新一代CINRAD/SB天氣雷達(dá)伺服系統(tǒng)故障歸類分析

徐 曉，王曉波，張 琳，楊 旭

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700;2.湖南省懷化市氣象局，湖南 懷化 418000;3.湖南省永州市氣象局，湖南 永州 425000)

1 引言

永州雷達(dá)連續(xù)出現(xiàn)3次故障，總的表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間長，故障頻繁，這個(gè)事情引起多方面的重視。故障的出現(xiàn)總的來說是匯流環(huán)原因，因匯流環(huán)的導(dǎo)電環(huán)短路、控制器未完全維修正常、炭刷接觸不良存在跳點(diǎn)造成電壓信號(hào)誤判。各次故障具體如下。

①6月28日14時(shí)45分永州雷達(dá)出現(xiàn)天線座1、2號(hào)低壓電源故障報(bào)警停機(jī)。報(bào)警序號(hào)330、331、332、333。綜合柜(伺服柜)Q1 斷開，F(xiàn)U3、FU5、FU10、FU11、FU12(保險(xiǎn))熔斷，仰角倫茨控制器工作異常，紅燈閃爍報(bào)警。方位倫茨控制器工作正常。

②RDASC退出天線掉至－2.2°死限位，在低仰角掃描時(shí)候出現(xiàn)仰角跳動(dòng)現(xiàn)象，在0.5°掃描時(shí)下降到0.1°掃描，1.5°掃描時(shí)甚至出現(xiàn)負(fù)角度掃描。俯仰控制器報(bào)警燈(紅燈)不間斷閃爍。

③俯仰控制箱里發(fā)現(xiàn)異常響聲，在不同的仰角運(yùn)轉(zhuǎn)，響聲大小不同，但方位角在50°左右和130°左右響聲最大。

2 原理分析及解決過程

2.1 伺服系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)技術(shù)要求，伺服系統(tǒng)在電路上采用了3個(gè)環(huán)路的結(jié)構(gòu)形式即:位置環(huán)、速度環(huán)和加速度環(huán)。

加速度環(huán)由前向通道Ga/S、1/JS和負(fù)反饋通道HS、HaS構(gòu)成。通過與電機(jī)同軸的測速機(jī)，將系統(tǒng)輸出速度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再進(jìn)行一次微分，然后送到加速度環(huán)的輸入端，用加速度環(huán)的輸入信號(hào)與之相減的差來控制此環(huán)路。速度環(huán)由前向通道Gr、加速度環(huán)和負(fù)反饋通道HS構(gòu)成。通過與電機(jī)同軸的測速機(jī)，將系統(tǒng)輸出速度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后送到速度環(huán)的輸入端，用速度環(huán)的輸入信號(hào)與之相減的差值來控制速度環(huán)路，使天線按給定的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。位置環(huán)由計(jì)算機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、K1、速度環(huán)和軸角編碼器構(gòu)成。通過軸角編碼器將系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)按相應(yīng)控制算法計(jì)算后，將數(shù)據(jù)送至D/A，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到輸出角等于輸入角即誤差等于零時(shí)電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 第1次故障

經(jīng)排查進(jìn)線強(qiáng)電流正常，低壓電源未壞，兩Q到倫茨控制器之間線路正常。后離故障的真正起因更接近一步。

檢查倫茨控制器，斷開倫茨控制器的輸入輸出，測量控制器內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯的短路現(xiàn)象;然后對俯仰倫茨控制器和方位倫茨控制器進(jìn)行隔離檢查，斷開方位倫茨控制器的輸入輸出，連通俯仰控制器輸入，斷開其輸出，通電檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其保險(xiǎn)被燒斷，并且Q1過流保護(hù)跳閘，判定俯仰控制器內(nèi)部已部分擊穿短路。給方位控制器用同樣的方法上電，一切完好，方位控制器綠燈閃爍正常。得出初步結(jié)論:俯仰倫茨控制器損壞。進(jìn)一步測量控制器U、V、W三相輸出經(jīng)匯流環(huán)到仰角電機(jī)的鏈路，發(fā)現(xiàn)都與地導(dǎo)通(很可能出現(xiàn)短路)，也就是說匯流環(huán)也有故障。最終結(jié)論:倫茨控制器和保險(xiǎn)燒壞。

用表對匯流環(huán)測量發(fā)現(xiàn)4號(hào)碳刷與外殼連通及XS1的6號(hào)腳(制動(dòng)器+24V返回)也是與地連通，因4號(hào)是傳輸高壓的，其與地短路，導(dǎo)致倫茨控制器和保險(xiǎn)燒壞，于是要求廠家更換匯流環(huán)及控制器。7月5日，更換控制器和匯流環(huán)后雷達(dá)正常考機(jī)24 h。但由于控制器的原因卻給7月11日的故障埋下了隱患(因控制器是一個(gè)維修機(jī)，但沒有完全維修好)。更換匯流環(huán)后，基本上每隔1 d出現(xiàn)一次“動(dòng)態(tài)出錯(cuò)”或者是“天線停止”報(bào)警信息，而7月11日下午14點(diǎn)“動(dòng)態(tài)出錯(cuò)”報(bào)警信息出現(xiàn)更頻繁。

2.3 第2次故障

RDASC退出天線掉至－2.2°死限位，工作人員人工把天線推至6.0°左右，用RDASOT程序使其恢復(fù)到正常位置，正常運(yùn)轉(zhuǎn)至15時(shí)30分，又出現(xiàn)動(dòng)態(tài)出錯(cuò)報(bào)警信息，再重新啟動(dòng)故障仍然頻繁出現(xiàn)，該站機(jī)務(wù)員根據(jù)報(bào)警信息，把故障點(diǎn)定位于伺服系統(tǒng)的控制部分和匯流環(huán)，并針對匯流環(huán)，對碳刷的松緊度及其位置進(jìn)行檢查、清洗。再開機(jī)運(yùn)行程序，正常運(yùn)行2個(gè)體掃后同樣出現(xiàn)動(dòng)態(tài)出錯(cuò)報(bào)警信息，并強(qiáng)制待機(jī)，有時(shí)卻不能PARK，天線掉至－2.2°。在低仰角掃描時(shí)候出現(xiàn)仰角跳動(dòng)現(xiàn)象，在0.5°掃描時(shí)下降到0.1°掃描，1.5°掃描時(shí)甚至出現(xiàn)負(fù)角度掃描。俯仰控制器報(bào)警燈(紅燈)不間斷閃爍，懷疑是倫茨控制器故障，但由于檢測設(shè)備和技術(shù)原因，無法明確是否是控制器故障。

15日，經(jīng)合肥匯流環(huán)廠家技術(shù)人員對匯流環(huán)的絕緣度及炭刷的接觸良好與否進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，結(jié)果是均為良好，并未發(fā)現(xiàn)明顯故障現(xiàn)象。7月17日，伺服技術(shù)人員用倫茨控制器檢測模塊查出是倫茨控制器的故障，其顯示PI報(bào)警，必須更換控制器。19日更換控制器后，雷達(dá)20 h運(yùn)轉(zhuǎn)正常未出現(xiàn)任何相關(guān)報(bào)警。

2.4 第3次故障

21日晚發(fā)現(xiàn)天線出現(xiàn)異常響聲，22日上午11時(shí)19分出現(xiàn)1次328#報(bào)警(仰角手輪嚙合)導(dǎo)致強(qiáng)制待機(jī)，回到PARK位置，重新啟動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn);17時(shí)30分又出現(xiàn)321#報(bào)警(方位裝載銷嚙合)不能PARK，用RDASOT運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)異常響聲來自俯仰控制箱里，在不同的仰角運(yùn)轉(zhuǎn)，響聲大小不同，但方位角在50°左右和130°左右響聲最大。

經(jīng)過1 d的排查判斷為匯流環(huán)問題。用儀器檢查匯流環(huán)后，發(fā)現(xiàn)4個(gè)環(huán)在天線轉(zhuǎn)動(dòng)過程中存在信號(hào)中斷問題，分別是6號(hào)環(huán)、17號(hào)環(huán)、45號(hào)環(huán)、48號(hào)環(huán)。其中，6號(hào)環(huán)為制動(dòng)器24V返回信號(hào)，17號(hào)環(huán)為電機(jī)旋變信號(hào)，其接觸不良，導(dǎo)致角碼處理器得不到連續(xù)正確的角碼信號(hào)，顯示負(fù)仰角跳變就有可能了。實(shí)際角是正確的，這兩個(gè)信號(hào)環(huán)的接觸不良直接導(dǎo)致天線在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中俯仰電機(jī)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，發(fā)出異響(制動(dòng)信號(hào)的接觸不良，等于給正在運(yùn)轉(zhuǎn)的天線一個(gè)短暫隨機(jī)的制動(dòng)阻力，電機(jī)當(dāng)然“跳動(dòng)”了)。而45號(hào)環(huán)為俯仰手輪信號(hào)，48號(hào)環(huán)為方位裝載銷的信號(hào)，這些接觸不良的信號(hào)被DAU檢測到，造成雷達(dá)系統(tǒng)報(bào)警。另外，還發(fā)現(xiàn)39號(hào)環(huán)存在跳點(diǎn)，該環(huán)為俯仰負(fù)終限位信號(hào)。26日運(yùn)轉(zhuǎn)一晚還算正常，27號(hào)早晨發(fā)現(xiàn)雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)異響再次出現(xiàn)，再次檢查發(fā)現(xiàn)匯流環(huán)5號(hào)和16號(hào)存在信號(hào)中斷問題，導(dǎo)致俯仰電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)出異響。經(jīng)維修、調(diào)節(jié)碳刷觸點(diǎn)壓力，雷達(dá)于27日中午基本恢復(fù)正常。

3 原因分析

3.1 第1次故障

因U、V、W這3項(xiàng)是控制器輸出經(jīng)過匯流環(huán)傳輸給電機(jī)，短路瞬間高壓強(qiáng)電流，由于匯流環(huán)的高壓環(huán)短路，導(dǎo)致控制器被燒，強(qiáng)加上電流后出現(xiàn)過流保護(hù)，把該通路上保險(xiǎn)燒壞。

3.2 第2次故障

第1次故障更換的控制器是一個(gè)維修過的，并且沒有維修完善。本來控制器工作就不能穩(wěn)定，傳輸?shù)目刂菩盘?hào)就不穩(wěn)定了，匯流環(huán)與其是1個(gè)環(huán)路，對匯流環(huán)也就有一定的影響。

3.3 第3次故障

經(jīng)過上一次的折騰，剛更換的匯流環(huán)也出現(xiàn)了問題，碳刷接觸不良，存在跳點(diǎn)，電壓信號(hào)誤判。

［1］李明元，等.CINRAN/CD伺服系統(tǒng)“訪問驅(qū)動(dòng)電源”故障維修2—3例［J］.貴州氣象，2010，34(4):36－37.

［2］莊庭，等.天津新一代多普勒天氣雷達(dá)故障統(tǒng)計(jì)及相應(yīng)的解決方法［A］.雷達(dá)交流文集［C］.