CN112432501A - 一种中频炉综合保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种中频炉综合保护系统及方法，所述系统包括处理器，所述处理器与中频炉控制系统的控制器通信连接；处理器根据接收到的控制器的数据与预设阈值比较后判断是否触发保护，当保护被触发时，获取并保存触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间；本公开独立于原有控制系统工作，保护点全面，发生故障时可及时切断电源供给并记录故障瞬间的波形，有利于后续维护过程中的故障原因分析。

Description

一种中频炉综合保护系统及方法

技术领域

本公开涉及中频感应熔炼技术领域，特别涉及一种中频炉综合保护系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

中频炉控制系统的主要保护点包括线圈电流、线圈电压、电容电压、逆变电压、直流电压、直流电流等信号。目前市场上中频炉熔炼系统控制主板多种多样，其中控制方式基本类似，但是保护点却有很大的区别。

本公开发明人发现，目前一些主流的控制板仅有线圈电流、直流电压等有限几个信号的保护，无法对逆变系统进行全面综合的保护，导致故障率提高；目前的保护方式大多采用原有的控制系统进行数据采集和保护动作触发，无法实现对自身控制系统的故障保护，而且当发生控制系统自身故障时，往往无法及时的对故障波形进行采集和处理，不利于后续的维护处理。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种中频炉综合保护系统及方法，独立于原有控制系统工作，保护点全面，发生故障时可及时切断电源供给并记录故障瞬间的波形，有利于后续维护过程中的故障原因分析。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种中频炉综合保护系统。

一种中频炉综合保护系统，包括处理器，处理器与中频炉控制系统的控制器通信连接；

处理器根据接收到的控制器的数据与预设阈值比较后判断是否触发保护，当保护被触发时，获取并保存触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间。

作为可能的一些实现方式，获取并保存触发保护时刻前后十个周期的波形。

作为可能的一些实现方式，还包括外部存储器，所述处理器与外部存储器通信连接，保护被触发时，处理器将触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间保存到外部存储器中。

作为可能的一些实现方式，处理器分别对线圈电压、电容电压、逆变电压、线圈电流突变、线圈电流频率和逆变电压变化率进行检测，当任意一项超过预设阈值时触发保护。

作为可能的一些实现方式，所述处理器与至少两台中频炉的控制器通信连接。

作为进一步的限定，线圈电流突变检测包括绝对保护、相对保护和斜率保护，绝对保护为电流峰值超过设定上限时触发保护，相对保护为电流峰值超过当前时刻之前预设时间段的均方根值的某一倍数时触发保护，斜率保护为电流变化斜率超过设定值时触发保护。

作为进一步的限定，线圈电流频率保护包括两种情况：当检测到电流频率超过设定的频率范围，认为系统失谐，触发保护；当检测到某半个周期的频率与前半周期频率相差过大，认为系统失谐，触发保护。

作为进一步的限定，逆变电压变化率保护分为两种情况：检测逆变电压峰值，超过峰值立刻进行保护；检测逆变电压变化斜率，超过限制时触发保护。

作为进一步的限定，线圈电流突变、线圈电流频率、逆变电压变化率保护均在处理器的定时中断中执行。

作为进一步的限定，还包括与处理器通信连接的显示模块，用于显示线圈电流、逆变电压和触发脉冲三个波形，处理器以触发脉冲为基准点进行显示锁定，每隔预设时间段进行一次显示刷新。

本公开第二方面提供了一种中频炉综合保护方法。

一种中频炉综合保护方法，利用本公开第一方面所述的中频炉综合保护系统，包括以下步骤：

根据接收到的中频炉控制系统数据，在中断时间内与预设阈值比较后判断是否触发保护；

保护触发则立刻输出故障信号，延时预设个采样周期后停止更新数据存储，置位数据存储标志位；

当数据存储标志位到来时，则将数据存储数组中的数据移动至外部存储器中的固定地址进行存储。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的系统，独立于原有控制系统工作，保护点全面，发生故障时可及时切断电源供给并记录故障瞬间的波形，有利于后续维护过程中的故障原因分析。

2、本公开所述的系统，采用数字化综合保护，保护点全面，发生故障可瞬时做出处理，能够实时波形显示，方便对波形进行监视及校准，能够实现故障状态录波，可记录多条故障波形，方便后期维护和分析。

3、本公开所述的系统，可同时对至少两台中频炉进行保护，方便后期的升级改造。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

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

图1为本公开实施例1提供的中频炉综合保护架构框图。

图2为本公开实施例1提供的录波方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种中频炉综合保护系统，包括处理器，所述处理器与中频炉控制系统的控制器通信连接；

处理器根据接收到的控制器的数据与预设阈值比较后判断是否触发保护，当保护被触发时，获取并保存触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间。

本实施例中，所述处理器采用ARM单片机stm32f407，以ARM单片机stm32f407为核心，将外部采集的线圈电流、电容电压、逆变电压等模拟量信号进行A/D数据转换化作数字信号进行处理，超过设定的阈值则触发保护。

线圈电流突变检测分为三种情况：(1)电流峰值超过设定上限触发保护，称绝对值比较；(2)电流峰值超过其前段时间均方根值的某一倍数触发保护，称相对比较；(3)电流变化斜率超过设定值触发保护，称斜率保护。

线圈电流频率保护则分两种情况：(1)检测到电流频率超过设定的频率范围，认为系统失谐，触发保护；(2)检测到某半个周期的频率与前半周期频率相差过大，认为系统失谐，触发保护。

逆变电压dv/dt保护分为两种情况：(1)检测逆变电压峰值，超过峰值立刻进行保护；(2)、检测逆变电压变化斜率，超过限制触发保护。上述线圈电流突变、线圈电流频率、逆变电压dv/dt保护均在CPU的5μs定时中断中执行，需快速响应。

剩余线圈电压、电容电压、逆变电压则仅在中断中采样，在主程序中进行均方根值计算后对其均方根值进行保护。

本实施例中，通过ARM单片机驱动4.3寸液晶屏对采样波形进行显示，液晶屏上显示线圈电流、逆变电压、触发脉冲三个波形，CPU以触发脉冲为基准点进行显示锁定，每隔100ms进行一次显示刷新，可通过按键设置显示分辨率。

具体的，将触发信号调制为普通数字量信号进行采集，数据显示也是以触发信号上升沿为基准进行刷新。

本实施例中，当本保护系统触发保护的同时，记录保护时刻的前后10个周期的波形及故障触发的时间，并将波形存储到外部的SRAM中，外部SRAM采用IS62WV51216芯片，存储容量为512M字节。由于SRAM是不带掉电存储功能，因此采用锂电池作为辅助电源在掉电时刻对数据进行保持。操作人员可在保护动作后察看触发保护时刻的波形，能够随时随刻还原故障现场，帮助维护人员对故障进行准确定位。

可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以记录保护时刻的前后更多个周期的波形，如15个周期或者20个周期，或者5个周期等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

由于目前串联谐振中频炉多数都是一拖二配置，即一电两炉，因此本实施例所述的处理器与两块控制板通信连接，可以同时采集两块控制板的信号，并分别进行保护处理。

可以理解的，在其他一些实施方式中，所述处理器也可以与更多的中频炉控制板通信连接，只要处理器的通信接口与控制板的数量相匹配即可，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

当上述信号发生异常时触发录波功能，同时输出故障信号用来停止主控板工作，接收已有板子自身的故障判断输出信号作为外部信号，同样可以触发录波功能。

具体的录波方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤一：在5μs中断中，判断故障触发则立刻输出故障信号，延时800个采样周期(由于屏幕分辨率是800*480，一个采样周期对应一个数据点，800个采样周器正好是一个屏幕的波形；采样周期可以通过外部的按键来设定，以5us为最小时基，可以设置最大为10倍的最小时基)后停止更新数据存储，置位数据存储标志位；

步骤二：在主程序中判断数据存储标志位到来，则将数据存储数组中的数据移动至SRAM中的固定地址进行存储，下次调用历史数据的时候也是按照固定地址来进行调用。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

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

Claims (10)

1.一种中频炉综合保护系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器与中频炉控制系统的控制器通信连接；

处理器根据接收到的控制器的数据与预设阈值比较后判断是否触发保护，当保护被触发时，获取并保存触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间。

2.如权利要求1所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，获取并保存触发保护时刻前后十个周期的波形。

3.如权利要求1所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，还包括外部存储器，所述处理器与外部存储器通信连接，保护被触发时，处理器将触发保护时刻前后多个周期的波形及故障触发的时间保存到外部存储器中；

或者，

所述处理器与至少两台中频炉的控制器通信连接。

4.如权利要求1所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，处理器分别对线圈电压、电容电压、逆变电压、线圈电流突变、线圈电流频率和逆变电压变化率进行检测，当任意一项超过预设阈值时触发保护。

5.如权利要求4所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，线圈电流突变检测包括绝对保护、相对保护和斜率保护，绝对保护为电流峰值超过设定上限时触发保护，相对保护为电流峰值超过当前时刻之前预设时间段的均方根值的某一倍数时触发保护，斜率保护为电流变化斜率超过设定值时触发保护。

6.如权利要求4所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，线圈电流频率保护包括两种情况：当检测到电流频率超过设定的频率范围，认为系统失谐，触发保护；当检测到某半个周期的频率与前半周期频率相差过大，认为系统失谐，触发保护。

7.如权利要求4所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，逆变电压变化率保护分为两种情况：检测逆变电压峰值，超过峰值立刻进行保护；检测逆变电压变化斜率，超过限制时触发保护。

8.如权利要求4所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，线圈电流突变、线圈电流频率、逆变电压变化率保护均在处理器的定时中断中执行。

9.如权利要求4所述的中频炉综合保护系统，其特征在于，还包括与处理器通信连接的显示模块，用于显示线圈电流、逆变电压和触发脉冲三个波形，处理器以触发脉冲为基准点进行显示锁定，每隔预设时间段进行一次显示刷新。

10.一种中频炉综合保护方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的中频炉综合保护系统，包括以下步骤：

根据接收到的中频炉控制系统数据，在中断时间内与预设阈值比较后判断是否触发保护；

保护触发则立刻输出故障信号，延时预设个采样周期后停止更新数据存储，置位数据存储标志位；

当数据存储标志位到来时，则将数据存储数组中的数据移动至外部存储器中的固定地址进行存储。

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