ADWR多普勒天气雷达发射系统PLC故障浅析

韩 涛

(民航黑龙江空管分局，哈尔滨150079)

民航机场多普勒天气雷达(ADWR)是由安徽四创电子有限公司设计、开发研制的新一代大型C波段全相参脉冲多普勒天气雷达［1］。它除了具有常规天气雷达探测降水回波的位置、强度等功能之外，还以多普勒效应为基础，通过测定回波信号与发射信号高频频率(相位)之间的差异，进一步得出雷达电磁波束有效照射体积内，降水粒子径向运动速度和速度谱宽，从而在一定条件下，反演出大气风场、气流垂直速度分布及湍流状况等。ADWR雷达能监测雷达四周400km范围内的气象目标，定量测量200km范围内气象目标的强度，检测150 km范围内降水粒子群相对于雷达的平均径向速度和速度谱宽。它是分析中小尺度天气系统，警戒强对流危险天气，制作短时天气预报，保障民航飞行安全的强有力的工具。

研究介绍了多普勒天气雷达发射分系统的组成、工作过程，并通过本单位雷达使用过程中出现的发射系统监控分机PLA故障，分析多普勒天气雷达发射系统监控分系统的检修过程。

一、发射系统的组成、工作过程

ADWR雷达发射分系统由固态放大器，固态调制器(含脉冲变压器)，速调管功率放大器(含脉冲旁路器)，发射配电电路，发射监控分机，高压电源分机，磁场电源分机Ⅰ，磁场电源分机Ⅱ，灯丝电源分机以及钛泵电源分机等等十几个部分组成。

发射配电电路将输入的50 Hz、三相380 V电源，合理地分配给本分系统内各分机、组件以及冷却设备，向它们提供50Hz单相220V或三相380V电源。此外还为本分系统之外的充气机提供三相380 V电源。

发射监控分级负责本分系统与全机其他系统在信号定时、同步和工作状态控制方面的联系，并采集本分系统各分机的故障信号，完成内部技术状态检测功能。

固态放大器将来自接收分系统激励源分级的0.5 W射频激励信号，放大到满足速调管激励要求的功率电平，送到速调管的输入腔。

固态调制器在放电触发脉冲的控制下，通过脉冲变压器向速调管阴极提供调制脉冲。

速调管作为功率放大器，在其阴极调制脉冲持续期间，将输入的射频激励信号进行充分、有效的功率放大，最后输出250 W以上的射频发射脉冲。脉冲旁路器与速调管及脉冲变压器连接，用以构成速调管收集极电流、管体电流和总流的通路，并可进行检测。

高压电源分机在充电触发脉冲控制下，向固态调制器的储能组件(PFN)提供充电电源。磁场电源Ⅰ和Ⅱ为速调管的两组聚焦线圈提供电流，已形成径向聚焦磁场，保证速调管工作时电子注不致散焦。灯丝电源分机、钛泵电源分机向速调管提供灯丝电源和钛泵电源，后者保证速调管的真空度不致降低。

二、监控分机PLC故障处理

1.故障现象

多普勒天气雷达运行过程中出现发射分系统故障告警，高压电源关闭，监控显示“回扫电源”、“人工线(PFN)过压”、“可控硅(SCR)”、“可控硅(SCR)风机”、“反峰”、“固态放大器(SSA)”、“磁场电源1”、“磁场电源2”等故障，通过雷达终端操作软件进行软件故障复位无效，遥控关闭低压，重新开机后仍显示故障。

2.故障分析

根据雷达监控状态显示，发射分系统同时报出多个故障，分析各故障现象，各组件同时损坏的可能性不大，初步判断故障有可能在发射监控部分或电源供电部分。

发射监控分机的核心是一台可编程控制器(PLC)，另外配置一块接口板和一块控制指示面板，其组成框图如图1所示。

图1

发射监控分机中选用的可编程控制器(PLA)为日本OMRON公司的C200H型工业控制器(工控机)，包括一个CPU模块，五槽底板上配置有两个16点输入模块(PC003和PC004)、一个16点输出模块PC 001，、一个8点输出模块PC 002和一个串行通信模块PC 000。此外还有一个专用电源模块G1，该模块提供+15V工作电压，供监控分机工作，一个隔离变压器和一个电网滤波器。

可编程控制器的CPU模块经PC003和PC004两个16点输入模块接收本地操作控制信号和故障信号，经串行通信模块PC000接收监控分系统送来的操作控制信号，按编制好的程序进行运算和判断。输出的工作状态指示信号和故障信号经16点输出模块PC001送往控制指示面板进行状态指示和故障指示，输出的操作控制信号经8点输出模块PC002送往相应继电器控制这些继电器的吸合完成相应操作。工作状态和故障信息等经串行通信模块PC000送往监控分系统。

经16点输入模块PC004进入PLC模块的故障输入有15个，分别是:高压电源故障、人工线过压故障、可控硅故障、可控硅风机故障、反峰故障、固态放大器故障、磁场电源1故障、磁场电源2故障、灯丝电源故障、钛泵电源故障、真空度故障、总流故障、总流节点故障、管体电流节点故障和充电过荷故障。

经16点输入模块PC003进入PLC模块的故障输入有10个，分别是:冷却开关脱扣、磁场开关脱扣、高压开关脱扣、速调管温度故障、线包温度故障、高温故障、低温故障、天线罩门故障、机柜门1故障和机柜门2故障。

3.故障检修

技术人员选择三用表直流电压档，对发射机监控分机PLC供电进行测量，测得发射机柜1输出电压为15 V，发射机监控分系统供电正常;检查发射机人工线电源、可控硅电源、磁场电源电源均正常;更换发射监控分机PLA底板，故障依然存在，确认发射监控分机PLA底板正常;更换接口板，故障现象仍然存在，排除接口板故障。除去发射监控分机面板，对其内部进行检查，发现其中一个PLC输入模块的指示灯亮度异常，查找图册确定该模块为PC004模块，所有报出故障均经PC004模块输入到PLC模块，更换对应PLC模块后故障现象消失。

多普勒天气雷达发射分机中电压较高，维修人员在故障检修时，要严格遵守高压操作规则，一般采用感应方法测量。发射分系统是多普勒天气雷达的重要组成部分，也是故障率出现较高的部分，熟练掌握其电路结构及工作原理为维护、维修多普勒天气雷达带来许多方便。

［1］安徽四创电子有限公司.ADWR雷达系统手册［K］.安徽四创电子有限公司，2006.