雷達設備機電控制系統的安全性設計

安徽博微長安電子有限公司 朱艮村

雷達設備的機電控制系統廣泛采用軟件控制硬件兼弱電控制強電，強電驅動重載設備，被驅動的重載設備點多分散，安全性風險相應增大。因此，機電控制系統的安全性設計占有非常重要的地位。本文以某型雷達設備天線自動架設與撤收控制系統為例，介紹雷達設備機電控制系統的安全性設計方法。

現代雷達的發展越來越強調高機動性能，機電控制系統在機動雷達（天線）的自動架設、自動撤收設計中占有非常重要的地位。機電控制系統需要完成雷達天線車平臺調平、液壓系統控制、天線陣面同步翻轉、俯仰角度的精確定位、天線方位控制等功能。正是由于雷達機電控制系統控制對象具有點多復雜的特點，一旦出現安全性事故，后果十分嚴重。因此，雷達機電控制系統的安全性設計應該引起我們足夠的重視。

1 安全性設計要求

機動雷達（天線）的自動架設過程為：支臂放落→撐腿調平→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。自動架設與自動撤收過程是在機電控制系統的控制下有序進行,不允許任何針對操作人員和設備的安全風險存在，安全風險的產生主要是由于使用者、設計者對于裝備、產品信息的不完備造成的。所以,設計人員應該盡力去窮盡對于產品、裝備的未知因素, 把未知因素轉化為確定因素，并通過制定安全預案、安全防護措施，消除設計缺陷和設計遺留問題, 盡最大可能去減小安全風險。因此, 安全性設計的設計思想應當主要體現在“預防性” 上。安全性設計的工作主要是在裝備的研制設計階段完成。某型雷達設備天線架設與撤收過程的安全性要求如下：支臂收放的安全性設計、平臺調平過程安全設計、天線升降過程安全設計、天線翻轉過程安全設計、天線”架撤/工作/檢修”互鎖、天線轉臺處于鎖緊狀態與天線掃掠互鎖、天線陣面處于撤收歸位狀態與天線掃掠互鎖、控制軟件中的關聯保護設計、電機過載保護、三相電源保護、系統接地保護、過行程保護、警鈴警示、圖文警示等。

2 安全性設計方法

2.1 支臂收放過程安全設計

支臂收放過程依次執行下列動作：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，防止液壓插銷因壓力泄露而導致插銷誤動而損壞結構部件。收放不能正常到位或超過設定的時間，控制系統會自動停機并給出報警提示。

2.2 平臺調平過程安全設計

平臺調平采用4只電機牽引4條撐腿進行升降運動，使平臺X，Y軸向與水平面的夾角在設定的死區范圍內，平臺調平過程依次執行下列動作：撐腿觸地→平臺舉升→自動調平→調平完成→自動停止。平臺調平過程超過設定的時間，或任意一條撐腿超出撐腿行程上限，或任意一只撐腿電機出現故障，或任意一只撐腿未觸地，控制系統會自動停機并給出報警提示。

2.3 天線升降過程安全設計

天線升降過程依次執行下列動作：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，防止液壓插銷因壓力泄露而導致插銷誤動而損壞結構部件。升降不能正常到位或超過設定的時間，控制系統會自動停機并給出報警提示。

2.4 天線翻轉過程安全設計

天線翻轉過程依次執行下列動作：插銷解鎖→低速啟動→正常翻轉→到位減速→插銷鎖緊→翻轉完成→自動停止；同時，在翻轉過程中保持陣面拔銷狀態，防止液壓插銷因壓力泄露而導致插銷誤動而損壞結構部件。翻轉不能正常到位或超過設定的時間，控制系統會自動停機并給出報警提示。

2.5 天線“架設”、“工作”、“檢修”互鎖

機電控制系統設計的安全開關是確保人身安全和設備安全的重要措施，安全開關分為“架設”、“工作”和“檢修”三檔，如圖1所示。

圖1 安全開關的三個檔位

安全開關置于“架設”檔，可以進行雷達天線的架設工作，天線掃掠被鎖死，防止誤操作，確保設備安全。

安全開關置于“工作”檔，可以進行雷達天線的掃掠，雷達天線的架設/撤收被鎖死，防止誤操作，確保設備安全。

安全開關置于“檢修”檔，機電控制系統電源被切斷，確保維護、檢修人員人身安全和設備安全。

安全開關“工作”檔鎖住了“架撤”電源脫扣開關，使得“架撤”電源開關強制跳閘，確保了天線掃掠過程中不會產生天線架設和撤收的誤動作，保證了天線運轉的安全。反過來安全開關“架撤”檔用來鎖住“方位”電源脫扣開關，使得“方位”電源開關強制跳閘，確保了天線架設與撤收過程中不會產生天線掃掠的誤動作，保證了架設與撤收過程的安全。“架撤”電源與“方位”電源互鎖脫扣開關如圖2所示。

圖2 架撤電源與方位電源互鎖脫扣開關

2.6 天線轉臺處于鎖緊狀態與天線掃掠互鎖

天線轉臺處于鎖緊狀態與天線掃掠互鎖，確保了方位驅動電機、變頻器和電動插銷的安全工作。設計時，采取轉臺插銷鎖緊處安裝接近開關來控制“方位”電源脫扣開關，當電動插銷鎖緊時接近開關控制“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與天線掃掠互鎖

天線陣面處于撤收歸位狀態與天線掃掠互鎖，確保了方位驅動電機、變頻器、俯仰驅動器和俯仰電機的安全工作。設計時，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，控制“方位”電源脫扣開關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與撤收過程中天線掃掠的絕對安全。

2.8 控制軟件中的關聯保護

架設過程中，控制軟件的關聯步驟有：仿生臂放→自動調平→門架上升→陣面合攏→仰角定位→轉臺解鎖→架設完成→方位工作。

撤收過程中，控制軟件的關聯步驟有：天線回位→轉臺鎖緊→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，程序關聯控制下一步動作不響應，防止誤操作，確保天線設備的安全。

2.9 電機過載保護

方位驅動電機的變頻器內，過載參數設置項設置在合理的范圍內，使方位驅動電機能夠抵抗一定的風載，同時又不至于燒壞。

2.10 三相電源保護

機電控制系統輸入電源有相序保護、三相不平衡保護、控制柜有電源斷路器保護等。

2.11 系統接地保護

機電控制柜和各被控設備均設有“安全地”接大地保護，確保設備和操作人員的安全。系統接地保護端子如圖3所示。

圖3 系統接地保護端子

2.12 過行程保護

機電控制系統設計時，在機械位置的上、下限安裝接近開關，防止過行程造成機械部分損壞，提高系統可靠性和安全性。

2.13 警鈴警示

天線方位掃掠、架設和撤收前，使用警鈴警示，通知無關人員離開現場，確保人身安全。

2.14 圖文警示

機電控制系統各醒目位置印有安全注意事項，提示操作人員注意安全。

結束語：采用上述思想的安全性設計在某型雷達機電控制系統中得到了應用，在實際使用過程中收到了良好的效果，使雷達設備的使用更加安全、可靠。