基于數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體架構(gòu)

軟件總體架構(gòu)如圖4所示。底層固件庫模塊由ST公司提供，包括STM32F103系列處理器所有外設(shè)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用接口。啟動(dòng)配置模塊由匯編文件stm32f10x_startup.s構(gòu)成，完成堆棧和中斷向量表的初始化。硬件配置模塊完成復(fù)位和時(shí)鐘(RCC)、 中斷控制器、GPIO、看門狗、定時(shí)器等片內(nèi)外設(shè)的初始化。中斷服務(wù)包括系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘、看門狗、CAN收發(fā)、定時(shí)器、USART的中斷服務(wù)程序。設(shè)計(jì)中采 用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、通信、控制等多個(gè)任務(wù)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，保證控制的實(shí)時(shí)性。人機(jī)界面模塊包括LCD驅(qū)動(dòng)、按鍵掃描、圖形用戶界面、LED和 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。工作控制模塊監(jiān)控多個(gè)功率模塊并聯(lián)運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)均流。通信模塊完成監(jiān)控功率模塊運(yùn)行所需要的CAN通信和上位機(jī)遠(yuǎn)程控制時(shí)的 485通信。定時(shí)器模塊提供其他模塊工作所需要的定時(shí)功能。

圖4 軟件總體架構(gòu)圖

3.2 工作控制模塊

工作控制模塊包括系統(tǒng)初始化和運(yùn)行控制兩部分。系統(tǒng)初始化通過讀取功率模塊的額定參數(shù)、統(tǒng)計(jì)功率模塊數(shù)、計(jì)算系統(tǒng)總額定電流，以確定并聯(lián)系統(tǒng)的初始配 置。運(yùn)行控制按照用戶指定方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控功率模塊并聯(lián)運(yùn)行，監(jiān)控流程如圖5所示。首先向功率模塊設(shè)置穩(wěn)壓或穩(wěn)流工作模式以及電壓或電流參數(shù)，然后發(fā)送啟動(dòng) 命令，使功率模塊開始工作。狀態(tài)查詢以廣播方式發(fā)送查詢命令，以查詢各功率模塊的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。報(bào)文接收接收功率模塊發(fā)送的查詢響應(yīng)報(bào)文，并從報(bào)文中獲 得數(shù)據(jù);通信檢測根據(jù)是否有響應(yīng)報(bào)文判斷通信是否正常。數(shù)據(jù)處理根據(jù)報(bào)文接收中獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算總電流、電壓、平均電流(穩(wěn)壓模式)、安培時(shí)(安培時(shí)模式) 等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。故障處理檢測功率模塊和系統(tǒng)故障，進(jìn)行故障處理和報(bào)警。輸出處理根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)輸出控制參數(shù)，包括軟啟動(dòng)輸出、在穩(wěn)壓模式下輸出平均 電流、安培時(shí)模式下輸出加藥信號、工藝曲線模式下輸出下一階段的電壓或電流參數(shù)等。停機(jī)控制在需要停機(jī)時(shí)通過發(fā)送停機(jī)命令控制功率模塊停止工作。

圖5 運(yùn)行監(jiān)控流程圖

4 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含2個(gè)1 000 A/15 V的功率模塊，系統(tǒng)在總設(shè)定電流下以穩(wěn)壓模式運(yùn)行，測得表1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。

表1 穩(wěn)壓模式測試結(jié)果

從表中可見，均流不平衡度在5%以內(nèi)，滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了功率模塊的并聯(lián)運(yùn)行和均流。經(jīng)實(shí)際測試表明，系統(tǒng)其他相關(guān)指標(biāo)均滿足要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)論

并聯(lián)均流系統(tǒng)采用ARM芯片STM32F103作為主控芯片，利用其豐富的資源和強(qiáng)大性能，實(shí)現(xiàn)了多種外設(shè)接口并簡化了硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了圖形交互界面、基于操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度、CAN和上位機(jī)通信以及多種工作模式，增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能、友善性和擴(kuò)展性。