專利名稱：一種電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電泳電源控制系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，屬電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電泳電源在運(yùn)行時(shí)，因某一個(gè)部件或某一零件失效而產(chǎn)生故障時(shí)，必然引起整個(gè)電泳涂漆流水線的停止運(yùn)行。為防止電泳電源的供電中斷，通常有兩種方法可以選擇，一種方法是安裝兩臺(tái)電泳電源設(shè)備，一臺(tái)投入運(yùn)行，另一臺(tái)作為備用，發(fā)生故障使予以切換，此方法投資大，而且切換操作復(fù)雜，因切換而消耗的時(shí)間較長(zhǎng)；另一種方法是在一臺(tái)電源設(shè)備內(nèi)部安裝兩套控制系統(tǒng)，考慮到設(shè)備的故障多半是由控制系統(tǒng)的故障引發(fā)的，切換控制系統(tǒng)要比切換整套電泳電源設(shè)備要快速而簡(jiǎn)便得多。但是控制系統(tǒng)的切換，無(wú)論動(dòng)作多么快，輸出電壓和電流總要跳動(dòng)一次，這將對(duì)正在連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響。為此，使用電泳電源的單位、特別是汽車制造廠，迫切希望能使電泳電源的在線控制系統(tǒng)和備用控制系統(tǒng)之間能夠平滑無(wú)擾動(dòng)地完成切換操作、以便對(duì)整個(gè)電泳裝置的供電輸出不產(chǎn)生任何影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服上述已有技術(shù)之缺陷而提供一種電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法。
本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，它以晶閘管作為整流電路的控制元件，并包括用于晶閘管的觸發(fā)脈沖形成電路和功放電路，其中，形成觸發(fā)脈沖的方波在定時(shí)器中形成，經(jīng)電容和電阻組成的微分電路后形成觸發(fā)脈沖，再經(jīng)功放電路放大后送脈沖變壓器而后輸出至晶閘管的控制端，改進(jìn)后的控制電路，增設(shè)了一套備用控制系統(tǒng)，并采用如下步驟a.備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)均采用參數(shù)完全相同的單片機(jī)，兩套控制系統(tǒng)的電路組成也完全相同，其輸入信號(hào)在硬件上完全并聯(lián)，其輸出信號(hào)在硬件上也完全并聯(lián)；
b.兩套控制系統(tǒng)同時(shí)投入運(yùn)行，均時(shí)刻進(jìn)行故障檢測(cè)，一旦在線控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，在線控制系統(tǒng)的退出和備用控制系統(tǒng)的投入同時(shí)進(jìn)行；c.反饋電路采用比例積分調(diào)節(jié)模式，當(dāng)在線控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算時(shí)，備用控制系統(tǒng)也同時(shí)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算，但備用控制系統(tǒng)的輸出被程序封鎖，在線控制系統(tǒng)的輸出則輸送至觸發(fā)脈沖形成電路，在線控制系統(tǒng)和備用控制系統(tǒng)之間的切換，由程序控制。
上述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，所述觸發(fā)脈沖方波在定時(shí)器中形成，定時(shí)器的延時(shí)數(shù)由CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線寫入，其輸出為觸發(fā)脈沖方波，經(jīng)微分電路后形成觸發(fā)脈沖，所述觸發(fā)脈沖定時(shí)器的延時(shí)數(shù)按下式計(jì)算THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL為經(jīng)過(guò)比例積分計(jì)算后應(yīng)送到定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；THLmax為整流電路晶閘管最大控制角時(shí)定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)；e(t)為給定值與反饋值之差的瞬時(shí)值，∑e(t)為給定值與反饋值之差的累積值。
上述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，所述備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)之間，設(shè)有雙機(jī)熱備用通訊電路，雙機(jī)熱備用通訊電路由CPU、三態(tài)門組成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和觸發(fā)脈沖形成電路中的CPU為同一個(gè)芯片，CPU的通訊端RXD、TXD分別接三態(tài)門IC11AA、IC11AB的一端，三態(tài)門的另一端分別作為發(fā)送端SONG和接收端SHOU，所述發(fā)送端SONG和接收端SHOU與備用控制電路的接收端SHOU和接收端SONG相接，兩個(gè)三態(tài)門的控制端并接后由CPU控制其選通。
上述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，所述備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)之間采用UART通訊方式2。
上述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，在微分電路之后增設(shè)門陣列電路IC20，IC20采用GAL16V8芯片或二極管或門電路，IC20的輸出為雙窄脈沖，門開關(guān)的開通由CPU控制。
按照本發(fā)明的切換方法，能可靠地完成切換所必需的“握手”、請(qǐng)求、允許、及切換瞬間PI調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳送工作。由于它采用備用控制電路時(shí)刻追蹤在線控制電路的控制參數(shù)，將在線控制系統(tǒng)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)作為備用系統(tǒng)的控制值。該控制值是采用比例積分模式求得的，這種調(diào)節(jié)模式可以兼顧調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)精度之間的矛盾，一旦與給定值之間出現(xiàn)偏差，可以迅速利用比例分量的強(qiáng)烈調(diào)節(jié)作用來(lái)消除這種偏差，當(dāng)偏差減小后，又能利用積分分量維持足夠高的控制精度。因此，一旦在線系統(tǒng)和備用系統(tǒng)之間的切換請(qǐng)求被批準(zhǔn)，就能瞬間將在線主板積分運(yùn)算的累加數(shù)據(jù)向備用系統(tǒng)傳送，這樣，備用系統(tǒng)一開始工作，采用的就是原在線控制系統(tǒng)終止瞬間的控制值∑e(t)，從而達(dá)到了無(wú)擾動(dòng)切換的效果。


圖1是本發(fā)明的電原理框圖；圖2是電原理圖；圖3是雙機(jī)熱備用通訊電路電原理圖；圖4是切換程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換應(yīng)確?？刂葡到y(tǒng)在發(fā)現(xiàn)故障后能快速切換，同時(shí)，還要求切換前，備用控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠準(zhǔn)確地跟蹤在線控制系統(tǒng)的工作點(diǎn)，即備用控制系統(tǒng)投入的晶閘管觸發(fā)角，應(yīng)與即將退出的在線控制系統(tǒng)的觸發(fā)角相一致。
本發(fā)明采用的解決方法是1.控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制 兩套控制系統(tǒng)同時(shí)投入運(yùn)行，并且時(shí)刻進(jìn)行故障檢測(cè)，一旦在線的工作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，在線控制系統(tǒng)的退出和備用控制系統(tǒng)的投入同時(shí)進(jìn)行，如果在線控制系統(tǒng)工作正常而備用控制系統(tǒng)故障，備用控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出故障信號(hào)，可及時(shí)更換；2.兩套控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)在硬件上完全并聯(lián)，輸出信號(hào)在硬件上也完全并聯(lián)，開機(jī)后，不但在線工作系統(tǒng)在進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算，而且備用控制系統(tǒng)也在進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算，但是備用控制系統(tǒng)的輸出(包括晶閘管的觸發(fā)脈沖)被程序封鎖，而在線控制系統(tǒng)的輸出則是被程序開放的，一旦需要切換，可以立即封鎖在線控制系統(tǒng)，開通備用控制系統(tǒng)的輸出(包括晶閘管的觸發(fā)脈沖)，做到快速響應(yīng)；3.兩個(gè)不同控制系統(tǒng)，雖然輸入的反饋量是并聯(lián)的，但是在不同的控制系統(tǒng)中，到達(dá)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端上的量，往往不可避免地會(huì)有細(xì)微的差別，再加上不同模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性也不可能完全一致；同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，為了求得電源輸出的穩(wěn)定，閉環(huán)調(diào)節(jié)器(程序)往往采用比例積分調(diào)節(jié)器，在線控制系統(tǒng)因?yàn)樵诓粩嗟剡M(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的輸出不會(huì)飽和，而備用控制系統(tǒng)雖然也在做閉環(huán)運(yùn)算，但是脈沖的輸出是被封鎖的，因此備用控制系統(tǒng)的運(yùn)行是開環(huán)的，調(diào)節(jié)器的輸入不等于零，這個(gè)值無(wú)論多么小，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積分后，積分后得到的值一定達(dá)到飽和(不是正的飽和就是負(fù)的飽和)。因此，如果不采取措施，切換還會(huì)發(fā)生大的跳動(dòng)。因此本專利提出備用控制系統(tǒng)的比例積分運(yùn)算，必須時(shí)時(shí)刻刻跟蹤在線控制系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果。為了緊緊地跟蹤在線控制系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)之間必須有快速的通訊，將在線控制系統(tǒng)算得的結(jié)果，快速傳速到備用控制系統(tǒng)，對(duì)于十二脈波的晶閘管整流電路而言，通訊時(shí)間不得超過(guò)相鄰兩相觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔，對(duì)于十二脈波整流而言，不得超過(guò)1.6毫秒。
電泳電源的控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，比較嚴(yán)重的故障例如過(guò)電壓和過(guò)電流，這類故障都需要立即切換系統(tǒng)，另一類故障是電泳電源的輸出電壓波形不均衡(波頭不整齊或缺相)，這是對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的一個(gè)綜合性檢查，這種故障有時(shí)是一次外界臨時(shí)性的干擾而誘發(fā)，可用延時(shí)的方法避免切換。有時(shí)，可能是控制系統(tǒng)的某一元器件發(fā)生故障，這種故障的后果不嚴(yán)重，可以經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)以后再切換。
圖2表示了觸發(fā)脈沖的一種形成電路，其中IC16為定時(shí)器，定時(shí)器的延時(shí)數(shù)由CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線寫入，以圖中的脈沖形成電路為例，IC16的片選為P2.0，IC16內(nèi)部的口地址可由CPU讀寫的低位地址定義。圖中IC16的GATE“0”輸入+A相的同步方波，OUT口“0”輸出的就是+A相觸發(fā)脈沖方波，其前沿就是+A觸發(fā)脈沖的位置。+A相觸發(fā)脈沖方波的前沿經(jīng)過(guò)電容C19和電阻R36微分電路，輸入至門電路IC20的第1腳，第2腳至第6腳輸入為其他五相，IC20負(fù)責(zé)將單個(gè)的窄脈沖組合為雙窄脈沖。IC20的第20腳，輸出組合后的+A相脈沖，IC20的第15腳至IC20的第19腳輸出其他五相的雙窄脈沖。同時(shí)，定義IC20第8腳編程為門開關(guān)，它和圖一中CPU的P1.3相連接作為門控制線，在程序編程時(shí)定義CPU的P1.3為高電平時(shí)IC20開通，允許脈沖組合后通過(guò)光隔IC22和三極管T+A放大，推動(dòng)+A相脈沖變壓器MB+A，去觸發(fā)+A相晶閘管(其他五相沒有畫出)。如果程序使P1.3置零，這就是關(guān)閉全部脈沖，達(dá)到封鎖本控制系統(tǒng)的目的。因此在程序中，只要一條指令就可以開放或關(guān)閉脈沖，是十分方便的。
電泳電源的穩(wěn)壓或穩(wěn)流是依靠閉環(huán)調(diào)節(jié)器的比例積分運(yùn)算的計(jì)算結(jié)果，修正晶閘管的觸發(fā)脈沖的移相角來(lái)達(dá)到目的的。以下以電壓為例予以說(shuō)明比例積分調(diào)節(jié)器的計(jì)算公式如下Ug＝給定電壓；Uf(t)＝反饋電壓；Ug-Uf(t)＝e(t)即誤差值；
上述所有帶有(t)的量都是時(shí)間的函數(shù)。
本專利提出計(jì)算減法定時(shí)器8254延時(shí)數(shù)的公式為THL＝THLmax-Uk公式中THL為經(jīng)過(guò)比例積分計(jì)算后應(yīng)該送到指定定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；Uk相當(dāng)于模擬電路中運(yùn)算放大器的輸出；THLmax為整流電路晶閘管最大控制角時(shí)定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)，此時(shí)整流器輸出電壓等于零。
THL＝0時(shí)，延時(shí)為零，相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)的控制角等于零度，此時(shí)整流器輸出電壓最大。
根據(jù)數(shù)值計(jì)算原理，微分可以用差分代替，積分運(yùn)算可以用差分和來(lái)代替，最后得到觸發(fā)脈沖的定時(shí)數(shù)的計(jì)算公式如下THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL為經(jīng)過(guò)比例積分計(jì)算后應(yīng)送到定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；THLmax為整流電路晶閘管最大控制角時(shí)定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)；e(t)為給定值與反饋值之差的瞬時(shí)值，∑e(t)為給定值與反饋值之差的累積值(開機(jī)以來(lái)的數(shù)和)。
此外，在程序計(jì)算中，還要限定0≤∑e(t)≤THLmax，計(jì)算結(jié)果也要限定為0≤THL≤THLmax。
在線控制系統(tǒng)每次向備用控制系統(tǒng)傳送有關(guān)的信息字節(jié)，包括雙字節(jié)THL；雙字節(jié)∑e(t)；單字節(jié)故障信息和傳送數(shù)碼的單字節(jié)檢查和，等等。程序框圖見圖4。
為進(jìn)行在線控制電路A和備用控制電路B之間的切換，兩者之間設(shè)有雙機(jī)熱備用通訊電路，該電路由CPU、三態(tài)門組成，其中，CPU采用同一個(gè)AT89S8252芯片，其通訊端RXD、TXD分別接三態(tài)門IC11AA、IC11AB的一端，三態(tài)門的另一端分別作為發(fā)送端SONG和接收端SHOU，發(fā)送端SONG和接收端SHOU與備用控制電路的接收端SHOU和接收端SONG相接，兩個(gè)三態(tài)門的控制端并接后接CPU，由它進(jìn)行選通。在同一時(shí)刻，系統(tǒng)A和B選通“CS”就為硬件通訊作好了準(zhǔn)備。為了使通訊盡可能地快速，應(yīng)該采用UART通訊方式2，即使CPU的晶振只用到6兆，也可以保證在1.6毫秒內(nèi)完成全部任務(wù)。
圖4表示了兩個(gè)系統(tǒng)的軟件握手程序，在編程上必須考慮到兩個(gè)系統(tǒng)之間的時(shí)間配合，要保證需要發(fā)送的系統(tǒng)在發(fā)送之前，接受方提前進(jìn)入等候狀態(tài)，如圖中虛線所示。必要時(shí)，發(fā)送方在編程中適當(dāng)增加幾條空操作指令即可達(dá)到目的。
本發(fā)明中的定時(shí)器IC16采用8254，IC20采用GAL16V8芯片，或二極管或門電路，光電隔離器IC22采用ILISO芯片，IC11模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用MAX186，IC6選用74HC377，IC9選用74HC377。
權(quán)利要求
1.一種電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，它以晶閘管作為整流電路的控制元件，并包括用于晶閘管的觸發(fā)脈沖形成電路和功放電路，其中，形成觸發(fā)脈沖的方波在定時(shí)器中形成，經(jīng)電容和電阻組成的微分電路后形成觸發(fā)脈沖，再經(jīng)功放電路放大后送脈沖變壓器而后輸出至晶閘管的控制端，其特征在于，它增設(shè)了一套備用控制系統(tǒng)，并采用如下步驟a.備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)均采用參數(shù)完全相同的單片機(jī)，兩套控制系統(tǒng)的電路組成也完全相同，其輸入信號(hào)在硬件上完全并聯(lián)，其輸出信號(hào)在硬件上也完全并聯(lián)；b.兩套控制系統(tǒng)同時(shí)投入運(yùn)行，均時(shí)刻進(jìn)行故障檢測(cè)，一旦在線控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，在線控制系統(tǒng)的退出和備用控制系統(tǒng)的投入同時(shí)進(jìn)行；c.反饋電路采用比例積分調(diào)節(jié)模式，當(dāng)在線控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算時(shí)，備用控制系統(tǒng)也同時(shí)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)算，但備用控制系統(tǒng)的輸出被程序封鎖，在線控制系統(tǒng)的輸出則輸送至觸發(fā)脈沖形成電路，在線控制系統(tǒng)和備用控制系統(tǒng)之間的切換，由程序控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，其特征在于，所述觸發(fā)脈沖方波在定時(shí)器中形成，定時(shí)器的延時(shí)數(shù)由CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線寫入，其輸出為觸發(fā)脈沖方波，經(jīng)微分電路后形成觸發(fā)脈沖，所述觸發(fā)脈沖定時(shí)器的延時(shí)數(shù)按下式計(jì)算THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL為經(jīng)過(guò)比例積分計(jì)算后應(yīng)送到定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；THLmax為整流電路晶閘管最大控制角時(shí)定時(shí)器的雙字節(jié)延時(shí)數(shù)；Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)；e(t)為給定值與反饋值之差的瞬時(shí)值，∑e(t)為給定值與反饋值之差的累積值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，其特征在于，所述備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)之間，設(shè)有雙機(jī)熱備用通訊電路，雙機(jī)熱備用通訊電路由CPU、三態(tài)門組成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和觸發(fā)脈沖形成電路中的CPU為同一個(gè)芯片，CPU的通訊端RXD、TXD分別接三態(tài)門IC11AA、IC11AB的一端，三態(tài)門的另一端分別作為發(fā)送端SONG和接收端SHOU，所述發(fā)送端SONG和接收端SHOU與備用控制電路的接收端SHOU和接收端SONG相接，兩個(gè)三態(tài)門的控制端并接后由CPU控制其選通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，其特征在于，所述備用控制系統(tǒng)和在線控制系統(tǒng)之間采用UART通訊方式2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，其特征在于，在微分電路之后增設(shè)門陣列電路IC20，IC20采用GAL16V8芯片或二極管或門電路，IC20的輸出為雙窄脈沖，門開關(guān)的開通由CPU控制。
全文摘要
一種電泳涂漆電源用雙控系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換方法，屬電源技術(shù)領(lǐng)域，用于解決無(wú)擾動(dòng)切換問(wèn)題，其方案是，它以晶閘管為整流元件，由定時(shí)器輸出的方波經(jīng)微分電路后形成觸發(fā)脈沖，再經(jīng)放大后送脈沖變壓器而后輸出至晶閘管的控制端，改進(jìn)后的控制電路，增設(shè)了一套備用控制系統(tǒng)，在線控制系統(tǒng)的退出和備用控制系統(tǒng)的投入同時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明能可靠地完成切換所必需的“握手”、請(qǐng)求及切換瞬間PI調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳送工作。一旦在線系統(tǒng)的切換請(qǐng)求被批準(zhǔn)，就能瞬間將在線主板積分運(yùn)算的累加數(shù)據(jù)向備用系統(tǒng)傳送，備用系統(tǒng)一開始工作，采用的就是原控制系統(tǒng)終止瞬間的控制值∑e(t)，從而達(dá)到無(wú)擾動(dòng)切換的效果。
文檔編號(hào)H02J9/06GK1558528SQ20041001212
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月18日
發(fā)明者朱世良, 馬永斌 申請(qǐng)人:保定萊特整流器制造有限公司