專利名稱：一種用于機(jī)床磁力臺面的充磁退磁控制器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種充磁退磁控制器，尤其是用于機(jī)床磁力臺面的充磁退磁控制器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型由微處理器、充磁退磁電路主回路、主回路大電流檢測電路、電源同步信號攝取電路和可控硅觸發(fā)電路組成，其中充磁退磁電路主回路由主電源開關(guān)、主回路、繼電器、大功率可控硅和充退磁線圈組成；電源同步信號攝取電路的組成如下輸入端為變壓器輸出的低壓交流電，經(jīng)過限流電阻到運(yùn)算放大器，整成方波信號，再經(jīng)過限流電阻，到微處理器的中斷輸入口和I\O口；可控硅觸發(fā)電路組成如下微處理器I\O口輸出的控制信號連接光電耦合器，再連接大功率三極管驅(qū)動脈沖變壓器的一個(gè)線包，通過脈沖變壓器隔離后連接驅(qū)動脈沖變壓器另外兩個(gè)線包，同時(shí)連接并驅(qū)動兩個(gè)大功率單向可控硅。
主回路繼電器平時(shí)處于常開狀態(tài)，以保證充退磁線圈處于無電安全狀態(tài)。此外，還可通過增加繼電器數(shù)量，在不增加大功率可控硅情況下對多個(gè)通道的充退磁系統(tǒng)工作。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行充磁工作時(shí)，微處理器根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過如圖4所示的電壓波形(理論上充磁時(shí)只需一個(gè)半波即可，但實(shí)際工作時(shí)為了保證有效充磁，控制主回路通過3個(gè)半波。)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行退磁工作時(shí)，微處理器根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過如圖5所示的電壓波形，使充退磁線圈中通過功率由大到小的交流電，使有效退磁。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)是本裝置設(shè)計(jì)了主回路大電流檢測電路，采用電流互感器，主回路大電流線在骨架中串半圈或1圈，次級采用φ0.25漆包線繞了多圈，再經(jīng)過全波整流，電壓嵌位和限流，輸入到微處理器的I\O口。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)還包括設(shè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路，由霍爾傳感器、恒流源電路、差分放大電路、電壓比較器組成。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是提供一種采用微處理器作為系統(tǒng)核心且方便實(shí)現(xiàn)加電相位功率及時(shí)間的控制，達(dá)到很好的充退磁效果，增加了系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)節(jié)省了大量大功率部件，是一種節(jié)能、安全可靠、高工作效率和低成本的充退磁控制器。
四

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖圖2為本實(shí)用新型電源同步信號攝取電路圖3為本實(shí)用新型可控硅觸發(fā)電路圖4為本實(shí)用新型電源波形圖圖5為本實(shí)用新型充磁時(shí)電源波形圖圖6為本實(shí)用新型退磁時(shí)電源波形圖圖7為本實(shí)用新型磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路圖圖8為本實(shí)用新型主回路電路圖圖9為本實(shí)用新型控制器主流程圖圖10為本實(shí)用新型充磁退磁程序控制流程圖(一)控制器硬件部分(1)單片機(jī)系統(tǒng)(包括CPU、WTD、EEPROM)本系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)，它內(nèi)部有4KflashROM(足夠本儀器用來存儲程序)和128byte RAM。另外為了保存工作參數(shù)，選用電擦除可編程只讀存儲器EEPROM24C01A作輔助存儲器，它為串行讀寫方式，只占用單片機(jī)2個(gè)I/O口。
設(shè)計(jì)中還采用555振蕩電路及74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，構(gòu)成了一個(gè)簡易的看門狗電路，使系統(tǒng)具有自恢復(fù)功能。即使系統(tǒng)受到干擾程序跑飛，看門狗電路可使單片機(jī)復(fù)位，系統(tǒng)自動恢復(fù)。
(2)電源同步信號攝取電路為了能讓微處理器可靠地控制可控硅按規(guī)定相位開通充退磁主回路，微處理器必須準(zhǔn)確地得到交流電源的過零點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了如下電源同步信號攝取電路，輸入端為變壓器輸出的15V交流電，經(jīng)過限流電阻到運(yùn)算放大器，整成如圖所示的方波信號，再經(jīng)過3K限流電阻，到微處理器的中斷輸入口和I\O口。
(3)可控硅觸發(fā)電路微處理器I\O口輸出的控制信號經(jīng)光電耦合器，再通過大功率三極管驅(qū)動脈沖變壓器的一個(gè)線包，通過脈沖變壓器隔離后驅(qū)動脈沖變壓器另外兩個(gè)線包，同時(shí)驅(qū)動兩個(gè)大功率單向可控硅(如圖3可控硅觸發(fā)電路)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行充磁工作時(shí)，微處理器根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過如圖4所示的電壓波形(理論上充磁時(shí)只需一個(gè)半波即可，但實(shí)際工作時(shí)為了保證有效充磁，控制主回路通過3個(gè)半波。)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行退磁工作時(shí)，微處理器根據(jù)電源過零同步信號，觸發(fā)可控硅使主回路通過如圖5所示的電壓波形，使充退磁線圈中通過功率由大到小的交流電，使鋁鎳鈷有效退磁。
(4)主回路大電流檢測電路為了保證能確認(rèn)是否給充退磁線圈加上大電流，本裝置設(shè)計(jì)了主回路大電流檢測電路，因?yàn)闊o需精確測量主回路電源，為了降低成本，電流互感器采用最簡易的方案，采用1W變壓器骨架，主回路大電流線在骨架中串半圈，次級采用φ0.25漆包線繞了3000圈，再經(jīng)過全波整流，電壓嵌位和限流，輸入到微處理器的I\O口。微處理器充磁退磁過程中同時(shí)檢測主回路電流，如果檢測不到則輸出出錯(cuò)指示。(5)磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路由傳感器(線性霍爾傳感器)、恒流源電路、差分放大電路、電壓比較器組成。
恒流源用于給霍爾傳感器提供工作電流(5mA)，因?yàn)楦骰魻杺鞲衅髦g輸出差異較大，所以，在霍爾傳感器電流輸入端并電流輸入端并1個(gè)Rx，根據(jù)傳感器情況調(diào)整，使傳感器在同樣磁感應(yīng)強(qiáng)度下輸出相同的電動勢，傳感器輸出的電動勢經(jīng)差分放大10倍后再經(jīng)電壓比較器比較后輸出給微處理器I/O口。如當(dāng)探測到磁力平臺磁感應(yīng)超過500GS時(shí)，即已充好磁狀態(tài)，比較器輸出為高水平，當(dāng)?shù)陀?00GS時(shí)輸出為低電平。這樣通過此簡單的探測電路，微處理器能準(zhǔn)確地探測到磁力臺面的充磁退磁狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠工作。
(6)被控電路主回路控制器充磁退磁電路主回路由主電源開關(guān)、主回路、繼電器、大功率可控硅(50A)和充退磁線圈組成。主回路繼電器平時(shí)處于常開狀態(tài)，以保證充退磁線圈處于無電安全狀態(tài)。此外，還可通過增加繼電器數(shù)量，在不增加大功率可控硅情況下對多個(gè)通道的充退磁系統(tǒng)工作。因?yàn)檎麄€(gè)充退磁工作時(shí)間很短，小于1秒，并且整個(gè)回路總工作電流不會很大，瞬間最大值小于80A，所以從成本角度考查，選用50A的單向可控硅。
(7)手控、面板鍵盤及指示燈電路面板控制線控器按鍵控制充退磁器工作，面板鍵盤有充磁按鈕和退磁按鈕而為避免操作者誤操作，線控器設(shè)置了三個(gè)按鍵，中間增加一個(gè)公共按鍵。只有當(dāng)公共鍵按下，再按充磁或退磁按鍵才可正常工作。指示燈與按鍵一一對應(yīng)設(shè)置，選用普通發(fā)光二極管，按鍵和指示燈的控制由微處理器的I/O口來完成。
(8)與PLC接口電路本控制器還能接收PLC控制，PLC數(shù)字量輸出口通過控制光耦使微處理器對應(yīng)I/O口電平發(fā)生改變，微處理器主流程不斷查詢對應(yīng)I/O口，作出相應(yīng)操作。微處理器完成一次工作(充磁或退磁)后，通過I/O控制三極管吸合或放開線路板上的繼電器，將繼電器常開常閉觸點(diǎn)分別與PLC的數(shù)字量輸入口相連，PLC就得到了控制器的工作狀態(tài)。
(9)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)①微處理器外部加Watchdog(看門狗)電路。
②控制電路中廣泛采用光電隔離。
③繼電器線包接二極管用于吸收反向感生電動勢。
④主回路繼電器觸點(diǎn)加接消火花電容。
⑤在進(jìn)行充磁和退磁工作時(shí)，軟件控制主回路繼電器先在無電流情況下吸合后再控制可控硅工作通過大電流，這樣既保護(hù)了繼電器觸點(diǎn)，又保證繼電器在吸合或放開時(shí)觸點(diǎn)不打火。
軟件部分系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由按鍵顯示處理模塊、充磁模塊、退磁模塊、各種開關(guān)量狀態(tài)探測模塊和出錯(cuò)處理模塊等組成。軟件主要流程圖如圖9、10所示。
權(quán)利要求1.一種用于機(jī)床磁力臺面的充磁退磁控制器，其特征是由微處理器、充磁退磁電路主回路、主回路大電流檢測電路、電源同步信號攝取電路和可控硅觸發(fā)電路組成，其中充磁退磁電路主回路由主電源開關(guān)、主回路、繼電器、大功率可控硅和充退磁線圈組成；電源同步信號攝取電路的組成如下輸入端為變壓器輸出的低壓交流電，經(jīng)過限流電阻到運(yùn)算放大器，整成方波信號，再經(jīng)過限流電阻，到微處理器的中斷輸入口和I\O口；可控硅觸發(fā)電路組成如下微處理器I\O口輸出的控制信號連接光電耦合器，再連接大功率三極管驅(qū)動脈沖變壓器的一個(gè)線包，通過脈沖變壓器隔離后連接驅(qū)動脈沖變壓器另外兩個(gè)線包，同時(shí)連接并驅(qū)動兩個(gè)大功率單向可控硅。
2.由權(quán)利要求1所述的充磁退磁控制器，其特征是設(shè)有多個(gè)繼電器，對多個(gè)通道的充退磁裝置工作。
3.由權(quán)利要求1所述的充磁退磁控制器，其特征是設(shè)有主回路大電流檢測電路，主回路大電流檢測電路采用電流互感器，主回路大電流線在骨架中串半圈或1圈，次級采用φ0.25漆包線繞了多圈，再經(jīng)過全波整流電路，電壓嵌位和限流電路，連接到微處理器的I\O口。
4.由權(quán)利要求1所述的充磁退磁控制器，其特征是另設(shè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路，磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測電路由霍爾傳感器、恒流源電路、差分放大電路、電壓比較器電路組成。
專利摘要一種用于機(jī)床磁力臺面的充磁退磁控制器，由微處理器、充磁退磁電路主回路、主回路大電流檢測電路、電源同步信號攝取電路和可控硅觸發(fā)電路組成，其中充磁退磁電路主回路由主電源開關(guān)、主回路、繼電器、大功率可控硅和充退磁線圈組成；電源同步信號攝取電路的組成如下輸入端為變壓器輸出的低壓交流電，經(jīng)過限流電阻到運(yùn)算放大器，整成方波信號，再經(jīng)過限流電阻，到微處理器的中斷輸入口和I\O口。本實(shí)用新型提供一種采用微處理器作為裝置核心，方便實(shí)現(xiàn)加電相位功率及時(shí)間的控制，達(dá)到很好的充退磁效果。
文檔編號H01F13/00GK2569303SQ02263929
公開日2003年8月27日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者李濤, 潘紅兵, 徐健健 申請人:南京大學(xué)