应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统的制作方法

文档序号:7502210阅读:438来源:国知局
专利名称:应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统,尤其是一种将多台晶闸管调功器进行联网,减少电网负荷的智能调功系统。
本发明的技术方案是本发明包括多台调功器,各调功器内设置有通讯端口,经通讯线连接进行数据传递,所有数据通过主调功器的运算后将结果传递回从调功器,从调功器通过对主调功器命令的识别做出对应的触发动作,主调功器和从调功器的设置是由中央处理器对不同的地址码的识别来完成的,任何一台调功器都可以设置成为主调功器或从调功器。
调功器内设有将该台调功器设置成主调功器或从调功器的指拨开关,调功器通过对其自身地址码的识别的方式来完成主调功器或从调功器的设定,各单台调功器之间通过通讯端口、通讯线的方式连接,各单台调功器之间的数据传递是通过通讯端口、通讯线来实现的。
本发明通讯端口的通讯方式为RS485半双工通讯接口方式,即2线制,或采用4线制RS232、RS422总线方式。
本发明调功器以中央处理器为中心控制部件,外部连接输入设备和输出设备,输入设备包括信号采集电路,报警采集电路,信号分析处理电路,输出设备包括晶闸管触发电路、各种报警信号触发电路,中央处理器还联接有由通讯模块、光电耦合器、与非门、电阻构成的在中央处理器控制下实现通讯数据发送与接收的通讯端口,通讯端口由光电耦合器与中央处理器联接。
本发明所适用的“应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统”已由本申请人另行申报发明专利。
本发明的电路动态说明在电力电网上电压以正弦波的方式进行传递,同步采集电路将正弦波转换为方波形成同步信号并传送到中央处理器,中央处理器根据方波的周期和起始时间决定触发时间。外部给定信号以电位器或其它仪表给出的4~20mA信号为调节标准,通过V/F转换电路变换为脉冲信号传递给中央处理器,中央处理器对其进行计数从而得到给定信号值。中央处理器在得到给定信号和同步信号的基础上对其触发时间进行计算并在其相应的触发时间到来时触发晶闸管。从而实现与给定信号相一致的功率输出,完成调功功能。
当多台调功器同时工作时,并有主调功器的情况下,主调功器将接管从调功器的控制权。即从调功器通过同步采集电路和给定信号采集转换电路将同步信号和外部给定信号送从调功器,从调功器在的知有主调功器的前提下将给定信号通过通讯信号线发送至主调功器,主调功器在得到多台从调功器的给定信号后将多个给定信号进行排列、运算,最终得到一个最合理的触发时序,如

图11,主调功器将根据此时序控制各个从调功器在相应的时间发出触发动作。主调功器的控制是以对多台从调功器的数据通讯的方式来进行的,在此通讯模式中是以一点(主调功器)对多点(多台从调功器)为通讯基础的。即从调功器发送的信号只能由主调功器识别,而主调功器发送的信号可以由从调功器中任意一台识别。此举避免了通讯中的数据互相影响,交叉干扰及数据流的瓶颈效应。从调功器的数据发送形式为数据包形式,数据包包括“数据头”+“数据本体”+“数据校验”+“数据结束符”共同组成。
通讯的具体方式为中央处理器89C52的10脚(RXD)11脚(TXD)将数据包发出,数据包形式如下“@+地址+XX1+XX2+CR”,其中XX1为数据体,XX2为数据校验值,CR为结束符。此数据包通过光耦(N16、N17)传送到通讯芯片SN75LBC180(N180)的5脚(D传送信号输入端),再经过中央处理器的23脚(P2.2)置位一个高电平通过N9C(74HC10)将其变换为一个低电平,以打开光耦N16A,使得通讯芯片SN75LBC180(N180)的4脚(DE)得到一个低电平,将发送门打开。此时,从中央处理器发送的信号将通过TX1脚TX2脚输送到通讯线上。当通讯线上有信号来时,通过RX1脚RX2脚进入通讯芯片SN75LBC180(N180)中,因为SN75LBC180(N180)的3脚(RE)直接接地,所以始终为低。则接收的门电路始终打开,当接收端有信号进入时,立刻通过光耦N17传送到中央处理器的10脚(RXD)。传送到的信号被中央处理器接收后,经中央处理器判断,是否为自己的信号,如确认为自己的信号则处理数据,反之则舍弃数据。由此,数据的接收和发送工作完毕。
在通讯中,如果出现通讯中断情况,则失去通讯联系的从调功器将返回到无通讯状态的自由运行状态,当通讯恢复时重返通讯受控状态。
在通讯模式下,主调功器的调配原则为当总导通时间小于或等于满周期(2S)时,导通时间的排列方式为顺序排放,即1号导通完毕、2号导通,2号导通完毕……n号导通。如总导通时间大于满周期而又小于2倍满周期时,导通时间的排列方式为组合最接近满周期的设备为第一列,余下的设备顺序排放成为第二列,第一列和第二列在时间上重合,如图12所示。
本发明的调功器可单独工作,也可如本发明经通讯线进行多台联网工作。当处于联网状态时,子机的采集数据通过网络接口送交主机处理,主机将运算后的处理结果通过网络接口反馈给子机,从而达到分时分段运行减少电网影响的目的。
本实用新型的优点在于该调功器在通讯模式下,其通断时间受其中一个主调功器的统一安排,将启动的重叠时间降低到最小程度,通过主调功器在通讯线上的统一调配,晶闸管输出触发中的重合部分减少,电力电网受到的冲击相应减少,从而降低电力电网对其他设备的冲击,有效的保护了其他设备和调功器本身的正常工作。另外还具有电路紧凑严谨,故障率低,易于维护的优点。
附图及图面说明图1为本发明系统组成结构框2为本发明调功器结构框3--图9为本发明调功器电路原理图,其中图3为调功器主控板电路原理4为外部给定信号采集电路原理5为三相电源回路输入及过流报警采集电路原理6为三相同步信号及断相报警采集电路原理7为晶闸管触发回路电路原理图1图8为晶闸管触发回路电路原理图2图9为主控板电源供电及报警输出回路电路原理10为2台调功器在非通讯状态下电网与调功器输出波形11为本发明2台调功器在通讯状态下电网与调功器输出波形12为本发明多台调功器在通讯状态下电网与调功器输出波形13-图15为本发明系统的工作效果与同类产品的工作效果相比较的电力电网负荷波形对比图,A为电力电网波形曲线,B为电力电网负荷波形曲线,1~4为调功器触发波形曲线,其中
图13为总负荷为100%,1-4号导通均为25%的情况时的电力电网负荷波形图,其中a为现有同类技术工作效果情况;b为本发明工作效果情况图14为总负荷为185%,1号导通25%,2号导通60%,3号、4号导通均为50%的情况时的电力电网负荷波形图,其中a为现有同类技术工作效果情况;b为本发明工作效果情况图15为总负荷为165%,1号导通25%,2号导通10%,3号导通50%、4号导通80%的情况时的电力电网负荷波形图,a为现有同类技术工作效果情况;b为本发明工作效果情况图16为实施例电力电网波形图由图1可知,调功器的通讯连接除通讯线外无需附加任何元件和电路。
在图2中可以看出,整个调功器以中央处理器为中心控制部件,外部连接输入设备信号采集电路、信号分析处理电路、报警采集电路,输出设备晶闸管触发电路、各种报警信号出发电路,以及输入输出设备通讯接口模块。其中,中央处理器的具体实施器件为89C52单片机。
在图3中,调功器控制核心部件为AT98C52中央处理器,负责对数据信号和报警信号的采集和处理加以控制,其电路由中央处理器N10/89C52、排阻RA1/8*10K、排阻RA2/8*10K、排阻RA3/8*10K、指拨开关K1、12M晶体震荡器JZ、电容C17、C18组成;25045为带EEPROM看门狗芯片,完成对中央处理器的监控,当中央处理器发生故障时及时报警并复位中央处理器;SN75LBC180为通讯模块,在中央处理器的控制下实现通讯数据的发生与接收,其组成电路由通讯模块SN75LBC180、光电耦合器N16A、N16B/TLP521-2、N17/TLP521-1、非门N9C/74HC10、电阻R60/10K、R61/10K、R63/10K、R62/10K构成,其中TLP521为光耦,对大电流设备或有可能带干扰的设备进行隔离,以保证中央处理器的正常工作;LM331为V/F转换器,即实现给定信号的模数转换,将电压变化量转换为脉冲数字量供中央处理器采集,其电路组成由模数转换芯片N12/LM331、非门N8D/74HC04、电阻R38/100K、R40/2K、R41/5.6K、R39/100K、可调电阻VR1/10K、电容C19/0.47uF、C20/1uF、C21/10nF构成。再外加电源供电部分共同组成控制电路。晶闸管完成对外的实际输出控制工作,使强弱电完全分离,从而杜绝电力电网上的冲击干扰。
主从调功器的设置方法及原理是K1为5位指拨开关,K1的4、5位拨码为调功器主从状态设置选择位,指拨开关4、5位都拨到“ON”位置时,此台调功器为主调功器,即“00”状态为其地址码,此台调功器的中央处理器将识别这两位地址码,如两位都为低,则为主调功器;如两位不是都为低,则为从调功器。其它有“01”、“10”、“11”状态为三个从调功器的地址码。当调功器识别自身为主调功器时,将启动主机子程序,调用信号运算功能,对从机发送的数据加以处理,当调功器识别自身为从调功器,将启动从机子程序,将自身采集到的给定信号送到主调功器处理。
本发明调功器在通讯模式下,其通断时间受主调功器的统一安排,将启动的重叠时间降低到最小程度。现就两台调功器在非通讯状态和通讯状态下的运行情况加以具体说明如图10所示,晶闸管的触发输出波形在两个时间上有重合,从而不然导致电力电网上电流的增长。通过主调功器在通讯线上的统一调配,晶闸管输出触发中的重合部分减少,电力电网受到的冲击相应的减少,从而降低电力电网对其他设备的冲击,有效的保护了其他设备和调功器本身的正常工作。由此可知当多台调功器同时工作时,在调功器的调度下对电力电网的冲击将减少到最低限度,如图12所示。
现将本发明系统的工作效果与其他同类产品的工作效果作一个比较,以说明本发明的优越性。在此举出在几种情况下的输出关系,来加以阐述一、总负荷为100%,1-4号导通均为25%的情况
从图13、(a)中可以看出在最下面的电力电网负荷波形上所有的负荷叠加在一起,使得电网负荷很重,为4倍负荷,而25%以后的时间,电网的负荷为零,从而电网的波动十分剧烈,冲击十分严重。而在本发明的系统中电力电网的负荷情况如图13、(b)所示,从图中可以看出在本发明系统中各个负荷量的时间段被有序的分别排列,从而使得电网上负荷量被平均化了,在电网上得到一个均匀的负荷量波形。4台调功器的导通时间相加正好为100%,所以电网上没有负荷叠加现象。
二、总负荷为185%,1号导通25%,2号导通60%,3号、4号导通均为50%的情况从图14(a)中看到4台调功器负荷之和大于100%,也就是说在电网上必然出现叠加现象,图中4条曲线在前半段的叠加情况非常严重,后半段叠加情况有所减缓,但同样不容乐观。在整个电力电网坐标图中,有40%的时间是空运行的。从而形成电网前后波动剧烈,形成对电网的冲击。图14(b)表示本发明的工作效果情况,从图中可以看到在同一时间段中最多只有两条曲线进行叠加,最主要的是整个电网的负荷情况比较均匀,没有大的波动。从而有力的保证了电网的纯净。
三、总负荷为165%,1号导通25%,2号导通10%,3号导通50%、4号导通80%的情况这是一种非常糟糕的情况。图15(a)中,4条曲线是从小到大的排列,当它们的负荷在电网上产生叠加时我们可以看出,负荷的情况很像是一个震荡的冲击波。它的存在将使得一些仪器仪表设备出现异常情况,甚至无法使用,也会使得一些大型的感性设备受到强烈的冲击。如图15(b)所示,本发明系统很好地解决了上述问题,我们得到的依旧是一条均匀的负荷曲线,在整个电网运行时间段中没有大的突跳变化,负荷情况显得均匀而由平滑,达到了我们的预期目的。在整个过程中不需要任何的人工干预。这就是智能系统带给用户的方便和超强的稳定性。
本系统主要应用于冶金、化工、机械、轻工、真空设备、玻璃生产、科学实验等领域的加热设备的温度控制系统及开关控制中。
下面给出一个具体实施例某食品厂的烘烤车间有四台烘烤机需要对其温度控制系统进行改造。其方案如下应用设备本发明带通讯端口的调功器4台、原有烘烤机4台(电阻丝发热体)、电控柜和控制器及温控仪数个、热偶4只、其他相应辅助设备、电源设备等。
应用方案应用本发明的带通讯端口的调功器为主体,连接输入设备(控制器、温控仪),控制输出设备(烘烤机电阻丝发热体)。控制周期为2S,控制电压输出范围为0~100%。当单台调功器工作时,其根据热偶传递的4~20mA信号进入温控仪,温控仪上显示当前温度值,并根据用户对温控仪的温度段设置将控制信号(4~20mA)传送到调功器的控制信号输入端。此时调功器根据输入信号改变输出端晶闸管的触发时间数量,从而改变输出端的电压值,以次达到控制电阻丝发热体升温或降温的过程。
当四台烘烤机同时工作并进入通讯模式时,其中任意一台为主调功器,其它三台为从调功器。从调功器将温控仪传送的熟土信号通过通讯线发送至主调功器中,在此假设四台烘烤机的给定量之和小于等于100%,则主调功器分配的导通时间序列为1#,1#,3#,4#,即1#主调功器先导通,其它调功器处于待机状态,输出端没有电压。主调功器导通完毕后,2#从调功器导通,主调功器和其它从调功器处于待机状态。2#从调功器导通完毕后,3#从调功器导通。以次类推完成一次输出过程。从调功器在此控制周期内的导通与否是由主调功器在每个控制周期的第一个同步信号到来时发送至每一个从调功器的。详细见前述“电路动态说明”。
如四台烘烤机的给定量之和大于100%而又小于等于200%时,主调功器分配的导通时间序列为在四台调功器中给定量之和最接近100%的1~3台调功器为第一序列,其余的调功器为第二序列。第一序列和第二序列在时间段上是重合的。其信号发送过程和触发过程同上所述。
当四台烘烤机的给定量之和大于200%而又小于等于300%时,主调功器分配的导通时间序列为将四台调功器的给定量进行排列,第一序列从最小给定量调功器开始,紧接次最小给定量调功器,如之和大于100%,则多余部分排列至第二序列的首部,其后紧接较大给定量调功器,如之和大于100%,则多余部分排列至第三序列的首部,依次类推,完成导通时间序列的分配工作。其信号发送过程和触发过程同上所述,如图16所示。
当四台烘烤机的给定量之和大于300%时,主调功器不再分配导通时间序列,各调功器自行安排输出的导通时间。此时,除从调功器仍向主调功器发送给定值保持通讯外,其它状态实际上已经回到单台调功器独立工作状态。
权利要求
1.应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统,包括多台调功器,其特征在于各调功器内设置有通讯端口,经通讯线连接进行数据传递,所有数据通过主调功器的运算后将结果传递回从调功器,从调功器通过对主调功器命令的识别做出对应的触发动作,主调功器和从调功器的设置是由中央处理器对不同的地址码的识别来完成的,任何一台调功器都可以设置成为主调功器或从调功器。
2.根据权利要求1所述的应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统,其特征在于调功器的中央处理器为中心控制部件,外部连接输入设备和输出设备,输入设备包括信号采集电路,报警采集电路,信号分析处理电路,输出设备包括晶闸管触发电路、各种报警信号触发电路,中央处理器还联接有由通讯模块、光电耦合器、与非门、电阻构成的在中央处理器控制下实现通讯数据发送与接收的通讯端口,通讯端口由光电耦合器与中央处理器联接。
3.根据权利要求1或2所述的应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统,其特征在于调功器通过对其自身地址码的识别的方式来完成主调功器或从调功器的设定,各单台调功器之间通过通讯端口、通讯线的方式连接,各单台调功器之间的数据传递是通过通讯端口、通讯线来实现的。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于加热设备的温度控制系统的晶闸管调功系统,其特征在于调功器通讯端口的通讯方式为RS485半双工通讯接口方式,即2线制,或采用4线制RS232、RS422总线方式。
全文摘要
本发明公开了一种应用于加热设备的温度控制系统的调功系统,各调功器内设置有通讯端口,经通讯线连接进行数据传递,所有数据通过主调功器的运算后将结果传递回从调功器,从调功器通过对主调功器命令的识别做出对应的触发动作,主调功器和从调功器的设置由跳线完成,任何一台调功器都可以通过跳线的设置成为主调功器或从调功器,采用本发明可减少电力电网受到的冲击,从而降低电力电网对其他设备的冲击,有效的保护了其他设备和调功器本身的正常工作。
文档编号H02J3/14GK1354552SQ01133710
公开日2002年6月19日 申请日期2001年12月20日 优先权日2001年12月20日
发明者王军, 周英怀 申请人:四川德阳阳光电气有限公司
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