大功率短波发射机数据采集与信号隔离的原理和设计

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【摘要】本文对进口TSW2500型500KW短波发射机控制系统的数据采集与信号隔原理和设计方法展开阐述，对数据采集板YCS03的线路原理进行了详细说明。

【关键词】短波发射机;数据采集与信号隔离;原理和设计;马达控制板YCS03

1.前言

TSW2500型500KW短波发射机是目前世界上最先进的短波发射机之一，成为我国的大功率短波发射机的主力机型，具有高功率、高稳定性、高自动化等优点。发射机的控制系统一方面按照正确的顺序开、关发射机;另一方面在发生故障时，进行必要的封锁保护。它由三部分构成：中央控制系统ECAM（ECOS2）、顺序控制系统（SC）和马达控制系统（MC）。

控制系统的用户界面是由基于VEM总线技术的系统ECAM（ECOS2）来控制，用户通过ECAM（ECOS2）的键盘和显示器进行操作;它不仅显示发射机的所有重要参数，还显示运行故障和操作历史记录。紧急情况下可直接在顺序控制器板（YCS04）和马达控制器板（YCS08）的面板上操作：

在控制器模式（Controller-Mode）下，可以通过YCS04面板上按键进行发射机的开关机操作，通过YCS08面板上按键来进行手动调谐，面板上的LED显示窗显示相关信息。当关闭控制器模式时，则是由基于VEM总线技术的高层系统ECAM（ECOS2）来控制发射机，通过ECAM（ECOS2）与SC之间的RS422串行接口来输入指令。

当电源合上时，顺序控制系统（SC）和马达控制系统（MC）将自动从控制系统母板（VCS01）上读取发射机型号等信息，然后进行自适应调整，并将状态信息发送到ECAM（ECOS2）。

图1 发射机控制系统方框图

2.控制系统输入输出信号滤波与隔离设计方案

所有控制电缆和低压电源都经过SCI型滤波板和YCS板引入、引出，实现对信号进行滤波隔离：

（1）所有的开关量输入信号经SCI01板滤波和限幅后，送至YCS01板用光电耦合器进行光电隔离，变成数字信号，经数据采集板YCS03送至顺序控制器板YCS04进行处理。

（2）所有的模拟量输入信号经滤波板A161（型号SCI03）、A151（型号SCI04）滤波和限幅后，送至YCS06、YCS07、YCS08板进行处理。见图2“IAV1取样链路举例”

（3）所有的数字输出信号经YCS02板用光电耦合器进行光电隔离，变成开关量信号，送至SCI02板由继电器进行电气隔离后，输出交流220V或者直流24V电源供其它设备使用。见图3 “RF激励信号选择和RFAT信号链路”

（4）YCS06板输出的模拟量信号经滤波板A161（型号SCI03）、A151（型号SCI04）滤波和限幅后，送至相应设备，见图3“RF激励信号选择和RFAT信号链路”。

图2 IAV1取样链路举例

图3 RF激励信号选择和RFAT信号链路

3.顺序控系统（SC）说明

顺序控制系统由顺序控制器板YCS04和相关的接口板组成，如表1所示。

表1 顺序控制系统组成

YCS 01 输入单元（二进制I/O板） PL23、PL27

YCS 02 输出单元（二进制I/O板） PL31

YCS 03 数据采集板 PL31

YCS 04 （含SCS 01） 顺序控制器板

YCS 06 模拟信号板1

YCS 07 模拟信号板2

SCI 01 输入接口（滤波板）A131、A132、A133

SCI 02 输出接口（滤波板）A121、A122

SCI 03 模拟信号接口（滤波板）A161

SCI 06 转接板（连接ECOS2的多功能数据采集卡）

注：A133、A122用于马达控制系统。

SCI01型滤波板（A131、A132、A133）提供24VDC输入，SCI02型滤波板（A121、A122）通过继电器可提供24VDC和220VAC输出，24VDC输入、输出板（型号YCS01 和YCS02）为二进制信号提供电气隔离;数据采集板YCS03作为一种I/O扩展单元，对YCS01型输入板送来的开关量进行采集。

模拟信号的采集则是用模拟板YCS06 和YCS07型模拟板完成。模拟信号先经SCI03型滤波器板（A161）滤波后，再送到模拟板YCS06和YCS07板。

图4 顺序控制系统数据输入方框图

图5 顺序控制系统数据输出方框图

4.数据采集板YCS03原理分析

数据采集板YCS03为顺序控制器板（YCS04）提供了一个输入/输出（I/O）扩展。顺序控制器板YCS04通过8位并行数据总线以软件来读写二进制I/O数据线和LED指示状态。

数据采集板YCS03所有的输入信号都分成两路，一路送到8个存储器中（5C032，PLD器件，8位输入和8位输出）;另一路送到两片EPLD（电可擦除可编程逻辑器件），在EPLD中实现逻辑保护运算。逻辑保护与软件保护功能是相互独立的;数据采集板YCS03的输出则直接送到顺序控制器板YCS04。

（1）数据总线：

数据总线由顺序控制器板YCS04的96系列单片机进行读写控制。

总线来的数据输入到一个有8位输入端口和8位输出端口的存储器中，端口的读写地址定义为P-A0，……，P-A3和P-RD*或P-WR*。数据由P-D0，……，P-D7决定。

A12的型号是5C032，可编程逻辑器件（PLD）;A20型号为SN74HC374N，是八进制边缘触发D型触发器带三态输出端;A31型号为74HC273，是带清零端的八位D触发器，输出至YCS03面板的LED;以下相同（A11、A19、A30;……）。

注意：

P-RD*表示低电平有效，除非另外说明，本书中所有带*都表示低电平有效。

表2 端口读写地址分配

Address RD* WR* Input

0 X IN-A1…8 数据输入A板

… X … 数据输入A板

4 X IN-B1…8 数据输入B板

… X … 数据输入B板

8 X TYP0…7 类型识别

9 X xx 按键，空闲，延迟信号

10 X EP-Mx EPLD信号，内部

Output

0 X LED1…8 前面的发光二极管

… … … …

8 X OUT1…8 控制输出，外部

9 X OUT9…16 控制输出，外部

10 X EN-Sx 为EPLD的内部输出

图7 数据采集板YCS03方框图1

（2）数据输入

输入信号（IN-A1……IN-B32）的电平设计为5V TTL电平，与YCS01输入板一致。输入信号经过RC滤波电路处理。所有的输入数据也会传送到保护逻辑中。

类型识别信号由位于后面板的电路板IC在端口地址8处读取。

按键LED-RESET，ALARM-RESET，空闲输入SPARE75，76和DELAY1……4信号连接到端口地址9。

信号EP-M1…8是用于识别EPLD，连接到端口地址10。

（3）数据输出

顺序控制器通过端口0……7控制前面板的LED指示灯，这些指示灯用于指示故障。

输出信号Out1……16通过端口8和9输出5V信号。输出信号Out15和16采用集电极开路输出，通过一个外接上拉电阻连至5V电源。

端口10信号EN1……8是的内部控制信号，用于保护EPLD。

图8 数据采集板YCS03方框图2

（4）逻辑保护

外部输入数据INA-1……32和INB1……32传至EPLD（A38、A39），各个单独的输入信号被划分成组接到输入端。两个EPLD之间的连线用于把AB两组连在一起。在出现故障时，输出信号OUT-S1……8电平进行翻转，直接送至顺序控制器YCS04中的逻辑保护电路。延时电路DELAY1……4用于产生一定的时间延迟，从而起到抑制干扰的作用。对于水流量、风量的取样信号，为其加入延时电路。

5.结束语

通过对大功率短波发射机控制系统的数据采集与信号隔离设计方法的阐述，对数据采集板YCS03原理分析、对硬件线路原理功能的详细说明，并结合在实际维护工作中的经验方法作了归纳总结，对其它类型大功率短波发射机的数据采集与信号隔离设计也同样值得借鉴，希望能有助于加深对发射机控制系统原理的认识和掌握、对电台发射机的安全运行提供更有效的维护和保障。

参考文献

[1]THALES.TSW2500型500kW短波发射机技术简介[Z].瑞士： THALES公司，2003.

[2]江国强.PLD在电子电路设计中的应用[M].北京：清华大学出版社，2007.