一种移动线材感应加热控制器

摘要

本发明公开一种移动线材感应加热控制器，其包括CPU系统控制模块、数据采集模块、数据适配模块、起动控制模块、脉冲形成模块和人机对话模块，CPU系统控制模块由INTEL80X86处理器、INTEL80X87浮点协处理器、DISKONCHIP电子盘和动态存储器构成；数据采集模块包括模拟量输入单元，开关量输入输出单元和计数器触发单元；数据适配模块由直流电压采集单元，模拟量采集适配单元，开关量输入输出适配单元和同步信号转换单元组成；起动控制模块包括起动控制逻辑单元和预磁化触发单元；数字脉冲形成模块包括同步信号整形，触发角计算，触发脉冲形成及功率放大单元；人机对话模块包括液晶显示和串行通讯单元。

权利要求

1.一种移动线材感应加热控制器，其特征在于该控制器采用DCR全数字模块化设计，包括CPU系统控制模块、数据采集模块、数据适配模块、起动控制模块、数字脉冲形成模块和人机对话模块，所述数据包括模拟量和开关量；

所述CPU系统控制模块由INTEL80X86处理器、INTEL80X87浮点协处理器、DISKONCHIP电子盘和动态存储器构成，这些构成单元通过32位内部数据与地址总线ADDRESS/DATA-BUS16相连，并通过数据缓冲器BUFFER15的转换连接至外部总线PC104BUS17，完成与其它模块的连接，连接符合PC104规范；

所述数据采集模块采用的连接符合PC104规范结构，包括模拟量输入单元，开关量输入输出单元和计数器触发单元三部分，每部分由地址与数据总线连接；所述模拟量输入单元由具有12位分辨率、最大采样率200KHz的A/D转换芯片组成，通过不同联接模拟量组成

16路单端或8路差分输入；所述开关量输入输出单元共24路，采用TTL/CMOS兼容电路；所述计数器触发单元由6个16位，10MHz计数/定时器组成；

所述数据适配模块由直流电压采集单元，模拟量采集适配单元，开关量输入输出适配单元和同步信号转换单元组成；所述模拟量采集适配单元由线形隔离器件、电平整形及匹配电路组成；所述模拟量信号包括直流电压信号、中频电压信号、进线电流信号、移动线材的速度信号和温度信号；

所述起动控制模块包括起动控制逻辑单元和预磁化触发单元；

所述数字脉冲形成模块采用可编程全数字移相双窄脉冲触发器，该触发器包括同步电压信号转换模块、可编程逻辑电路CPLD模块、可编程计数器82C54模块和脉冲放大模块；其连接方式为：首先经过同步变压器将三相正弦波引入同步电压信号转换模块，将正弦波转化为三相方波；再将转换后的三相方波信号送入可编程逻辑电路CPLD模块，形成六路脉冲触发电平；该触发电平送入可编程计数器82C54模块中作为触发角α的启动命令信号，触发角α的控制范围为0-150°，经过可编程计数器82C54模块存储寄存器减计数计算，最终输出六路1微秒宽度的脉冲触发信号；输出的脉冲触发信号再送回可编程逻辑电路CPLD模块进行脉冲展宽和组合，形成六路双窄触发脉冲；最后经过脉冲放大模块隔离与放大，形成移相双窄触发脉冲；

所述人机对话模块包括液晶显示单元和串行通讯单元。

2.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述的模拟量移动线材的速度信号通过速度传感器将速度信号转化为电流信号，量程为0-20mA，送入霍尔传感器，经过隔离后，转换为电压信号，并经过二阶滤波电路，最终送入数据采集模块。

3.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述模拟量温度信号由温度传感器、红外线测温仪送入，量程为电流型4-20mA，输入信号对应红外线测温仪温度显示的上下限，经过线形光耦合器的隔离，通过适配单元将输出信号转换为电压信号，最终送入数据采集模块。

4.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述模拟量直流电压信号采用霍尔传感器隔离，霍尔传感器的变比为1∶2.5、额定原边输入10mA时，副边输出

25mA，经阻值200Ω的采样电阻获得采样电压，送入数据采集模块。

5.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述模拟量进线电流信号通过电流互感器取自整流桥交流侧，通过1000/5，5/0.1两级电流互感器隔离，将大电流信号转换为小电流信号，使用阻值150Ω的采样电阻将电流信号转变为电压信号，采样电压经过端子送入控制器，通过全控整流将交流信号转变为直流信号，最后经分压后，送入数据采集模块。

6.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述INTEL80X86处理器为增强型3.3V、80486DXCPU、33M-133MHz；INTEL80X87浮点协处理器为80487。

7.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述可编程计数器

82C54模块的内部具有三个独立的16位计数器，六种工作方式选择，能按照十进制或二进制减计数工作，计数时钟为8MHz。

8.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述可编程逻辑电路CPLD模块的内部核心器件为EPM7128芯片，具有门电路2500个，宏单元128个，逻辑阵列8块，外接引脚84个及封装PLCC-84。

9.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述INTEL80X86处理器利用中断管理系统将执行任务划分为主程序和中断程序：主程序完成系统的初始化，上位机通讯，液晶显示和故障记录功能；中断程序按控制级别由高到低分为1ms、3ms和10ms三级中断程序，其中，以1ms中断程序主要完成直流电压、进线电流、速度、温度、加速度模拟量的采集、滤波和标幺化的计算；3ms中断程序主要完成速度的跟随曲线设定、进线电流、中频电压的限制与保护、直流电压恒压调节、温度闭环控制功能；10ms中断程序完成实时要求不高的开关量输入信号的采集、滤波、开关量输出信号的送出及故障综合报警。

10.根据权利要求1所述的移动线材感应加热控制器，其特征在于所述INTEL80X87浮点协处理器具有64位双精度浮点和80位扩展精度浮点数据，实现控制角度的余弦移相。

说明书

一种移动线材感应加热控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及先进制造与自动化控制领域，具体为一种移动线材感应加热控制器。 背景技术

[0002] 预应力钢丝、钢绞线、铝包钢丝电力架空线等金属线材在感应加热时，需要在中频电源感应器中移动，并且要求中频感应加热电源依据线材的运动速度输出不同的功率，被加热线材温度应控制在380℃±10℃范围内波动。随着移动线材生产线运行速度的加快，最高可达到110米/分钟，线径最高1x19-28.6mm 1860Mpa(钢绞线由19根钢丝分成三层绞合在一起，在绞合过程中同时释加张力，刚绞线抗拉强度是1860Mpa)，功率最大可达到700KW。目前国内应用在预应力钢绞线的感应加热电源主要由分离元件构成，例如PID调节器由电阻，电容，运算放大器组成，集成化程度低，控制器组成复杂，在不同速度下控制精度不高，在加速或降速时温度变化大，不能满足温度控制要求，线材加工质量不稳定。 [0003] 目前移动线材感应加热控制器还采用模拟器件构成，结构复杂，调整不方便，长期运行过程中模拟器件具有分散性，会引起系统控制精度的变化；现有的速度跟随曲线跟踪点少，在线材高速运行时，温度控制精度不高；没有温度闭环控制和温度过高监视，当加热线材的线径，环境温度变化时，容易造成实际加热温度与设定温度很大偏差；没有加速度补偿调节，当被加热线材升速或降速运行时，温度变化很大，加热线材容易出现温度偏低或偏高现象。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种移动线材感应加热控制器，该控制器用于预应力钢绞线稳定化处理工艺中的淬火温度控制，利用感应加热原理控制中频电源加热钢绞线，并根据线材不同的运动速度控制中频感应加热电源输出功率，使线材的温度保持恒定，提高钢绞线的加工质量。该控制器可对不同种类的线材进行淬火温度控制，具有控制精度高，运行可靠，控制方法灵活，操作方便简单等特点。 [0005] 本发明解决所述控制器技术问题的技术方案是：设计一种移动线材感应加热控制器， 其特征在于该控制器采用全数字模块化设计，包括CPU系统控制模块、数据采集模块、数据适配模块、起动控制模块、数字脉冲形成模块和人机对话模块；所述数据包括模拟量和开关量；

[0006] 所述CPU系统控制模块由INTEL80X86处理器、INTEL80X87浮点协处理器、DISKONCHIP电子盘和动态存储器构成，这些构成单元通过32位内部数据与地址总线ADDRESS/DATA-BUS16相连，并通过数据缓冲器BUFFER15的转换连接至外部总线PC104BUS17，完成与其它模块的连接，连接符合PC104规范；

[0007] 所述数据采集模块采用的连接符合PC104规范结构，包括模拟量输入单元，开关量输入输出单元和计数器触发单元三部分，每部分由地址与数据总线连接；所述模拟量输入单元由具有12位分辨率、最大采样率200KHz的A/D转换芯片组成，通过不同联接模拟量组成16路单端或8路差分输入；所述开关量输入输出单元共24路，采用TTL/CMOS兼容电路；所述计数器触发单元由6个16位，10MHz计数/定时器组成；

[0008] 所述数据适配模块由直流电压采集单元，模拟量采集适配单元，开关量输入输出适配单元和同步信号转换单元组成；所述模拟量采集适配单元由线形隔离器件、电平整形及匹配电路组成；所述模拟量信号包括直流电压信号、中频电压信号、进线电流信号、移动线材的速度信号和温度信号；

[0009] 所述起动控制模块包括起动控制逻辑单元和预磁化触发单元；

[0010] 所述数字脉冲形成模块采用可编程全数字移相双窄脉冲触发器，该触发器包括同步电压信号转换模块、可编程逻辑电路CPLD模块、可编程计数器82C54模块和脉冲放大模块；其连接方式为：首先经过同步变压器将三相正弦波引入同步电压信号转换模块，将正弦波转化为三相方波；再将转换后的三相方波信号送入可编程逻辑电路CPLD模块，形成六路脉冲触发电平；该触发电平送入可编程计数器82C54模块中作为触发角α的启动命令信号，触发角α的控制范围为0-150°，经过可编程计数器82C54模块存储寄存器减计数计算，最终输出六路1微秒宽度的脉冲触发信号；输出的脉冲触发信号再送回可编程逻辑电路CPLD模块进行脉冲展宽和组合，形成六路双窄触发脉冲；最后经过脉冲放大模块隔离与放大，形成移相双窄触发脉冲；

[0011] 所述人机对话模块包括液晶显示单元和串行通讯单元。

[0012] 与现有技术相比，本发明控制器的显著特点是采用INTEL80X86处理器与INTEL80X87数据协处理器(NPX)为控制核心，PC104总线为栈接的嵌入式工业控制计算机。将直流电压、中频电压、进线电流、速度、温度连续模拟量信号转换为离散的数字量信号。利用计算 机实时控制技术以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合处理。控制器具有高性能的温度、功率、电压闭环调节系统。可控制被加热线材温度在设定温度±2度范围内变化；控制器具有高性能速度跟随特性，根据不同线材规格及线材的运行速度，设定不同的功率输出曲线；调节器具有高起动成功率，具有预磁化、预充电控制逻辑；具有自动启停，手动、自动转换功能；具有完善的进线电流、中频电压限制功能及超温、缺相、错相、缺水、过压、过流、欠压保护功能；具有良好的人机交互功能，利用大屏幕液晶显示器，用户可自行整定实现多组不同规格钢绞线加热参数的设定。

[0013] 采用本发明控制器后，系统组态灵活，结构简单，调整方便，由于均采用数字化控制技术，参数整定方便，长期运行稳定；速度跟随曲线跟踪点多，理论上可以做到无限多个点，在线材高速运行时，温度控制精度高；具有温度闭换控制和温度过高监视，在被加热线材和环境温度变化时，被加热线材温度控制良好；具有加速度补偿调节，当被加热线材升速或降速运行时，温度变化不大，被加热线材温度恒定。本发明控制器控制方法灵活，被加热线材温度控制恒定，不易断线，被加工产品质量稳定，产量大幅度提高。 附图说明

[0014] 图1为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的系统结构示意图； [0015] 图2为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的CPU系统控制模块示意图； [0016] 图3为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的直流电压输入电路结构示意图；

[0017] 图4为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的速度输入电路结构示意图； [0018] 图5为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的温度输入电路结构示意图； [0019] 图6为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的开关量输入输出电路结构示意图；

[0020] 图7为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的可编程全数字移相双窄脉冲触发器整体结构示意图；

[0021] 图8为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的可编程全数字移相双窄脉冲触发器的同步电压采集电路模块结构示意图；

[0022] 图9为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的可编程全数字移相双窄脉冲触发器的现场可编程逻辑电路CPLD模块结构示意图；

[0023] 图10为本发明移动线材感应加热控制器一种实施例的可编程全数字移相双窄脉冲触发器的脉冲放大模块结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

[0025] 本发明设计的移动线材感应加热控制器(简称控制器，参见图1)，其特征在于该控制器采用全数字模块化设计，包括CPU系统控制模块1(简称CPU模块)、数据采集模块2、数据适配模块3、起动控制模块4、数字脉冲形成模块5和人机对话模块6，所述数据包括模拟量和开关量。

[0026] 所述CPU系统控制模块1(参见图2)由INTEL80X86处理器11、INTEL80X87浮点或数据协处理器12、DISKONCHIP电子盘14和DRAM13动态存储器组成，组成结构符合PC104规范。它们通过内部数据总线和地址总线ADDRESS/DATA-BUS16完成数据交换连接，并通过数据缓冲器BUFFER15的转换连接至外部总线PC104BUS17，完成与其它模块的连接。CPU系统控制模块1主要完成数据采样计算，中断程序任务管理和系统的控制与调节。所述INTEL80X86处理器为增强型3.3V、80486DXCPU、33M-133MHz；INTEL80X87浮点协处理器为80487，可处理64位双精度浮点和80位扩展精度浮点数据；PC104规范具体特征为：紧凑型的ISA(PC，PC/AT)总线结构，提供了机械和电气规范，这种结构是为嵌入式系统应用的特殊要求而优化的，其总线结构的104个信号线分布在两个总线连接器上，P1连接器上有64个信号引脚、P2连接器上有40个信号引脚，这种总线结构称为“PC/104”。 [0027] 本发明控制器采用INTEL80X86处理器与INTEL80X87数据协处理器(NPX)，整体控制单元组成结构符合PC104规范。INTEL80X86处理器按多任务实时控制体系合理划分控制任务的界限和控制级别，并为之分配相应的时间资源，提高了软件的综合效率；INTEL80X86处理器利用中断管理系统将执行任务划分为主程序和中断程序：主程序作为系统的主体，完成系统的初始化，上位机通讯，液晶显示和故障记录功能。中断程序按控制级别由高到低分为1ms、3ms和10ms三级中断程序，其中，以1ms中断程序为优先级最高，完成手动、自动电压初始给定设置、起动预磁化、直流电压、中频电压保护、进线电流保护、速度功率跟随曲线设置、温度、加速度模拟量的采集、滤波和标幺化的计算、预充电逻辑功能的设置等；3ms中断程序优先级别要低于1ms中断程序，主要完成速度的跟随曲线设定、进线电流、中频电压限制、直流电压恒压调节、温度闭环控制等功能；10ms中断程序任务优先级最低，完成实时要求不高的开关量输入信号的采集、滤波、开关量输出信号的送出及故障综合报警等。
INTEL80X87数据协处理器可处理64位双精度浮点和80位扩展精度浮点数据，可极大提高数字滤波、比例积分微分(PID)校正单元的运算的准确性、快速性。利用INTEL80X87数据协处理器实现控制角度的余弦移相，它将整流桥的输出电压转变为控 制器控制电压和整流桥输出电流的线性组合，整流桥的非线性得到校正，减轻了控制器的负担。 [0028] 所述数据采集模块2采用组成结构符合PC104规范，包括模拟量输入单元，开关量输入输出单元和计数器触发单元三部分，每部分由地址与数据总线连接；所述模拟量输入单元由具有12位分辨率，最大采样率200KHz的A/D转换芯片组成，通过不同联接模拟量可组成16路单端或8路差分输入；模拟量输入单元主要用来采集经过适配后移动线材的速度和温度、直流电压、直流电流、进线电流、中频电压等几个模拟量信号。本发明控制器通过模拟量转换芯片将直流电压、进线电流、中频电压、温度、速度模拟量信号转化为离散信号，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合与识别处理。所述开关量输入输出单元共24路，采用TTL/CMOS兼容电路，主要完成手自动切换、停止信号、速度叠、加水压保护、故障复归几个输入信号及预磁化输出、预充电输出、起动失败输出、故障输出等几个输出信号的采集；所述计数器触发单元由6个16位，10MHz计数/定时器组成，分别完成三相触发脉冲的形成、脉冲技术器时钟设置、预磁化脉冲计数器设置。

[0029] 所述数据适配模块3由直流电压采集单元31，模拟量采集适配单元32，开关量输入输出适配单元33和同步信号转换单元34组成；所述模拟量采集适配单元32由线形隔离器件、电平整形及匹配电路组成；所述模拟量信号包括直流电压、中频电压、进线电流、速度信号和温度信号；所述直流电压采集单元31通过采样电阻取得整流器7输出直流电压；通过速度传感器9，温度传感器10，速度、温度采集适配单元32完成速、度温度信号的采集；开关量输入输出适配单元33完成整体控制系统开关量的输入输出；同步信号转换单元34将同步信号转化成整流触发脉冲需要的方波信号。所述直流电压采集直接取自三相全控整流器7的输出端(参见图2)，经过50K电阻接入霍尔传感器311HT+，HT-端子，将电压信号转换为电流信号，通过霍尔传感器311隔离后，利用采样电阻312采样后，送入数据采集模块2。

[0030] 本发明控制器的特征之一是模拟量直流电压信号采用霍尔器件隔离，利用霍尔效应将主回路信号与控制信号隔离，消除主回路由于共地系统带来的干扰。霍尔传感器变比为1∶2.5，额定原边输入10mA时，副边输出25mA，经采样电阻(阻值200Ω)获得采样电压后，送入数据采集模块2。

[0031] 所述模拟量速度信号为移动线材的移动速度信号，通过速度传感器9将速度信号转化为电流信号，量程为0-20mA，送入霍尔传感器321，经过隔离后，转换为电压信号，并经过二阶滤波电路322，最终送入数据采集模块2(参见图4)。

[0032] 所述模拟量温度信号为移动线材的温度信号，由温度传感器、红外线测温仪10送入， 量程为电流型4-20mA(参见图5)，输入信号对应红外线测温仪10温度显示的上下限，经过线形光耦合器323的隔离，通过适配单元324将输出信号转换为电压信号，最终送入数据采集模块2。本发明控制器的温度信号使用线形光耦器隔离，隔离后进行滤波，然后将采集电压送入数据采集模块2。

[0033] 所述进线电流通过电流互感器取自整流桥交流侧，用于感应加热电源的电流限制与保护，通过1000/5，5/0.1两级电流互感器隔离，将大电流信号转换为小电流信号，使用采样或取样电阻将电流信号转变为电压信号，取样电阻的阻值为150Ω，取样电压经过端子送入控制器，通过全控整流将交流信号转变为直流信号，最后经分压后送入数据采集模块2。

[0034] 所述中频电压信号取自逆变槽路电感的两端，用于感应加热电源的电压限制与保护，通过1000V/17V中频变压器隔离，将逆变器8输出飞高压信号转变为可适配的电压信号，再通过端子引入控制器，经整流将单相交流电压信号转变为直流电压信号，最后送入数据采集模块2。

[0035] 所述开关量输入信号由两级隔离电路组成(参见图6)。第一级由整流柜内的AC220V交流继电器组成331，当输入信号动作时，输出有源24V接点信号作为第二级的输入(参见图6)。第二级由控制器内光耦器件组成332，完成24V/5V的隔离，并由送出端333，输出信号送入数据采集模块2(参见图6)。

[0036] 所述开关量输出信号由光耦合器和继电器构成，控制器通过数据采集模块2发出命令后送入开关量输出单元接受端334(参见图6)，光耦合器335完成开关量输出信号5V/24V电平转换及隔离(参见图6)，转换后的输出信号控制DC24V继电器336，将继电器无源接点通过端子送出(参见图6)。

[0037] 所述起动控制模块4包括起动控制逻辑单元和预磁化触发单元。为了保证钢绞线生产过程中起动的成功率，需要预先做整流回路的预磁化和感应线圈的预充电。为了完成这两项工作需要有完整的逻辑电路来控制。控制电源上电后整流柜2C接触器，逆变柜3C接触器吸合，预充电电容充电。预充电电容充满后，按起动按钮发出起动命令，控制器接收起动命令后，经Kg发出脉冲列(Kg指示灯点亮)触发预磁化控制可控硅51KK，使整个预磁化回路导通为电抗器储能。预磁化工作数秒后，由控制器经发出充电电容放电命令，逆变柜8MB触发放电控制可控硅，充电电容对槽路放电。经小段延时后，控制器发出切除命令，经中间继电器联动2C接触器、3C接触器断开，并闭锁Kg(Kg指示灯熄灭)及8MB脉冲，使得预磁化可控硅51KK，放电回路可控硅61KK停止导通。延时一段时间后，控制器判断感应槽路是否起振，如果起振可继续增加电压，否则将整流控制角拉至150°逆变状态，同时报出起动 失败。如果准备再次起动，需要按停止按钮，使充电电容再次充电以完成下次起动前的准备。

[0038] 本发明控制器的特征是整个控制逻辑电路将以前继电逻辑该为程序控制，1、通过CPU系统控制模块1对命令操作时间进行计时，按操作逻辑发出命令；2、预磁化触发单元由模拟电路改为数字触发电路，首先预磁化命令发出后，数据模块的82C54技术芯片起动计数寄存器进行减计数，减到零后发出一个触发脉冲，同时对计数寄存器进行重新加载，继续执行减计术，减到零后发出触发脉冲，直到预磁化停止命令发出后，停止脉冲触发。 [0039] 所述数字脉冲形成模块5采用可编程全数字移相双窄脉冲触发器，该触发器包括同步电压信号转换模块51、可编程逻辑电路CPLD模块52、可编程计数器82C54模块53和脉冲放大模块54(参见图7-10)；其连接方式为：首先经过同步变压器将三相正弦波引入同步电压信号转换模块51，将正弦波转化为三相方波；再将转换后的三相方波信号送入可编程逻辑电路CPLD模块52，形成六路脉冲触发电平；该触发电平送入可编程计数器82C54模块53中作为触发角α的启动命令信号，触发角α的控制范围为0-150°，经过可编程计数器82C54模块53存储寄存器减计数计算，最终输出六路1微秒宽度的脉冲触发信号；输出的脉冲触发信号再送回可编程逻辑电路CPLD模块52进行脉冲展宽和组合，形成六路双窄触发脉冲；最后经过脉冲放大模块54隔离与放大，形成移相双窄触发脉冲。 [0040] 所述同步电压采集电路模块51(参见图7、8)包括依次电连接的同步变压器511、阻容移相电路512和整形电路513。同步电压采集电路模块51的工作原理和过程是：首先380V三相进线电压经同步变压器511隔离，将三相进线线电压380V转换为20V后，送给阻容移相电路512，阻容移相电路512利用阻容电路相位滞后的特点，使每相电压的起始点对应三相电压的自然换相点，经过移相后进入整形电路513；整形电路513利用两只二极管反并限幅后，再经与零电位比较后，将三相正弦波变为方波信号；但此方波信号相位滞后于输入信号30°，输出幅值为5V，且对应三相进线电压的自然换相点，被送到可编程逻辑电路CPLD模块52。

[0041] 所述可编程逻辑电路CPLD模块52(参见图7、9)主要由三部分逻辑单元构成，每部分单元均采用VHDL语言进行编程设计：脉冲触发检测单元521，脉冲扩展单元522和脉冲组合单元523(脉冲触发检测单元521单独产生零点脉冲作为可编程计数器82C54模块53的触发信号，与本模块的其他两部分无关。脉冲扩展单元522完成由可编程计数器82C54模块53送入的1μs触发脉冲的展宽，并将展宽的脉冲送入脉冲组合单元523)。同步电压采集电路模块51输出的方波信号送入可编程逻辑电路CPLD模块52的脉冲触发检测单元521。通过单稳态触发电路，检测交流电压信号的正负过零点，并据此输出零点脉冲，对应三相电压 的自然换向点，此零点脉冲送入可编程计数器82C54模块53。从可编程计数器82C54模块53输出的低电平触发脉冲宽度为1μs的窄脉冲，此脉冲送入脉冲扩展单元
522。取反后送到D触发器的时钟输入端，三相方波信号送入D触发器的D端，当1μs的窄脉冲触发时，D触发器输出端电平翻转，形成触发脉冲前沿。脉冲宽度控制信号由定时信号产生，此信号送到D触发器的复位端，再此将D触发器输出端电平翻转，从而形成六路定时宽度的单窄触发脉冲。单窄触发脉冲送入脉冲组合单元523，按照脉冲顺序号，每个脉冲为前面的一个晶闸管补发脉冲，即可得到六路双窄脉冲。然后送至脉冲放大模块54。实施例的可编程逻辑电路CPLD模块52的内部核心器件为EPM7128芯片，具有门电路2500个，宏单元128个，逻辑阵列8块，外接引脚84个及封装PLCC-84。

[0042] 所述可编程计数器82C54模块53用于产生触发脉冲，可编程计数器82C54模块把移相角的角度折算成对应的计数脉冲个数，通过硬件定时/计数器实现延时。本设计采用82C54的三个定时/计数器实现触发角相位的精确定位。82C54可编程定时器芯片计算得到触发角触发相位。82C54可编程定时器芯片内部含有3个16位的定时/计数器，触发时钟采用1MHz的外部时钟，可实现0.018°的相位精度。定时器工作于硬件启动选通脉冲输出方式，门控信号由可编程逻辑电路CPLD模块2输入的零点脉冲启动，待定时计数完毕后，输出1μs低电平脉冲，输出至可编程逻辑电路CPLD模块52，此低电平脉冲为触发脉冲α的前沿。利用定时器的锁存器功能，将计算后数据一次性写入，并予以保存，写入时不必判断计数进程；当无新数据产生或计算机忙于其它任务时，锁存器中的数据可反复使用；当计数结束时会自动装入计数器，待下次计数同步到来时开始计数。实施例的可编程计数器
82C54模块53的内部具有三个独立的16位计数器，六种工作方式选择，能按照十进制或二进制减计数工作，计数时钟为8MHz。

[0043] 所述脉冲放大模块54(参见图7、10)包括顺序连接的光耦隔离单元541、缓冲器单元542和脉冲功率放大单元543。经过可编程逻辑电路CPLD模块52送入的双窄脉冲先通过光耦隔离单元541隔离，送入缓冲器单元542进行信号适配，再送入脉冲功率放大单元543，用于完成对可编程逻辑电路CPLD模块52输出的6路双窄脉冲继续进行功率放大，可编程逻辑电路CPLD模块52脉冲单元输出的脉冲功率较小，需依次经过光耦隔离单元521、缓冲器单元542，脉冲功率放大单元543后才能用来触发晶闸管。触发脉冲由前级进入模块
54内进一步经功率放大管放大后触发可控硅。

[0044] 所述人机对话模块6包括液晶显示单元和串行通讯单元；液晶显示是智能感应加热控制器组成的一部分，它为用户提供了易于操作的人机对话界面，方便用户进行变量的观察、参 量的修改及参数文件的固化。显示功能主要由液晶显示器和操作按键组成，液晶显示器具有12864R汉字图形点阵，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。串行通讯单元可实现上位机对控制器参数进行监视，在线修改，参数及执行文件的传输。

[0045] 本发明控制器的主循环体完成人机交互功能，利用大屏幕液晶显示器，用户可自行整定实现多组不同规格钢绞线加热参数的设定，实时显示直流电压、进线电流、中频电压、线材运行速度、线材温度等模拟量，可显示开关量状态，用户还可以组建符合自己习惯的显示屏。通过串行通讯方式，在Windows界面上传、下载程序和配置文件，在线显示运行数据，在线修改和固化参数等。

[0046] 本发明控制器的工作原理和过程是：首先分别将高电压或大电流模拟量及数字量信号通过数据(模拟量、开关量)适配模块隔离和降压变换为为数据采集模块能接受的低电压和小电流信号。其中模拟量信号包括直流电压、中频电压、进线电流、速度测量信号、温度测量信号。其中直流电压采集单元31通过采样电阻取得整流器7输出直流电压；通过速度传感器9，温度传感器10，速度、温度采集适配单元32完成速度、温度信号的采集；开关量输入输出适配单元33完成整体控制系统开关量的输入输出。开关量输入信号包括手自动切换、停止信号、速度叠加、加水压保护、故障复归等。开关量输入信号由两级隔离电路完成。第一级由AC220V交流继电器331组成，当输入信号动作时，输出有源24V节点信号作为第二级的输入。第二级由内光耦器件332组成，完成24V/5V的隔离，并由送出端333，输出信号送入数据采集模块2。开关量输出信号包括预磁化，预充电，故障报出，设备运行等，开关量输出电路由光耦合器和继电器构成，控制器通过数据采集模块2发出命令后送入开关量输出单元接受端334(参见图6)，光耦合器335完成开关量输出信号5V/24V电平转换及隔离(参见图6)，转换后的输出信号控制DC24V继电器336，将继电器无源接点通过端子送出(参见图6)；同步信号转换单元34将同步信号转化成整流触发脉冲需要的方波信号。通过数据适配模块3的隔离、降压，使用连接电缆将采集到的模拟量，开关量信号送入到数据采集模块2。数据采集模块2利用A/D转换芯片将模拟量离散为数字量，利用开关量采集芯片采集开关量信号，被采集到的信号通过PC104总线送入CPU系统控制模块1； [0047] CPU系统控制模块1将采集到的信号经过分析、计算、判断，通过数据采集模块发出起动命令，并通过连接电缆送到起动控制模块4。利用起动控制模块4，控制电源上电后整流柜2C接触器，逆变柜3C接触器吸合，预充电电容充电。预充电电容充满后，按起动按钮发出起动命令，控制器接收起动命令后，经Kg发出脉冲列(Kg指示灯点亮)触发预磁化控制 可控硅51KK，使整个预磁化回路导通为电抗器储能。预磁化工作数秒后，由控制器经发出充电电容放电命令，逆变柜8MB触发放电控制可控硅，充电电容对槽路放电。经小段延时后，控制器发出切除命令，经中间继电器联动2C接触器、3C接触器断开，并闭锁Kg(Kg指示灯熄灭)及8MB脉冲，使得预磁化可控硅51KK，放电回路可控硅61KK停止导通。延时一段时间后，控制器判断感应槽路是否起振，如果起振可继续增加电压，否则将整流控制角拉至150°逆变状态，同时报出起动失败。如果准备再次起动，需要按停止按钮，使充电电容再次充电以完成下次起动前的准备。

[0048] 起动成功后，CPU系统控制模块1采用自动电压调节，控制系统采用PID调节，PID参数可分别连续整定，可构造为P，PI，PD等形式，具有暂态和直流增益抑制功能。满足直流输出电压控制精度的要求，调节速度快、动态性能好、适应范围广。控制器使用速度跟随程序设定数条曲线，保证输出功率对被加热线材温度的恒定控制。同时采用温度闭环调节作为补偿，温度闭环调节控制模型使用改进后的PID算法控制输出功率，很好的满足温度控制的要求。

[0049] 同时CPU系统控制模块1根据采集的进线电流信号与电流限制设定值比较，中频电压与中频电压设定值比较，当进线电流数值达到电流限制值时，电流限制器动作，对进线电流进行控制。当进线电流数值达到电流保护最大值时，保护动作同时封锁脉冲，停止整流器输出。根据采集的当中频电压数值达到电压限制设定值时，电压限制器动作，对中频电压进行控制。当中频电压达到电压保护设定最大值时，保护动作同时封锁脉冲，停止整流器输出。

[0050] 作为辅助计算单元，INTEL80X87数据协处理器配合INTEL80X86可处理64位双精度浮点和80位扩展精度浮点数据，可极大提高数字滤波，比例积分微分(PID)校正单元的运算的准确性、快速性，利用INTEL80X87数据协处理器实现控制角度的余弦移相，它将整流桥的输出电压转变为控制器控制电压和整流桥输出电流的线性组合，整流桥的非线性得到校正，减轻了控制器的负担。

[0051] 最后CPU系统控制模块1将计算好的控制角通过PC104总线送入数据采集模块2的计数器，以同步触发信号为基准，产生数字脉冲。整个脉冲触发单元主要由同步信号形成，触发角a的计算，及脉冲形成、输出及功率放大3个环节组成。

[0052] 本发明控制器采用功能强大的微处理器，内部集成的定时器可以精确控制触发角α的大小，实现数字化移相触发，利用同步信号转换单元34，将三相同步进线电压转换为的整流同步触发信号。通过整流柜内的同步变压器将三相进线线电压380V转换为20V，经端子送入控制器，然后通过移相、滤波、过零比较电路将正弦信号转换为方波信号，经过单稳触 发器后，形成最终的同步触发信号。触发角的形成需要使用3个计数器，采用硬件触发方式，计数同步信号的上升沿。利用计数器内部锁存器，将PID计算后数据一次性写入，并予以保存，写入时不必判断计数进程。当无新数据产生或计算机忙于其它任务时，锁存器中的数据可反复使用，当计数结束时会自动装入计数器，待下次计数同步到来时开始计数。晶闸管门控制脉冲由CPU利用计数器产生并经CPLD处理过，按相序自动分配，形成6路互补的双窄脉冲。脉冲宽度可由软件设定，门控脉冲单元的输出脉冲功率较小，需经过放大才能用来触发晶闸管。放大任务由脉冲放大部件完成。其输出脉冲经脉冲变压器隔离后通过控制器端子G1-K1、G2-K2、G3-K3、G4-K4、G5-K5、G6-K6送出，直接触发晶闸管。当脉冲触发正常时，前面板K1-K6六个LED指示灯工作正常点亮。故障时将封锁脉冲，K1-K6六个LED指示灯熄灭。

[0053] 人机对话模块6通过并行接口，直接将信号引入CPU系统控制模块1，完成参数的显示与修改。提供了易于操作的人机对话界面，方便用户进行变量的观察、参量的修改及参数文件的固化。显示功能主要由液晶显示器和操作按键组成，液晶显示器具有12864R汉字图形点阵，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。串行通讯单元可实现上位机对控制器参数进行监视，在线修改，参数及执行文件的传输。利用大屏幕液晶显示器，用户可自行整定实现多组不同规格钢绞线加热参数的设定，实时显示直流电压、进线电流、中频电压、线材运行速度、线材温度等模拟量，并且可显示开关量状态，用户还可以组建符合自己习惯的显示屏。通过串行通讯方式，在Windows界面上传、下载程序和配置文件，在线显示运行数据，在线修改和固化参数等。