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3500/22-01-01-00
发布时间:2018-03-30 16:58:47
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引言
  随着新材料市场的需求, 各种用于新型合金材料表面处理的新工艺和与之相适应的电源技术也得到了迅猛发展。这些新工艺往往对电源的输出波形有特殊要求,且在高压、大电流的大功率输出工况下要求电源的主要参数能够随着工艺过程的进展大范围地连续调节, 这不仅给电源主电路的设计带来了相当的难度, 同时对电源的控制系统设计也提出了更高的要求。目前多数的大功率特种脉冲电源是由高性能的单片机或DSP (数字信号处理器) 构成其控制系统。文章介绍了一种基于新型工业控制机PCC 的电源控制器设计和实现方法。

1  电源系统组成及主要技术指标
  合金表面特种加工工艺要求大功率脉冲电源能够提供大电流、高电压的双向不对称脉冲, 同时电源的主要参数要随着工艺过程中负载的变化而大范围地连续调节, 这就要求电源能适应工艺曲线的变化给出最佳的控制规律[1 ] 。电源主要技术参数为: ①供电电源: 50 Hz , 380 V ; ②输出平均电流: 0~240 A 连续可调; ③输出峰值电流: 0~1 500A连续可调; ④输出峰值电压0~800 V 连续可调; ⑤换向频率0~200 Hz 连续可调; ⑥脉冲工作频率: 0~5kHz 连续可调; ⑦脉冲占空比: 5~95%连续可调。
  电源系统硬件组成原理如图1 所示。图中, 全控整流电路实现调压、移相调功, 其输出经滤波电路与PWM逆变电路的直流输入端相连, 后者输出电压平均值随整流电路的导通角α大小而改变。负载所需的脉冲工作频率、占空比、脉冲宽度由PWM逆变电路变换, 经尖峰抑制电路处理后供给负载。双向脉冲采用非对称矩形脉冲输出波形, 且脉冲工作频率和占空比是连续可调的, 以满足不同加工工艺的需要。因此只要合理控制逆变电路中功率开关元件的通断, 就可实现对频率、换向比和占空比等参数的连续调节。

图1  电源主电路及控制系统原理框图

2  控制系统的硬件设计
2.1  PCC 控制系统简介
  PCC(可编程计算机控制器) 是集计算机、通讯和自动控制技术为一体的新型工业控制装置,具备极高的可靠性、丰富的高级编程语言和函数库, 其强大的功能、灵活的结构和丰富的I/ O 模块配置, 能够胜任大型集散控制系统和复杂的过程控制。本项目所设计的脉冲电源控制系统采用奥地利B&R 公司的PP41(PCC 系列产品) , 是集人机面板与控制系统于一体的工控装置。其CPU 是32 位的Motorola M68300 微处理器, 运算速度快, 并配有RS232/ RS485 接口、CAN 总线接口以及PCMCIA 插槽, 除自身集成10 个24VDC 的开关量输入和8 个24VDC 的开关量输出通道外还能选配6 个B&R2003 旋入模块。用户RAM 为700Kbyte 的SRAM, 系统PROM 为600 Kbyte 的Flash PROM, 用户PROM 为114 Mbyte 的Flash PROM, 同时还可根据用户的需要插入PCMCIA 卡以扩充存储容量。PP41 具有内部电压监控功能和防止软件跑飞的看门狗。带有用户可自定义的小键盘和分辨率为QVGA (320 3 240 像素)的LCD , 且体积小便于安装。键盘和液晶显示器面板与主机间通过RS485 总线连接, 二者既可分离也可集成在一起安装。PP41 对键盘、显示、控制面板、看门狗等功能的高度集成以及丰富的函数库省去了单片机开发中的许多工作量, 大大缩短了开发周期[2 ] ,其工业级的品质保证了控制器的可靠性。根据控制系统的功能和要求设计的电源控制器如图2 所示。



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