臭氧发生器电源闭环控制系统

臭氧发生器电源闭环控制系统鄢

悦造燥泽藻凿原造燥燥责悦燥灶贼则燥造杂赠泽贼藻皂燥枣韵扎燥灶藻郧藻灶藻则葬贼燥则孕燥憎藻则杂怎责责造赠翟维枫

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杰渊北方工业大学电气与控制工程学院袁北京员园园员源源冤

摘要院介绍了以杂栽酝猿圆单片机为核心的板式臭氧发生器数字电源闭环控制系统袁硬件方便包括孕宰酝驱动电路尧故障保护电路尧模拟信号调理电路尧存储电路尧通信电路尧人机界面尧供电电源电路遥软件方面主要介绍了基于砸栽赃栽砸匀耘粤阅操作系统功率闭环控制的实现尧酝韵阅月哉杂通讯协议实现与上位机的通信尧陨圆悦接口程序读写存储器遥控制电路能够很好地驱动和保护臭氧发生器袁满足实际生产要求袁并且运行稳定可靠遥

关键词院臭氧发生器袁闭环袁杂栽酝猿圆袁硬件设计袁软件设计

粤遭泽贼则葬糟贼押栽澡藻糟造燥泽藻凿原造燥燥责糟燥灶贼则燥造泽赠泽贼藻皂燥枣责造葬贼藻贼赠责藻燥扎燥灶藻早藻灶藻则葬贼燥则凿蚤早蚤贼葬造责燥憎藻则泽怎责责造赠遭葬泽藻凿燥灶杂栽酝猿圆泽蚤灶早造藻原糟澡蚤责糟燥皂责怎贼藻则蚤泽蚤灶贼则燥凿怎糟藻凿蚤灶贼澡蚤泽责葬责藻则援栽澡藻澡葬则凿憎葬则藻蚤灶糟造怎凿藻泽孕宰酝凿则蚤增藻糟蚤则糟怎蚤贼熏枣葬怎造贼责则燥贼藻糟贼蚤燥灶糟蚤则糟怎蚤贼熏葬灶葬造燥早泽蚤早灶葬造糟燥灶鄄凿蚤贼蚤燥灶蚤灶早糟蚤则糟怎蚤贼熏泽贼燥则葬早藻糟蚤则糟怎蚤贼熏糟燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶糟蚤则糟怎蚤贼熏澡怎皂葬灶原皂葬糟澡蚤灶藻蚤灶贼藻则枣葬糟藻葬灶凿责燥憎藻则泽怎责责造赠糟蚤则糟怎蚤贼援栽澡蚤泽责葬责藻则蚤灶贼则燥凿怎糟藻泽贼澡藻则藻葬造蚤扎葬贼蚤燥灶燥枣责燥憎藻则糟造燥泽藻凿原造燥燥责糟燥灶贼则燥造遭葬泽藻凿燥灶砸栽赃栽砸匀耘粤阅燥责藻则葬贼蚤灶早泽赠泽贼藻皂熏酝韵阅月哉杂糟燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶责则燥贼燥糟燥造贼燥葬糟澡蚤藻增藻糟燥皂皂怎灶蚤糟葬贼蚤燥灶憎蚤贼澡贼澡藻澡燥泽贼糟燥皂责怎贼藻则熏葬灶凿陨圆悦蚤灶贼藻则枣葬糟藻责则燥早则葬皂则藻葬凿原憎则蚤贼藻皂藻皂燥则赠援

运藻赠憎燥则凿泽押韵扎燥灶藻早藻灶藻则葬贼燥则熏糟造燥泽藻凿原造燥燥责熏杂栽酝猿圆熏澡葬则凿憎葬则藻凿藻泽蚤早灶熏泽燥枣贼憎葬则藻凿藻泽蚤早灶

目前臭氧渊韵猿冤主要广泛应用在水污染处理领域尧空气净化领域尧医学治疗领域尧食品消毒领域和半导体处理领域遥本文介绍的基于杂栽酝猿圆单片机的臭氧发生器数字电源控制系统能够实现对系统输出功率的闭环控制尧对电源主电路的信号驱动尧故障信号的检测尧通过协议传输系统参数进行实时监控等功能遥员臭氧发生器系统结构与功能

图员为臭氧发生器电源系统整体框图袁主电路包括三相不可控整流桥尧蕴悦滤波电路尧全桥逆变电路遥猿愿园灾三相交流电经过主电路袁通过三相不可控整流桥与蕴悦滤波电路变为直流电袁然后经过全桥逆变电路尧变压器尧补偿电感与放电室负载组成串联谐振电路遥

控制电路包括杂栽酝猿圆单片机最小系统尧辅助电源模块尧砸杂源愿缘接口电路尧模拟信号调理电路尧故障检测保护电路遥辅助电源模块负责整个系统的稳定供电曰故障检测保护电路可以检测主电路过流过压状态袁对故障状态起到相应的保护作用曰模拟信号调理电路主要采集变压器原边电流尧直流母线电压的袁经过电流电压信号变换袁从而可以用单片机直接通过粤辕阅转换进行采集数据曰砸杂源愿缘接口电路负责系统与外部的数据通信袁通过数据协议与上位机传输系统的参数袁方便进行远程实时监测控制遥

驱动电路与触屏人机界面于控制电路部分遥驱动电路

连接控制电路与主电路袁放大驱动信号袁对主电路进行控制袁并可以返回故障信号到控制系统遥触屏人机界面应用于现场调试参数时使用袁也可检测系统运行状态遥圆硬件电路设计圆援员控制电路

圆援员援员杂栽酝猿圆为核心控制单元

杂栽酝猿圆云源园苑灾耘栽远是杂栽公司推出的基于粤砸酝悦韵砸栽耘载酝源为内核的高性能微控制器遥其最小系统包括杂栽酝猿圆云源园苑灾耘栽远芯片尧下载电路尧时钟电路尧电源电路尧复位电路遥圆援员援圆模拟信号调理电路

实现电流尧电压的转换袁经过模拟信号调理电路后进行电流电压信号变换袁从而可以用单片机直接通过粤辕阅转换进行采集数据输入到单片机中遥主要包括对变压器原边电流的采集尧直流母线电压的采集尧温度传感器模拟信号的采集尧气压等信号的检测遥

如图圆所示直流母线电压调理电路袁该电路由两级运算放大器栽蕴园苑圆构成遥第一级为差分比例运算电路袁输入输出关系为怎燥越

渊砸员园怨并联砸员员园冤袁砸为砸怨苑耀砸员园员串联渊砸员园圆耀砸员园远串联冤遥后一级为同相比例放大电路袁输入输出关系为怎燥越渊员垣

砸员员圆

冤怎遥此电路将母砸员员员陨

砸枣

渊怎陨圆原怎陨员冤袁其中怎陨圆为垣阅悦袁怎陨员为原阅悦袁砸枣为砸员园苑并联砸线电压调理到单片机的粤辕阅采集安全电压范围内遥其他调理电路形式类似袁这里不再介绍遥

图员系统整体框图

图圆直流母线电压调理电路

鄢北京市自然科学基金资助项目渊源员愿圆园员怨冤袁北方工业大学毓青人才支持计划资助

叶工业控制计算机曳圆园员愿年第猿员卷第苑期圆援员援猿砸杂源愿缘接口通信电路

砸杂源愿缘接口通信电路袁采用酝粤载源愿缘芯片袁与上位机通过酝韵阅月哉杂协议进行数据传输从而实现对系统的控制袁上位机通过监控软件或者显示屏可以对系统进行实时监控袁读取运行参数以及故障信息袁以便及时对臭氧发生器系统进行及时控制及维护遥砸杂源愿缘通信采用差分形式袁控制信号均采用光耦隔离袁以达到抗干扰的效果遥圆援员援源故障保护电路

如图猿袁该电路的输入量是开关信号袁通过杂栽酝猿圆的一个陨韵信号进行控制遥若检测到系统发生故障袁杂栽酝猿圆输出低电平袁经过栽蕴孕员愿员光耦通过三极管来驱动继电器袁继电器输出控制指令切断主电路来让电源系统停止工作袁可以及时对电源进行保护遥

图猿故障保护电路

圆援员援缘其他模块

触屏人机界面采用哉杂粤砸栽匀酝陨显示屏袁可以通过串口指令控制袁拥有自带的编译器和讨论社区遥存储模块通过软件模拟陨圆悦总线方式读写圆源悦圆缘远芯片袁进行数据的存储遥孕宰酝驱动信号隔离电路采用苑源匀悦猿远缘芯片袁主要起到控制板与驱动电路部分的缓冲作用遥

图源控制电路实物图

圆援圆驱动电路

陨郧月栽模块的保护主要由陨郧月栽驱动器来完成遥驱动器是功率主电路与控制电路之间的接口袁可以充分发挥陨郧月栽的性能袁在系统可靠性等方面起着重要作用遥高性能的驱动器可使陨郧月栽工作在比较理想的开关状态袁如开关延时小尧开关损耗低等咱员暂本文采用圆杂悦园员园愿栽驱动模块袁具有短路保护尧过流保护和电源遥电压监控等功能遥延迟时间为渊愿园依源冤灶泽袁抖动时间为依圆灶泽咱圆暂驱动器的原方及两个副方驱动器通道都有本地故障渊原方遥

电源欠压尧副方电源欠压尧陨郧月栽短路或者过流冤监控电路袁放生故障时袁相应的状态输出端杂韵曾被拉倒低电平渊连接到郧晕阅冤遥在原方电源发生欠压时袁功率半导体将在负电压的驱动下保持关断状态渊驱动器输出冤袁故障信号同时传送到杂韵员和杂韵圆管脚袁直道该故障消失遥在副方电源发生欠压时袁对应的功率半导体将在负电压的驱动下保持关断状态穴驱动器对应的通道雪袁故障信号传送到对应的杂韵曾输出遥在阻断时间结束后袁该杂韵曾自动复位渊恢复高阻抗状态冤咱猿原源暂性能达到最优袁必须设计相应的驱动信号遥调为使理电路圆杂悦园员园愿栽尧陨郧月栽功的率

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驱动电路和故障信号调理电路袁并集成到陨郧月栽驱动器中遥

陨郧月栽驱动孕宰酝信号频率较高袁高频信号易对其他模拟信号和数字信号造成干扰袁驱动信号线寄生电容和寄生电感对驱动器的性能尧可靠性也有重要影响袁因此袁驱动器和陨郧月栽模块通过双绞线连接安装袁减少寄生电容尧寄生电感的影响咱缘暂猿软件部分

遥猿援员程序实现的功对于逆变淤应用电对流臭电尧电氧压发生路的杂栽酝猿圆能

源只陨郧月栽单片机的开关孕宰酝管进行模块一定产时生序孕宰酝下的驱移动信号相控制袁曰尧温器的度等系统曰盂利用运行数砸杂源愿缘据进行接口粤辕电阅路采通过样与处酝韵阅月哉杂理袁主要有协议向上位机传输故障代码与实时数据袁从而实时监测系统运行状态曰榆故障检测与报警袁当系统检测到故障如过流或者温度报警时袁会在硬件电路上切断陨郧月栽的驱动信号袁软件上则停止发孕宰酝驱动信号袁将故障代码通过协议传输到上位机上显示故障信息袁并点亮故障报警灯曰虞陨圆悦读写圆源悦圆缘远袁当通过上位机或者触屏人机界面改变系统参数设定时袁存储数据曰待系统再次启动时袁读取数据遥猿援圆程序运行机制

程序运行分为缘个线程院主程序运行尧功率设定尧频率设定尧电流采集尧使能淤开主关程数是序据否运处打行理开检院

袁上位机使能测母线电压开是关否是正否常打袁驱开动袁温是控否报警正常是袁本否地报警于曰定功全袁从率部而进设正定线程常则给出孕宰酝使能信号袁系统进入正常运行状态曰行相应则的检孕宰酝测上位机输出相位或者调人机整曰盂界面频率是否设改定线程变功率是设在系统开始运行时读取上次工作点的频率袁进行设定曰当功率调整至最大时袁结合采集的母线电流进行相应的调整袁使系统始终运行在最大功率输出状态曰榆电流采集线程在一个运行周期内进行多次采集电流值袁因为变压器原边电流经过逆变电路为交流信号袁用其中的最大值估算电流有效值袁从而判断系统的功率输出状态曰虞数据处理线程主要完成与上位机尧人机界面的数据传输袁从而完成实时监测与设置功能遥

图缘频率设定流程图

渊下转第员源园页冤

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启和故障恢复遥源软件规划设计源援员郧杂酝通信原理咱源暂

本系统郧杂酝支持郧杂酝园苑援园缘规定的粤栽指令集遥该指令集是耘栽杂陨渊欧洲通信技术委员会冤发布袁其中包含了对杂陨酝的控制遥利用模块串行接口袁单片机向郧杂酝模块发送一系列粤栽指令袁就能达到控制郧杂酝模块收发杂陨酝的目的遥用单片机控制郧杂酝模块通信所涉及到的粤栽指令如表员所列遥

表员

主要粤栽指令

基于单片机和郧杂酝网络远程电源监控系统设计

源援圆系统工作程序

开机后袁栽粤愿怨杂缘员微机尧郧杂酝网络初始化袁同时给载尧再尧在赋初始值园渊载尧再尧在做为悦孕哉检测供电电源和哉孕杂电源次数的状态量冤遥当系统初始化完成后袁首先检查是否收到设备重启指令袁当收到授权手机号码发来的重启指令时袁悦孕哉执行重启程序袁重启模块动作袁固态继电器常闭电路断开袁设备断电袁延时猿园泽后袁固态继电器常闭电路接通袁设备通电重启袁同时向目标手机反馈设备重启成功短信曰若未接收到重启指令袁则检测一路电源尧二路电源和哉孕杂电源供电状况遥当任意电源停电时袁电源监测模块向悦孕哉发送停电信号袁考虑到干扰因素袁悦孕哉对停电信号进行猿次检测渊即载尧再尧在中一个值为猿时冤袁猿次检测均为停电信号时袁悦孕哉执行电源停电处理程序袁向郧杂酝模块发送粤栽指令袁郧杂酝模块通过郧杂酝网络向目标手机发送电源停电或哉孕杂电源停电的报警短信渊可群发短信冤袁及时通知值班员尧缘栽设备维修人员尧供电部门维修人员及时抢修电力故障遥当电源故障处理好袁电源恢复后袁电源监测模块向悦孕哉发送电源正常信号袁悦孕哉向郧杂酝模块发送粤栽指令袁郧杂酝模块通过郧杂酝网络向目标手机发送电力电源或哉孕杂电源恢复的反馈短信遥具体工作流程如图远所示遥

图远系统工作流程图

缘结束语

缘栽探测站电源监控系统以粤栽愿怨杂缘员单片机为主控制器袁以栽悦猿缘蚤为郧杂酝模块袁郧杂酝网络为通信载体袁实时监控探测站的各路电源渊哉孕杂电源冤袁当电源断电时及时向相关人员发送停电报警信息袁当电源恢复时袁及时反馈修复信息袁同时具有远程断电重启设备功能遥经测试系统工作稳定可靠袁可以及时发现探测站供电电源故障袁减少机故时间袁减轻职工劳动强度袁保障了列车安全运行袁给铁路安全输运带来可预见的效益遥

参考文献

咱员暂谢自美援电子线路设计尧实验尧测试咱酝暂援武汉院华中科技术大学出版咱圆暂康光华援电子技术基础模拟部分咱酝暂援北京院高等教育出版社袁员怨怨怨

大学出版社袁圆园园缘社袁圆园园园

咱猿暂马淑华袁王凤文袁张美金援单片机原理与接口技术咱酝暂援北京院北京邮电咱源暂牛丹袁买和木提援单片机控制郧杂酝模块实现短信收发的技术及应用

咱允暂援仪器仪表与分析监测袁圆园园愿渊源冤院苑原员圆

咱收稿日期院圆园员愿援源援缘暂

渊上接第员猿苑页冤

猿援猿功率控制闭环

系统工作在谐振状态下袁功率输出最大袁效率最高遥但是谐振工作点渊在此用变压器原边电流有效值替代冤会随着环境的变化而改变袁后一次上电工作时袁当驱动信号相位差最大时袁如果没有达到上次工作点的电流袁则应该调整工作频率袁如此循环调整袁完成闭环控制遥此方法需要在第一次上电工作时找到最大功率对应的变压器原边电流有效值袁在此之后袁系统会根据每次设备运行时的电流值作为反馈值袁与最大功率对应的电流有效值进行闭环控制遥频率设定线程工作流程如图缘所示遥源结束语

针对臭氧发生器对环境改变造成的谐振频率改变袁而不能输出最大功率的情况袁本文给出了根据变压器原边电流有效值作为反馈值调节频率设定的改善方法遥目前该系统已经投入实

际生产袁并且控制效果良好袁运行稳定袁适合大规模生产遥

参考文献

咱员暂黄先进袁蒋晓春袁叶斌袁等援智能化陨郧月栽驱动电路研究咱允暂援电工技术咱圆暂匀韵砸晕运粤酝孕酝袁孕粤宰耘蕴杂袁郧粤砸悦陨粤韵援蕴葬贼藻泽贼早藻灶藻则葬贼蚤燥灶陨郧鄄

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微特电机袁圆园园源渊愿冤院圆怨原猿缘

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泽孕燥憎藻则杂赠泽贼藻皂泽酝葬早葬扎蚤灶藻袁圆园园苑穴缘雪院圆园原圆猿源技术与应用袁圆园员员渊圆冤院远苑原远怨