基于mcu和fpga的psm高壓電源控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，包括MCU邏輯控制器、FPGA脈沖控制器，MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器與計(jì)算機(jī)IPC1采用RS232串口通訊，計(jì)算機(jī)IPC1和IPC2構(gòu)成上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)還匹配有控制軟件；MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器與基于PSM技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)部件之間采用光纖連接，MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器執(zhí)行外部信號(hào)指令并根據(jù)上位機(jī)控制系統(tǒng)輸入的電源運(yùn)行模式控制高壓電源系統(tǒng)各部件的運(yùn)行；本發(fā)明采用MCU和FPGA相結(jié)合來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，為EAST核聚變裝置上140GHz電子回旋共振加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。
【專利說明】基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓電源控制系統(tǒng)，具體涉及一種基于PSM技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)控制 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 輔助加熱系統(tǒng)作為托卡馬克最重要最復(fù)雜的系統(tǒng)之一在國際各裝置上一直是重 點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象，對(duì)應(yīng)托卡馬克從脈沖往穩(wěn)態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)，輔助加熱高壓電源也經(jīng)歷了從脈 沖模式到長脈沖乃至穩(wěn)態(tài)模式的發(fā)展階段，作為最近幾年國內(nèi)外研究的最新技術(shù)，PSM開關(guān) 電源技術(shù)發(fā)展迅速并已在輔助加熱高壓電源系統(tǒng)中獲得大量成功的應(yīng)用。
[0003] 隨著托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)的不斷深入對(duì)電子回旋系統(tǒng)乃至高壓電源系統(tǒng)提出更高 更加苛刻的要求，同時(shí)也就對(duì)高壓電源的控制、保護(hù)等技術(shù)提出了更高的要求，如快速前后 沿控制、微秒級(jí)電流檢測(cè)及過流保護(hù)、高達(dá)ΙΚΗζ的調(diào)制運(yùn)行以及靈活多變的運(yùn)行控制方式 等。
[0004] 基于PSM技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)就是以單個(gè)模塊為控制單元實(shí)現(xiàn)高 壓輸出的開關(guān)控制與調(diào)制控制等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且控制對(duì)象較多，而且各個(gè)對(duì)象的控制 要求又不盡相同，時(shí)間跨度從微秒級(jí)至秒級(jí)變化，因此設(shè)計(jì)并建造一套操作方便、運(yùn)行可靠 的控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。
[0005] -般簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)采用單一控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠滿足一些特定的控制要求，但 是對(duì)于時(shí)域控制較寬、邏輯控制層次較多的應(yīng)用場(chǎng)合，單一控制器就很難滿足整個(gè)系統(tǒng)全 局的控制要求。
[0006] 在基于PSM技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)中，主要由進(jìn)線開關(guān)柜、軟啟動(dòng)接觸器柜、多繞組 隔離變壓器、PSM模塊、輸出電壓電流快速檢測(cè)及保護(hù)等幾個(gè)主要部分組成，控制系統(tǒng)的主 要任務(wù)之一就是對(duì)各個(gè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及在負(fù) 載故障時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓電流的快速檢測(cè)與保護(hù)，以滿足負(fù)載(如回旋管等）對(duì)打火、過流保 護(hù)等的快速要求。根據(jù)上述系統(tǒng)的主要控制對(duì)象和控制過程，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造難點(diǎn) 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 控制對(duì)象增多，PSM高壓電源系統(tǒng)中除了包含斷路器、接觸器等10kV交流開關(guān)外， 直流側(cè)開關(guān)由幾個(gè)（1?2個(gè)）增加為近百個(gè)(取決于模塊個(gè)數(shù))，控制對(duì)象的增加明顯提高 了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造難度； (2) 控制過程更加復(fù)雜，PSM高壓電源運(yùn)行前后均要經(jīng)歷幾個(gè)開關(guān)過程，所有的邏輯控 制、時(shí)序控制均需要由控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)； (3) PSM高壓電源對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和精度要求更高，脈沖定時(shí)控制精度從微秒至 數(shù)秒變化，時(shí)域跨度很大，一般控制器很難同時(shí)兼顧； (4) 為了滿足物理實(shí)驗(yàn)的各種復(fù)雜運(yùn)行要求，在高壓電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還加入了多 種運(yùn)行模式的選擇，這進(jìn)一步加大了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一套基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)基于 PSM技術(shù)高壓電源系統(tǒng)的控制，滿足回旋管負(fù)載乃至托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)的基本運(yùn)行控制與 各種保護(hù)要求。
[0008] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，包括位于本地控制柜里的MCU邏輯控 制器、FPGA脈沖控制器，其特征在于：還包括均與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器連接 的上位機(jī)系統(tǒng)以及高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2以及匹配的控制 軟件；所述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器與本地控制計(jì)算機(jī)IPC1采用RS232串口 通訊，本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和控制室的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2通過網(wǎng)絡(luò)通訊； 所述的高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括PSM模塊、負(fù)載以及電壓電流測(cè)控設(shè)備以及軟啟動(dòng)接觸 器柜；所述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器通過多芯電纜連接光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，所述的 光電轉(zhuǎn)換設(shè)備與電源設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的PSM模塊以及電壓電流測(cè)控設(shè)備光纖連接，所述的MCU邏 輯控制器還通過多芯電纜連接軟啟動(dòng)接觸器柜； 所述的MCU邏輯控制器通過接外部控制指令，控制軟啟動(dòng)柜內(nèi)部接觸器的合閘和分 閘，并對(duì)軟啟動(dòng)柜內(nèi)部接觸器的狀態(tài)返回信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和過程判斷；同時(shí)，所述的MCU邏輯 控制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件中預(yù)設(shè)定的時(shí)序及邏輯將控制指令發(fā)送給FPGA脈 沖控制器，F(xiàn)PGA脈沖控制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件預(yù)設(shè)定的運(yùn)行模式、電壓幅值、 脈沖寬度、上升沿和下降沿時(shí)間參數(shù)值自動(dòng)計(jì)算并生成需要運(yùn)行的模塊數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間， 并根據(jù)MCU邏輯控制器發(fā)送的控制指令控制脈沖信號(hào)的啟動(dòng)和停止，進(jìn)而控制PSM模塊的 開通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的開關(guān)與調(diào)節(jié)。
[0009] 所述的上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件是包括應(yīng)用層、服務(wù)層和驅(qū)動(dòng)層；所述的應(yīng)用 層通過人機(jī)交互軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，所述的人機(jī)交互軟件利用WINDOWS XP的DELPHI編譯， 通過位于現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程的監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇高壓電源系統(tǒng)的工作模式，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，相關(guān) 數(shù)據(jù)通過RS232串行通信線傳輸給整套控制系統(tǒng)的核心運(yùn)算部分-MCU邏輯控制器和FPGA 脈沖控制器，MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器接收預(yù)設(shè)參數(shù)以后，將依據(jù)外部控制信號(hào) 來控制整套電源系統(tǒng)按照既定的程序運(yùn)行；所述的服務(wù)層與應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層之間通過總體 接口單元連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)信息與MCU邏輯控制器以及FPGA脈沖控制器之間的交換變量的 管理；所述的驅(qū)動(dòng)層包括RS232與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器的連接單元、客戶端 接口處理單元、軟件設(shè)定單元和模塊設(shè)定單元，所述的RS232與MCU邏輯控制器和FPGA脈 沖控制器的連接單元實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器的串口通訊，所述的 客戶端處理單元主要用于通過遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)IPC2的網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 的監(jiān)控和操作，所述的軟件設(shè)定單元和模塊設(shè)定單元在接收應(yīng)用層人機(jī)交互軟件設(shè)定的運(yùn) 行模塊以及相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行模塊和參數(shù)的配置。
[0010] 所述的MCU邏輯控制器，主板MCU采用目前ARM7架構(gòu)的LPC2138芯片作為核心控 制器件，協(xié)調(diào)控制高壓電源系統(tǒng)各部分的工作，以及高壓系統(tǒng)與外部各系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖控 制、邏輯控制等，定時(shí)精度達(dá)lmS，采用RS232串口通訊方式與上位機(jī)通訊； 所述的FPGA脈沖控制器，主板采用Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240構(gòu)成主控制區(qū) 域，配置適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鼋涌陔娐?，控制高壓電源系統(tǒng)的核心部分--PSM模塊的開機(jī)與關(guān) 機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的開關(guān)控制、調(diào)節(jié)以及高達(dá)ΙΚΗζ的調(diào)制運(yùn)行等，定時(shí)精度達(dá)luS，采 用RS232串口通訊方式與上位機(jī)通訊； 所述的高壓電源運(yùn)行模式包括測(cè)試模式、脈沖模式、調(diào)制模式、反饋模式以及設(shè)備測(cè) 試。
[0011] 所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高壓電源系統(tǒng) 與控制系統(tǒng)之間的隔離，從而保障操作人員與設(shè)備的安全運(yùn)行； 所述的電壓電流測(cè)控箱包括電壓電流快速檢測(cè)及保護(hù)單元，用于快速檢測(cè)高壓電源系 統(tǒng)的電壓電流信號(hào)并進(jìn)行閾值判斷，當(dāng)發(fā)生過壓或者過流時(shí)發(fā)出保護(hù)信號(hào)送至控制器，實(shí) 現(xiàn)高壓電源系統(tǒng)的快速關(guān)斷從而保護(hù)負(fù)載和電源自身。
[0012] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在： 本發(fā)明采用MCU和FPGA相結(jié)合來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)的控制劃分為邏輯控制層 和脈沖控制層，從時(shí)域控制要求和邏輯控制要求兩個(gè)層面進(jìn)行了功能劃分，利用MCU實(shí)現(xiàn) 精度達(dá)毫秒級(jí)的邏輯控制層，滿足系統(tǒng)的基本邏輯控制需求，利用FPGA實(shí)現(xiàn)精度達(dá)luS的 脈沖控制層，滿足PSM高壓電源對(duì)于各種工況下脈沖前后沿的快速控制等要求。本發(fā)明為 EAST核聚變裝置上140GHz電子回旋共振加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障，可 以實(shí)現(xiàn)各種主要的運(yùn)行模式，滿足回旋管不同工況下對(duì)于電源的各種控制要求以及保護(hù)要 求等，從而最終滿足各種物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明軟件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本發(fā)明測(cè)試模式輸出波形； 其中：CH1:輸出電壓（1乂0(：:101^0〇,012:輸出電流（1￥0(：:1(^) 1快速上升，2手動(dòng)上升，3手動(dòng)下降，4快速下降； 圖4 (a)是脈沖模式完整輸出波形，4(b)是脈沖模式上升沿輸出波形，4(c)是脈沖模式 下降沿輸出波形； 圖5(a)為完整ΙΚΗζ調(diào)制模式輸出波形，圖5(b)為完整ΙΚΗζ調(diào)制模式輸出波形的展 開細(xì)節(jié)； 圖6 (a)是反饋模式完整輸出波形，6(b)是反饋模式上升沿輸出波形，6(c)是反饋模式 下降沿輸出波形； 圖7過流保護(hù)輸出波形。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1所示，一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，包括位于本地控制 柜里的MCU邏輯控制器、FPGA脈沖控制器，還包括均與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器 連接的上位機(jī)系統(tǒng)以及高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2以及匹配的控制 軟件；所述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器與本地控制計(jì)算機(jī)IPC1采用RS232串口 通訊，本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和控制室的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2通過網(wǎng)絡(luò)通訊； 所述的高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括PSM模塊、電壓電流測(cè)控設(shè)備以及軟啟動(dòng)接觸器柜；所 述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器通過多芯電纜連接光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，所述的光電轉(zhuǎn)換 設(shè)備與電源設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的PSM模塊以及電壓電流測(cè)控設(shè)備光纖連接，所述的MCU邏輯控制器 還通過多芯電纜連接軟啟動(dòng)接觸器柜； 所述的MCU邏輯控制器通過接外部控制指令，控制軟啟動(dòng)柜內(nèi)部接觸器的合閘和分 閘，并對(duì)軟啟動(dòng)柜內(nèi)部接觸器的狀態(tài)返回信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和過程判斷；同時(shí)，所述的MCU邏輯 控制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件中預(yù)設(shè)定的時(shí)序及邏輯將控制指令發(fā)送給FPGA脈 沖控制器，F(xiàn)PGA脈沖控制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件預(yù)設(shè)定的高壓電源運(yùn)行模式、 電壓幅值、脈沖寬度、上升沿和下降沿時(shí)間參數(shù)值自動(dòng)計(jì)算并生成需要運(yùn)行的模塊數(shù)量和 運(yùn)行時(shí)間，并根據(jù)MCU邏輯控制器發(fā)送的控制指令控制脈沖信號(hào)的啟動(dòng)和停止，進(jìn)而控制 PSM模塊的開通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的開關(guān)與調(diào)節(jié)。
[0015] 所述的MCU邏輯控制器，主板MCU采用目前ARM7架構(gòu)的LPC2138芯片作為核心控 制器件，協(xié)調(diào)控制高壓電源系統(tǒng)各部分的工作，以及高壓系統(tǒng)與外部各系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖控 制、邏輯控制等，定時(shí)精度達(dá)lmS，采用RS232串口通訊方式與上位機(jī)通訊； 所述的FPGA脈沖控制器，主板采用Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240構(gòu)成主控制區(qū) 域，配置適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鼋涌陔娐罚刂聘邏弘娫聪到y(tǒng)的核心部分--PSM模塊的開機(jī)與關(guān) 機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的開關(guān)控制、調(diào)節(jié)以及高達(dá)ΙΚΗζ的調(diào)制運(yùn)行等，定時(shí)精度達(dá)luS，采 用RS232串口通訊方式與上位機(jī)通訊； 如圖2所示，所述的上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件是包括應(yīng)用層、服務(wù)層和驅(qū)動(dòng)層；所 述的應(yīng)用層通過人機(jī)交互軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，所述的人機(jī)交互軟件利用WINDOWS XP的 DELPHI編譯，通過位于現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程的監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇高壓電源系統(tǒng)的工作模式，并設(shè)置相 關(guān)參數(shù)，相關(guān)數(shù)據(jù)通過RS232串行通信線傳輸給整套控制系統(tǒng)的核心運(yùn)算部分-MCU邏輯控 制器和FPGA脈沖控制器，MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器接收預(yù)設(shè)參數(shù)以后，將依據(jù)外 部控制信號(hào)來控制整套電源系統(tǒng)按照既定的程序運(yùn)行；所述的服務(wù)層與應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層之 間通過總體接口單元連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)信息與MCU邏輯控制器以及FPGA脈沖控制器之間的 交換變量的管理；所述的驅(qū)動(dòng)層包括RS232與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器的連接單 元、客戶端接口處理單元、軟件設(shè)定單元和模塊設(shè)定單元，所述的RS232與MCU邏輯控制器 和FPGA脈沖控制器的連接單元實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器的串口通 訊，所述的客戶端處理單元主要用于通過遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)IPC2的網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電 源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控和操作，所述的軟件設(shè)定單元和模塊設(shè)定單元在接收應(yīng)用層人機(jī)交互軟 件設(shè)定的運(yùn)行模塊以及相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行模塊和參數(shù)的配置。
[0016] 所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)與控 制系統(tǒng)之間的隔離，從而保障操作人員與設(shè)備的安全運(yùn)行； 所述的電壓電流測(cè)控箱輸出電壓電流快速檢測(cè)及保護(hù)單元，用于快速檢測(cè)電壓電流信 號(hào)并進(jìn)行閾值判斷，當(dāng)發(fā)生過壓或者過流時(shí)發(fā)出保護(hù)信號(hào)送至控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高壓的快速 關(guān)斷從而保護(hù)負(fù)載和電源自身。
[0017] 所述的高壓電源運(yùn)行模式包括測(cè)試模式、脈沖模式、調(diào)制模式、反饋模式以及設(shè)備 測(cè)試。
[0018] 1)測(cè)試模式，主要用于單個(gè)模塊的開關(guān)控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)單個(gè)模塊的功能測(cè) 試以及多個(gè)模塊的離散測(cè)試、連續(xù)測(cè)試等，該模式控制靈活，可以滿足控制要求復(fù)雜、多變 的應(yīng)用場(chǎng)合； 2) 脈沖模式，適用于單個(gè)脈沖的運(yùn)行模式，該模式運(yùn)行簡(jiǎn)單，適用于固定輸出電壓、固 定輸出脈寬的應(yīng)用場(chǎng)合； 3) 調(diào)制模式，適用于特定物理實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)合，適用于固定輸出電壓、固定輸出脈寬、 輸出調(diào)制頻率從ΙΟΗζ-ΙΚΗζ變化的應(yīng)用場(chǎng)合，觀察信號(hào)在特定頻率下的工作對(duì)于物理試驗(yàn) 結(jié)果的影響； 4) 反饋模式，基本功能與脈沖模式類似，但是其控制精度更高，可以減弱電網(wǎng)、負(fù)載等 擾動(dòng)因素對(duì)于輸出電壓的影響。
[0019] 5)設(shè)備測(cè)試，用于對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，可以對(duì)每一個(gè)通道進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)軟 件變量與硬件通道的檢查與校驗(yàn)。
[0020] 目前該套控制系統(tǒng)已經(jīng)研制成功并且投入140GHz電子回旋共振加熱高壓電源系 統(tǒng)的運(yùn)行，控制系統(tǒng)的主要設(shè)備集成于一臺(tái)控制柜中。
[0021] 如圖3至圖6所示，是測(cè)試、脈沖、調(diào)制、反饋四種模式的輸出高壓電的波形顯示 圖，圖7為發(fā)生過流保護(hù)時(shí)，輸出高壓電的波形顯示圖。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，包括位于本地控制柜里的MCU邏輯 控制器、FPGA脈沖控制器，其特征在于：還包括與MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器連接 的上位機(jī)系統(tǒng)以及高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2以及匹配的控制 軟件；所述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器與本地控制計(jì)算機(jī)IPC1采用RS232串口 通訊，本地控制計(jì)算機(jī)IPC1和控制室的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2采用網(wǎng)絡(luò)連接通訊； 所述的高壓電源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括PSM模塊、負(fù)載以及電壓電流測(cè)控設(shè)備以及軟啟動(dòng)接觸 器柜；所述的MCU邏輯控制器和FPGA脈沖控制器通過多芯電纜連接光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，所述的 光電轉(zhuǎn)換設(shè)備通過光纖連接電源設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的PSM模塊以及電壓電流測(cè)控設(shè)備，所述的MCU 邏輯控制器還通過多芯電纜連接軟啟動(dòng)接觸器柜； 所述的MCU邏輯控制器通過接收外部控制指令，控制軟啟動(dòng)柜接觸器的合閘和分閘， 并對(duì)軟啟動(dòng)柜內(nèi)部接觸器的狀態(tài)返回信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和過程判斷；同時(shí)，所述的MCU邏輯控 制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件中預(yù)設(shè)定的時(shí)序及邏輯將控制指令發(fā)送給FPGA脈沖 控制器，F(xiàn)PGA脈沖控制器結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件預(yù)設(shè)定的高壓電源運(yùn)行模式、電 壓幅值、脈沖寬度、上升沿和下降沿時(shí)間參數(shù)值自動(dòng)計(jì)算并生成需要運(yùn)行的模塊數(shù)量和運(yùn) 行時(shí)間，并根據(jù)MCU邏輯控制器發(fā)送的控制指令控制脈沖信號(hào)的啟動(dòng)和停止，進(jìn)而控制PSM 模塊的開通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的開關(guān)與調(diào)節(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述的上位機(jī)系統(tǒng)匹配的控制軟件是包括應(yīng)用層、服務(wù)層和驅(qū)動(dòng)層；所述的應(yīng)用層通過人 機(jī)交互軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，所述的人機(jī)交互軟件利用WINDOWS XP的DELPHI編譯，通過本地 控制計(jì)算機(jī)IPC1和遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)IPC2選擇高壓電源系統(tǒng)的工作模式，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)； 所述的服務(wù)層與應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層之間通過總體接口單元連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)與MCU邏輯 控制器以及FPGA脈沖控制器之間的交換變量的管理；所述的驅(qū)動(dòng)層包括RS232與MCU邏輯 控制器和FPGA脈沖控制器的連接單元、客戶端接口處理單元、軟件設(shè)定單元和模塊設(shè)定單 J Li 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述的MCU邏輯控制器，主板采用ARM7架構(gòu)的LPC2138芯片，并配置接口電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述的FPGA脈沖控制器，主板采用Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240,并配置輸入輸 出接口電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MCU和FPGA的PSM高壓電源控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述的高壓電源的運(yùn)行模式包括測(cè)試模式、脈沖模式、調(diào)制模式、反饋模式以及設(shè)備測(cè) 試。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK104216301SQ201410424491
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】張健, 韋維, 孫浩章, 郭斐, 吳友國, 沈曉嶺, 黃懿贊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所