CN108279621A - 一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法，包括多路电位计、隔离滤波电路、单片机、信号输出电路、多个主控板和上位机。本发明支持4路电位计输入，最大支持一拖四功率分配，且对4路输入信号进行集中采集处理，提高了采样的精度和一致性，避免以往主控板由于互相交互采样导致的功率分配不一致，功率最大值不一致的现场。

Description

一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法

技术领域

本发明涉及中频感应熔炼的技术领域，具体涉及一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法。

背景技术

目前市场上中频炉熔炼系统大多采取一拖二技术，即两块控制板之间互相把彼此的外部电位计给定的0-5V信号给对方，每一台当作一个独立的功率计算单元，且无隔离功能。这样做的缺点是很显著的：首先，只能用在一拖二系统，对于很多用户要求的一拖多系统则无法支持；其次每块电路板受到采样精度的影响，无法实现功率的统一分配，经常会出现A炉B炉满功率值不一致的现象，严重影响了熔炼的效率和能耗；再次电位计信号从现场传送到控制板一般会有30-50米的距离，这段电缆非常容易受到干扰，会有引入高压击坏主控板子的模拟口甚至整个电源的危险，以往也有类似的案例。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法，该系统支持4路电位计输入，最大支持一拖四功率分配，且对4路输入信号进行集中采集处理，提高了采样的精度和一致性，避免以往主控板由于互相交互采样导致的功率分配不一致，功率最大值不一致的现场。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种中频炉智能隔离型功率分配系统，包括

多路电位计，每路所述电位计分别通过一个隔离滤波电路与主控制器相连；

主控制器，其用于根据多路电位计所采集的功率信号自动进行功率分配调整，并将调整后的多路功率信号分别转换为给定电压发送给主控板；

主控板，包括多路，每路主控板分别对应接受一路给定电压信号。

进一步的，所述隔离滤波电路包括钳位电路、低通滤波电路、光电隔离电路和模拟信号处理电路。

进一步的，所述钳位电路，其用于当输入电压超过电压采样范围时，对隔离滤波电路进行钳位保护；

所述低通滤波电路，其用于滤除采样信号中的高频电压，消除电压扰动；

所述光电隔离电路包括线性光藕，其用于对外部输入的带有干扰的信号与主控板采样信号进行隔离；

所述模拟信号处理电路为轨到轨运放电路，其用于实现采样电压的全范围输出。

进一步的，所述主控制器包括单片机和信号输出电路，所述单片机用于对多路功率信号自动进行功率分配调整，所述信号输出电路用于将多路分配调整后的功率信号分别转换为给定电压。

进一步的，所述信号输出电路包括D/A转换芯片和可控精密稳压源，所述D/A转换芯片用于同时输出多路不同电压范围的模拟量信号，所述可控精密稳压源用于为D/A转换芯片提供电压基准。

进一步的，所述功率分配系统还包括上位机，所述上位机用于监视功率分配系统的输入输出参数，并在线修改总功率限制的设定值。

进一步的，所述上位机通过串口与通讯信号处理电路连接，所述通讯信号处理电路与主控制器连接，其中，所述串口为带有驱动隔离技术的串口。

该串口与现有的主控板接口一致，方便接入原有系统，同时采用隔离驱动的技术，可有效防止外部干扰对系统产生采集数据跳变甚至死机等不利影响

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种中频炉智能隔离型功率分配方法，包括：

集中采集包括至少两路现场功率信号；

将现场功率信号经滤波和隔离处理后自动进行求和计算；

根据现场功率信号的和和系统允许的最大总功率统一进行功率分配调整；

将调整后功率转换为给定电压。

进一步的，所述功率分配方法为：

当给现场功率信号值的和小于最大总功率给定值时，单片机根据各自的功率信号分别进行功率调整，互不干涉；

当给现场功率信号的和大于最大总功率给定值时，单片机根据各自功率信号在总功率给定值中占的比例权重来分配调整。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

1)对设备进行初始化；

2)对多路功率信号进行模拟量采集，并进行求和计算；

3)判断多路功率信号的和是否小于系统允许的最大总功率，若是则执行步骤4)，否则执行步骤5)；

4)根据各自功率信号独立进行功率调整；

5)根据各自功率信号在最大总功率中所占的比例权重来分配调整；

6)每隔一段时间执行一次与上位机的通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、最大支持同时使用4台熔炼系统；

2、对4路输入信号进行集中采集处理，提高了采样的精度和一致性，避免以往主控板由于互相交互采样导致的功率分配不一致，功率最大值不一致的现场；

3、1-4路控制功能随意选择，应用灵活方便；

4、外部模拟量输入采取隔离滤波措施，避免外部引入高压烧坏主控板；

5、通过串口进行参数监视和设定，和现有的主控板接口一致，方便接入原有系统，串口采用隔离驱动的技术，有效防止外部干扰对系统产生采集数据跳变甚至死机等不利影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一种中频炉智能隔离型功率分配系统结构图；

图2为本发明的隔离滤波电路；

图3为本发明的tlv5604输出电路；

图4为本发明的通讯信号处理电路。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法支持一拖多系统，无法实现功率的统一分配，有引入高压击坏主控板子的模拟口甚至整个电源的危险的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提供了一种中频炉智能隔离型功率分配系统及方法，该系统支持4路电位计输入，最大支持一拖四功率分配，且对4路输入信号进行集中采集处理，提高了采样的精度和一致性，避免以往主控板由于互相交互采样导致的功率分配不一致，功率最大值不一致的现场。

如图1所示，一种中频炉智能隔离型功率分配系统，包括

多路电位计，每路所述电位计分别通过一个隔离滤波电路与主控制器相连；

主控制器，其用于根据多路电位计所采集的功率信号自动进行功率分配调整，并将调整后的多路功率信号分别转换为给定电压发送给主控板；

主控板，包括多路，每路主控板分别对应接受一路给定电压信号。

具体实施中，所述主控制器包括单片机和信号输出电路，所述单片机用于对多路功率信号自动进行功率分配调整，所述信号输出电路用于将多路分配调整后的功率信号分别转换为给定电压。

优选的，所述单片机为AVR系列mega8单片机，自带8路A/D采样，根据运行要求可最多对4路现场电位计的0-5V信号采样。

图2为隔离滤波电路，由图2可知，所述隔离滤波电路包括钳位电路、低通滤波电路、光电隔离电路和模拟信号处理电路，通过将输入模拟信号进行钳压、滤波、光电隔离和运放处理，有利于提高系统运行的稳定性和安全性，提高主控板的抗干扰能力。

具体实施中，如图2所示，D1和D2为钳位二极管，当输入电压由于外部原因引入大于5V或小于0V的尖峰时，对隔离滤波电路进行钳位保护，D3为双向TVS，用作对差模信号的浪涌吸收；

R1和C3构成了一个低通滤波器，因为系统谐振频率大约在300-1000赫兹，因此滤波器的频率设定为100赫兹，将高频电压给滤除，消除扰动；

U10为线性光藕HCRN201，将外部输入带有干扰的信号与系统主板采样信号电源隔离，这样会避免由于外部引入强电干扰而烧毁主控板的风险；

采用轨到轨运放OPA2340作为模拟信号处理电路，可以在0v-5v全电压范围输出，不会导致信号失真。

所述信号输出电路包括D/A转换芯片和可控精密稳压源，所述D/A转换芯片用于同时输出多路不同电压范围的模拟量信号，所述可控精密稳压源用于为D/A转换芯片提供电压基准。

优选的，所述D/A转换芯片为12位D/A转换芯片tlv5604或tlv5614，该芯片可以同时输出四路不同电压范围为0-5V的模拟量信号，所述可控精密稳压源为TL431，用于为tlv5604或tlv5614提供一个精准的2.5v电压基准，具体实施情况如图3所示。

具体实施中，所述单片机通过SPI接口将需要输出的电压传送给12位D/A转换芯片tlv5604或tlv5614。

如图1所示，所述功率分配系统还包括上位机，所述上位机用于监视功率分配系统的输入输出参数，并在线修改总功率限制的设定值。

所述上位机通过串口与通讯信号处理电路连接，所述通讯信号处理电路与主控制器连接，其中，所述串口为带有驱动隔离技术的串口。该串口与现有的主控板接口一致，方便接入原有系统，同时采用隔离驱动的技术，可有效防止外部干扰对系统产生采集数据跳变甚至死机等不利影响。

优选的，如图4所示，所述通讯信号处理电路为通过采用ADM2483芯片进行带隔离的RS485通讯电路。

所述上位机通过串口MODBUS协议进行参数监视和设定。

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种中频炉智能隔离型功率分配方法，包括：

集中采集包括至少两路现场功率信号；

将现场功率信号经滤波和隔离处理后自动进行求和计算；

根据现场功率信号的和和系统允许的最大总功率统一进行功率分配调整；

将调整后功率转换为给定电压。

当对4路现场电位计进行信号采样时，所述功率分配公式为：

其中，V_TOTAL为系统允许的最大总功率，通过上位机将此参数固化到功率分配系统的CPU里面，V_IN1-V_IN4为从现场电位计给定的原始电压，V_OUT1为实际输出给某一路主控板的功率给定信号。

由功率分配公式可知，所述功率分配调整方法为：

当4路原始电压值的和小于最大总功率给定值时，单片机根据各自原始电压值进行功率调整，互不干涉；

当4路原始电压值的和大于最大总功率给定值时，单片机根据各自原始电压值在总功率给定值中占的比例权重来分配调整，因此可以智能的限制系统的总功率。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

1)对设备进行初始化；

2)对多路功率信号进行模拟量采集，并进行求和计算；

3)判断多路功率信号的和是否小于系统允许的最大总功率，若是则执行步骤4)，否则执行步骤5)；

4)根据各自功率信号独立进行功率调整；

5)根据各自功率信号在最大总功率中所占的比例权重来分配调整；

6)每隔0.2秒执行一次与上位机的通讯。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于：包括

多路电位计，每路所述电位计分别通过一个隔离滤波电路与主控制器相连；

主控制器，其用于根据多路电位计所采集的功率信号自动进行功率分配调整，并将调整后的多路功率信号分别转换为给定电压发送给主控板；

主控板，包括多路，每路主控板分别对应接受一路给定电压信号。

2.如权利要求1所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，所述隔离滤波电路包括钳位电路、低通滤波电路、光电隔离电路和模拟信号处理电路。

3.如权利要求2所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，

所述钳位电路，其用于当输入电压超过电压采样范围时，对隔离滤波电路进行钳位保护；

所述低通滤波电路，其用于滤除采样信号中的高频电压，消除电压扰动；

所述光电隔离电路包括线性光藕，其用于对外部输入的带有干扰的信号与主控板采样信号进行隔离；

所述模拟信号处理电路为轨到轨运放电路，其用于实现采样电压的全范围输出。

4.如权利要求1所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，所述主控制器包括单片机和信号输出电路，所述单片机用于对多路功率信号自动进行功率分配调整，所述信号输出电路用于将多路分配调整后的功率信号分别转换为给定电压。

5.如权利要求1所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，所述信号输出电路包括D/A转换芯片和可控精密稳压源，所述D/A转换芯片用于同时输出多路不同电压范围的模拟量信号，所述可控精密稳压源用于为D/A转换芯片提供电压基准。

6.如权利要求1所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，所述功率分配系统还包括上位机，所述上位机用于监视功率分配系统的输入输出参数，并在线修改总功率限制的设定值。

7.如权利要求6所述的一种中频炉智能隔离型功率分配系统，其特征在于，所述上位机通过串口与通讯信号处理电路连接，所述通讯信号处理电路与主控制器连接，其中，所述串口为带有驱动隔离技术的串口。

8.一种中频炉智能隔离型功率分配方法，其特征在于，包括：

集中采集包括至少两路现场功率信号；

将现场功率信号经滤波和隔离处理后自动进行求和计算；

根据现场功率信号的和和系统允许的最大总功率统一进行功率分配调整；

将调整后功率转换为给定电压。

9.如权利要求8所述的一种中频炉智能隔离型功率分配方法，其特征在于，所述功率分配调整方法为：

当给现场功率信号值的和小于最大总功率给定值时，单片机根据各自的功率信号分别进行功率调整，互不干涉；

当给现场功率信号的和大于最大总功率给定值时，单片机根据各自功率信号在总功率给定值中占的比例权重来分配调整。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

1)对设备进行初始化；

2)对多路功率信号进行模拟量采集，并进行求和计算；

3)判断多路功率信号的和是否小于系统允许的最大总功率，若是则执行步骤4)，否则执行步骤5)；

4)根据各自功率信号独立进行功率调整；

5)根据各自功率信号在最大总功率中所占的比例权重来分配调整；

6)每隔一段时间执行一次与上位机的通讯。