基于單片機(jī)系統(tǒng)的新型智能電力調(diào)功器的研究與實現(xiàn)

1、現(xiàn)代電子技術(shù)ModernElectronicsTechnique2013年3月1日第36卷第5期Mar.2013Vol.36No.50引言智能控制（IntelligentControls）是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機(jī)器實現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)?？刂评碚摪l(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”的發(fā)展階段，已進(jìn)入“大系統(tǒng)理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣

2、度上的拓展。21世紀(jì)以來，信息技術(shù)、計算技術(shù)的快速發(fā)展及其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和相互滲透，也推動了控制科學(xué)與工程研究的不斷深入，控制系統(tǒng)向智能控制系統(tǒng)的發(fā)展已成為一種趨勢。智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域，無論在理論上或?qū)嵺`上，它都還很不成熟、很不完善，需要進(jìn)一步探索與開發(fā)。需要在智能控制方面尋找更好的相關(guān)理論，對現(xiàn)有理論進(jìn)行修正，以期使智能控制得到更好更快的發(fā)展。智能控制是驅(qū)動智能機(jī)器自主地實現(xiàn)其目標(biāo)的過程。或者說，智能控制是一類無需人的干預(yù)

3、就能夠獨(dú)立地驅(qū)動機(jī)器實現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制。智能控制系統(tǒng)是用于驅(qū)動自主智能機(jī)器以實現(xiàn)其目標(biāo)而無需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)，這類系統(tǒng)必須具有智能調(diào)度和執(zhí)行等能力，智能控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是人工智能、控制論、運(yùn)籌學(xué)和信息論等學(xué)科的交叉。電力調(diào)功器用于工業(yè)電加熱控制，國內(nèi)文獻(xiàn)報道較多，智能型、數(shù)字型產(chǎn)品也有開發(fā)和應(yīng)用。包括集單相調(diào)壓調(diào)功于一體的調(diào)功器、采用數(shù)字化中央處理器和鎖相環(huán)同步電路，上電緩啟動、斷電緩關(guān)斷，周波控制或PWM調(diào)功方式的調(diào)功器、具有電

4、流限制和過流報警、散熱器超熱報警等保護(hù)功能的調(diào)功器、基于DSP的智能數(shù)字三相交流調(diào)壓調(diào)功器，運(yùn)用模糊PID控制技術(shù)實現(xiàn)了電阻性負(fù)載及電機(jī)、變壓器等電感性負(fù)載的平穩(wěn)軟啟動以及調(diào)功調(diào)壓。調(diào)功器在很多方面的應(yīng)用，包括電力調(diào)功器在玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用，其中玻璃錫槽調(diào)功器通過組態(tài)軟件與PLC之間進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)錫槽調(diào)功器的遠(yuǎn)程控制；浮法玻璃生產(chǎn)線智能調(diào)功器采用感性負(fù)載調(diào)功器采用工業(yè)級單片機(jī)，RS485通信接口電路，具有軟啟動和軟關(guān)斷功能。1電力

5、調(diào)功器工作原理1.1可控硅的原理可控硅又稱為晶閘管或閘流管，是一種用于控制電基于單片機(jī)的新型智能電力調(diào)功器的研究與實現(xiàn)王煊1，田苗2（1.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽471009；2.海軍裝備部，陜西興平713107）摘要：電力調(diào)功器是冶金、化工、機(jī)械、建材等領(lǐng)域電加熱設(shè)備專用的電能控制裝置，是一種以晶閘管為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制設(shè)備。主要研究一種全數(shù)字化的智能電功率控制裝置，將計算機(jī)控制、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)

6、相結(jié)合，實現(xiàn)了電力功率控制的網(wǎng)絡(luò)化和智能化，滿足了大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境下集群控制的要求。關(guān)鍵詞：智能控制；電力調(diào)功器；控制模塊；數(shù)字控制中圖分類號：TN911.7?34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004?373X（2013）05?0145?03StudyimplementationofnewsmartelectricitypowerregulatbasedonSCMWANGXuan1，TIANMiao2(1.ChinaAirbneMissile

7、AcademyLuoyang471009China；2.ArmamentsDepartmentofPLANavyXingping713107China)Abstract：Powerregulatisaspecializedpowercontroldevicefelectricheatingequipmentsusedinthefieldsofmetallur?gy，chemicalindustry，machinery，buildingm

8、aterialsotherfields.Itisapowercontrolsystemwiththethyristasthebasistheintelligentdigitalcontrolcircuitasthece.Thepaperstudiesafull?digitalsmartelectricpowercontroldevice.Itcom?binescomputercontrol，microelectronicspowerel

9、ectronicstechnology，realizeswkingintelligentizationofelec?tricitypowercontrol.Atthesametime，italsomeetstheclustered?controlrequirementsinlarge?scaleproductionenvironment.Keywds：intelligentcontrol；powerregulat；controlmodu

10、le；digitalcontrol收稿日期：2012?11?23145145第5期王煊，等：基于單片機(jī)的新型智能電力調(diào)功器的研究與實現(xiàn)得RESET端電位變低，強(qiáng)制CPU的RESET端變成低電平，使得系統(tǒng)復(fù)位。2.3溫度信號采樣電路測量溫度的智能儀表輸出信號通常為4~20mA電流，此信號單片機(jī)不能直接處理，必須進(jìn)行預(yù)處理。首先將電流信號經(jīng)運(yùn)放電路放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再送入單片機(jī)，單片機(jī)將依據(jù)此數(shù)字量判斷溫度所處的區(qū)間而后采取相應(yīng)的措施。

11、此處模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇8位精度的轉(zhuǎn)換芯片，如圖3所示。圖3溫度信號檢測電路原理圖為了能不失真的恢復(fù)原模擬信號，采樣頻率應(yīng)不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，由于AD轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。實際中采樣保持是做成一個電路。模擬信號經(jīng)采樣保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數(shù)字信號。還要把每個樣值脈沖轉(zhuǎn)換

12、成與它幅值成正比的數(shù)字量。以上為AD轉(zhuǎn)換的一般步驟，在本電路中由ADC0832芯片完成。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS，CLK，DO，DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DODI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保

13、持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DODI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN與IN輸入的輸入時，可將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN與IN的輸入時，如果IN的電壓大于IN的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。2

14、.4終端地址電路采用8位來表示一個終端地址，理論上可表示256臺終端。硬件采用8位的撥碼開關(guān)來表示地址，用74LS244來讀入撥碼開關(guān)的值即終端地址。74LS244為數(shù)據(jù)輸入緩沖器，在選通時輸入數(shù)據(jù)送到總線上，在非選通時對總線呈高阻態(tài)。74LS244有兩組4位的數(shù)據(jù)通道，分別用1G，2G來選通，均為低電平信號。此處設(shè)計兩個通道共用4位數(shù)據(jù)線來連接到單片機(jī)的P1.0，P1.1，P1.2，P1.3四個管腳。電路如圖4所示。圖4終端地址電路為

15、了能正確讀取地址的0和1兩種狀態(tài)，撥碼開關(guān)的一端接地，另一端與74LS244之間連接一電阻排，電阻排的另一端連接VCC。撥碼開關(guān)的某一位連通時，74LS244的相應(yīng)管腳直接接地，送入單片機(jī)的值為0，否則74LS244的相應(yīng)管腳通過電阻連接VCC，送入單片機(jī)的值為1。2.5可控硅觸發(fā)電路可控硅觸發(fā)電路圖（A相控制，B、C相雷同）如圖5所示。當(dāng)VCCB信號為5V，A?CRTL輸出有控制信號（即有功輸出，A?CTRL此時為0V）時，光控可控硅

16、Q4導(dǎo)通，為可控硅TR1提供觸發(fā)信號。此處TR1為初級可控硅，去控制控制板外部的在功率可控硅工作，從而實現(xiàn)對大功率電器的調(diào)功目的。圖5可控硅觸發(fā)電路圖3結(jié)論電力調(diào)功器用于工業(yè)電加熱控制，國內(nèi)文獻(xiàn)報道較多，智能型、數(shù)字型產(chǎn)品也有開發(fā)和應(yīng)用。電力調(diào)功器是一種以晶閘管為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器。本文主要研究一種全數(shù)字化的智能電功率控制裝置，將計算機(jī)控制、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了電力功率控制的網(wǎng)絡(luò)化和智能化