基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置及方法

摘要

本发明涉及基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置，包括依次连接的电光转换模块、放大电路、可编程逻辑控制器、光电转换模块及截波触发单元；采用了工业上稳定可靠的可编程逻辑控制器，并在硬件电路上做了完善的光电隔离，结构简单、无需考虑电磁兼容与电磁耦合问题、降低了装置复杂性，提高了装置的抗干扰能力和可靠性；截波延时时间在一定的范围内连续可调，延时精度较高，可广泛应用在各种冲击电流发生器的截波延时装置。该装置和方法克服了当前调节延时时间的各种短板以及抗电磁干扰差的缺陷，有效避免了冲击点火瞬间产生的电磁干扰和强电磁脉冲耦合引起的误触发、死机等故障出现，提高了系统的可靠性与安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及高压电力设备耐受冲击电流试验及超导试验技术领域，具体涉及一种基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置及方法。

背景技术

冲击电流发生器主要用于模拟雷电产生高幅值冲击电流，用以检验电气设备和电涌保护装置耐受强冲击电流的能力，也可对低压避雷器和电气装置，以及其他电子、电气设备在运行状态下耐受冲击电流试验。在超导研究领域，通常要求冲击电流发生器产生的电流时间在数毫秒至几十毫秒，并且电流峰值要求从数千安到几十千安，冲击电流截波延时时间在电流波形范围内连续可调，误差不大于0.1毫秒。

目前国内常规的冲击电流发生器截波延时装置及方法大多采用以下几种方式：一是L-C链型回路控制延时触发装置，通过改变L与C的组合，来改变延时时间，此种方式一般延时时间在微秒级且延时时间只能选择固定的几个数值。二是提出使用R-C回路实现可调延时，通过可调电位计来改变R的值进而调节延时时间，此种方式电阻通电时易发热改变其阻值，且延时时间只能通过调节电位计凑试出来，调节困难且精度不高。三是提出使用单片机等MCU处理器通过控制程序来调节延时时间，此种方式可避开前两种方案的缺陷，但MCU处理器抗干扰能力差，电磁兼容设计困难，尤其在高压大电流冲击环境容易受电磁干扰，导致处理器故障甚至损坏，降低设备寿命和可靠性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能克服当前调节延时时间各种短板以及抗电磁干扰差缺陷的基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置及方法。

为实现上述目的，本发明所设计的基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置，包括依次连接的电光转换模块、放大电路、可编程逻辑控制器、光电转换模块及截波触发单元；

电光转换模块，用于检测冲击电流启动信号，并将启动信号经光电隔离后转换为电平信号；

放大电路，与电光转换模块连接，用于放大电平信号；

可编程逻辑控制器，与放大电路连接，用于接收放大的电平信号，并根据预设的延时时间输出脉冲截波信号；

光电转换模块，与可编程逻辑控制器连接，用于接收脉冲截波信号并将脉冲截波信号转换为光信号，再将光信号转换为脉冲电信号输出；

截波触发单元，与光电转换模块连接，用于接收接收脉冲电信号，执行截波触发动作。

进一步地，所述放大电路采用三极管电路放大信号，将电平信号放大至22～24V。

进一步地，所述可编程逻辑控制器为西门子S7-200型。

进一步地，所述截波触发单元包括晶闸管驱动电路。

还提供一种如上述所述基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时方法如下：

在与可编程逻辑控制器相连接的上位机设置截波延时时间，延时时间经过计算后将转换为周期为t的高速脉冲个数；

电光转换模块将检测到的电压上升沿信号转换为逻辑电平信号，放大电路将接收到的电平信号放大后输出；放大后的电平信号接入可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器检测到上升沿信号后执行第一次中断，并启动高速计数器并开始计量脉冲个数，达到预设的延时时间相对应的高速脉冲个数时，执行第二次中断，同时，可编程逻辑控制器输出脉冲截波信号；光电转换模块将接收到的脉冲截波信号转换为光信号，再将光信号转换为脉冲电信号输出，截波触发单元接收脉冲电信号，执行截波触发动作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明冲击电流截波可调延时装置硬件上采用了工业上稳定可靠的可编程逻辑控制器，并在硬件电路上做了完善的光电隔离，结构简单、无需考虑电磁兼容与电磁耦合问题、降低了装置复杂性，提高了装置的抗干扰能力和可靠性；

2、截波延时时间在一定的范围内(0～20ms)连续可调，延时精度较高(误差不大于0.1ms)，可广泛应用在各种冲击电流发生器的截波延时装置；

3、该装置和方法克服了当前调节延时时间的各种短板以及抗电磁干扰差的缺陷，有效避免了冲击点火瞬间产生的电磁干扰和强电磁脉冲耦合引起的误触发、死机等故障出现，提高了系统的可靠性与安全性。

附图说明

图1为本发明基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置结构框图；

图2为本发明基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示基于可编程逻辑控制器的冲击电流截波可调延时装置，包括依次连接的电光转换模块10、放大电路20、可编程逻辑控制器30、光电转换模块40及截波触发单元50。

电光转换模块，用于检测冲击电流启动信号，并将启动信号经光电隔离后转换为电平信号；放大电路，与电光转换模块连接，用于放大电平信号；可编程逻辑控制器，与放大电路连接，用于接收放大的电平信号，并根据预设的延时时间输出脉冲截波信号；光电转换模块，与可编程逻辑控制器连接，用于接收脉冲截波信号并将脉冲截波信号转换为光信号，再将光信号转换为脉冲电信号输出；截波触发单元，与光电转换模块连接，用于接收接收脉冲电信号，执行截波触发动作。

本实施例中，放大电路采用三极管电路放大信号，将电平信号放大至22～24V；可编程逻辑控制器为西门子S7-200型；截波触发单元包括晶闸管驱动电路；

利用本发明进行高压冲击电流截波实验，首先在与可编程逻辑控制器30相连接的上位机界面设置截波延时时间，延时时间经过计算后将转换为周期为t的高速脉冲个数。

如图2所示，电光转换模块10将检测到的电压上升沿信号转换为逻辑电平信号，放大电路20将接收到的电平信号放大后输出；放大后的电平信号接入可编程逻辑控制器30，可编程逻辑控制器30检测到上升沿信号后执行第一次中断，并启动高速计数器并开始计量脉冲个数，达到预设的延时时间相对应的高速脉冲个数时，执行第二次中断，同时，可编程逻辑控制器30输出脉冲截波信号；光电转换模块40将接收到的脉冲截波信号转换为光信号，再将光信号转换为脉冲电信号输出，截波触发单元接收脉冲电信号，执行截波触发动作。

本发明冲击电流截波可调延时装置硬件上采用了工业上稳定可靠的可编程逻辑控制器，并在硬件电路上做了完善的光电隔离，结构简单、无需考虑电磁兼容与电磁耦合问题、降低了装置复杂性，提高了装置的抗干扰能力和可靠性；截波延时时间在一定的范围内(0～20ms)连续可调，延时精度较高(误差不大于0.1ms)，可广泛应用在各种冲击电流发生器的截波延时装置。

该装置和方法克服了当前调节延时时间的各种短板以及抗电磁干扰差的缺陷，有效避免了冲击点火瞬间产生的电磁干扰和强电磁脉冲耦合引起的误触发、死机等故障出现，提高了系统的可靠性与安全性。