电镀用开关电源监控系统的设计与应用

近几年来,开关电源技术得到了迅猛发展,对开关电源的智能化要求也越来越高。开关电源监控系统作为实现开关电源系统智能化要求的一部分,也越来越得到广泛的应用。

    开关电源监控系统的主要功能是通过电源与计算机的通信模块完成与监控中心的信息交换,接收监控中心的各种监测与遥控命令,并将电源的各种状态信息反馈给监控中心。监控系统通信模块的设计是组建开关电源监控系统的关键所在,该系统中所设计的监控系统通信模块与计算机通信的主要特点是实现了计算机与电源的主从总线1∶N通信方式,并且采用了MAX232和RS485双串行通信总线标准接口。

    本文所介绍的开关电源监控系统实际应用于对作者自行研制的多台12V 5000A电镀用开关电源进行实时监控,实现了由一台计算机对多台电镀电源的远程监测与遥控。

    1.监控系统通信模块设计

    为了组建开关电源监控系统,系统中的每台电源配置了一个独立的监控系统通信模块。监控系统通信模块采用的控制芯片是MCS51系列单片机80C52。80C52具有8k的内部ROM和256字节的内部RAM。监控系统通信模块电路结构图如图1所示。

 

图1 监控系统通信模块

    计算机通过该通信模块可以实时读取电源的输出电压、输出电流值以及输出过压、输入过压、输入欠压、过流、过热、运行/停止等8路开关量的状态值,并可以在输出值允许的范围内任意设置电源的输出电压、输出电流值和复位、合闸、分闸、机控/本控4路开关量的状态值。从监控系统通信模块电路结构示意图可以看出,如果计算机需要读取电源模块的输出电压、输出电流值和开关量的状态时,单片机收到请求命令后启动A/D转换芯片MAX182对电源的输出电压、输出电流两路模拟量进行转换,转换后的数据送入单片机进行数据处理。同时表征电源运行状态的8路开关量从双总线收发器74LS245读入送至单片机寄存器存贮。单片机将所有处理后的数据按预定数据传送格式发送给计算机输出显示。计算机需要设置电源的输出电压、输出电流值和4路开关量的状态时,计算机将设置好的数据按预定格式发送给单片机。单片机接收处理后启动D/A转换芯片MAX532和输出锁存器74LS573将处理后的输出电压、输出电流值和开关量状态值输出给电源。监控系统通信模块从而实现了计算机对电源的实时监控。为了保证设计人员的安全和防止通信模块受电源影响而损坏,电源与通信模块之间的信号传递均通过光耦隔离。

    为了确保电源与计算机在不同应用场合的准确通信,该监控系统通信模块采用了RS232C和RS485双串行通信总线标准接口。RS232C是由美国电子工业协会(EIA)正式公布的、在异步串行通信中应用最广泛的标准总线,适于短距离或带调制解调器的通信场合。其逻辑电平对地是对称的,与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为+5V~+15V之间,逻辑1电平为-5V~-15V之间,模块中采用了MAX232驱动芯片进行电平转换。RS232C标准接口的主要缺点是数据传输速率慢、传送距离短,抗干扰能力差。模块配备RS232C标准接口使得任何含有串行通信口的计算机均可以实现和电源的通信具有广泛的适应性。RS485标准接口为差分驱动结构,它通过传输线驱动器把逻辑电平变换为电位差,完成信号的传递。RS485具有传输速率快、传送距离长、抗干扰能力强等优点,模块中采用了MAX485驱动芯片进行电平转换。MAX485输出的差分信号需经RS232与RS485转换模块转换后才能送至计算机,所以所有使用RS485与电源进行通信的计算机必须安装232/485转换接口卡。本模块配备的RS485通信总线标准接口使得监控系统通信模块可以适用于环境干扰比较大的工业现场的长距离通信。

    2.监控系统通信协议设计

    开关电源监控系统要实现一台计算机对多台电源的实时监控,必须制定准确的通信协议。通信协议是通信双方为实现正常通信所作的约定,所制定的规则。两进程要相互通信,就必须遵守这些约定规则。该监控系统设定的通信协议优点是实现了一台计算机可以同时监控多台电源的主从总线1∶N通信方式。在总线结构上有一个主站、即计算机,N个电源做为总线结构上的从站。

    主从总线1∶N通信方式可以采用多种通信协议实现总线使用权的分配,本系统中使用的地址查询方式,主从总线1∶N通信方式的监控系统结构示意图如图2所示。

系统给每个电源分配唯一的一个地址号,计算机分配一个固定的地址号。当计算机需要和某台电源建立通信时,计算机发出一个含有该电源地址号的请求命令包。挂在总线上的所有电源一直处于等待接收数据状态,计算机所发出的请求命令包将被所有的电源所接收。每个电源将接收到的请求命令包中所包含的电源地址号与本模块的地址号相比较,只有地址号与计算机所发出的请求命令包中所包含的地址号相同的电源才与计算机建立通信,响应计算机所发出的请求命令。其它地址号不相同的电源将拒绝响应计算机的请求命令,继续保持接收数据状态,等待响应计算机发出的下一个请求命令包。系统中的这种地址查询方式实现了任何时候总线上最多只有一台电源与计算机通信,其它电源处于等待接收数据状态,从而有效地避免了总线使用权的冲突。

电镀行业属重污高耗企业,尽管自去年10月以来,浙江已关停110家电镀企业,但在刚刚结束的浙江省重污染高耗能行业提升整治工作会上,浙江省环保厅厅长徐震仍对电镀行业整治提出批评:整治进度落后、规范执行不到位。因电镀园区建设问题,徐震还对金华进行了点名批评。

    徐震介绍,浙江电镀行业共有注册企业1541家,其中温州就有601家,宁波225家,而杭州、嘉兴、台州等地电镀企业数量也均超过百家。

    环保部门在调查中发现,部分电镀企业存在排放强酸性电镀废水现象,而这些废水中含有的铜、镍、铬等重金属,可引发急性或慢性中毒,损伤皮肤、血液、神经中枢。

    去年10月,浙江召开重污染高耗能行业整治现场会,确定对电镀企业关停184家、整治提升600家、搬迁入园757家目标,并计划新建电镀园区27个。

    截至2012年6月底,已有110家企业关停,已建成电镀园区10个,已有289家企业搬入园区,已有400家企业整治提升,共取缔无证无照企业452家。

    但在浙江省环保厅厅长徐震看来,目前对电镀企业整治的进度明显滞后。“全省计划关停的184家企业中,仍有74家未关掉;计划整治提升的600家企业,仅完成400家,而且大部分尚未完成验收。”

    据了解,按浙江省去年确定的电镀行业整治提升方案,今年6月底前所有电镀企业要按统一标准完成整治验收,对尚未达到整治要求的企业必须依法予以关停电镀行业整治提升方案。

    而整治规范执行的问题也让这位环保厅长颇为头疼。

    徐震说,目前对电镀行业的整治存在“避重就轻,没有动真格”、“对标杆企业认定标准过低”等问题。“原地整治多、低小散企业关停少,搬迁入园企业更少,该关停的没有关停,该搬迁的没有搬迁,特别是电镀园区建设未得到应有重视。”

    他直言,一些地方园区外原地整治提升的所谓标杆式企业根本没有先进性可言,有些企业生产设施简陋,脏乱差严重,对属于国家排放标准中的“一类污染物”未进行分质处理,有些还紧邻居民区,不可能达到整治标准要求,环境隐患很大。

    徐震还对有137家在册电镀企业的金华市进行了点名批评。“金华市电镀企业众多,但仅有的2个园区建设任务,至今没有完成,原地整治提升企业通过验收比例也不高。”

    目前,浙江省环保厅已提出“七个一律”要求,要求“浙江各地必须严格按照标准和规程进行验收,绝不以降低要求换进度”。

    年底前,浙江环保部门要以电镀园区外的电镀企业为重点,进行一次全面的执法检查。

    浙江省副省长陈加元认为,电镀行业整治也应奖惩结合。相关部门应始终保持打击环境违法行为的高压态势,“要敢于碰硬,对违法企业绝不姑息迁就。”另一方面,对就地关闭转产的企业,地方财政要通过“以奖代补”的方式给予适当奖励。

    记者了解到,除电镀行业外,浙江还将继续推进印染、造纸、制革、化工四个行业的整治提升。目前,相关整治提升实施方案已经出台。

    今年3—5月,浙江已对电镀、印染行业开展排查整治,责令限期整改企业616家,责令停产整治企业65家,关闭企业10家,移送公安机关处理6人。

 


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