大功率速调管高功放监控软件的设计与实现

1、大功率速调管高功放监控软件的设计与实现摘要：大功率速调管高功放运行于高压环境，组成复杂需要冷却散热。由于其输出功率高并且调试困难，为了方便操作，避免高电压、高功率误操作造成人身伤害，专门开发了大功率速调管高功放监控软件，对整个速调系统进行监控管理。所设计的软件采用了模块化方法，实现了对速调管高功放的工作参数监视、设置功率等功能，进行了设置功率稳定性拷机测试。实验结果表明，该软件运行可靠，操作简便，输出功率稳定性高，满足了速调管高功放监控的设计要求。关键词：速调管高功放；高电压；高功率0引言大功率速调管高功放硬件由冷却系统设备、高压电源系统设备、大功率微波合成网络、控保电路、大功率速调管等设备组

2、成。它主要放大射频小信号，通过卫星天线输出高达数十千瓦的功率。大功率速调管高功放监控软件（以下简称监控软件）主要完成对冷却设备、高压电源设备、控保电路等设备统一监控和管理，同时完成大功率的输出控制功能。速调管高功放输出功率高达数十千瓦，速调管只有中间段功率输出线性而两端功率输出非线性，因此设置输出功率是一大难点。另外，监控软件设计需要考虑抗高压电源开关机及冷却系统压缩机频繁启动对监控系统造成的干扰。1监控软件设计监控软件控制和监视参数信息量大，执行的控制命令多达二十多条，监视的参数和状态信息达八十多项。BorlandC+6.0快速开发工具由于开发界面比较方便，采用BorlandC+6.0进行监

3、控软件开发。监控软件主要控制冷却子系统、电源子系统、控保电路等硬件设备，冷却子系统、电源子系统基于PLC嵌入式软件进行开发，它们分别通过串口和监控软件进行通信。冷却子系统的控制包括开/关机功能。电源子系统的控制主要包括辅电开/关机、高压开/关机等。监控软件主要监视冷却子系统的风机和压缩机的启动和停止状态、收集机、窗体波导、天线馈源等的流量信息和压力信息等，同时监视电源子系统的高压电源电压、电流信息、温度、故障信息等。速调管高功放监控要进行6路模拟电压输入、1路模拟电压输出控制、16路开关量输入、16路开关量输出等模拟量和开关量的采集控制。从成本、安装空间、监控多方面进行考虑和比较，最终采用研华

4、工控机+PCI1710A/D卡+PCI1730I/O卡+PCI1612B多串口卡的控制方案。2监控软件设计与实现监控软件设计主要包括4个功能模块：串口通信模块、实时监测模块、数据采集模块、故障处理模块。串口通信模块主要完成监控软件与冷却系统、电源系统的串口通信功能。实时监测模块完成监控软件对冷却系统、电源系统、射频小信号监视、控制功能。故障处理模块完成对冷却系统、电源系统、射频小信号的故障监视和处理。如图2所示。串口通信模块2串口通信模块是速调管高功放监控软件的重要模块之一，速调管高功放监控软件通过通信模块对冷却设备、电源设备进行监测和控制。冷却子系统压缩机和风机的频繁启动或停止、大功率水泵的

5、运行会对冷却子系统的串口通信造成干扰，高压电源的硬启动或发生故障时的快速关断，为解决对串口通信的干扰，监控软件采用了光纤转串口收发模块与冷却子系统和电源子系统进行串口通信。串口通信的开发有两种，一种是采用WindowsAPI进行串口软件开发，另一种是采用串口控件进行开发。采用WindowsAPI进行串口开发操作复杂，代码量也较大，所以采用串口控件进行开发。串口控件有Microsoft提供的MSCOMM、研华公司的PCommPro等。监控软件最终采用研华公司开发的PCommPro串口动态库控件，简化了串口的开发控制操作。另外要求冷却系统、电源系统采用统一的串口通信协议，规定了多字节数据上报要遵循

6、低字节在前、高字节在后的原则。串口通信流程如图3所示。采用BorlandC+Builder6.0开发语言，需要采取两个步骤：(1)在头文件中添加#include和#include“PComm.h”。在库文件中添加“PCommb.lib”库文件。实时监控模块实时监控模块主要完成电源设备、冷却设备、小信号的控制和监视功能。控制功能主要完成冷却设备的开关机控制、高压电源设备的辅电开关机和高压开关机控制、小信号单元的设置功率、ALC开闭环、射频输出开关控制功能。监视功能包括冷却设备的流量、温度、压力、故障信息；电源设备的电压、电流、温度、故障信息；小信号故障信息、射频开关信息等。实时监控模块通过调用电

7、源设备的监视程序、冷却设备的监视程序、射频小信号的监视程序将各设备的参数和状态显示在主界面上。数据采集模块数据采集模块是速调管高功放监控软件的核心模块，主要包括模拟电压、开关量的采集，通过研华的PCI1710、PCI1730板卡来实现，利用研华的板卡提供的动态库函数对板卡进行控制。程序分别创建了模拟量和开关量的采集线程来完成数据采集。数据采集采用事件中断方式进行采集。数据采集卡的使用主要包括打开设备、数据采集和关闭设备，其中数据采集是监控软件的核心。模拟量的采集如图4所示。故障处理模块为保护大功率速调管高功放的安全，程序建立了故障监测线程。故障监测线程实时监测速调管高功放冷却系统、高压电源系统

8、、射频小信号及控保电路的各种故障状态，一旦发现有故障发生采取声光告警，根据不同的故障采取不同的故障保护措施。如出现冷却系统上报的一级流量告警、压力高、压力低、冷却电源故障情况及电源系统上报的任何电源故障情况时，必须还要断高压。3程序设计中的难点及解决方法PCI1710模拟电压数据的采集处理问题，研华板卡动态库提高了两种方法采集，一种是查询采集，另一种是中断方式采集。监控软件最初采用了查询采集电压的方法，但是监控软件同时有多个线程运行，导致发生了采集到的数据不变化的问题。后来改用了研华提供的多通道数据中断采集方法，并采用了降低中断采集的数据速率和事件同步的方法，在中断产生后使用采集到的数据，确保

9、了采集到的模拟电压的准确性。（2）设置输出功率的准确性和稳定性问题，由于是速调管自身输出功率的非线性，整个频带内输出功率特点是高端和低端设置功率误差较大，中间很窄一段频带设置功率较准确。设置功率前，监控软件要预先存储好输出功率和输出电压的功率-电压关系表，利用斜率的关系计算出每个电压对应的功率，设置功率主要靠调整数控衰减器和模拟电调衰减器进行。在设置输出功率时，输出检波电压采集的准确性尤其重要，另外输出功率和输出检波模拟电压的功率-电压关系表采集也需要准确，监控软件对采集的输出检波电压采用了软件滤波、快速排序等方法确保采集电压的准确性。另外程序采用渐进式方法调节数控衰减器设置功率，防止数控衰减

10、器设置造成功率的跳变过大，尤其高端时设置功率超过7000W以上有可能功率超出速调管承受范围而损坏管道。监控软件采用多次调节技术确保输出功率的准确性，解决了以往只调节一次造成输出功率不准的问题。4速调管高功放监控软件技术创新点（1）监控软件是基于研华工控机的监控系统，采用价格昂贵体积大的嵌入式工控机，降低了开发成本。（2）监控软件数据按重要程度分页显示，重要参数和数据（如输出功率、高压电压、冷却开关机状态、总故障等）在主界面显示，其它如冷却系统的流量参数、电源系统得电流参数、射频小信号的参数、故障监视参数等参数显示在不同界面。（3）具有故障告警处理功能，保证速调管和人身的安全。当监控软件发现速调

11、管有故障发生时，主界面指示灯变红色同时发出报警声，并根据故障采取断激励或断高压的动作。当有功率输出时，报警器主动报警提示速调管高功放有功率输出。（4）速调管高功放操作自动化，由于速调管加断电时钛泵要抽真空，冷却开机后要预热15min才能加高压，去高压后要散热15min才能关冷却。监控软件特设了一键加电和一键断电操作按钮，由程序自动控制速调管的加电操作和断电操作。5结语根据大功率速调管高功放监测的需求，需要设计并实现大功率速调管高功放监控软件。监控软件改进了输出功率的设置方法，提高了输出功率的准确度和稳定性，具有一键开关机操作功能，自动化水平高。该监控软件经在某工程上长时间的运行测试，运行稳定、设置功率快速准确，能实时监测速调管高功放的状态和参数。参考文献：1胡文金.计算机测控应用技术M.重庆：重庆大学出版社，2003.李贵山.Vis