專利名稱：高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻逆變電源控制裝置及其控制方法，具體涉及一種基于RS-485 組網(wǎng)控制的高頻感應(yīng)加熱逆變電源的控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻逆變電源在工業(yè)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，特 別是高頻感應(yīng)加熱電源可用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等過(guò)程，已成為冶金、國(guó)防、機(jī) 械加工等部門(mén)及鑄鍛和船舶、飛機(jī)汽車制造業(yè)等不可缺少的一部分。目前市場(chǎng)上的高頻感 應(yīng)加熱逆變電源的普遍采用獨(dú)立分散式控制，大多無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控，存在自動(dòng)化 程度低，工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性和可靠性差，設(shè)備成本高等缺點(diǎn)。隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模 的擴(kuò)大，獨(dú)立分散控制式的高頻感應(yīng)加熱逆變電源已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器及其控制方法，以彌補(bǔ)己 有的高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的不足。本發(fā)明高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器的技術(shù)方案是一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控 制器，包括控制板、主電路、功能電路、網(wǎng)絡(luò)接口，所述的控制板基于負(fù)責(zé)顯示及通信功能的 MCU控制器和負(fù)責(zé)對(duì)高頻逆變電源的逆變和保護(hù)控制功能的DSC數(shù)字信號(hào)控制器，MCU控制 器和DSC數(shù)字型號(hào)控制器之間采用SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)信息傳輸。所述的主電路中各電路連接順序依次是交流電源輸入電路、三相不控整流電路、 濾波電路、單相全橋逆變電路、高頻變壓電路、串聯(lián)諧振負(fù)載電路，其中三相不控整流電路 將交流電輸入整流成直流輸出，經(jīng)濾波電路后給單相全橋逆變電路供電，單相全橋逆變電 路輸出經(jīng)高頻變壓電路后向串聯(lián)諧振負(fù)載電路輸出高頻交流；其中濾波電路與DSC數(shù)字信 號(hào)控制器之間設(shè)有直流取樣電路，濾波電路的輸出經(jīng)直流取樣電路處理輸入到DSC數(shù)字信 號(hào)控制器的AD轉(zhuǎn)換端口來(lái)采集直流信號(hào)，DSC數(shù)字信號(hào)控制器與單相全橋逆變電路之間設(shè) 有隔離驅(qū)動(dòng)電路，DSC數(shù)字信號(hào)控制器的PWM信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路放大后向單相全橋逆變 電路傳遞控制信號(hào)，串聯(lián)諧振負(fù)載電路與DSC數(shù)字信號(hào)控制器之間設(shè)有輸出取樣電路，取 樣電路采集串聯(lián)諧振負(fù)載電路逆變輸出的電流電壓信號(hào)經(jīng)處理后輸入到DSC數(shù)字信號(hào)控 制器的AD轉(zhuǎn)換端口，交流電源輸入電路還有一路連接工作電源電路為整個(gè)控制器供電。所述的網(wǎng)絡(luò)接口為RS-485接口，該接口由MCU控制器連接控制并向MCU控制器傳 遞信號(hào)，所述功能電路由MCU連接控制并向MCU控制器傳遞信號(hào)，所述功能電路包括有按 鍵輸入電路、液晶顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、聲光報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)電路。上述高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器的控制方法的是電源控制器有就地控制和網(wǎng) 絡(luò)控制兩種工作方式，可以初始化設(shè)定工作模式，當(dāng)設(shè)定為就地控制方式時(shí)，控制器就地控 制，不實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，當(dāng)設(shè)定為網(wǎng)絡(luò)控制工作方式時(shí)，電源工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控， 控制器通過(guò)RS-485總線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并可與其它電源構(gòu)成電源網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程上位機(jī)可實(shí)時(shí)對(duì)控制器發(fā)送指令進(jìn)行相關(guān)操作，避免就地控制，控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的協(xié)議采用 應(yīng)用廣泛的Modbus RTU通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱逆變電源的網(wǎng)絡(luò)化控制，主要功能均有 軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器可以組網(wǎng)形成高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括上位機(jī)，與上位機(jī)的通信接口連接通信的RS-485轉(zhuǎn)換器，與RS-485轉(zhuǎn)換器連接通 信的RS-485總線，與RS-485總線連接通信的至少一個(gè)所述高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器，該 控制器連接控制相應(yīng)的高頻逆變電源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有可實(shí)現(xiàn)高頻逆變電源的自動(dòng)化運(yùn)行，大大 改善工人的工作環(huán)境，降低企業(yè)運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，采用MCU+DSC相結(jié) 合的控制方案可成分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，并可降低控制器成本，提高系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器結(jié)構(gòu)原理框。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器組網(wǎng)可形成高頻感應(yīng)加熱逆變電源網(wǎng) 絡(luò)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位機(jī)，與上位機(jī)的通信接口連接通信的RS-485轉(zhuǎn)換器，與 RS-485轉(zhuǎn)換器連接通信的RS-485總線，與RS-485總線連接通信的至少一個(gè)所述高頻逆變 電源網(wǎng)絡(luò)化控制器，該控制器連接控制相應(yīng)的高頻逆變電源。系統(tǒng)在一般情況下可以同時(shí) 連接32臺(tái)控制器，監(jiān)控32臺(tái)電源，還可以利用中繼器放大信號(hào)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。每個(gè)高頻逆變 電源網(wǎng)絡(luò)化控制器實(shí)時(shí)采集電源的各參數(shù)及狀態(tài)反饋給上位機(jī)，上位機(jī)將參數(shù)進(jìn)行處理和 顯示，并根據(jù)設(shè)定對(duì)各控制器發(fā)出指令或信息，完成對(duì)各電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，操作人員只需在 上位機(jī)上即可完成對(duì)電源的監(jiān)視和控制。如圖2所示控制器采用主輔控制芯片相結(jié)合的方式，主控制模塊以Microchip公 司的高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC30F3010為控制核心，輔助控制模塊采用Atmel公 司的高性能、低功耗的微控制器ATmegaie為控制核心。數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC30F3010和微 控制器ATmegaie之間采用SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)信息傳輸?？刂破鞯闹麟?路中各電路連接順序依次是交流電源輸入電路、三相不控整流電路、濾波電路、單相全橋逆 變電路、高頻變壓電路、串聯(lián)諧振負(fù)載電路，其中濾波電路與數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC30F3010 之間設(shè)有直流取樣電路，DSC數(shù)字信號(hào)控制器與單相全橋逆變電路之間設(shè)有隔離驅(qū)動(dòng)電路 串聯(lián)諧振負(fù)載電路與DSC數(shù)字信號(hào)控制器之間設(shè)有輸出取樣電路串聯(lián)諧振負(fù)載電路通過(guò) 輸出取樣電路向DSC數(shù)字信號(hào)控制器傳遞信號(hào)，其中直流取樣電路和輸出取樣電路分別采 用霍爾電壓電流傳感器HFK300BS5與VSM500D，隔離驅(qū)動(dòng)電路采用集成IGBT驅(qū)動(dòng)電路板驅(qū) 動(dòng)。交流電源輸入電路還有一路連接工作電源電路為整個(gè)控制器供電。微控制器ATmegal6連接控制RS-485網(wǎng)絡(luò)接口，微處理器ATmegal6還連接控制如 下功能電路按鍵輸入電路、液晶顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、聲光報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)電路。其中 外部存儲(chǔ)電路采用CAT24WC16串行E2PROM,聲光報(bào)警電路采用LED閃光與有源蜂鳴器相結(jié)合的報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用DS1307型號(hào)的芯片，液晶顯示采用深圳TOPWAY公 司的LM19264K-4液晶顯示屏，按鍵輸入電路包含6個(gè)獨(dú)立按鍵輸入，RS-485通信電路采用 SN65LBC184型號(hào)的芯片完成數(shù)據(jù)通信，工作電源電路采用士 15V和5V輸出的開(kāi)關(guān)電源供 電。
權(quán)利要求
一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器，包括控制板、主電路、功能電路、網(wǎng)絡(luò)接口，其特征是所述的控制板基于負(fù)責(zé)顯示及通信功能的MCU控制器和負(fù)責(zé)對(duì)高頻逆變電源的逆變和保護(hù)控制功能的DSC數(shù)字信號(hào)控制器，MCU控制器和DSC數(shù)字型號(hào)控制器之間采用SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)信息傳輸；所述的主電路中各電路連接順序依次是交流電源輸入電路、三相不控整流電路、濾波電路、單相全橋逆變電路、高頻變壓電路、串聯(lián)諧振負(fù)載電路，其中三相不控整流電路將交流電輸入整流成直流輸出，經(jīng)濾波電路后給單相全橋逆變電路供電，單相全橋逆變電路輸出經(jīng)高頻變壓電路后向串聯(lián)諧振負(fù)載電路輸出高頻交流；其中濾波電路與DSC數(shù)字信號(hào)控制器之間設(shè)有直流取樣電路，濾波電路的輸出經(jīng)直流取樣電路處理輸入到DSC數(shù)字信號(hào)控制器的AD轉(zhuǎn)換端口來(lái)采集直流信號(hào)，DSC數(shù)字信號(hào)控制器與單相全橋逆變電路之間設(shè)有隔離驅(qū)動(dòng)電路，DSC數(shù)字信號(hào)控制器的PWM信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路放大后向單相全橋逆變電路傳遞控制信號(hào)，串聯(lián)諧振負(fù)載電路與DSC數(shù)字信號(hào)控制器之間設(shè)有輸出取樣電路，取樣電路采集串聯(lián)諧振負(fù)載電路逆變輸出的電流電壓信號(hào)經(jīng)處理后輸入到DSC數(shù)字信號(hào)控制器的AD轉(zhuǎn)換端口，交流電源輸入電路還有一路連接工作電源電路為整個(gè)控制器供電；所述的網(wǎng)絡(luò)接口為RS 485接口，該接口由MCU控制器連接控制并向MCU控制器傳遞信號(hào)，所述功能電路由MCU連接控制并向MCU控制器傳遞信號(hào)，所述功能電路包括有按鍵輸入電路、液晶顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、聲光報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)電路。
2.一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器的控制方法，其特征是電源控制器有就地控制和網(wǎng) 絡(luò)控制兩種工作方式，可以初始化設(shè)定工作模式，當(dāng)設(shè)定為就地控制方式時(shí)，控制器就地控 制，不實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，當(dāng)設(shè)定為網(wǎng)絡(luò)控制工作方式時(shí)，電源工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控， 控制器通過(guò)RS-485總線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并可與其它電源構(gòu)成電源網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程上位機(jī) 可實(shí)時(shí)對(duì)控制器發(fā)送指令進(jìn)行相關(guān)操作，避免就地控制，控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的協(xié)議采用 應(yīng)用廣泛的ModbusRTU通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱逆變電源的網(wǎng)絡(luò)化控制，主要功能均有 軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，由權(quán)利要求1中所述的高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控 制器組網(wǎng)形成，其特征是該系統(tǒng)包括上位機(jī)，與上位機(jī)的通信接口連接通信的RS-485轉(zhuǎn)換 器，與RS-485轉(zhuǎn)換器連接通信的RS-485總線，與RS-485總線連接通信的至少一個(gè)所述高 頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器，該控制器連接控制相應(yīng)的高頻逆變電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高頻逆變電源網(wǎng)絡(luò)化控制器及其控制方法，控制器包括控制板，主電路、功能電路、網(wǎng)絡(luò)接口，控制板基于負(fù)責(zé)顯示及通信功能的MCU控制器和負(fù)責(zé)對(duì)高頻逆變電源的逆變和保護(hù)控制功能的DSC數(shù)字信號(hào)控制器，MCU控制器和DSC數(shù)字型號(hào)控制器之間采用SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)接口為RS-485接口，控制器通過(guò)RS-485總線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并可與其它電源構(gòu)成電源網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程上位機(jī)可實(shí)時(shí)對(duì)控制器發(fā)送指令進(jìn)行相關(guān)操作，避免就地控制，控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的協(xié)議采用應(yīng)用廣泛的ModbusRTU通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱逆變電源的網(wǎng)絡(luò)化控制。
文檔編號(hào)H02M7/53GK101997441SQ201010281460
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者曹豐文, 汪義旺 申請(qǐng)人:蘇州市職業(yè)大學(xué)