一种多功能组合式数控电镀电源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电镀电源系统，尤其是多功能组合式数控电镀电源系统，包括主控模块、若干个电源模块、远程主机、CAN总线和485总线，各个电源模块的输出端并联，主控模块和各个电源模块与CAN总线连接，主控模块与远程主机之间通过485总线连接。本实用新型除了稳压输出和稳流输出两种工作方式外，还具备工艺曲线和安培时计工作方式，便于实现复杂的电镀工艺；同时，各电源模块具有较全面的自检功能，采用数字控制方案，进一步提高了电源系统的控制精度、可靠性和灵活性。
【专利说明】
一种多功能组合式数控电镀电源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电镀电源系统，尤其是多功能组合式数控电镀电源系统。
【背景技术】
[0002]在大功率电镀电源中，为了获得大功率输出，经常采用多个电源模块并联组合的方法。并联组合式电源的优点是:可以降低对单个电源模块的功率要求，从而降低其设计难度;通过标准化的电源模块设计，可根据需要自由组合电源模块;利用冗余技术，个别电源模块的故障不影响电源系统整体工作，提高可靠性。
[0003]现有的并联组合式电镀电源存在如下不足:工作方式相对单一，通常只具有稳压输出和稳流输出两种方式，不具备工艺曲线、安培时计等便于实现复杂电镀工艺的工作方式;故障处理和诊断功能不完善，一般只对少数故障进行检测和处理，不能实现电源系统较为全面的故障检测、处理和诊断;稳压和温流采用模拟控制电路，控制精度、可靠性和灵活性不尚。
【实用新型内容】
[0004]鉴于以上存在的不足，本实用新型提供一种多功能组合式数控电镀电源系统，除具有稳压输出和稳流输出工作方式外，还具有工艺曲线和安培时计工作方式，可实现复杂的电镀工艺。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0006]—种多功能组合式数控电镀电源系统，包括主控模块、若干个电源模块、远程主机、CAN总线和485总线，各个电源模块的输出端并联，主控模块和各个电源模块与CAN总线连接，主控模块与远程主机之间通过485总线连接，CAN总线的两端均连接终端电阻。
[0007]对上述方案进一步设置:
[0008]所述主控模块包括分别与处理器模块电连接的人机交互模块、CAN接口模块、485总线接口模块和光耦隔离模块。
[0009 ]所述电源模块包括依次连接的输入整流模块、逆变模块、隔离变压器、输出整流模块、控制板和冷却模块。
[0010]所述控制板包括用于检测输入电源缺相和欠压的输入电源检测模块、用于驱动逆变模块中开关元件的逆变驱动模块、用于对电源模块的输出进行采样的输出采样模块、用于检测电源模块输出是否短路的输出短路检测模块、用于监控电源模块工作的处理器模块、用于对外部故障信号隔离输入的光耦隔离输入模块、用于配置电源模块通信地址的地址配置模块、用于CAN总线信号光耦隔离和信号驱动的CAN接口模块，输入电源检测模块、逆变驱动模块、输出采样模块、输出短路检测模块、地址配置模块、CAN接口模块和光耦隔离输入模块分别与处理器模块电连接。
[0011]所述多功能组合式数控电镀电源系统的工作模式包括稳流工作模式、稳压工作模式、工艺曲线工作模式和安培时计工作模式。
[0012]所述电源模块具有输入电源缺相、输入电源欠压、过流、过温、输出短路、风冷装置风扇损坏和水冷装置水压不足项目的自检功能。
[0013]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:
[0014](I)通过主控模块的控制，电源系统除了稳压输出和稳流输出两种工作方式外，还具备工艺曲线工作方式和安培时计工作方式，便于实现复杂的电镀工艺；
[0015](2)实现了对多种电源模块故障、电源系统整机故障较为全面的故障检测、处理和诊断；
[0016](3)在系统整机控制和电源模块工作控制中，均通过处理器实现数字控制，提高了控制精度、可靠性和灵活性。
[0017]以下通过附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步阐述。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的原理结构框图；
[0019]图2为本实用新型的主控模块结构框图；
[0020]图3为本实用新型的电源模块结构框图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本实用新型提供的一种多功能组合式数控电镀电源系统，包括主控模块2、若干个电源模块1、远程主机3、CAN总线和485总线，各个电源模块I的输出端连接至并联输出汇流排，实现各电源模块的并联输出；主控模块2和各个电源模块I均与CAN总线连接，CAN总线两端分别连接有终端电阻，终端电阻的电阻值一般取120 Ω ;主控模块2通过CAN总线与各电源模块I通信，以实现对各电源模块I的运行监控;通过485总线，远程主机3向主控模块2发送远程控制命令和参数，主控模块2向远程主机3发送电源系统的运行状态，从而可以通过远程主机3实现对电源系统的远程监控。
[0022]图2给出了上述方案中的主控模块2的结构框图，主控模块2包括分别与处理器模块205电连接的人机交互模块201、CAN接口模块202、485总线接口模块203和光耦隔离模块204。人机交互模块201用于实现电源工作模式的选择和参数的输入、电源运行状态显示、故障报警和故障信息显示。CAN接口模块202包括光耦隔离电路和CAN总线信号驱动电路，分别实现处理器模块205与CAN总线的光耦隔离和CAN总线信号驱动。485总线接口模块203包括光耦隔离电路和485总线信号驱动电路，分别实现处理器模块205与485总线的光耦隔离和485总线信号驱动。光耦隔离模块204用于将处理器模块205输出的加药控制信号进行光耦隔离后输出。处理器模块205用于执行实现人机交互操作、CAN通信、485总线通信以及监控电源系统运行所需要的程序。
[0023]图3给出了上述方案中的电源模块I的结构框图。电源模块I包括依次连接的输入整流模块101、逆变模块102、隔离变压器103、输出整流模块104、控制板105和冷却模块106。输入电源依次经输入整流模块101整流、经逆变模块102逆变、经隔离变压器103隔离、经输出整流模块104整流，实现隔离可调直流输出。
[0024]控制板205又包括用于检测输入电源缺相和欠压的输入电源检测模块、用于驱动逆变模块中开关元件的逆变驱动模块、用于对电源模块的输出进行采样的输出采样模块、用于检测电源模块输出是否短路的输出短路检测模块、用于监控电源模块工作的处理器模块、用于对外部故障信号隔离输入的光耦隔离输入模块、用于配置电源模块通信地址的地址配置模块、用于CAN总线信号光耦隔离和信号驱动的CAN接口模块，输入电源检测模块、逆变驱动模块、输出采样模块、输出短路检测模块、地址配置模块、CAN接口模块和光耦隔离输入模块分别与处理器模块电连接。
[0025]上述方案的多功能组合式数控电镀电源系统的工作模式包括稳流工作模式、稳压工作模式、工艺曲线工作模式和安培时计工作模式。工作时，控制板105的处理器模块输出PWM信号，经逆变驱动模块转换为开关元件的驱动信号，驱动逆变模块102中的开关元件，处理器模块可通过控制PWM信号的占空比控制电源模块I的输出电流或电压与设定值一致。
[0026]在稳流工作模式下，主控模块2将总设定电流值除以电源模块数，得到平均电流值，并通过CAN总线将平均电流值和稳流工作模式指令发送给各电源模块I;各电源模块I根据稳流工作模式指令控制自身工作于稳流工作方式。在该方式下，各电源模块I采样自身的输出电流值，计算输出电流值与平均电流值的偏差，根据偏差以PID控制方式调节PWM信号的占空比，使输出电流值与平均电流值一致。
[0027]在稳压工作模式下，主控模块2通过CAN总线将设定电压值和稳压工作模式指令发送给各电源模块I;各电源模块I根据稳压工作模式指令控制自身工作于稳压工作方式。在该方式下，各电源模块I采样自身的输出电压值，计算输出电压值与设定电压值的偏差，根据偏差以PID控制方式调节PWM信号的占空比，使输出电压值与设定电压值一致;各电源模块I在以稳压方式工作的同时，采样自身的输出电流值，并发送给主控模块2，主控模块2计算出各电源模块I的平均输出电流值，再发送给各电源模块I，各电源模块I计算自身输出电流值与平均输出电流值的偏差，根据偏差修正自身的设定电压值，使自身输出电流值与平均输出电流值趋于一致。
[0028]在工艺曲线工作模式下，主控模块2控制各电源模块I按照预先设定的工艺曲线参数输出电流或电压，工艺曲线参数分为稳压工艺曲线参数和稳流工艺曲线参数，稳压工艺曲线参数包含若干阶段的输出电压值以及每个阶段的持续时间，稳流工艺曲线参数包含若干阶段的输出电流值以及每个阶段的持续时间。开始工作时，主控模块2将稳流工作模式指令(如果是稳流工艺曲线)或稳压工作模式指令(如果是稳压工艺曲线)以及第一阶段的输出值发送给各电源模块I，使各电源模块I按照第一阶段预设值输出；同时主控模块2开始计时，当计时时间达到工艺曲线参数中第一阶段预设时间时，主控模块2将下一阶段预设输出值发送给各电源模块I，使各电源模块I按照下一阶段预设值输出；依次类推，直到最后一个阶段的持续时间到达，主控模块2发送停机指令，控制各电源模块I停止输出。
[0029]在安培时计工作模式下，主控模块2控制各电源模块I工作于稳压工作方式或稳流工作方式，并按预设值输出；主控模块2根据各电源模块I的输出值和工作时间统计电源系统当前输出的安培时数，如果当前安培时数达到预设安培时数，主控模块2输出用于控制添加电镀用料的加药控制信号，并清零当前安培时数，重新开始下一轮的当前安培时数统计和加药控制;主控模块2同时累计电源系统输出的总安培时数;加药控制信号通过光耦隔离电路输出，可以驱动加药栗的继电器开关，加药控制信号输出持续时间为预设的加药时间。
[0030]电源系统在以上述工作方式工作时，各电源模块I将自身的输出电压和输出电流值按一定时间间隔发送给主控模块2，主控模块2计算电源系统总输出电流和电压值，并通过人机交互模块201的显示器显示。
[0031]上述方案中的电源模块I还具有输入电源缺相、输入电源欠压、过流、过温、输出短路、风冷装置风扇损坏和水冷装置水压不足项目的自检功能。
[0032]电源模块I的控制板105中，电源输入检测模块检测输入电源缺相和欠压两种故障，并分别产生缺相故障指示信号和欠压故障指示信号，送给处理器模块;逆变驱动模块包含开关管过流检测和保护电路，当检测到过流时，关断开关管，并产生过流故障指示信号，送给处理器模块;输出短路检测模块检测电源输出短路故障，并产生输出短路故障指示信号给处理器模块;冷却模块包含过温检测电路、风扇故障检测电路和水冷装置水压检测电路，分别产生过温故障指示信号、风扇故障指示信号和水冷装置水压不足故障指示信号，经过光耦隔离输入模块送给处理器模块;光耦隔离输入模块还可接收若干扩展的外部设备的故障信号，经光耦隔离电路发送给处理器模块，供处理器模块识别外部设备故障;处理器模块根据接收到的上述故障指示信号，判断相应的故障状态，并将故障状态实时发送给主控模块2;如果处理器模块收到上述所述故障信号，则控制本电源模块I停止输出，同时将停机状态发送给主控模块2。
[0033]当电源模块I因上述故障停止工作时，主控模块2控制其余正常工作的电源模块I分担故障电源模块I的输出负荷，使电源系统继续按设定值输出:当各电源模块I工作在稳流工作方式下时，主控模块2将总设定电流值除以其余正常工作的电源模块数，得到新的平均电流值，并发送给各电源模块I，使各电源模块I按照新的平均电流值输出，从而维持总输出电流值不变；当各电源模块I工作在稳压工作方式下时，主控模块2使各电源模块I继续按原设定电压值输出，同时将剩余正常工作的电源模块I的平均输出电流实时发送给各电源模块I，供各电源模块I控制自身的输出电流与所述平均输出电流一致。
[0034]当各电源模块I工作在稳流工作方式下时，主控模块2实时检测正常运行的电源模块I总额定电流是否小于设定输出电流，如果是则判定为电源系统输出电流不足故障；当各电源模块I工作在稳压工作方式下时，主控模块2实时检测在电源系统总输出电流之和达到总额定电流时，输出电压在扣除误差影响后是否低于设定输出电压值，如果是则判断为电源系统输出欠压故障;在电源系统运行过程中，主控模块2实时检测在一个设定的时间间隔内，主控模块2与各电源模块I通信的故障次数，如果通信故障次数达到一个预设值，则判定为主控模块2与各电源模块I间的通信故障;主控模块2检测到上述所述故障时，控制电源系统停止工作。
[0035]当各电源模块I或主控模块2检测到故障时，主控模块2通过人机交互模块201中的蜂鸣器和LED指示灯发出报警提示，并通过显示屏提供故障信息，故障信息包含发生哪种故障和故障所在模块的信息。
[0036]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:包括主控模块、若干个电源模块、远程主机、CAN总线和485总线，各个电源模块的输出端并联，主控模块和各个电源模块均与CAN总线连接，主控模块与远程主机之间通过485总线连接，CAN总线的两端均连接终端电阻。2.根据权利要求1所述的一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:所述主控模块包括分别与处理器模块电连接的人机交互模块、CAN接口模块、485总线接口模块和光親隔尚申旲块。3.根据权利要求1所述的一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:所述电源模块包括依次连接的输入整流模块、逆变模块、隔离变压器、输出整流模块、控制板和冷却丰旲块。4.根据权利要求3所述的一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:所述控制板包括用于检测输入电源缺相和欠压的输入电源检测模块、用于驱动逆变模块中开关元件的逆变驱动模块、用于对电源模块的输出进行采样的输出采样模块、用于检测电源模块输出是否短路的输出短路检测模块、用于监控电源模块工作的处理器模块、用于对外部故障信号隔离输入的光耦隔离输入模块、用于配置电源模块通信地址的地址配置模块、用于CAN总线信号光耦隔离和信号驱动的CAN接口模块，输入电源检测模块、逆变驱动模块、输出采样模块、输出短路检测模块、地址配置模块、CAN接口模块和光耦隔离输入模块分别与处理器模块电连接。5.根据权利要求1所述的一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:所述多功能组合式数控电镀电源系统的工作模式包括稳流工作模式、稳压工作模式、工艺曲线工作模式和安培时计工作模式。6.根据权利要求4所述的一种多功能组合式数控电镀电源系统，其特征在于:所述电源模块具有输入电源缺相、输入电源欠压、过流、过温、输出短路、风冷装置风扇损坏和水冷装置水压不足项目的自检功能。
【文档编号】G05B19/042GK205540091SQ201620065907
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】潘张鑫, 阮谢永, 余亚东, 张树成
【申请人】绍兴文理学院