一種程控高壓充電系統(tǒng)設計
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PID調節(jié)的實質就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分和微分的函數(shù)關系進行運算，其運算結果用以輸出控制，從而減小時滯，防止超調，獲得穩(wěn)定的輸出數(shù)據(jù)。但由于被控對象的工作過程具有多樣性，使得PID參數(shù)的正確獲取較為復雜，需要通過反復調試，獲取盡可能多的實驗數(shù)據(jù)后確定。PID控制在PLC中既可用PID硬件模塊實現(xiàn)，也可用軟件實現(xiàn)，應根據(jù)實際的控制系統(tǒng)規(guī)模以及成本等因素選取。本系統(tǒng)采用的是S7-200系列的PLC，實際編程中直接使用PLC內部的PID控制指令，主要解決高壓過沖和振蕩兩個問題。
單相交流調壓模塊集同步變壓器、相位檢測電路、移相觸發(fā)電路和輸出可控硅于一體，當改變控制電壓的大小，就可改變輸出可控硅的觸發(fā)相角，即實現(xiàn)單相交流電的調壓?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動和負載在啟動時一般都比其額定電流大幾倍，及晶閘管芯片抗電流沖擊能力較差等因素，在選取模塊電流規(guī)格時應留出適當裕量。阻性負載的模塊標稱電流應為負載額定電流的2倍；感性負載的模塊標稱電流應為負載額定電流的3倍。另外，調壓模塊的過電壓能力差，若模塊內部未自帶過電壓保護線路，可以外接阻容吸收回路或壓敏電阻進行保護。
光電隔離模塊的作用是將高壓地和控制地分開，從而保護后端的模擬采樣等控制線路。選用時要選擇合適的頻帶范圍和驅動能力，確保不影響正常的數(shù)據(jù)傳送。
按照模擬量隔離模塊的接線方式，其輸入端等效電阻和高壓分壓器的低壓臂電阻并聯(lián)，當輸入端等效電阻不能明顯大于高壓分壓器的低壓臂電阻時，就會影響到高壓分壓器的分壓比。除了選擇較大輸入阻抗的隔離模塊外，還可以使用運放設計中間電路，利用其高輸入阻抗的特性進行匹配，或者通過軟件校正。
2．3 信號轉換電路
S7-200PLC支持多種通信協(xié)議，比如點到點接口協(xié)議(PPI)、多點接口協(xié)議(MPI)、Profibus協(xié)議、用戶定義的協(xié)議等。觸摸屏和PLC之間采用RS 485協(xié)議通訊，為避免實驗過程中儲能電容放電產(chǎn)生的高壓脈沖干擾通過串行總線耦合到屏蔽間內部，設計了針對RS 485協(xié)議的光電／電光轉換電路，實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的光纖傳輸。由于RS 485屬于半雙工協(xié)議，標準的協(xié)議轉換芯片都需要控制數(shù)據(jù)流方向，一般采用的方式是用一根信號線來控制，實現(xiàn)收發(fā)的切換，這種方式不但需要增加電路，還需要進行編程控制。本系統(tǒng)采用的思路則巧妙的由硬件本身完成了接收和發(fā)送的自動轉換，電路簡單，抗干擾能力強，可靠實現(xiàn)了RS 485信號和TTL信號的轉換。
1414T和2412T是一對標準的光電收發(fā)器件，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為5 Mb／s，傳輸距離超過1 km，完全滿足RS 485信號的傳輸要求。對于1414T光發(fā)射器必須提供足夠的正向驅動電流才能發(fā)出所需光功率，而2412T是集電極開路輸出，通過一個上拉電阻即可獲得光信號經(jīng)光電二極管轉換成的電信號。根據(jù)光電收發(fā)器件的電器特性，增加必要的驅動、反向等電路后，系統(tǒng)能夠可靠進行TTL信號的光纖傳送和轉換，從而實現(xiàn)RS 485信號的長距離光纖傳輸。電路原理圖如圖3所示，其中Q1應根據(jù)使用的串口通訊速度選取合適的開關管，并根據(jù)光纖的長度來調節(jié)R3的阻值，以改變光發(fā)射功率，確保光傳輸穩(wěn)定可靠。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/181144.htm
3 結 語
此程控充電系統(tǒng)完全滿足設計要求，已經(jīng)應用于多項物理實驗，抗干擾能力強，可靠性好。簡單修改觸摸屏和PLC程序，可以配合不同指標的高壓電源組成各種充電系統(tǒng)，通用性好，使用范圍廣。通過修改通訊協(xié)議，還可以用計算機替代觸摸屏，將充電系統(tǒng)納入整個實驗控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)中使用的RS 485光傳輸電路，可以廣泛用于高壓大電流場合，有效提高主控設備的抗干擾能力。
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