高壓電源的監管和探究

在星點高壓電源控制系統中，既有模擬信號又有數字信號，數字信號的高電平為5V，低電平為0V，實際的高電平為3.2V以上，低電平為1.4V以下；因此，控制系統所受干擾極易引起數字電路的邏輯狀態發生改變，引起系統的邏輯和時序混亂。另外，由于現場電磁干擾嚴重，影響采集數據的真實性，不利于反饋控制系統工作。針對控制系統的具體情況，其可能的干擾源包括射頻干擾、電源干擾以及信號通道產生的干擾。

提高高壓電源控制測量系統的抗干擾能力可以從硬件和軟件兩個方面考慮。其中，硬件系統的抗干擾設計是提高系統抗干擾能力的根本，軟件抗干擾設計則是主要抑制外來干擾的作用。在這套高壓電源控制測量系統中，進行了大量的抗干擾方面的設計。硬件抗干擾措施電源。整套控制系統是由工頻電源供電，電網中本身含有浪涌電壓噪聲，同時由于現場的大功率制冷設備運行時也產生較大的高頻尖峰脈沖，為此，需要對電源進行一些處理。

首先，整套控制系統采用1∶1的隔離變壓器為整套控制系統提供電源，其初級繞組和次級繞組都是分開繞制，各自加以屏蔽，可以減小初次級之間的分布電容；另外，由于控制接口部分抗干能力弱些，拋開開關電源，制作了高性能直流+5V、+12V、-12V的線性電源，為控制系統的電路提供工作電壓。濾波和去耦。在接口機箱的電源進線處增加電源濾波器，在電路板的設計上，在沖擊電流較大的器件電源端加旁路電容，對信號處理電路入口處、每一個集成塊電路增加濾波電容。這些措施都可以降低瞬態電流的影響，并且對高頻干擾進行濾波處理。另外，對于抗干擾能力弱、開關電流比較大的器件，在芯片的電源線和地線間直接增加去耦電容。屏蔽和接地。屏蔽隔離是提高控制系統抗干擾能力的有效措施，將控制系統的接口部分用機箱屏蔽、整套控制系統用機柜屏蔽都能有效減少射頻干擾的影響。對于高壓電纜，采用了屏蔽電纜，抑制它作為噪聲源向外部信號產生干擾。而對于信號電纜，為使其在噪聲環境中不受噪聲的電磁耦合，也采用屏蔽電纜，并且屏蔽體兩端接地，減小回路所包圍的面積，盡量選擇雙絞線作為屏蔽信號導線，減小噪聲電流。

考慮系統接地時，將機箱與機柜的外殼與電纜的屏蔽層直接與大地相連，能起到防漏電及屏蔽的效果。為了減小外部環境通過電源線對控制系統形成干擾，控制電路部分采用浮地方式，即將控制電路的地線與外部地線完全隔離，徹底切斷外部干擾通過電源、地線串入數字電路。另外，在接口電路中廣泛采用了光電耦合器件，使控制系統與外界通道做到完全的電氣隔離。信號通道間的抗干擾。在A/D采集11路信號采用獨立的屏蔽電纜，進入A/D采集卡時采用單端輸入，可以有效地避免信號通道之間的干擾。另外，由于控制系統與外部聯系較多，大多數采用光信號傳輸，遠程的數字信號利用數字光纖，在控制機柜內，專門制作光電/電光信號轉換板，將從其他系統送來的光信號轉換為電信號，同時，送到其他系統的信號也都轉換為光信號后進行傳輸。對于其他系統送來的模擬量，也都進行V/F和F/V轉換后進行傳輸。這些措施，都可以減小信號間的相互干擾以及避免接收其他系統的干擾信號。軟件抗干擾設計軟件抗干擾主要是通過程序設計手段，使系統能識別錯誤操作、錯誤狀態和錯誤信息，避免由此產生系統程序運行方面的錯誤。

在這套控制系統中，程序主要處理數字量和模擬量，采用C++[8]編寫軟件，因此，軟件設計時重點在這兩方面進行處理。數字量的處理。在整套控制系統中，采集信號的準確度直接關系到控制系統的控制精度，由于高壓輸出要控制在1%的范圍以內，需要根據電壓采集信號進行反饋；另外由于高壓電源的過壓、過流保護相當重要，采集數據的準確度也直接關系到過壓保護和過流保護是否準確到位，當系統出現過壓、過流等情況時，需要立即做出反應，切斷某些控制信號，使相關的控制信號由正值變為負值。基于以上兩點，需要對采集到的數據進行處理，既保證數據采集的準確性，又需要保證程序合理有效地對故障進行反應處理。軟件濾波的方法比較多，有限幅濾波法、中位值濾波法、算術平均濾波法、去最高最低值濾波法、遞推平均濾波法、一階滯后濾波法、加權遞推平均濾波法等。

在這套高壓電源控制程序中，針對采樣數據種類的不同，綜合采用了遞推平均濾波法、限幅濾波法、去最高最低值濾波法以及一階滯后濾波法等幾種數據處理方法。在采集輸出高壓時，在采樣時間允許范圍以內，盡量多采集數據，對這些數據進行去最高最低值濾波，。在測量電機電壓信號時，由于這個信號是用于在程序中前饋使用，變化不是太大，則采用遞推平均濾波法；進行PID控制算法時，采用了一階滯后濾波法。采用這些數字濾波方法以后，可以盡可能避免采集到干擾點，最大限度地使采集值接近真實值。其他抗干擾設計由于整個高壓電源系統復雜，軟件抗干擾和硬件抗干擾不可能解決所有問題，此時，可以嘗試改變數據采集測量點等方法，在滿足數據采集要求的情況下，盡量遠離干擾源。例如，在這套電源控制系統中，由于負載遠離電源，電源與負載之間是通過高壓電纜進行連接，為了采集更為準確的高壓輸出信號，可以在負載側直接進行測量，通過模擬光纖將采集值送到電源控制系統，這樣也能減少電磁干擾。另外，對于接地開關干擾較大的情況，由于高壓電源是脈沖工作方式，則可以采取在保證系統安全的情況下，延遲接地開關的動作時間，避免控制系統在電源工作期間受到干擾。

高壓電源控制系統工作在相當惡劣的電磁環境下，在控制系統的調試過程中，采用了逐項增加抗干擾措施的方法，結果表明，每增加一項抗干擾措施，都會得到改進的實驗結果，采用線性電源、前端加低通濾波器和隔離變壓器、有效的接地等措施，都能取得明顯的效果。

另外，在軟件中采用以上濾波方法以后，使采集的數據更接近于實際波形，使控制系統的精度也得到極大地提高。當然，由于中國環流器二號A裝置輔助加熱系統的不斷完善，高壓電源還需進一步擴容，控制測量系統的抗干擾要求也會不斷提高，有必要研究出更多更好的方法解決控制系統的抗干擾能力。