CN107656218A - 感应加热电源故障实时检测与处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，包括硬件故障处理电路；所述硬件故障处理电路用于完成设备的故障处理工作，包括故障逻辑运算模块、故障检测与自锁模块以及PWM封锁模块；所述故障逻辑运算模块用于将输入的故障信号经过与或非等逻辑运算确定当前系统有无故障；当故障逻辑运算模块判断当前系统有故障时，所述故障检测与自锁模块将总故障信号封锁，不允许其改变；所述PWM封锁模块用于将故障检测与自锁模块输出的故障封锁信号与PWM进行逻辑运算，完成PWM的输出或封锁功能。该系统采用硬件故障处理策略，可以处理多种故障，处理速度快，可扩展性强，使用灵活，易于集成，节约了制版与器件的成本。
Description
技术领域
本发明属于控制系统技术领域，具体涉及一种感应加热电源故障实时检测与处理系统。
背景技术
感应加热电源具有加热温度高、效率高、速度快、非接触等优点，越来越受到加工业的重视。但是，在使用过程中，感应加热电源会出现一些故障，如果不能及时发现和处理这些故障的话，将严重影响生产的正常进行。基于感应加热逆变电源系统开发项目设备可靠性的需求，急需设计一块成本低、故障处理速度快、可扩性好的电路。
目前，国内外电机控制以及感应加热电源系统对故障处理策略主要有以下两种，一是软件故障处理策略，即传感器采集各种故障信号传送到主控芯片(DSP、单片机、ARM等)，主控芯片对故障信号进行判断，然后做出相应的处理；二是利用特殊的芯片处理故障，如HCPL-316J等。这两种处理策略均存在不同的问题，主要包括：软件故障处理策略虽然灵活、成本低、可扩性好，但是处理速度较慢；利用特殊芯片处理故障策略虽然具有故障处理速度快的优点，但是芯片只能处理特定的故障，而且增加了制版与器件的成本。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，该系统采用硬件故障处理策略，具有设备故障、过流故障、主控封锁、主控解锁、故障自锁、PWM对输出死区时间可调等功能，处理速度快，可扩展性强，使用灵活，易于集成，节约了制版与器件的成本。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，包括硬件故障处理电路；所述硬件故障处理电路用于完成设备的故障处理工作，包括故障逻辑运算模块、故障检测与自锁模块以及PWM封锁模块；所述故障逻辑运算模块用于将输入的故障信号经过与或非等逻辑运算确定当前系统有无故障，有故障时总故障信号为低电平，反之为高电平；当故障逻辑运算模块判断当前系统有故障时，所述故障检测与自锁模块将总故障信号封锁，不允许其改变；所述PWM封锁模块用于将故障检测与自锁模块输出的故障封锁信号与PWM进行逻辑运算，完成PWM的输出或封锁功能。
进一步地，所述故障逻辑运算模块用于完成硬件电路对多个故障处理的功能，包括若干个与非门以及非门，与非门的个数等于非门的个数，门的总个数与要处理的故障信号的关系为：Nm＝(Ng-1)×2，Nm为门的总个数，Ng为要处理的故障的个数。
进一步地，所述故障逻辑运算模块电路位于所述故障检测与自锁模块电路的前面；所述故障信号从所述故障逻辑运算模块电路一端输入，另一端输出总故障信号，所述总故障信号进入所述故障检测与自锁模块电路。
进一步地，所述故障检测与自锁模块用于完成故障信号自锁以及主控解除封锁的功能，包括两个与非门和一个非门；所述故障检测与自锁模块电路分为4种状态，包括检测故障信号状态、不封锁状态、解锁状态和故障信号自锁状态；所述检测故障信号状态是目前电路处于正常工作状态，只要有故障产生，电路将进入故障信号自锁状态；所述不封锁状态是主控解锁信号输入始终为高电平时，此时无论有无故障产生，故障封锁信号输出均为高电平，电路不进行故障处理作用；所述解锁状态是电路处于故障自锁状态且故障已被解决，此时将主控解锁信号拉高一个时钟，电路会跳转到检测故障信号状态，进入正常工作模式；所述故障信号自锁状态是检测到故障并将故障封锁信号置为低电平直到解锁信号到来。
进一步地，所述PWM封锁模块用于根据故障封锁信号决定是否输出PWM信号，包括若干个与非门、非门以及下拉电阻；所述与非门有低电平输入时输出为高电平，所述非门具有边沿陡峭的功能；所述PWM封锁模块用于实现信号封锁与信号整形的双重功能。
进一步地，在故障封锁信号输入端的两个非门之间插入奇数个施密特触发器构成的非门，构成一对可调节死区时间的PWM输出对，直接驱动逆变电源的一个桥臂。
进一步地，所述硬件故障处理电路通过CPLD实现，在CPLD中，该部分电路采用结构化设计完成，调用Verilog HDL内置基元中的与非门以及非门。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用硬件故障处理策略，处理速度快。
(2)可以处理多种故障，可扩展性强，使用灵活。
(3)不占用主控芯片资源，降低了主控程序开发的复杂度与难度。
(4)目前绝大多数主控板具有CPLD、FPGA等芯片，硬件故障处理电路易于集成在这些芯片中，节约了制版与器件的成本。
附图说明
图1是本发明所提供的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统的硬件故障处理电路组成结构图。
图2是本发明所提供的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统的故障逻辑运算模块电路图。
图3是本发明所提供的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统的故障检测与自锁模块电路图。
图4是本发明所提供的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统的PWM封锁模块电路图。
图5是本发明所提供的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统的硬件故障处理电路RTL视图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明公开了一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，包括硬件故障处理电路；所述硬件故障处理电路用于完成设备的故障处理工作，如IGBT故障、过流故障、主控封锁、主控解锁、故障自锁，具有响应速度快、可扩性强、成本低、易集成、可移植等优点，包括故障逻辑运算模块、故障检测与自锁模块以及PWM封锁模块；所述故障逻辑运算模块用于将输入的故障信号经过与或非等逻辑运算确定当前系统有无故障，有故障时总故障信号为低电平，反之为高电平；当故障逻辑运算模块判断当前系统有故障时，所述故障检测与自锁模块将总故障信号封锁，不允许其改变；所述PWM封锁模块用于将故障检测与自锁模块输出的故障封锁信号与PWM进行逻辑运算，完成PWM的输出或封锁功能。
实施例
影响大型设备正常工作的因素有很多，要使设备良好的工作，需对多个因素进行监测与故障处理，那么如何使硬件电路具有多故障处理能力成为急需解决的问题。所述故障逻辑运算模块主要完成硬件电路对多个故障处理的功能，主要由与非门以及非门组成，如图2所示，其中门的个数与要处理的故障信号的关系为：Nm＝(Ng-1)×2，Nm为门的总个数，Ng为要处理的故障的个数。与非门的个数等于非门的个数。将故障逻辑运算电路放在故障检测与自锁模块电路前面，大大减少自锁模块的个数，有利于缩小制版面积与成本。
很多故障信号是脉冲信号，如过流故障、欠压故障等，处理这些故障需要硬件电路具有故障自锁与解锁的功能。所述故障检测与自锁模块主要完成故障信号自锁以及主控解除封锁的功能，由两个与非门和一个非门组成，如图3所示。按照功能划分，该电路可分为4种状态，即检测故障信号状态、不封锁状态、解锁状态以及故障信号自锁状态。所谓检测故障信号状态是目前电路处于正常工作状态，只要有故障产生，电路将进入故障信号自锁状态；不封锁状态是主控解锁信号输入始终为高电平时，此时无论有无故障产生，故障封锁信号输出均为高电平，电路不进行故障处理作用，有利于前期电路板功能以及软件程序的调试；解锁状态是电路处于故障自锁状态且故障已被解决，此时将主控解锁信号拉高一个时钟，电路会跳转到检测故障信号状态，进入正常工作模式；故障信号自锁状态是检测到故障并将故障封锁信号置为低电平直到解锁信号到来。
该模块电路结构简单，成本低，但功能强大，其实现的逻辑功能如表1所示。工作原理如下：当主控解锁信号为高电平时，无论当前时刻故障封锁信号处于什么状态与下一个时刻总故障信号输入值是低还是高，下一个时刻故障封锁信号输出为高电平，此时电路处于不封锁状态或解锁状态。当主控解锁信号为低电平时，若当前时刻故障封锁信号处于低电平，无论下一时刻总故障信号输入值是低还是高，下一时刻故障封锁信号输出为低电平，此时电路处于故障信号自锁状态。当主控解锁信号为低电平时，若当前时刻故障封锁信号位于高电平，下一个时刻总故障信号输入值是低电平，此时电路由检测故障信号状态转化为故障信号自锁状态。
表1故障检测与自锁逻辑功能表(n为当前时刻，n+1为下一时刻)
PWM封锁模块主要根据故障封锁信号决定是否输出PWM信号，从而使设备安全可靠的运行，其主要由与非门、非门以及下拉电阻构成，如图4所示。利用了与非门有低电平输入，输出则为高电平，利用了施密特触发器构成的非门具有边沿陡峭的功能，来实现信号封锁与信号整形的双重功能。同时，在图示位置可以插入奇数个施密特触发器构成的非门，就可以构成一对可调节死区时间的PWM输出对，直接驱动逆变电源的一个桥臂。
CPLD具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、设计制造成本低、保密性强、价格低等特点，可实现较大规模的数字逻辑电路设计，被广泛应用于工业控制方面。目前，绝大多数主控板具有CPLD，实现地址编码与译码、增加中控芯片的I/O端口数量等。本发明设计用CPLD实现硬件故障处理电路，具有抗干扰能力强、缩小制版尺寸、加密性强、成本低、升级灵活、可移植性好等优点。为了简化设计难度，在CPLD中，该部分电路采用结构化设计完成，即调用Verilog HDL内置基元中的与非门以及非门完成，RTL视图如图5所示。该设计逻辑功能仿真正确，并通过板级验证，并正常应用于感应加热电源的工程项目中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，包括硬件故障处理电路，其特征在于：所述硬件故障处理电路用于完成设备的故障处理工作，包括故障逻辑运算模块、故障检测与自锁模块以及PWM封锁模块；所述故障逻辑运算模块用于将输入的故障信号经过与或非等逻辑运算确定当前系统有无故障，有故障时总故障信号为低电平，反之为高电平；当故障逻辑运算模块判断当前系统有故障时，所述故障检测与自锁模块将总故障信号封锁，不允许其改变；所述PWM封锁模块用于将故障检测与自锁模块输出的故障封锁信号与PWM进行逻辑运算，完成PWM的输出或封锁功能。
2.根据权利要求1所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：所述故障逻辑运算模块用于完成硬件电路对多个故障处理的功能，包括若干个与非门以及非门，与非门的个数等于非门的个数，门的总个数与要处理的故障信号的关系为：Nm＝(Ng-1)×2，Nm为门的总个数，Ng为要处理的故障的个数。
3.根据权利要求2所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：所述故障逻辑运算模块电路位于所述故障检测与自锁模块电路的前面；所述故障信号从所述故障逻辑运算模块电路一端输入，另一端输出总故障信号，所述总故障信号进入所述故障检测与自锁模块电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：所述故障检测与自锁模块用于完成故障信号自锁以及主控解除封锁的功能，包括两个与非门和一个非门；所述故障检测与自锁模块电路分为4种状态，包括检测故障信号状态、不封锁状态、解锁状态和故障信号自锁状态；所述检测故障信号状态是目前电路处于正常工作状态，只要有故障产生，电路将进入故障信号自锁状态；所述不封锁状态是主控解锁信号输入始终为高电平时，此时无论有无故障产生，故障封锁信号输出均为高电平，电路不进行故障处理作用；所述解锁状态是电路处于故障自锁状态且故障已被解决，此时将主控解锁信号拉高一个时钟，电路会跳转到检测故障信号状态，进入正常工作模式；所述故障信号自锁状态是检测到故障并将故障封锁信号置为低电平直到解锁信号到来。
5.根据权利要求4所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：所述PWM封锁模块用于根据故障封锁信号决定是否输出PWM信号，包括若干个与非门、非门以及下拉电阻；所述与非门有低电平输入时输出为高电平，所述非门具有边沿陡峭的功能；所述PWM封锁模块用于实现信号封锁与信号整形的双重功能。
6.根据权利要求5所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：在故障封锁信号输入端的两个非门之间插入奇数个施密特触发器构成的非门，构成一对可调节死区时间的PWM输出对，直接驱动逆变电源的一个桥臂。
7.根据权利要求6所述的一种感应加热电源故障实时检测与处理系统，其特征在于：所述硬件故障处理电路通过CPLD实现，在CPLD中，该部分电路采用结构化设计完成，调用Verilog HDL内置基元中的与非门以及非门。
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