专利名称：一种电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电泳电源控制系统的无扰动切换方法，属电源技术领域。
背景技术：
电泳电源在运行时，因某一个部件或某一零件失效而产生故障时，必然引起整个电泳涂漆流水线的停止运行。为防止电泳电源的供电中断，通常有两种方法可以选择，一种方法是安装两台电泳电源设备，一台投入运行，另一台作为备用，发生故障使予以切换，此方法投资大，而且切换操作复杂，因切换而消耗的时间较长；另一种方法是在一台电源设备内部安装两套控制系统，考虑到设备的故障多半是由控制系统的故障引发的，切换控制系统要比切换整套电泳电源设备要快速而简便得多。但是控制系统的切换，无论动作多么快，输出电压和电流总要跳动一次，这将对正在连续生产的产品质量造成不良影响。为此，使用电泳电源的单位、特别是汽车制造厂，迫切希望能使电泳电源的在线控制系统和备用控制系统之间能够平滑无扰动地完成切换操作、以便对整个电泳装置的供电输出不产生任何影响。
发明内容
本发明用于克服上述已有技术之缺陷而提供一种电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的一种电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，它以晶闸管作为整流电路的控制元件，并包括用于晶闸管的触发脉冲形成电路和功放电路，其中，形成触发脉冲的方波在定时器中形成，经电容和电阻组成的微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器而后输出至晶闸管的控制端，改进后的控制电路，增设了一套备用控制系统，并采用如下步骤a.备用控制系统和在线控制系统均采用参数完全相同的单片机，两套控制系统的电路组成也完全相同，其输入信号在硬件上完全并联，其输出信号在硬件上也完全并联；
b.两套控制系统同时投入运行，均时刻进行故障检测，一旦在线控制系统发现故障，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行；c.反馈电路采用比例积分调节模式，当在线控制系统进行闭环调节运算时，备用控制系统也同时进行闭环调节运算，但备用控制系统的输出被程序封锁，在线控制系统的输出则输送至触发脉冲形成电路，在线控制系统和备用控制系统之间的切换，由程序控制。
上述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，所述触发脉冲方波在定时器中形成，定时器的延时数由CPU通过数据总线写入，其输出为触发脉冲方波，经微分电路后形成触发脉冲，所述触发脉冲定时器的延时数按下式计算THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL为经过比例积分计算后应送到定时器的双字节延时数；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数；Kp为比例系数，Ki为积分系数；e(t)为给定值与反馈值之差的瞬时值，∑e(t)为给定值与反馈值之差的累积值。
上述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，所述备用控制系统和在线控制系统之间，设有双机热备用通讯电路，双机热备用通讯电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和触发脉冲形成电路中的CPU为同一个芯片，CPU的通讯端RXD、TXD分别接三态门IC11AA、IC11AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，所述发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和接收端SONG相接，两个三态门的控制端并接后由CPU控制其选通。
上述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，所述备用控制系统和在线控制系统之间采用UART通讯方式2。
上述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，在微分电路之后增设门阵列电路IC20，IC20采用GAL16V8芯片或二极管或门电路，IC20的输出为双窄脉冲，门开关的开通由CPU控制。
按照本发明的切换方法，能可靠地完成切换所必需的“握手”、请求、允许、及切换瞬间PI调节数据的传送工作。由于它采用备用控制电路时刻追踪在线控制电路的控制参数，将在线控制系统计算得到的数据作为备用系统的控制值。该控制值是采用比例积分模式求得的，这种调节模式可以兼顾调节系统的稳定性和调节精度之间的矛盾，一旦与给定值之间出现偏差，可以迅速利用比例分量的强烈调节作用来消除这种偏差，当偏差减小后，又能利用积分分量维持足够高的控制精度。因此，一旦在线系统和备用系统之间的切换请求被批准，就能瞬间将在线主板积分运算的累加数据向备用系统传送，这样，备用系统一开始工作，采用的就是原在线控制系统终止瞬间的控制值∑e(t)，从而达到了无扰动切换的效果。
图1是本发明的电原理框图；图2是电原理图；图3是双机热备用通讯电路电原理图；图4是切换程序流程图。
具体实施例方式
实现无扰动切换应确保控制系统在发现故障后能快速切换，同时，还要求切换前，备用控制系统应该能够准确地跟踪在线控制系统的工作点，即备用控制系统投入的晶闸管触发角，应与即将退出的在线控制系统的触发角相一致。
本发明采用的解决方法是1.控制系统采用单片机控制 两套控制系统同时投入运行，并且时刻进行故障检测，一旦在线的工作系统发现故障，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行，如果在线控制系统工作正常而备用控制系统故障，备用控制系统自动发出故障信号，可及时更换；2.两套控制系统的输入信号在硬件上完全并联，输出信号在硬件上也完全并联，开机后，不但在线工作系统在进行闭环调节运算，而且备用控制系统也在进行闭环调节运算，但是备用控制系统的输出(包括晶闸管的触发脉冲)被程序封锁，而在线控制系统的输出则是被程序开放的，一旦需要切换，可以立即封锁在线控制系统，开通备用控制系统的输出(包括晶闸管的触发脉冲)，做到快速响应；3.两个不同控制系统，虽然输入的反馈量是并联的，但是在不同的控制系统中，到达模数转换器的输入端上的量，往往不可避免地会有细微的差别，再加上不同模数转换器的转换特性也不可能完全一致；同时，在实际应用中，为了求得电源输出的稳定，闭环调节器(程序)往往采用比例积分调节器，在线控制系统因为在不断地进行调节，调节器的输出不会饱和，而备用控制系统虽然也在做闭环运算，但是脉冲的输出是被封锁的，因此备用控制系统的运行是开环的，调节器的输入不等于零，这个值无论多么小，经过长时间的积分后，积分后得到的值一定达到饱和(不是正的饱和就是负的饱和)。因此，如果不采取措施，切换还会发生大的跳动。因此本专利提出备用控制系统的比例积分运算，必须时时刻刻跟踪在线控制系统的运算结果。为了紧紧地跟踪在线控制系统，两个系统之间必须有快速的通讯，将在线控制系统算得的结果，快速传速到备用控制系统，对于十二脉波的晶闸管整流电路而言，通讯时间不得超过相邻两相触发脉冲的时间间隔，对于十二脉波整流而言，不得超过1.6毫秒。
电泳电源的控制系统在运行中，比较严重的故障例如过电压和过电流，这类故障都需要立即切换系统，另一类故障是电泳电源的输出电压波形不均衡(波头不整齐或缺相)，这是对整个控制系统的一个综合性检查，这种故障有时是一次外界临时性的干扰而诱发，可用延时的方法避免切换。有时，可能是控制系统的某一元器件发生故障，这种故障的后果不严重，可以经过一定的延时以后再切换。
图2表示了触发脉冲的一种形成电路，其中IC16为定时器，定时器的延时数由CPU通过数据总线写入，以图中的脉冲形成电路为例，IC16的片选为P2.0，IC16内部的口地址可由CPU读写的低位地址定义。图中IC16的GATE“0”输入+A相的同步方波，OUT口“0”输出的就是+A相触发脉冲方波，其前沿就是+A触发脉冲的位置。+A相触发脉冲方波的前沿经过电容C19和电阻R36微分电路，输入至门电路IC20的第1脚，第2脚至第6脚输入为其他五相，IC20负责将单个的窄脉冲组合为双窄脉冲。IC20的第20脚，输出组合后的+A相脉冲，IC20的第15脚至IC20的第19脚输出其他五相的双窄脉冲。同时，定义IC20第8脚编程为门开关，它和图一中CPU的P1.3相连接作为门控制线，在程序编程时定义CPU的P1.3为高电平时IC20开通，允许脉冲组合后通过光隔IC22和三极管T+A放大，推动+A相脉冲变压器MB+A，去触发+A相晶闸管(其他五相没有画出)。如果程序使P1.3置零，这就是关闭全部脉冲，达到封锁本控制系统的目的。因此在程序中，只要一条指令就可以开放或关闭脉冲，是十分方便的。
电泳电源的稳压或稳流是依靠闭环调节器的比例积分运算的计算结果，修正晶闸管的触发脉冲的移相角来达到目的的。以下以电压为例予以说明比例积分调节器的计算公式如下Ug＝给定电压；Uf(t)＝反馈电压；Ug-Uf(t)＝e(t)即误差值；
上述所有带有(t)的量都是时间的函数。
本专利提出计算减法定时器8254延时数的公式为THL＝THLmax-Uk公式中THL为经过比例积分计算后应该送到指定定时器的双字节延时数；Uk相当于模拟电路中运算放大器的输出；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数，此时整流器输出电压等于零。
THL＝0时，延时为零，相当于晶闸管触发的控制角等于零度，此时整流器输出电压最大。
根据数值计算原理，微分可以用差分代替，积分运算可以用差分和来代替，最后得到触发脉冲的定时数的计算公式如下THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL为经过比例积分计算后应送到定时器的双字节延时数；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数；Kp为比例系数，Ki为积分系数；e(t)为给定值与反馈值之差的瞬时值，∑e(t)为给定值与反馈值之差的累积值(开机以来的数和)。
此外，在程序计算中，还要限定0≤∑e(t)≤THLmax，计算结果也要限定为0≤THL≤THLmax。
在线控制系统每次向备用控制系统传送有关的信息字节，包括双字节THL；双字节∑e(t)；单字节故障信息和传送数码的单字节检查和，等等。程序框图见图4。
为进行在线控制电路A和备用控制电路B之间的切换，两者之间设有双机热备用通讯电路，该电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用同一个AT89S8252芯片，其通讯端RXD、TXD分别接三态门IC11AA、IC11AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和接收端SONG相接，两个三态门的控制端并接后接CPU，由它进行选通。在同一时刻，系统A和B选通“CS”就为硬件通讯作好了准备。为了使通讯尽可能地快速，应该采用UART通讯方式2，即使CPU的晶振只用到6兆，也可以保证在1.6毫秒内完成全部任务。
图4表示了两个系统的软件握手程序，在编程上必须考虑到两个系统之间的时间配合，要保证需要发送的系统在发送之前，接受方提前进入等候状态，如图中虚线所示。必要时，发送方在编程中适当增加几条空操作指令即可达到目的。
本发明中的定时器IC16采用8254，IC20采用GAL16V8芯片，或二极管或门电路，光电隔离器IC22采用ILISO芯片，IC11模数转换芯片采用MAX186，IC6选用74HC377，IC9选用74HC377。
权利要求
1.一种电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，它以晶闸管作为整流电路的控制元件，并包括用于晶闸管的触发脉冲形成电路和功放电路，其中，形成触发脉冲的方波在定时器中形成，经电容和电阻组成的微分电路后形成触发脉冲，再经功放电路放大后送脉冲变压器而后输出至晶闸管的控制端，其特征在于，它增设了一套备用控制系统，并采用如下步骤a.备用控制系统和在线控制系统均采用参数完全相同的单片机，两套控制系统的电路组成也完全相同，其输入信号在硬件上完全并联，其输出信号在硬件上也完全并联；b.两套控制系统同时投入运行，均时刻进行故障检测，一旦在线控制系统发现故障，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行；c.反馈电路采用比例积分调节模式，当在线控制系统进行闭环调节运算时，备用控制系统也同时进行闭环调节运算，但备用控制系统的输出被程序封锁，在线控制系统的输出则输送至触发脉冲形成电路，在线控制系统和备用控制系统之间的切换，由程序控制。
2.根据权利要求1所述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，其特征在于，所述触发脉冲方波在定时器中形成，定时器的延时数由CPU通过数据总线写入，其输出为触发脉冲方波，经微分电路后形成触发脉冲，所述触发脉冲定时器的延时数按下式计算THL＝THLmax-[Kp×e(t)+Ki×∑e(t)]式中THL为经过比例积分计算后应送到定时器的双字节延时数；THLmax为整流电路晶闸管最大控制角时定时器的双字节延时数；Kp为比例系数，Ki为积分系数；e(t)为给定值与反馈值之差的瞬时值，∑e(t)为给定值与反馈值之差的累积值。
3.根据权利要求1或2所述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，其特征在于，所述备用控制系统和在线控制系统之间，设有双机热备用通讯电路，双机热备用通讯电路由CPU、三态门组成，其中，CPU采用AT89S8252芯片，它和触发脉冲形成电路中的CPU为同一个芯片，CPU的通讯端RXD、TXD分别接三态门IC11AA、IC11AB的一端，三态门的另一端分别作为发送端SONG和接收端SHOU，所述发送端SONG和接收端SHOU与备用控制电路的接收端SHOU和接收端SONG相接，两个三态门的控制端并接后由CPU控制其选通。
4.根据权利要求3所述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，其特征在于，所述备用控制系统和在线控制系统之间采用UART通讯方式2。
5.根据权利要求4所述电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，其特征在于，在微分电路之后增设门阵列电路IC20，IC20采用GAL16V8芯片或二极管或门电路，IC20的输出为双窄脉冲，门开关的开通由CPU控制。
全文摘要
一种电泳涂漆电源用双控系统的无扰动切换方法，属电源技术领域，用于解决无扰动切换问题，其方案是，它以晶闸管为整流元件，由定时器输出的方波经微分电路后形成触发脉冲，再经放大后送脉冲变压器而后输出至晶闸管的控制端，改进后的控制电路，增设了一套备用控制系统，在线控制系统的退出和备用控制系统的投入同时进行。本发明能可靠地完成切换所必需的“握手”、请求及切换瞬间PI调节数据的传送工作。一旦在线系统的切换请求被批准，就能瞬间将在线主板积分运算的累加数据向备用系统传送，备用系统一开始工作，采用的就是原控制系统终止瞬间的控制值∑e(t)，从而达到无扰动切换的效果。
文档编号H02J9/06GK1558528SQ20041001212
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者朱世良, 马永斌 申请人:保定莱特整流器制造有限公司