本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別涉及一種智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大功率晶閘管整流設(shè)備主要用于有色金屬冶煉、化學(xué)工業(yè)、熱工實(shí)驗(yàn)、造紙等，如：電解鋁、鎂、鋅、銅等有色金屬及化工食鹽電解(隔膜、離子膜)、水電解等各類大電流直流電源且穩(wěn)流精度較高的場合。

近年來，冶金和化工等行業(yè)的客戶對(duì)大功率整流設(shè)備的要求越來越高，特別是對(duì)于鋁電解行業(yè)來說，直流電流的平穩(wěn)度是影響鋁電解產(chǎn)量的重要因素之一。鋁電解中，陽極效應(yīng)能引起系列電流大幅度波動(dòng)；若無穩(wěn)流措施，鋁液面會(huì)出現(xiàn)振擺，易造成極間短路。為正常生產(chǎn)，必須加大電解槽極距，結(jié)果導(dǎo)致槽電壓上升、電耗增多、槽溫過高和電流效率降低等不良局面發(fā)生，穩(wěn)流控制就成了鋁冶煉中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，而長期倍受關(guān)注。目前市場上存在模擬的、半模擬半數(shù)字、全數(shù)字的大功率整流控制系統(tǒng)，但其穩(wěn)定性和可靠性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，其具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，包括電源模塊、dsp控制模塊、cpld驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊，其中：

所述電源模塊，為所述dsp控制模塊、cpld驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊供電；

所述dsp控制模塊通過數(shù)據(jù)交換模塊與所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于與cpld驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及實(shí)現(xiàn)整流設(shè)備控制系統(tǒng)的通訊；

所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊與所述dsp控制模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊連接，用于與dsp控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及整流設(shè)備控制系統(tǒng)的同步信號(hào)采樣；

所述數(shù)據(jù)交換模塊連接所述dsp控制模塊和cpld驅(qū)動(dòng)模塊，用于dsp控制模塊和cpld驅(qū)動(dòng)模塊之間的數(shù)據(jù)交換；

所述同步檢測模塊連接所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊，用于將外部輸入的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為cpld能接收的同步信號(hào)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述電源模塊包括電源轉(zhuǎn)換電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路用于將外部輸入的24v電源分別轉(zhuǎn)換為±15v、5v、3.3v、1.9v、隔離的5v和/或隔離的24v電源。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述dsp控制模塊包括dsp芯片、dsp外圍電路、ad采樣電路、熱備冗余切換電路和通訊電路；

所述dsp外圍電路包括晶振電路和撥碼開關(guān)電路，所述晶振電路用于為dsp芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，所述撥碼開關(guān)電路用于設(shè)置所述大功率整流設(shè)備的pi參數(shù)和作為從站通訊的從站地址；

所述ad采樣電路用于采樣輸出直流電流或直流電壓；

所述熱備冗余切換電路用于a通道和b通道之間的熱備冗余主從通道仲裁以及主從通道的切換；

所述通訊電路用于整流設(shè)備控制系統(tǒng)和plc或dcs通訊。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述ad采樣電路包括電流采樣電路和電壓采樣電路；

所述電流采樣電路，用于從直流電流傳感器送過來的直流電流采樣信號(hào)，通過采樣電路，再通過外部ad采樣芯片，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)；

所述電壓采樣電路，用于從直流電壓傳感器送過來的直流電壓采樣信號(hào)，通過采樣電路，再通過外部ad采樣芯片，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述通訊電路包括兩路rs485通訊、一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊和一路can總線通訊；

所述兩路rs485通訊，用于整流設(shè)備控制系統(tǒng)和plc或dcs的rs485通訊，兩路為熱備用；

所述一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊，用于英特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過手機(jī)app或電腦上在ie瀏覽器上查看整流器運(yùn)行狀態(tài)，或定時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至手機(jī)或監(jiān)控設(shè)備；

所述一路can總線通訊，用于a、b通道之間的dsp控制模塊的can總線通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊包括cpld芯片、晶振電路和撥碼開關(guān)電路；

所述晶振電路用于為cpld芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)；

所述撥碼開關(guān)電路用于設(shè)置該大功率整流設(shè)備的同步信號(hào)參數(shù)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述數(shù)據(jù)交換模塊為雙口ram電路，用于dsp控制模塊和cpld驅(qū)動(dòng)模塊之間的數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述同步檢測模塊包括兩路同步信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)雙同步。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)還包括光脈沖輸出模塊，所述光脈沖輸出模塊與cpld驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于產(chǎn)生12脈波觸發(fā)脈沖，并通過電光轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖傳輸至光功放板，再通過光電轉(zhuǎn)換為電信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶閘管。這樣，光纖具有更強(qiáng)的抗干擾能力，采用光電脈沖觸發(fā)和磁隔離技術(shù)，使主回路與觸發(fā)脈沖控制器完全電氣隔離，提高了控制器的抗電磁和瞬間高壓的沖擊能力。

本發(fā)明所述的智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，其采用dsp+cpld的架構(gòu)，主控芯片可以采用功能強(qiáng)大的dsp控制器，例如tms320f28335，與現(xiàn)有技術(shù)中常用的89c52、80c196等單片機(jī)相比，dsp的運(yùn)算速度更快、觸發(fā)脈沖精度高、功耗小、外設(shè)集成度高、數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)量大、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，也可以實(shí)現(xiàn)多路modbus、ppi、mpi通訊，can總線通訊和以太網(wǎng)通訊等，芯片內(nèi)的控制程序集成了嵌入式web功能，可以通過電腦的ie瀏覽器查看整流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；移相和觸發(fā)芯片采用功能強(qiáng)大的復(fù)雜可編程邏輯器件cpld，實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)采集和產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖的功能，提高整流設(shè)備控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，通過采用雙通道熱備份技術(shù)，容錯(cuò)性高，雙通道之間可以無擾動(dòng)切換，可帶電更換主板，不影響正常運(yùn)行，維護(hù)方便；通訊電路包括兩路rs485通訊、一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊和一路can總線通訊，具有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的功能，可通過手機(jī)app或在全球任意地方的電腦上通過ie瀏覽器查看整流器運(yùn)行狀態(tài)，也可以定時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至手機(jī)或監(jiān)控設(shè)備上，使用便捷。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中光電脈沖的傳輸示意圖；

圖4和圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中電源模塊的電路原理圖；

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中dsp控制模塊的電路原理圖；

圖7為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中cpld驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；

圖8為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中同步檢測模塊的電路原理圖；

圖9為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中脈沖輸出模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對(duì)本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明所述的智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，一種智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，其采用a通道和b通道構(gòu)成的雙通道熱備份系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性，其中a通道或b通道的整流設(shè)備控制系統(tǒng)包括電源模塊、dsp控制模塊、cpld驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊，其中：

所述電源模塊，為所述dsp控制模塊、cpld驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊供電；

所述dsp控制模塊通過數(shù)據(jù)交換模塊與所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于與cpld驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及實(shí)現(xiàn)整流設(shè)備控制系統(tǒng)的通訊；

所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊與所述dsp控制模塊、數(shù)據(jù)交換模塊和同步檢測模塊連接，用于與dsp控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及整流設(shè)備控制系統(tǒng)的同步信號(hào)采樣；

所述數(shù)據(jù)交換模塊為雙口ram電路，連接所述dsp控制模塊和cpld驅(qū)動(dòng)模塊，用于dsp控制模塊和cpld驅(qū)動(dòng)模塊之間的數(shù)據(jù)交換；

所述同步檢測模塊連接所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊，用于將外部輸入的220v交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為cpld能接收的同步信號(hào)。

優(yōu)選的是，所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)還包括光脈沖輸出模塊，所述光脈沖輸出模塊與cpld驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于產(chǎn)生12脈波觸發(fā)脈沖，并通過電光轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖傳輸至光功放板，再通過光電轉(zhuǎn)換為電信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶閘管。

所述a通道的dsp控制模塊和b通道的dsp控制模塊，通過can總線進(jìn)行通訊；所述a通道的cpld驅(qū)動(dòng)模塊和b通道的cpld驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)連接。

如圖2所示，a通道的12脈波控制器a的dsp產(chǎn)生12路脈沖作為整流器a的觸發(fā)脈沖外，同時(shí)通過cpld將12路脈沖整合成1路有規(guī)律的脈沖信號(hào)送給b通道的控制器b的cpld，控制器b的cpld監(jiān)測該脈沖是否正常，如果不正常且電流異常則b通道的控制器b切換為主站；同理，控制器b工作過程相同。這樣，整流控制器采用雙通道熱備份，提高了系統(tǒng)的可靠性。

所述dsp控制模塊，通過外部16位a/d芯片對(duì)電流、電壓等進(jìn)行采樣，根據(jù)電流設(shè)定值和采樣的實(shí)際電流值，按照自適應(yīng)pi控制算法，計(jì)算出當(dāng)前的控制角，產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，并通過cpld驅(qū)動(dòng)模塊、12脈波觸發(fā)脈沖，通過光纖經(jīng)光功放板將觸發(fā)脈沖輸出至功放電路驅(qū)動(dòng)晶閘管。

如圖3所示，所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，采用光電脈沖觸發(fā)和磁隔離技術(shù)，在主板上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，再通過光纖傳輸?shù)焦夤Ψ虐?，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，通過功放電路輸出，經(jīng)脈沖變壓器調(diào)整后驅(qū)動(dòng)晶閘管，使主回路與觸發(fā)脈沖控制器完全電氣隔離，提高了控制器的抗電磁和瞬間高壓的沖擊能力。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述電源模塊包括電源轉(zhuǎn)換電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路用于將外部輸入的24v電源分別轉(zhuǎn)換為±15v、5v、3.3v、1.9v、隔離的5v和/或隔離的24v電源。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述dsp控制模塊包括dsp芯片、dsp外圍電路、ad采樣電路、熱備冗余切換電路和通訊電路；

所述dsp外圍電路包括晶振電路和撥碼開關(guān)電路，所述晶振電路用于為dsp芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，所述撥碼開關(guān)電路用于設(shè)置所述大功率整流設(shè)備的pi參數(shù)和作為從站通訊的從站地址；

所述ad采樣電路用于采樣輸出直流電流或直流電壓；

所述熱備冗余切換電路用于a通道和b通道之間的熱備冗余主從通道仲裁以及主從通道的切換；

所述通訊電路用于整流設(shè)備控制系統(tǒng)和plc或dcs通訊。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述ad采樣電路包括電流采樣電路和電壓采樣電路；

所述電流采樣電路，用于從直流電流傳感器送過來的直流電流采樣信號(hào)，通過采樣電路，再通過外部16位的ad采樣芯片，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)；

所述電壓采樣電路，用于從直流電壓傳感器送過來的直流電壓采樣信號(hào)，通過采樣電路，再通過外部16位的ad采樣芯片，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述通訊電路包括兩路以上的rs485通訊、一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊和一路can總線通訊；

所述兩路rs485通訊，用于整流設(shè)備控制系統(tǒng)和plc或dcs的rs485通訊，兩路為熱備用，可與西門子、ab等plc進(jìn)行modbus、ppi、mpi等通訊；

所述一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊，用于英特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過手機(jī)app或電腦上在ie瀏覽器上查看整流器運(yùn)行狀態(tài)，或定時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至手機(jī)或監(jiān)控設(shè)備，其中網(wǎng)絡(luò)通訊芯片可以采用arm處理器stm32f407，其可以輕松實(shí)現(xiàn)多路modbus、ppi、mpi通訊，can總線通訊和以太網(wǎng)通訊等，可以和西門子、莫迪康等plc進(jìn)行profinet、modbus/tcp通訊；

所述一路can總線通訊，用于a、b通道之間的dsp控制模塊的can總線通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述cpld驅(qū)動(dòng)模塊包括cpld芯片、晶振電路和撥碼開關(guān)電路；

所述晶振電路用于為cpld芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)；

所述撥碼開關(guān)電路用于設(shè)置該大功率整流設(shè)備的同步信號(hào)參數(shù)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述同步檢測模塊包括兩路同步信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)雙同步。

另外，如圖4所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中電源模塊的電路原理圖。24v+、24v-作為dc24v的輸入，通過濾波電容e21，再經(jīng)urb2405ymd-10wr3電源模塊，再經(jīng)濾波電容e13后產(chǎn)生5v電源；通過濾波電容e9，再經(jīng)urb2415ymd-10wr3電源模塊，再經(jīng)濾波電容e15后產(chǎn)生-15v電源，經(jīng)濾波電容e17后產(chǎn)生+15v電源；通過濾波電容e19，再經(jīng)urb2424ymd-10wr3電源模塊，再經(jīng)濾波電容e20后產(chǎn)生25v電源kv24。

圖5為將5v電源v50經(jīng)電源模塊tps767d301pwp轉(zhuǎn)換成1.9v電源v19、3.3v電源v33的電源模塊的電路原理圖。

如圖6所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中dsp控制模塊的電路原理圖。其中，dsp芯片，選用tms320f28335芯片。

如圖7所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中cpld驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖。其中，cpld選用epm1270t14415n芯片。

如圖8所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中同步檢測模塊的電路原理圖。其主要將外部交流220v用變壓器變?yōu)榻涣?5v，再通過74lvc1g123轉(zhuǎn)成方波信號(hào)。

如圖9所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例所述智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)中脈沖輸出模塊的電路原理圖。脈沖輸出模塊包含上面的驅(qū)動(dòng)電路12個(gè)，其中ds75451是增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，hfbr-1414是電光信號(hào)轉(zhuǎn)換頭。

本發(fā)明所述的智能化大功率整流設(shè)備控制系統(tǒng)，其采用dsp+cpld的架構(gòu)，主控芯片可以采用功能強(qiáng)大的dsp控制器，例如tms320f28335，與現(xiàn)有技術(shù)中常用的89c52、80c196等單片機(jī)相比，dsp的運(yùn)算速度更快、觸發(fā)脈沖精度高、功耗小、外設(shè)集成度高、數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)量大、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，也可以實(shí)現(xiàn)多路modbus、ppi、mpi通訊，can總線通訊和以太網(wǎng)通訊等，芯片內(nèi)的控制程序集成了嵌入式web功能，可以通過電腦的ie瀏覽器查看整流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；移相和觸發(fā)芯片采用功能強(qiáng)大的復(fù)雜可編程邏輯器件cpld，實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)采集和產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖的功能，提高整流設(shè)備控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，通過采用雙通道熱備份技術(shù)，容錯(cuò)性高，雙通道之間可以無擾動(dòng)切換，可帶電更換主板，不影響正常運(yùn)行，維護(hù)方便；通訊電路包括兩路rs485通訊、一路工業(yè)以太網(wǎng)通訊和一路can總線通訊，具有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的功能，可通過手機(jī)app或在全球任意地方的電腦上通過ie瀏覽器查看整流器運(yùn)行狀態(tài)，也可以定時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至手機(jī)或監(jiān)控設(shè)備上，使用便捷。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。