基于數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設計方案

3 系統(tǒng)軟件設計

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驅(qū)動和應用接口。啟動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位和時鐘(RCC)、 中斷控制器、GPIO、看門狗、定時器等片內(nèi)外設的初始化。中斷服務包括系統(tǒng)節(jié)拍時鐘、看門狗、CAN收發(fā)、定時器、USART的中斷服務程序。設計中采 用實時操作系統(tǒng)，便于實現(xiàn)人機界面、通信、控制等多個任務的協(xié)調(diào)運行，保證控制的實時性。人機界面模塊包括LCD驅(qū)動、按鍵掃描、圖形用戶界面、LED和 蜂鳴器驅(qū)動，實現(xiàn)人機交互。工作控制模塊監(jiān)控多個功率模塊并聯(lián)運行，并實現(xiàn)均流。通信模塊完成監(jiān)控功率模塊運行所需要的CAN通信和上位機遠程控制時的 485通信。定時器模塊提供其他模塊工作所需要的定時功能。

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)計功率模塊數(shù)、計算系統(tǒng)總額定電流，以確定并聯(lián)系統(tǒng)的初始配 置。運行控制按照用戶指定方式，實時監(jiān)控功率模塊并聯(lián)運行，監(jiān)控流程如圖5所示。首先向功率模塊設置穩(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 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行狀態(tài)和參數(shù)。報文接收接收功率模塊發(fā)送的查詢響應報文，并從報文中獲 得數(shù)據(jù);通信檢測根據(jù)是否有響應報文判斷通信是否正常。數(shù)據(jù)處理根據(jù)報文接收中獲得的數(shù)據(jù)計算總電流、電壓、平均電流(穩(wěn)壓模式)、安培時(安培時模式) 等系統(tǒng)運行參數(shù)。故障處理檢測功率模塊和系統(tǒng)故障，進行故障處理和報警。輸出處理根據(jù)當前的運行狀態(tài)輸出控制參數(shù)，包括軟啟動輸出、在穩(wěn)壓模式下輸出平均 電流、安培時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。停機控制在需要停機時通過發(fā)送停機命令控制功率模塊停止工作。

圖5 運行監(jiān)控流程圖

4 實驗應用

實驗系統(tǒng)包含2個1 000 A/15 V的功率模塊，系統(tǒng)在總設定電流下以穩(wěn)壓模式運行，測得表1中實驗結(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)標準，實現(xiàn)了功率模塊的并聯(lián)運行和均流。經(jīng)實際測試表明，系統(tǒng)其他相關(guān)指標均滿足要求，系統(tǒng)運行穩(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大性能，實現(xiàn)了多種外設接口并簡化了硬件設計，實現(xiàn)了圖形交互界面、基于操作系統(tǒng)的任務調(diào)度、CAN和上位機通信以及多種工作模式，增強了系統(tǒng)的功能、友善性和擴展性。