器6次后，PSM調(diào)制器自動產(chǎn)生封鎖信號。送往高壓接通G3.7功能模板，使高壓加電II指令中斷，高壓接觸器斷開，顯示24號故障。只有當(dāng)發(fā)射機上述故障消除后，按復(fù)位鍵S311，使PSM調(diào)制器解除封鎖，發(fā)射機重新啟動加高壓。

V1屏流過流

V1屏流為1A直流，當(dāng)V1屏流太大時由G5監(jiān)測V1過流，顯示25號故障。

PSM調(diào)制器過流

PSM過流檢測板對PSM調(diào)制器進行檢測，當(dāng)電流超過9A時（可調(diào)），顯示26號故障。

V2簾柵流過流

當(dāng)高頻末級放大管簾柵極電流過流時，經(jīng)G5監(jiān)測后，顯示27號故障。一般情況下是簾柵極對地薄膜電容擊穿引起，需將管座卸下，對薄膜電容進行更換或修復(fù)。

反射功率過大

取樣信號從定向耦合器送到功率檢測板，當(dāng)反射電壓過大時顯示28號故障。常見是因天線阻抗變化引起，有時倒頻時交換閘不到位也會出現(xiàn)本故障。

V2屏流過流

高末放大管陽極電流一般為6～6.5A，當(dāng)陽極電流過流時，經(jīng)G5監(jiān)測后，顯示29號故障。出現(xiàn)29號故障時C981、C982或C984可能有損壞，C981、C982真空度不夠時，一般可見弧光，C984損壞時一般會伴有打火現(xiàn)象或“吱吱”聲。

1π槽路打火

當(dāng)1π放電球F3放電時，電弧探測器中的光敏三極管將感光導(dǎo)通，于是光電監(jiān)測電路送出一個高電平到自動監(jiān)控組合G3，顯示30號故障。

2π槽路打火

當(dāng)2π放電球F4放電時，電弧探測器中的光敏三極管將感光導(dǎo)通，于是光電監(jiān)測電路送出一個高電平到自動監(jiān)控組合G3，顯示31號故障。

諧波濾波器打火

在諧波濾波器的兩個端面按120度分散布置有放電球電弧探測器，當(dāng)放電球放電時，電弧探測器中的光敏三極管將感光導(dǎo)通，于是光電監(jiān)測電路送出一個高電平到自動監(jiān)控組合G3，顯示33號故障。

粗調(diào)諧不到位

粗調(diào)元件分別由M1、M2、M4、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15驅(qū)動馬達驅(qū)動，當(dāng)任一元件粗調(diào)沒有到達預(yù)置點時，此時加高壓會顯示34號故障。只有把各元件調(diào)諧到位后，發(fā)射機才可以正常加高壓。

V1屏壓欠壓

V1屏極電壓為3KV直流電壓，當(dāng)屏極電壓太低時顯示36號故障。

V2屏壓欠壓

V2屏極電壓為9.5KV直流電壓，當(dāng)屏極電壓太低時，顯示42號故障。

V2簾柵壓欠壓

V2簾柵極電壓為650V直流電壓，當(dāng)簾柵極電壓太低時，經(jīng)G5監(jiān)測后，顯示43號故障。可能簾柵極功率模塊有一塊不工作，如果兩塊均工作正常，可調(diào)整音頻通路板加大簾柵極電壓。

細(xì)調(diào)諧不到位

在加高壓之后，發(fā)射機自動將負(fù)載回路調(diào)整到工作頻率的諧振點上，最后達到滿功率輸出，當(dāng)本過程尚未完成時，音頻信號封鎖，顯示46號故障。

輸出功率過低

取樣信號從定向耦合器送到功率檢測板，當(dāng)發(fā)射機的輸出功率小于一定值（可調(diào)整）時，顯示47號故障。將功率升高后，故障會自動消失。