数控电源的设计与制作篇1

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关键词：开关多电源；移相式变化器；逆变电路

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.007

*基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（2011K09-16）

引言

传统的线性稳压电源[1-3]具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。

方案设计

本设计基本要求：实时监控电源的输出电压和输出电流。通过RS485通信接口与上位机监控系统通信，上位机可实时监控电源的工作状态和各种参数。具有输出过压、过流以及过热等多种检测和保护电路，带有告警指示灯可以在线设置和修正电源的参数和运行状态。具有自动均流功能，可以实现系统的任意扩展，满足现场实际需要。指标要求采用大功率电源设计，输出电源0～100伏，输出电流10A采用4组并联，最大输出电流40A各组电流不平衡误差小于5%。

输入回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。功率开关桥将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。最后，由输出回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流，主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。

在本系统中采用四路电源并联，由于每个模块的结构相同，故在下面框图中，只画出来了一个模块。其余三个模块跟下图中的模块并联，并同时受监控电路控制。在本设计中，UC3825作为控制电路的核心，产生PWM波以控制主电路的电压输出。UC3907芯片作为均流控制系统的核心，用于保障四个模块的输出电流保持在稳定状态，使系统处于最佳的状态。我们采用STC80S52单片机作为监控电路的核心，单片机的任务是采集每一个模块的输入电压和输出电压、电流，并将其数据通过通信接口电路上传给上位机，相反，上位机同样可以通过此电路设置系统的输出参数。系统一个模块的示意图如图1所示。

均流控制系统设计

大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，并联系统中，每个变换器只处理较小的功率，降低了应力，提高了系统的可靠性。由于大功率负载需求和分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键。用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。在本设计中，采用基于最大值电流自动均流法的集成芯片UC3907作为均流控制系统的核心。

电路工作过程如下：UC3907的调节放大器将模块自身的电流和均流母线的电流相比较，当模块自身的电流小于均流母线的电流，即它为从模块时，调节器使基准电压升高100mV，使输出电压增大，对应的输出电流增大。当模块自身的电流和均流母线的电流差不别不大时，该模块有可能是主模块。但是下一次，该模块又可能是从模块，如此循环往复。在本设计中输出电流最大值为10A，采用电阻来检测电流。根据芯片资料，UC3907内部电流放大器的输出最高电压可达5V。为此，我取4V。根据测算，此时需要送给UC3907检测的电压为0.2V。UC3907内部的驱动放大器将电压放大器输出电压转换成电流信号送给光耦电路。根据所选择的光耦电路参数，光耦电路原方电流应小于1mA。根据芯片资料和调试经验，可以得到相关参数。R1=330kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，R4=7kΩ，R5=10kΩ，R6=5kΩ，R7=10kΩ，C1=C2=0.22μF。

所以加在输出整流二极管上最高的反压为705.7V。输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流，所以其有效值为11.51A。所以根据以上分析，同时考虑一定的裕量，选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V，额定电流为30A。控制和保护单元电路的设计采用PWM（脉冲宽度调制）作为控制方式。在本系统中我们选用的PWM集成控制器为UC3825。UC3825适用于电压型或电流型开关电源电路，实际开关频率可达到1MHz，输出脉冲的最大传输延迟时间为50ns，具有两路大电流推拉式输出，具有软启动控制功能，并具有良好的保护功能。并采用IR2110作为驱动芯片。过流保护我们采用了三重保护：一是在系统的输入级的三相交流引入处安置熔断保险管，在系统出现短路和其它意外重大故障的时候切断外部电源的输入以保护系统免受损坏；二是在用于控制软启动的触发器后级安置熔断保险管，以防止启动浪涌电流的过大而破坏功率器件；三是系统的最主要的过流保护部分，通过对系统电流的检测来控制PWM信号脉宽从而达到过流保护的目的。在本设计中，监控单元采用STC80S52单片机作为控制核心。系统主监控模块作为一个独立的模块，可以监控整个电源系统各单元的运行状况，具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能。监控单元还能不断接受上位机的送来的命令，并根据命令对电源系统进行操作或者将电源系统的运行参数反送给上位机，完成远程控制。

系统主控制程序设计

系统主控制程序流程图如图4所示。

系统实际测试

（1）稳压测试

测试条件：Uin=15V，负载由1kΩ减少到2Ω（表1）。

（2）均流测试（表2）。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础数字部分[M]北京：高等教育出版社.2006.1

数控电源的设计与制作篇2

【关键词】高层建筑；排烟阀；联动控制电源；常见问题；处理

1引言

随着我国经济的飞速发展，高层建筑越来越多。高层建筑消防系统的质量由为重要，因此，消防工程成为建筑安装施工中的一个重要组成部分。在消防施工过程中，由于很多因素的影响，设计图纸中难免会存在一些不足之处，而这些不足之处则要求工程技术人员按照国家有关规范的要求和施工现场的实际情况进行处理，保证后续工作的进行。本文就消防工程施工过程中的一些问题中最常见的排烟阀控制方式和联动电源容量选择等两方面进行探讨，以供相关技术人员参考。

2排烟阀控制方式的问题与处理

防排烟是高层建筑消防系统中一个重要的组成部分，由于发生火灾时可燃物在燃烧初期产生大量有毒气体，直接危害到生命安全，因此《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98)第6.3.9条规定：“火灾报警后，消防控制设备对防烟、排烟设施应有下列控制、显示功能：启动有关部位的防烟和排烟风机、排烟阀等，并接收其反馈信号”。对于排烟阀的电气控制方式，消防规范中没有具体的规定，通常情况下设计图纸采用“一对一”的方式进行控制。在某些情况下，如受报警主机回路模块数量限制或建设单位从节省投资的角度考虑，要求施工单位进行图纸优化设计时，排烟阀就可以采用“一对多”的方式进行控制。

2.1排烟阀动作电流值

市场上大多数型号的排烟阀，一般标明其动作额定电压为24VDC，额定电流为0.7A(极少数产品为0.5A)。设计人员如按照额定电流为0.7A进行设计，利用火灾报警主机本身提供的电流去控制排烟阀动作，往往出现不能开启情况，究其原因是因为电流强度不够。产生这种现象是由于排烟阀阀体动作机构本身的原因，如阀杆转动不灵活，阀杆生锈，接触不良等等，实际动作电流往往高于额定值，经测定大多数排烟阀的动作电流大约为1A。这种情况对电气设计和安装人员提出了新的要求，应该根据实际电流大小选择控制排烟阀动作的电源容量。

2.2排烟阀电气控制方式

按照消防规范规定，对于排烟阀，既要能开启又要接收反馈信号。在智能火灾报警系统中，设计人员一般采用“一对一”方式进行控制，如图1所示：

即一个控制模块(CM)接收报警主机信号控制排烟阀开启，一个信号模块(SM)接收排烟阀动作信号并返回主机，此方法应用较为普遍。由于火灾报警主机每个回路的容量有限，一般都有要求每回路中模块的数量不能超过回路总容量的一定比例，如碰到控制设备较多的大厦，有可能出现模块数量超过规定，此时要么增加报警回路并增加布线，要么采取其他办法解决，否则整个系统将会不工作。

图1“一对一”排烟阀控制方式

举例来说，某大厦共有防排烟阀430个，需控制模块和信号模块共860个，其它模块235个(含警铃、水流指示器、信号阀、紧急广播、风机、水泵等控制设备)，合计1095个。报警系统模块最大容量为960，与实际相比少135个，按照原设计图纸施工后报警系统将无法正常运行。在工期紧张（进口设备的订货周期要二个月）且建设单位不同意增加投资的情况下，我们根据项目的特点，经过详细的分析，确定每层同一防火分区内的排烟阀采用“一对多”的方式进行控制，如图2所示：

图2“一对多”排烟阀控制方式

即一个控制模块与一个继电器组合去控制几个排烟阀动作（根据现场实际情况确定继电器的触点数量），信号模块仍不变，这样共可节约292个控制模块(其中标准层23×6=138个，裙房12×3=36个，地下室59×2=118个)。该方案既满足了报警系统本身的要求，又符合消防规范的规定，还为建设单位节省了投资。

3联动控制电源容量选择问题与处理

高层建筑中火灾自动报警系统控制对象较多，火灾时各设备需按照消防规范的规定进行相应的动作，如警铃、广播、排烟阀、送风阀等等。由于控制对象所需电源容量较大，施工过程中，经常会遇到设计图纸中没有联动控制电源或采用报警主机电源作联动控制电源的情况，或设计有联动控制电源但不标明其规格容量的情况，这就需要施工技术人员根据大厦的报警设备控制对象的数量进行计算选用合适容量的电源，并根据控制对象在楼层中的分布情况确定联动控制电源的数量及布置。

3.1消防联动控制对象的确定

《火灾自动报警系统设计规范》中规定了以下各种设备均需控制，需用直流24V电源的控制设备包括：警铃、消火栓按钮、防排烟阀及相关设备（防火门、防火卷帘、水泵、风机等）的二次回路，其中存在电流消耗的是前三项，后几项主要是通过继电器提供干接点信号进行控制。

3.2各设备大致电流消耗情况

根据产品规格，各设备大致电流消耗如下：

警铃：一般额定电流为60mA；

消火栓按钮指示灯：灯泡型一般为0.5W/24V=25Ma

发光二极管型一般为15mA

防排烟阀：大多数标称额定电流为0.7A，实际需要1A左右。

其它设备由于数量少和继电器的动作电流较小，可忽略不计。

3.3电源容量的计算

以市某广场为例说明，该广场为综合楼，地下二层作停车场，地上一～七层为商场，八～二十八层为办公室，二十九层为设备层，其中控制对象如下表所示（图中数量为每层数量）：

按照消防规范的关于火灾时联动控制设备的要求，为确定消防联动控制电源的容量，我们需考虑三种情况：一是二层或二层以上层发生火警时所需电源容量；二是首层发生火警时所需电源容量；三是地下一层发生火警时所需电源容量。电流计算如下：

第一种情况：

I1=8×3×0.06+2×1+3×3×1＋8×*0.025=12.64A

第二种情况：

I2=(8+8+10+9)×0.06+2×1+3×3×1＋8×*0.025=13.30A

第三种情况：

I3=(8+10+9)×0.06+11×1+3×3×1＋9×*0.025=21.85A

由于存在线路损耗和控制风机、水泵等设备动作的继电器所需的电流，第一、二种情况可选择容量为15A的联动控制电源，第三种情况可选择容量为25A的联动控制电源。考虑到火灾多发的可能性，针对本大厦情况，我们选用了三动控制电源，具体布置为：地下室一台30A，1~15层一台20A，16~29层一台20A。这样做的好处是力求负荷均匀，满足2~3处同时报警时所需电源要求。

4结束语

在消防工程施工过程中，经常会遇到设计图纸不够完善的现象，这就要求消防工程施工单位的技术人员必须从技术先进、经济合理的角度出发，对存在的问题进行相应的处理，一方面保证工程的顺利进行，另一方面保障竣工后消防系统的正常运行。

数控电源的设计与制作篇3

关键词：DSP处理器数字控制PID算法SPWM波形

中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00

Abstract：ThispaperdesignsaDSP-basedinverterpowersupplywithdigitalcontrol.DSPProcessoristhecentralcontrolunitofthesupply.TheinverterfullbridgecircuitisimplementedbasedonIPMintelligentmodule.ThepowersupplyperformPIDalgorithmbasedonDSP.AccordingtotheresultsofthealgorithmtheDSPcontrolinternalePWMmoduletogenerateSPWMwaveformbythelawofsinewave.AfterfilteringtheSPWMwaveformischangedtothedesiredACoutputwaveform.Thehardwarecircuitsdiagram，softwareprogramdesignandtestresultanalysisaregiveninthepaper.

Keywords：DSPprocessor；digitalcontrol；PIDalgorithm；SPWMwaveformjavascript：showjdsw（'jd_t'，'j_'）

逆变电源在工业和国防领域应用广泛，随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，逆变电源的更新发展速度也在加快，其中数字化研究成为当今热点之一。数字化逆变电源难点之一是正弦脉冲宽度调制SPWM波形的数字化实现。文中利用TI公司的DSP处理器TMS320F28335完成了电源的SPWM波形产生和闭环控制算法计算。完成的样机经过测试达到了设计要求。

1硬件电路设计

逆变电源硬件框图如图1所示，主电路主要包含整流滤波电路、单相全桥电路、输出滤波电路等，控制电路包括DSP控制器、PWM驱动电路、A/D采样电路、接口电路和触摸屏输入显示电路。交流220V/50Hz输入电压首先进入整流桥进行全波整流，开始通过抗浪涌电阻后给电容充电，通过电容的滤波后，产生310V左右的直流电压，提供给后级单相全桥逆变使用。在DSP控制下单相全桥逆变输出正弦脉宽调制SPWM波形，经后级LC滤波后滤除载波频率得到正弦波给给负载。

1.1整流电路

前端整流电路选用桥式整流器，由4个二极管组成，利用二极管的单向导通性对交流电进行整流，经后级滤波电容完成由交流电变为直流电的工作。由于在上电瞬间电容相当于短路，充电电流很大，为防止电流过冲，造成电压瞬间下降幅度太大，电路中设计了缓冲限流电阻。整流电路中的整流桥的选择应考虑最大整流电流和反向击穿电压。

1.2逆变全桥电路

逆变单相全桥电路输入端为直流电压，通过四个开关管的交替导通完成直流电压到交流电压的转换。开关管为可控型半导体器件，可选择输入阻抗高、速度快、热稳定性好的IGBT模块，由于单相全桥需要四个开关管，考虑到可靠性、接口简单、保护齐全的优点，选择合成多个IGBT开关管的IPM模块进行设计。IPM内部具有完善保护方案，具有很高的可靠性，其内部一般设有6单元IGBT，单相全桥的设计中只需要使用其中4个单元，其它两个单元输入端只要设为高电平保持关闭状态即可。实际与DSP端口连接时需要外加光隔进行与IPM的电气隔离。

1.3滤波电路

单相全桥电路输出的信号为高压SPWM波形，SPWM波形除了基波正弦波频率外，还含有大量的开关频率及其邻近频带的谐波。要得到需要的正弦波需要外加必要的滤波电路。由于电压高、电流大不能使用有缘滤波，一般选用LC滤波。由于开关频率远高于基波频率，LC滤波器的截止频率选择相对容易一些。设计滤波器时要考虑既要滤除这些高次谐波，又要设法减少电感和电容的体积重量。

1.4控制电路

控制电路主要包括DSP处理器、触摸显示屏、驱动电路、接口电路、A/D转换电路等。DSP为控制中枢，控制整个电源系统的运行。触摸显示屏完成参数显示和输入。接口电路一方面是DSP与触摸屏的数据往来通道，另一方面完成对外部电路的控制。A/D转换电路负责把输出的交流高电压变换为0-3V低电压，以满足DSP处理器内部ADC转换器的要求。驱动隔离电路主要是起到IGBT与DSP电气隔离的作用，减少强电对低压控制电路的干扰。DSP选用TI公司的TMS320F28335控制器，具有浮点运算功能，运行速度可达150MHz，具有快速的计算能力，适合复杂的算法计算。内部含有ePWM模块和12位高速ADC模数转换器，不用单独另行设计，可以省去大量电路设计。

2软件设计

电源的控制软件需要完成电压的设定、输出电压的闭环调节、完成参数的采样、SPWM波的生成等工作，根据任务的要求，整个软件由主程序、SPWM波形产生程序、A/D采样程序、PID控制子程序等组成。

2.1主程序

主程序框图如图2所示，包括初始化和主循环两部分。初始化主要完成对软件变量和硬件端口及寄存器的初始设置。主循环主要完成参数的设置和显示，同时开放中断，期间响应中断事件，如ADC转换中断和定时器溢出中断等。

2.2SPWM波形的产生程序

基准正弦信号与三角载波信号进行比较，根据大小关系产生一组方波，三角载波频率一般远高于基准正弦波的频率，产生的这样的脉冲序列去控制单相逆变桥的四个IGBT的导通和关断，这样就形成了正弦脉宽调制波SPWM，基准正弦波的幅值的更改相应的会改变正弦脉冲的宽度，从而改变输出电压的幅值。在TMS320F28335处理器内部ROM中固化有正弦波形数值表，并利用处理器内部的定时器产生三角波，只要换算出一致的时间系数，周期的计算并更新比较寄存器的值，即可生成SPWM波。

2.3A/D转换程序

TMS320F28335有16通道的模数转换器ADC，精度可达12位，输入电压范围为0-3V，具有转换完成中断。可以连续转换或者单一启动转换，每次转换都会把转换结果写到结果寄存器中。其转换时间可达12.5MSPS，并具有采样保持器。实际使用中，只需要采样电压和电流，所以只需要对两个通道进行初始化。设计中采用单一启动转换模式，利用定时器产生周期性信号，在每个周期内进行对两个通道的启动、读取转换结果。

2.4PID控制子程序

电源正常工作输出的是稳定的正弦电压，为保证输出电压跟踪设定电压，需要加入适当的控制算法。由于计算周期及DSP运算频率的限制，太过复杂的算法一个周期内无法按时完成，设计中选用了经典的PID控制算法，算法简单，计算时间短，同时对经典PID控制算法进行了必要的优化措施，对积分系数采用变速的方法，同时增加了死区控制，输出增量最大、最小限制。图3中A、B为变速积分系数，e0为死区限幅值。

3试验结果

电源整机组装完成后，对电源的输出电压进行了测试，使用泰克TDS-1002数字示波器，测量波形如图4所示。电压有效值为115V，频率为400Hz。使用8903B音频分析仪测定输出波形失真度都小于1%。图5所示为电压正弦波的FFT分析，可以测量出其基波分量为400Hz。电源通过加载测试显示，负载特性好，电压输出波动小，响应速度快，指标完全满足实际需要。

4结语

采用DSP设计的逆变电源，解决了以前以模拟电路设计的逆变电源控制电路复杂，升级困难等突出问题。原来需要单独设计的三角波电路、PWM波电路、死区电路等均在一块DSP内部实现。这种数字化方案提高了电源设计和制造的灵活性，可以通过改进优化控制算法来改善逆变电源的输出波形品质。

参考文献

[1]刘向东.DSP技术原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3]曲学基，曲敬铠，于明扬.逆变技术基础及其应用[M].北京：电子工业出版社.2008.

数控电源的设计与制作篇4

关键词：排水泵站；自动化控制；系统优化

实现城市排水泵站自动化控制，对提高城市排水与防洪工作效率具有重要意义。虽然现在逐渐有更多新型技术和设备被应用到城市排水泵站建设汇总，但是从整体运行效果来看，管理上还存在较大不足，大部分依然采取人工操作管理方式，或者是利用常规继电器控制，各泵站之间信息交流少，还未形成可靠的自动化控制系统，无法及时应对存在的各类运行问题。为完全满足实际应用需求，必须要在现有基础上来提高泵站自动化控制水平，通过数据共享与科学应用，准确掌握并有效控制泵站运行状态，减少各类故障的发生。

1城市排水泵站控制系统分析

对城市排水泵站运行进行控制，积极应用自动化技术，建立功能完善的自动化控制系统，可以实现无人值班工作要求，整个管理过程中无需人员进行直接参与控制工作，只需要对泵站各设备进行巡查、维修和调试即可，在提高控制效率的同时，减少工作量，提高工作效率。为实现排水泵站自动化控制，在对其进行研究设计时，需要确保其具有较高抗干扰性，应用屏蔽双绞线与屏蔽层，并对所有设备进行接地处理，保证系统设备运行可靠性。同时还应采用双电源设计方式，在其中一供电源出现运行故障后，可以启动溆玫缭矗确保系统的正常运行，满足城市生产生活需求。并且，基于城市排水泵站建设系统的日益完善，为满足整个系统内所有设备有效管理，需要建立远程控制系统，对控制回路应用两种独立工作模式，可以根据方式选择开关来确定工作方式，在自动控制故障后可以及时转到间手动控制模式，提高控制效率[1]。另外，城市排水泵站体系需要维持长时间运行模式，自动化控制系统的设计，需要实现数据采集，作为实时控制基础，通过科学决策和精确控制，来对整个系统运行进行有效控制，并及时处理存在的故障。

2城市排水泵站自动化控制系统要求

2.1抗干扰性

在针对城市排水泵站自动化控制系统进行设计时，应保证其具有较强的抗干扰性，降低外部因素的干扰，提高泵站设备运行可靠性与稳定性。一般可以在电源侧设置稳压器和滤波器，并落实过电压、欠电压与过流保护，同时还可以对计算机采用专用回路设计方法，配置隔离变压器、配电箱、不间断电源等，保证控制系统运行可靠性[2]。另外，还应对机房采取屏蔽措施，模拟信号输出线应用屏蔽双绞线以及屏蔽层接地处理，对于系统内所有设备也均需要对其进行接地处理。

2.2双电源供电

为避免在泵站运行过程中电源故障，而导致设备无法正常运行，在进行自动化控制系统设计时，应选择应用双电源设计方法，在其中一个电源供电故障后，另一备用电源可以及时启动，维持设备正常运行，满足泵站工作需求，避免对城市生产生活产生影响。

2.3高效控制

城市排水泵站在运行过程中，很容易受到外部因素干扰，出现各类运行故障，针对此在对其进行运行管理时，就需要加强控制系统监控功能，对设备运行状态进行实时监控。对运行数据进行有效采集、决策、控制，确保整个系统可以按照设定程序稳定运行，且通过监督能够在运行故障报警时，及时向管理人员发送短信警报，及时采取措施进行处理和保护，将故障影响控制到最低[3]。同时，还应具有就地和远程控制功能，两种控制方式相互独立工作，且可以根据实际情况灵活选择控制方式，提高泵站控制效果。

3城市排水泵站自动化控制系统实现要点

3.1系统设计要求

对城市排水泵站自动化控制系统进行设计，应选择先进计算机技术，对各项数据资源和软硬件资源进行有效保护，选择逐步过渡到统一、标准运行模式。所选软硬件与操作系统均满足平台运行要求，并总结以往管理经验，提前编制数据资源维护、安全、纠错等处理方案，同时提高系统扩展性，为满足系统发展要求预留接口。

3.2系统总体框架

（1）硬件系统

通过泵站自动化设计，来对泵站运行过程进行监测，并根据要求对其进行自动控制。内容主要包括现场设备控制器、控制程序设计，来提高系统运行可靠性。硬件系统的设计需要能够对运行数据进行收集，并实现网络与传输设备的组建和维护，降低管理工作量的同时，提高泵站管理效率，满足稳定、可靠管理要求，提高泵站设备运行安全性。

（2）软件系统

对软件系统进行设计，即实现泵站现场与控制中心互通和控制的保障，为实现自动化控制的关键。其主要包括支撑平台、功能模块、标准规范体系以及业务应用系统等。要求软件系统可以对控制终端运行情况、运行数据进行查看，包括流量计、水泵启停、高低压仪表、液位计等参数。同时，还可以对泵站运行进行控制，并根据实际需求相应命令，对下一层工作进行有效指挥。另外，还能够对泵站设备运行状态进行监控，根据视频图像和红外报警信息采取下一步管理措施，提高泵站管理效率。

3.3系统功能分析

（1）数据采集

自动化控制系统的设计，可以对泵站各类运行数据进行有效采集，包括电力参数、水泵参数、工作环境情况等，在遇到运行事故后，系统能够对故障时刻设备数据进行自动收集，并且还可以根据需求自动接收系统管理级别调度与操作命令，完成下一步管理工作[4]。其中，所采集数据内容主要包括设备实时运行状态与电力参数，设备监控安全以及运行环境等。

（2）数据处理

即对各设备运行数据进行有效处理能力，以及各类数据处理方式，是系统监测、记录以及控制重要依据。主要包括状态数据处理、模拟量数据处理、常规控制计算与数据处理、事件顺序数据处理以及实时数据处理等。基于设备I/O服务，设置I/O控制点，对运行数据进行实时采集，并记录到数据库内进行分析处理，同时还可以对数据进行跟踪记录，通过设备运行趋势进行分析，完成报警判断。

（3）设备控制

通过对设备运行状态的监控，采集各项数据后作为管理依据，实现泵站设备远程控制，及时处理各项问题，提高设备运行可靠性。在分配控制权限时，确定主控中心对部分泵站设备存在直接控制权，除了部分特殊情况，可以由分控中心来对泵站运行进行干预，否则分控中心无法得到相应控制权。

4结束语

对排水泵站自动化控制系统进行分析，需要确定系统功能特点，基于实际管理需求来做好系统软硬件系统设计，保证各项功能模块的正常运行，对泵站运行进行远程控制与实时监控，提高泵站运行可靠性。

参考文献

[1]王世凯.关于城市排水泵站中应用电气自动化控制的研究[J].科技经济导刊，2016（15）：83.

[2]王燕.天津市排水泵站控制系统的项目管理研究[D].河北工业大学，2015.

数控电源的设计与制作篇5

关键词：塔式太阳能发电；定日镜；遗传算法；控制系统结构；电路设计

中图分类号：TP27文献标志码：A

文章编号：1008-8857（2016）03-0125-06

Abstract：Withtheproblemsoflowtrackingaccuracyandhighconstructioncostoftheheliostattrackerinthesolarthermalpowertower，thecombinationoftheselectionmechanismofgeneticalgorithmandthefeedbackmechanismofenergychangesintheheatabsorptiontowerwasproposedtoimprovethetrackingcontroller.Optoelectronicsensorswereequippedinafewofheliostats.Basedontheseheliostatcontrolangles，theanglesoftheotherheliostatswereadjusted.ThecommunicationframeworkandthecircuitoftrackingcontrollerweredesignedusingDSPasthecontrolcore.Experimentalresultsshowedthattheproposedsolartrackingcontrollercouldreducethenumberofoptoelectronicsensorandtheconstructioncostofsolarthermalpowerplantwithoutreducingtheoverallcontrolprecisionofthesolarthermalpowertower.Atthesametime，thecontrolsystemhadtheabilityofautomaticadjustmentwhenitstrackingcontroldependedonthetrajectoryofthesun.

Keywords：solarpowertower；heliostat；geneticalgorithm；structureofcontrolsystem；circuitdesign

在光热发电领域中采用太阳能跟踪控制方式是提高定日镜接收率的最有效途径之一[1].目前采用的太阳能跟踪控制有多种控制方式，如气动式、压差式、电控式等[2].在如何提高单个定日镜跟踪精度方面已取得很多成果[3]，但是对于大规模光热电站中数目众多的定日镜的整体控制还没有成熟的方案[4].若仅采用光电检测式跟踪控制，虽然具有较高的精度，但高昂的成本使其离商业化运行还有差距[5]；而属于开环控制的视日轨迹跟踪控制虽然有着很好的跟踪稳定性[6]，但其缺乏自动调整能力[7]，使得其整体跟踪精度不高，导致太阳能的整体利用率较低.

为了不增加定日镜数目并保证光热电站定日镜的整体控制精度，采用遗传算法对太阳能跟踪控制策略进行改进.文献[8-9]基于单片机技术，研究了满足复合控制功能要求的太阳能跟踪控制装置.在此基础上，本文对控制系统的结构进行了优化设计，并完成了高精度控制器的硬件电路设计.在保证光热电站整体发电效率的同时，大大减少了光电检测元件的安装数量，使复合控制与大规模光热电站定日镜跟踪控制能更好地结合.

1控制系统结构设计

本文采用基于遗传算法改进的复合控制方案[10].光热电站中设置光电基准型和受控型两种类型定日镜.光电基准型定日镜通过光电检测跟踪和视日轨迹跟踪确定定日镜最佳接收角度，受控型定日镜根据光电基准型定日镜的最佳角度形成域值范围，并在此范围内采用遗传算法进行调整.光热电站中光热基准型定日镜数量记为n，受控型定日镜数量记为m.在控制系统的通信框架中，以n台光电基准型定日镜为主站，在分站1、2、3内设置多台PC机从站，光电基准型定日镜与分站通信方式为多主对多从，采用CAN总线的通信模式完成数据交换.分站1、2、3负责将光电基准型定日镜调整的最佳角度实时传递给总站，总站根据光电基准型定日镜最佳角度形成的域值并经遗传算法运算形成随机角度，并将其传递给分站4、5、6、7，分站再将角度分配给每一个受控型定日镜.控制系统的通信框架图如图1所示.

2光电基准型定日镜控制器电路框架设计

光电基准型定日镜控制系统主要包括5个模块：电源电路、检测电路、主控电路、通信电路、伺服电机及其驱动器.电源电路主要为系统提供稳定的工作电压.检测电路中配备有四象限光电检测装置及信号处理电路，通过四象限光强变化采集太阳方位信息，并将其转化为电信号传递给主控电路.主控电路是整个控制系统的核心模块，负责计算太阳方位、接收采集信息、控制伺服电机运转等重要功能，主要由DSP控制电路、AD采样电路、PWM输出电路、复位电路、JTAG电路、时钟电路、EEPROM构成.通信电路负责PC机与光电检测元件的数据传递，本文采用CAN总线通信电路和RS232串口通信电路.采用直流无刷伺服电机及其配套的直流伺服驱动器.光电基准型定日镜控制系统示意图如图2所示.

3电源电路设计概要

硬件电路系统均需电源电路.在光电基准型定日镜跟踪控制系统电路中，各模块所需的额定电压不同，对电压稳定性的要求也不同.因此，需要针对特定的模块设计相应的电源电路.

3.1开关电源选型220V24V

系统采用供电电压为24V的直流电.考虑到各个模块工作时额定功率、电压、电流等的要求，尤其要保证伺服电机能够正常驱动，本文选择型号为YXW24V10A240W的220V24V、AC转DC开关电源，其各项参数满足硬件系统的性能要求.

3.224V电源抗干扰电路

为保证硬件系统正常工作，需要电源电压工作稳定，并具有较强的抗干扰能力.因此，需对电源电压进行滤波、稳压处理，据此在抗干扰电路设计中增加防反接二极管、稳压二极管稳定电压，增加双向共模电感，以消除共模电磁干扰，增加电容起到滤波作用.

3.324V10VDCDC降压电路设计

本文选择以LM5008A型降压开关稳压芯片为核心处理单元来设计24V10VDCDC降压开关稳压器.该方案可确保短路控制，同时提供最低的折返，具有热关断、VCC欠压锁定、栅极驱动欠压锁定、最大占空比限制器和预充电开关等功能.

3.45V、3.3V、1.8V电压电路设计

根据不同电路对电压的要求，可在获得10V电压后经芯片进行转换.TLV70450DBV、TLV70436DBV芯片可以将10V电压转换为5V和3.3V电压，而1.8V电压可由5V电压通过TI公司的PS767D301芯片进行转换.

4检测电路设计

检测电路系统共有5个模块：四象限传感器模块、信号放大电路模块、精密有源绝对值电路模块、比较电路模块、有源滤波电路模块.其工作原理为四象限传感器模块将光信号转化为电信号，再通过信号放大模块将电压信号进行差动放大及去干扰，精密有源绝对值电路负责获取电信号的大小，比较电路模块则用来判断电压方向，最后通过有源滤波电路模块传给主控单元.

4.1四象限传感器模块

光电检测四象限法中采用的核心元件为四象限光电传感器[11]，其原理为利用各象限光照不均产生压差来工作.四象限检测法就是将光电检测区域分为四部分，将四象限传感器安放其中，并根据传感器中的电流大小和方向判断各象限接收到的光照情况，从而做出相应的调整.

当太阳垂直对准定日镜时，太阳入射光斑位于光电检测元件的正中心，这样四个象限内光照一致，不会产生电压差.当太阳入射方向发生偏移时，入射光斑在四个象限中的位置会产生偏移，四象限因光照不均产生电压差形成电流回路，经计算可得出当前定日镜与最佳方位偏离的角度，从而对定日镜的转角位置重新进行调整，使其达到与太阳光照方向垂直的效果.

4.2信号放大电路设计

四象限光电传感器的电压差是因太阳光在各象限内光强不均产生的，由光强信号改变而引起的电压差不足以为主控芯片提供变化的电压信号，而且微弱的信号易受到外界信号的干扰，需要对其进行放大、抗干扰处理.双端输入、单端输出的差动放大电路具有共模抑制比高、不易受外界信号干扰等优点.信号放大电路的前级采用同向放大电路，通过电路的高阻抗特性放大输入信号的电压差，然后在后级使用差分放大器消除前级同向电路采入信号的共模偏差，增强电路的抗干扰能力.

信号放大电路如图3所示，其中R1=R3，R4=R5，R6=R7；U1为输入电压；U2为输出电压；输入信号的放大倍数Ud可由式（1）得出，即

4.3精密有源绝对值电路设计

为方便DSP（digitalsignalprocessing）的信号处理，在AD采样电路中加入可将负电压转化为正电压，并保持外界电压信号大小的精密有源绝对值电路.其工作原理为：当输入电压U3>0时，运算放大器oc1的输入小于0，运算放大器oc2的输入大于0，二极管D2导通，D1两端施加了方向电压而被强制关断，oc2则为电压跟随器，输出电压U4=U3；当U3

4.4比较电路设计

精密有源放大电路只能传递信号的大小，需经比较电路判断输入信号的方向.传感器信号经过差动放大电路后从比较电路的3脚输入.若输入信号大于0，则3脚电压低于2脚接地电压0V，6脚输出高电平3.3V；若输入信号小于0，3脚电压高于2脚接地电压0V，6脚输出电压为低电平0V.通过比较电路可知四象限传感器产生的电流方向，从而得出光信号更强的传感器象限的相关信息，进而推断出太阳方位的变化.比较电路原理图如图5所示.

4.5有源滤波电路设计

滤波电路的设计就是求解出通带放大系数Aup、截止频率fp和过渡带的斜率.有缘滤波器与无源滤波器相比，无源滤波器是由电阻、电容组成的滤波器，其截止频率受负载的变化而变化，较不稳定.而有源滤波器是在无源滤波器后接电压跟随器，由于电压跟随器的输入电压无穷大，即可以将负载与无源滤波器隔离，使负载对滤波器截止频率无影响.有源滤波器只适用于信号的处理，不适合高电压、大电流负载.而无源滤波器常用于整流后的滤波，高电压、大电流的滤波常采用LC电路.本文中传感器的传递频率为10～15Hz，属于低频，所以设计为低通滤波器（LPF）.

5主控电路设计

主控电路以DSP为核心处理芯片，设置相关外设组成核心电路板，主要由DSP控制芯片、AD采样电路、PWM输出电路、复位电路、JTAG程序下载电路、时钟电路、EEPROM电路模块组成.以DSP为控制核心的跟踪系统具有可靠性强、跟踪反应速度快、稳定性好等特点，为装置实时准确地跟踪太阳光提供了平台[12].

5.1DSP选型

为满足硬件系统对数据快速、高效的处理要求，本文选择TMS320F2812型DSP作为主控电路的核心处理芯片[13].其最高时钟频率达150MHz，运行速度快，且本身自带SRAM、flash等储存空间，可方便地进行在线仿真.此外，本型号DSP还配备诸多外设，包含3路SCI、1路SPI、2套EV时间处理器、2路8位的ADC、1路eCAN总线通道，功能齐全.

5.2AD采样电路

TMS320F2812型DSP的A/D端口是GPIO多路复用的形式，共有16路12位的A/D转换器.A/D端口的输入电压控制在0～3.3V.为保证实际输入电压在输入信号范围内，在A/D采样端口处必须设置保护电路[14].

5.3PWM输出电路及程序下载接口电路

DSP采用PWM输出波形控制伺服电机的转动方向和速率.TMS320F2812型DSP有12路PWM脉冲输出端口.为保证输出波形的真实性，采用74HC245型锁存器进行PWM输出波形的保持，以防止传递出的PWM波形衰减[15].

DSP进行程序调试时，需经JTAG程序下载接口将仿真器与DSP连接，并将PC机上的程序下载到DSP中才能让DSP运行.

5.4时钟电路设计及EEPROM电路模块

对定日镜进行时钟控制时，要保证时钟不受系统失效的影响，采取单独时钟芯片构成时钟模块最为安全.本文采用Intersil公司生产的ISL1208型时钟芯片.该时钟芯片具有低功耗、高精度等优点，在系统电源失效时，可以通过后备电源供电，提供可靠的时钟信息.

为防止在主控电路发生故障突然掉电时数据丢失，添加EEPROM电路模块.

6通信电路

定日镜需要与分站进行通信，以完成数据交换.定日镜与分站进行数据交换时属于多主多从模式.本文用eCAN总线通信模式完成定日镜与分站的数据交换.在硬件电路系统设计中，采用两种通信方式：eCAN总线通信方式和RS232串口通信方式.eCAN总线通信方式主要用于定日镜与分站的数据交换；RS232串口通信方式用于调试时主控模块与PC机的数据交换.

6.1eCAN总线通信电路

选用SN65HVD232芯片作为eCAN总线通信电路的设计芯片.该芯片的应用扩展性好，功能强大，若要增加节点个数，只需在CAN总线上挂载有CAN模块的控制器即可[16].

6.2RS232串口通信电路

在进行DSP主控板的通信程序调试时，采用PC机与主控板串口调试方式更为方便.由于DSP采用的是TTL电平，与PC机的电平不一致，所以需要借助Max232完成TTL电平与PC机电平之间的转换.

7伺服电机及其驱动器选择

为满足定日镜调整特性，采用直流无刷伺服电机作为驱动电机，通过模糊PID控制对电机系统进行闭环控制调整，减小其误差，使其能达到定日镜转角精度的要求.主控电路根据所要调整的位置及伺服电机反馈情况向控制器提供相应PWM脉冲来调整定日镜转动.

因为定日镜需要根据太阳方位的变化进行实时调整，所以要求所采用的电机具有频繁启动、快速响应等特性.根据定日镜支架结构、重量、所需驱动转矩等实际情况，选择雷赛公司的DCM50205型永磁直流无刷电机作为定日镜转动的驱动电机.根据DCM50205型直流电机特性，选择DCS810数字直流电机控制器作为该系统的伺服电机驱动器.

8结论

本文提出了基于遗传算法改进的复合控制方案，设计了太阳能光热电站控制系统的总体结构，采用以CAN总线协议为基础通讯协议的总站、分站相结合的结构模式.这种模式既减轻了总站控制多台定日镜的负担，又方便每台定日镜各项参数的实时采集和存储.设计完成了光电基准型定日镜跟踪控制装置的硬件电路，包括电源电路、检测电路、主控电路、通信电路和伺服电机及其驱动器模块.本方案在保证光热电站整体控制精度的基础上，减少了光电检测元件的安装数量，降低了电站的构建成本.本研究将促进太阳能光热发电的发展.

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数控电源的设计与制作篇6

电气自动化和智能化的发展出现使得二次设备网路融合技术在变电站建设中得到了广泛应用，大大推进了我国变电站建设技术的前进。文章分析其特点，探讨其设计。

【关键词】110kV变电站电气设计发展

随着电力事业不断的加大投入力度，110kV变电站作为电力系统中的重要组成部分，同时110kV变电站是众多变电站中最为常见的一种，而人们生活水平与质量的提高使其对供电质量也提出了更高的要求。

1110kV智能变电站的特点

1.1通信标准化

IEC61850标准是一项新的网络通信体系，它对自动化变电站系统的国际通信标准做出了定义，让变电站使用的不同厂商生产的设备之间可以自由的连接，使得设备之间能够实现相互操作以及全站的信息共享等功能。

1.2状态可视化

变电站智能化的实现，能够实现监测全站设备运行状态的功能，其过程是经过采集设备工作时非电气量参数，利用传感器技术、计算机技术以及网络通信技术等，再使用专家系统分析获取的各项特征参数，以便及时发现设备的运行故障或是预测潜在故障。设备状态监测作为设备状态检修的基础，与原始的设备计划检修模式，状态检修模式减少了很多的不必要检修和停电事故。由此变电站实现了智能化检修维护，在检修设备时更有针对性和合理性，降低了设备检修维护成本。

1.3功能一体化

（1）系统功能集中化。智能变电站在采集全景数据的基础上，可以实现系统的各项功能，例如防误操作功能、设备状态监测等。由于IEC61850标准的推行，以及自动化装置和保护装置的相互融合，保护系统也逐渐实现了自动化管理。

（2）设备功能集成化。由于数字化测量方式和网络化的控制方式带来的好处，大大简化了间隔层设备的采样模块和I/O接口模块，所以可以对其逻辑计算能力做进一步的强化，使得系统功能更加集成化，例如110kV智能化变电站中使用的保护测控一体化装置。并且系统还能够把电能计量以及故障录波等功能也集成到间隔级中。

（3）电源系统一体化.传统的变电站的电源一直都是采用分散设计模式，把各个电源子系统独立组屏，各项设备的生产和安装由不同厂家来完成，给设备的管理和维护带来了很多不便，而智能化变电站克服了这些弊端。

（4）信息互动化.顺序控制：其主要功能是实现变电站的就地顺序控制以及远程监控，主要包括实现间隔层设备的“运行、检修、备用”状态的转换、双母线倒闸操作、变压器各侧跨电压等级操作、开关柜运行操作等。电压无功自动分析控制：结合应用调度、集控主站系统和变电站自动化系统，把各类节点参数进行处理，整合出VQC和AVC最优方案，最后再把方案反馈下发至变电站自动化系统，以实现无功调节命令。

2110kV变电站电气自动化设计

2.1PLC的设计

由于PLC具有良好的可靠性与稳定性，并且编程简单，因此被广泛地应用于110kV变电站的监控系统，它主要是以指令或梯形图编程的形式应用于监控系统实时控制中。此外，PLC主要是监控110kV变电站的电气一次部分。通常在选择PLC的时候，需要根据具体的控制对象备有20～30%的用量，以保障监控系统实时监控作用的发挥。

2.2组态软件设计

具体而言，110kV变电站组态软件设计主要指的是：设计监控界面，并且在此基础上配置PLC设备。建立监控数据库，将数据点和PLC的数据联系起来。设计相关设备的操作图形界面与操作按钮。以动画的形式连接上述层次，建立图形与数据的对应关系，当发生异常时能以声光进行报警。设计操作说明书，用以指导执行相关操作设备。

2.3PLC与组态软件的通信设计

如果没有熟练掌握PLC与组态软件之间的协议，则没有必要在PLC中设置编程和网络，同样可以实现PLC与组态软件的通信。只是，在设计110kV变电站和电气一次部分及监控系统时，要注意在PLC正常工作时，为保障交换数据的实现，务必要将组态软件切换到正确的通信位置上。

2.4110kV变电站电气自动化的二次设备布置设计

对110kV变电站电气自动化进行设计，不可避免地需要对变电站二次设备进行布置。主要包括以下几个方面的内容：

（1）采用集中布置的方式。

（2）使得变电站二次设备的柜体结构、外形及颜色保持统一。

（3）选择恰当合理的保护装置和监控系统。

（4）控制器室的备用屏位置应该约占总屏位的一成。

2.5110kV变电站电气自动化的直流系统设计

（1）直流系统采用一体化电源设备，为全站交直流设备提供安全、可靠的工作电源，包括：380V/220V交流电源、DC220V（110V）直流电源、通信电源DC48V、逆变电源等组成。

（2）一体化电源系统主要由ATS双电源转换开关模块及交流配电单元、充电单元、逆变电源、蓄电池组、通信电源及各类监控管理模块组成。逆变电源直接挂于直流母线对重要负荷供电。

（3）一体化电源系统采用分层分布架构，各功能测控模块采用一体化设计、一体化配置，各功能测控模块运行工况和信息数据采用标准规约接入一体化信息平台。实行一体化电源各子单元分散测控和集中管理，实现对一体化电源系统运行状态信息的实时监测。

3110kV变电站电气自动化的图像监视与安全预警系统设计

图像监视与安全预警系统功能主要体现在安全防范要求方面。系统设计内容如下所示：

（1）在110kV变电站的围墙四周安置探测器、远红外线或者电子栅栏。

（2）在110kV变电站大门以及主控制楼入口处安装摄像头。

（3）在110kV变电站各配电装置区安装室外摄像头。

（4）在110kV变电站的蓄电池室、控制室及各电压配电装置室内安装室内摄像头。

（5）完善110kV变电站在安全方面的配套措施（譬如防火防盗功能的配置）。

（6）确保安全预警系统报警信号能够传至变电站集控中心或者调度室。

4结语

综上所述，随着科学技术的突发猛进，变电站电气自动化控制技术在110kV变电站中的应用和推广明显加深，近几年智能变电站技术应用也越来越成熟，变电站必然会向着无人值班、无电缆沟道和无房屋建筑方向发展。

参考文献

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