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雷达设备机电控制系统的安全性设计

所属栏目:电子技术论文 发布日期:2021-11-01 10:16 热度:

   雷达设备的机电控制系统广泛采用软件控制硬件兼弱电控制强电,强电驱动重载设备,被驱动的重载设备点多分散,安全性风险相应增大。因此,机电控制系统的安全性设计占有非常重要的地位。本文以某型雷达设备天线自动架设与撤收控制系统为例,介绍雷达设备机电控制系统的安全性设计方法。

雷达设备机电控制系统的安全性设计

  现代雷达的发展越来越强调高机动性能,机电控制系统在机动雷达(天线)的自动架设、自动撤收设计中占有非常重要的地位。机电控制系统需要完成雷达天线车平台调平、液压系统控制、天线阵面同步翻转、俯仰角度的精确定位、天线方位控制等功能。正是由于雷达机电控制系统控制对象具有点多复杂的特点,一旦出现安全性事故,后果十分严重。因此,雷达机电控制系统的安全性设计应该引起我们足够的重视。

  1 安全性设计要求

  机动雷达(天线)的自动架设过程为:支臂放落→撑腿调平→天线举升→天线展开→天线上仰→天线解锁。自动撤收过程为:天线锁紧→天线下俯→天线收拢→天线放落→撑腿收回→支臂收回。自动架设与自动撤收过程是在机电控制系统的控制下有序进行,不允许任何针对操作人员和设备的安全风险存在,安全风险的产生主要是由于使用者、设计者对于装备、产品信息的不完备造成的。所以,设计人员应该尽力去穷尽对于产品、装备的未知因素,把未知因素转化为确定因素,并通过制定安全预案、安全防护措施,消除设计缺陷和设计遗留问题,尽最大可能去减小安全风险。因此,安全性设计的设计思想应当主要体现在“预防性”上。安全性设计的工作主要是在装备的研制设计阶段完成。某型雷达设备天线架设与撤收过程的安全性要求如下:支臂收放的安全性设计、平台调平过程安全设计、天线升降过程安全设计、天线翻转过程安全设计、天线”架撤/工作/检修”互锁、天线转台处于锁紧状态与天线扫掠互锁、天线阵面处于撤收归位状态与天线扫掠互锁、控制软件中的关联保护设计、电机过载保护、三相电源保护、系统接地保护、过行程保护、警铃警示、图文警示等。

  2 安全性设计方法

  2.1 支臂收放过程安全设计

  支臂收放过程依次执行下列动作:插销解锁→低速启动→正常收放→到位减速→收放完成→插销锁紧→自动停止;同时,在收放过程中保持拔销状态,防止液压插销因压力泄露而导致插销误动而损坏结构部件。收放不能正常到位或超过设定的时间,控制系统会自动停机并给出报警提示。

  2.2 平台调平过程安全设计

  平台调平采用4只电机牵引4条撑腿进行升降运动,使平台X,Y轴向与水平面的夹角在设定的死区范围内,平台调平过程依次执行下列动作:撑腿触地→平台举升→自动调平→调平完成→自动停止。平台调平过程超过设定的时间,或任意一条撑腿超出撑腿行程上限,或任意一只撑腿电机出现故障,或任意一只撑腿未触地,控制系统会自动停机并给出报警提示。

  2.3 天线升降过程安全设计

  天线升降过程依次执行下列动作:插销解锁→低速启动→正常升降→到位减速→插销锁紧→升降完成→自动停止;同时,在升降过程中保持拔销状态,防止液压插销因压力泄露而导致插销误动而损坏结构部件。升降不能正常到位或超过设定的时间,控制系统会自动停机并给出报警提示。

  2.4 天线翻转过程安全设计

  天线翻转过程依次执行下列动作:插销解锁→低速启动→正常翻转→到位减速→插销锁紧→翻转完成→自动停止;同时,在翻转过程中保持阵面拔销状态,防止液压插销因压力泄露而导致插销误动而损坏结构部件。翻转不能正常到位或超过设定的时间,控制系统会自动停机并给出报警提示。

  2.5 天线“架设”、“工作”、“检修”互锁

  机电控制系统设计的安全开关是确保人身安全和设备安全的重要措施,安全开关分为“架设”、“工作”和“检修”三档,如图1所示。

  安全开关置于“架设”档,可以进行雷达天线的架设工作,天线扫掠被锁死,防止误操作,确保设备安全。

  安全开关置于“工作”档,可以进行雷达天线的扫掠,雷达天线的架设/撤收被锁死,防止误操作,确保设备安全。

  安全开关置于“检修”档,机电控制系统电源被切断,确保维护、检修人员人身安全和设备安全。

  安全开关“工作”档锁住了“架撤”电源脱扣开关,使得“架撤”电源开关强制跳闸,确保了天线扫掠过程中不会产生天线架设和撤收的误动作,保证了天线运转的安全。反过来安全开关“架撤”档用来锁住“方位”电源脱扣开关,使得“方位”电源开关强制跳闸,确保了天线架设与撤收过程中不会产生天线扫掠的误动作,保证了架设与撤收过程的安全。“架撤”电源与“方位”电源互锁脱扣开关如图2所示。

  2.6 天线转台处于锁紧状态与天线扫掠互锁

  天线转台处于锁紧状态与天线扫掠互锁,确保了方位驱动电机、变频器和电动插销的安全工作。设计时,采取转台插销锁紧处安装接近开关来控制“方位”电源脱扣开关,当电动插销锁紧时接近开关控制“方位”电源自动跳闸而切断天线扫掠的电源,从而保证了天线架设与撤收过程中天线扫掠的绝对安全。

  2.7 天线阵面处于撤收归位状态与天线扫掠互锁

  天线阵面处于撤收归位状态与天线扫掠互锁,确保了方位驱动电机、变频器、俯仰驱动器和俯仰电机的安全工作。设计时,采取天线阵面撤收归位(阵面处于垂直位置)处安装接近开关,控制“方位”电源脱扣开关使其自动跳闸而切断天线扫掠的电源,从而保证了天线架设与撤收过程中天线扫掠的绝对安全。

  2.8 控制软件中的关联保护

  架设过程中,控制软件的关联步骤有:仿生臂放→自动调平→门架上升→阵面合拢→仰角定位→转台解锁→架设完成→方位工作。

  撤收过程中,控制软件的关联步骤有:天线回位→转台锁紧→仰角回位→阵面分开→门架下降→撑腿收回→仿生臂收→撤收完成。

  上述过程中只要上一步动作未完成,程序关联控制下一步动作不响应,防止误操作,确保天线设备的安全。

  2.9 电机过载保护

  方位驱动电机的变频器内,过载参数设置项设置在合理的范围内,使方位驱动电机能够抵抗一定的风载,同时又不至于烧坏。

  2.10 三相电源保护

  机电控制系统输入电源有相序保护、三相不平衡保护、控制柜有电源断路器保护等。

  2.11系统接地保护

  机电控制柜和各被控设备均设有“安全地”接大地保护,确保设备和操作人员的安全。系统接地保护端子如图3所示。

  2.12过行程保护

  机电控制系统设计时,在机械位置的上、下限安装接近开关,防止过行程造成机械部分损坏,提高系统可靠性和安全性。

  2.13警铃警示

  天线方位扫掠、架设和撤收前,使用警铃警示,通知无关人员离开现场,确保人身安全。

  2.14图文警示

  机电控制系统各醒目位置印有安全注意事项,提示操作人员注意安全。

  结束语:

  采用上述思想的安全性设计在某型雷达机电控制系统中得到了应用,在实际使用过程中收到了良好的效果,使雷达设备的使用更加安全、可靠。

  《雷达设备机电控制系统的安全性设计》来源:《电子世界》,作者:朱艮村

文章标题:雷达设备机电控制系统的安全性设计

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