ADWR多普勒天氣雷達發射系統PLC故障淺析

韓 濤

(民航黑龍江空管分局，哈爾濱150079)

民航機場多普勒天氣雷達(ADWR)是由安徽四創電子有限公司設計、開發研制的新一代大型C波段全相參脈沖多普勒天氣雷達［1］。它除了具有常規天氣雷達探測降水回波的位置、強度等功能之外，還以多普勒效應為基礎，通過測定回波信號與發射信號高頻頻率(相位)之間的差異，進一步得出雷達電磁波束有效照射體積內，降水粒子徑向運動速度和速度譜寬，從而在一定條件下，反演出大氣風場、氣流垂直速度分布及湍流狀況等。ADWR雷達能監測雷達四周400km范圍內的氣象目標，定量測量200km范圍內氣象目標的強度，檢測150 km范圍內降水粒子群相對于雷達的平均徑向速度和速度譜寬。它是分析中小尺度天氣系統，警戒強對流危險天氣，制作短時天氣預報，保障民航飛行安全的強有力的工具。

研究介紹了多普勒天氣雷達發射分系統的組成、工作過程，并通過本單位雷達使用過程中出現的發射系統監控分機PLA故障，分析多普勒天氣雷達發射系統監控分系統的檢修過程。

一、發射系統的組成、工作過程

ADWR雷達發射分系統由固態放大器，固態調制器(含脈沖變壓器)，速調管功率放大器(含脈沖旁路器)，發射配電電路，發射監控分機，高壓電源分機，磁場電源分機Ⅰ，磁場電源分機Ⅱ，燈絲電源分機以及鈦泵電源分機等等十幾個部分組成。

發射配電電路將輸入的50 Hz、三相380 V電源，合理地分配給本分系統內各分機、組件以及冷卻設備，向它們提供50Hz單相220V或三相380V電源。此外還為本分系統之外的充氣機提供三相380 V電源。

發射監控分級負責本分系統與全機其他系統在信號定時、同步和工作狀態控制方面的聯系，并采集本分系統各分機的故障信號，完成內部技術狀態檢測功能。

固態放大器將來自接收分系統激勵源分級的0.5 W射頻激勵信號，放大到滿足速調管激勵要求的功率電平，送到速調管的輸入腔。

固態調制器在放電觸發脈沖的控制下，通過脈沖變壓器向速調管陰極提供調制脈沖。

速調管作為功率放大器，在其陰極調制脈沖持續期間，將輸入的射頻激勵信號進行充分、有效的功率放大，最后輸出250 W以上的射頻發射脈沖。脈沖旁路器與速調管及脈沖變壓器連接，用以構成速調管收集極電流、管體電流和總流的通路，并可進行檢測。

高壓電源分機在充電觸發脈沖控制下，向固態調制器的儲能組件(PFN)提供充電電源。磁場電源Ⅰ和Ⅱ為速調管的兩組聚焦線圈提供電流，已形成徑向聚焦磁場，保證速調管工作時電子注不致散焦。燈絲電源分機、鈦泵電源分機向速調管提供燈絲電源和鈦泵電源，后者保證速調管的真空度不致降低。

二、監控分機PLC故障處理

1.故障現象

多普勒天氣雷達運行過程中出現發射分系統故障告警，高壓電源關閉，監控顯示“回掃電源”、“人工線(PFN)過壓”、“可控硅(SCR)”、“可控硅(SCR)風機”、“反峰”、“固態放大器(SSA)”、“磁場電源1”、“磁場電源2”等故障，通過雷達終端操作軟件進行軟件故障復位無效，遙控關閉低壓，重新開機后仍顯示故障。

2.故障分析

根據雷達監控狀態顯示，發射分系統同時報出多個故障，分析各故障現象，各組件同時損壞的可能性不大，初步判斷故障有可能在發射監控部分或電源供電部分。

發射監控分機的核心是一臺可編程控制器(PLC)，另外配置一塊接口板和一塊控制指示面板，其組成框圖如圖1所示。

圖1

發射監控分機中選用的可編程控制器(PLA)為日本OMRON公司的C200H型工業控制器(工控機)，包括一個CPU模塊，五槽底板上配置有兩個16點輸入模塊(PC003和PC004)、一個16點輸出模塊PC 001，、一個8點輸出模塊PC 002和一個串行通信模塊PC 000。此外還有一個專用電源模塊G1，該模塊提供+15V工作電壓，供監控分機工作，一個隔離變壓器和一個電網濾波器。

可編程控制器的CPU模塊經PC003和PC004兩個16點輸入模塊接收本地操作控制信號和故障信號，經串行通信模塊PC000接收監控分系統送來的操作控制信號，按編制好的程序進行運算和判斷。輸出的工作狀態指示信號和故障信號經16點輸出模塊PC001送往控制指示面板進行狀態指示和故障指示，輸出的操作控制信號經8點輸出模塊PC002送往相應繼電器控制這些繼電器的吸合完成相應操作。工作狀態和故障信息等經串行通信模塊PC000送往監控分系統。

經16點輸入模塊PC004進入PLC模塊的故障輸入有15個，分別是:高壓電源故障、人工線過壓故障、可控硅故障、可控硅風機故障、反峰故障、固態放大器故障、磁場電源1故障、磁場電源2故障、燈絲電源故障、鈦泵電源故障、真空度故障、總流故障、總流節點故障、管體電流節點故障和充電過荷故障。

經16點輸入模塊PC003進入PLC模塊的故障輸入有10個，分別是:冷卻開關脫扣、磁場開關脫扣、高壓開關脫扣、速調管溫度故障、線包溫度故障、高溫故障、低溫故障、天線罩門故障、機柜門1故障和機柜門2故障。

3.故障檢修

技術人員選擇三用表直流電壓檔，對發射機監控分機PLC供電進行測量，測得發射機柜1輸出電壓為15 V，發射機監控分系統供電正常;檢查發射機人工線電源、可控硅電源、磁場電源電源均正常;更換發射監控分機PLA底板，故障依然存在，確認發射監控分機PLA底板正常;更換接口板，故障現象仍然存在，排除接口板故障。除去發射監控分機面板，對其內部進行檢查，發現其中一個PLC輸入模塊的指示燈亮度異常，查找圖冊確定該模塊為PC004模塊，所有報出故障均經PC004模塊輸入到PLC模塊，更換對應PLC模塊后故障現象消失。

多普勒天氣雷達發射分機中電壓較高，維修人員在故障檢修時，要嚴格遵守高壓操作規則，一般采用感應方法測量。發射分系統是多普勒天氣雷達的重要組成部分，也是故障率出現較高的部分，熟練掌握其電路結構及工作原理為維護、維修多普勒天氣雷達帶來許多方便。

［1］安徽四創電子有限公司.ADWR雷達系統手冊［K］.安徽四創電子有限公司，2006.