单片机控制电晕处理机
发表时间：2008-12-17T16:11:00.653Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：王恩亮
[导读] 摘要：采用软件的硬件的抗干扰技术实现对电晕处理的控制，实现电晕处理机的启动，功率调节，断膜保护，放电架位置的检测保护控制，功率输出的自动控制调节。
关键词：电晕处理机放电架高压变压器
摘要：采用软件的硬件的抗干扰技术实现对电晕处理的控制，实现电晕处理机的启动，功率调节，断膜保护，放电架位置的检测保护控制，功率输出的自动控制调节。
关键词：电晕处理机放电架高压变压器
0 引言
常用作包装材料的塑料种类主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等，这些塑料表面张力都不大，特别是前两种塑料的表面张力更小，这导致了对其进行印刷、粘接效果不好。
为了改善塑料包装材料的印刷性与粘接性，对其表面进行处理是一种有效办法。
塑料包装材料表面改性的方法很多，常用的方法主要是电晕放电处理法、化学溶液处理法和火焰处理法。
塑料薄膜表面电晕处理机是处理塑料薄膜表面的机器。
电晕机一般使用在塑料生产线上，为了提高生产效率，生产线日夜连续工作，所以对电晕处理机的可靠性要求很高。
在我国，电晕机生产厂家逐渐增多，产品功率也逐渐增大，部分大功率的塑料薄膜电晕处理机已经能够代替国外进口设备。
1 电晕处理的原理
电晕处理原理是通过在电极上施加高频高压电源（对于塑料薄膜表面处理来说，电压一般在10kV-13kV之间，频率在5kHz-30kHz左右），使电极放电，气体电离后产生的各种能量粒子（如正负离子、电子、光子等）在强电场的作用下，加速冲击处在电极之间的高聚物表面，使表层分子连接的化学键断裂而降解，增加表面的粗糙度。
在电晕放电时，还会产生大量的臭氧，臭氧是一种强氧化剂，它能使高聚物表层分子链部分氧化，生成碳基化合物、氢基化合物和过氢化合物等。
另外，电晕处理还有除去油污、水汽和尘垢的作用。
2 电晕处理机的结构
电晕处理机由三个基本部分组成，电源处理的主机部分，实现高频的大功率电流输出；高压高频变压器部分实现升压作用，输出高压高频的脉冲电流；放电架部分实现电极与辊筒的放电，对穿过放电极与辊筒之间的塑料薄膜进行电晕处理。
主机部分将输入的单相交流220V或380V的交流三相电经过整流、逆变为高频500V左右（单相为300V左右）的输出脉冲。
主机部分具体可分为整流电路、逆变电路和控制电路。
整流部分通常为大功率整流桥将交流电整流为直流，采用大电容对波形进行处理以达到较好的直流波形。
通过IGBT模块对直流输出进行逆变，通常可采用两种方法来调节输出功率，一种方法是采用调节输出脉冲的占空比，脉冲的频率固定；另一种方法是输出脉冲的有效宽度固定，通过调节脉冲的频率来实现调节功率的目的。
本设计采用的是调节输出脉冲频率的方法调节输出功率，调节电路结构简单，易于操作，由于输出的脉冲频率在5KHZ-30KHZ之间变化，虽然对其它电气设备可能会有一定的干扰作用，但由于输出的频率范围较小且频率较低，对一般的电气设备不会造成较大干扰。
3 单片机控制电路的设计
控制电路部分采用单片机作为控制核心，结构简单且容易实现较为复杂的控制要求，能够实现断膜、辊筒停转、放电架未合到位的检测与保护。
断膜信号、放电架未合信号通过单片机I/O端口电位的变化进行循环检测，而辊筒停转的信号通过检测电路以脉冲信号输入到单片机的引脚，检测单片机引脚的脉冲输入频率来检测滚筒的转动情况，通过单片机检测断膜、辊筒停转、放电架未合信号，实现电路的保护。
同时通过温度检测元件DS18B20检测IGBT散热片的温度，实现对温度的监控，防止因IGBT模块发热导致温度升高而损坏。
通过功率检测元件采样输出电流，并转换为电压信号，经滤波放大后通过A/D转换，单片机通过读取A/D转换结果检测实际功率的输出，实现功率的输出，同时通过检测结果与设定值的比较通过相应的计算，调整脉冲的输出频率实现控制输出功率的自动控制，输出的脉冲通过脉冲变压器与主电路进行隔离以实现对IGBT模块构成的全桥的开关控制，单片机内部保留CAN总线通信协议，如果整个生产过程采用上位计算机控制，则电晕处理机可以实现和上位机的通信，可以通过上位机实现对电晕处理机的控制及数据检测。
4 单片机实现控制的关键设计
由于单片机本身的抗干扰能力相对较差，因此实现单片机控制的稳定运行非常重要。
由于在电晕处理过程中电压和频率较高，对于周围的电路容易造成一定的干扰作用，因此采取相应的软硬件措施提高单片机控制板的抗干扰作用是非常必要的。
在电路的结构设计、印制电路板的设计、程序设计方面提高抗干扰能力十分重要。
在控制电路板的电源设计上，采用线性电源分组供电，模拟信号、数字信号的输入/输出全部经过隔离处理，在元件的选择上采用抗干扰能力强，稳定性好的元件设计电路。
在印制电路板的布局布线设计上，将模拟部分、数字部分分区域布局，高频、低频部分分开布局。
在电源的使用上采用线性电源串联多级降压供电，市电经过变压器降压整流滤波后经过7812，7809，7805三级稳压元件串联稳压滤波后为单片机电路板独立供电，在电路板中各个集成电路电源引脚并联0.1μF瓷片电容，电源的稳定性很好。
在实际电晕处理的过程中，及电晕处理开关的瞬间，对单片机控制电路板的电源不造成影响。
由于电晕处理的电压和频率较高，在电晕处理过程中及电晕的开关瞬间对周围的空间产生的干扰较大，容易造成单片机进入死循环，导致单片机控制电路无法实现控制功能，因此在设计中必须避免单片机进入死循环而不能退出的情况出现。
为单片机控制电路板增加屏蔽金属网，金属网接地。
采用5045存储芯片的内部看门狗功能，当单片机一旦进入死循环，X5045检测不到单片机发出的连续低电平脉冲信号，则发出高电平脉冲复位信号而使单片机复位，单片机复位后读取X5045存储器某字节的内容与单片机中的数据储存器中某字节的内容进行比较以确认是开机上电复位还是异常造成的复位，如果是由于异常造成的复位，则立刻恢复单片机的各控制功能，在调试阶段以指示灯输出方式指示当前属于哪种方式的复位后运行；如果是单片机上电复制则进入正常的启动过程，而用户看来单片机控制电路一直正常稳定的运行。
单片机输出的控制脉冲通过脉冲变压器隔离实现控制主电路中的IGBT导通与截止，主电路中的控制IBGT导通与截止电路布局对称以减小干扰。
在编程部分，设置多个软件陷阱，当单片机的CPU取指令发生异常，进入软件陷阱区域则被软件陷阱捕获，设置异常复位标志，然后使单片机通过指令复位，复位后同样检测是否是开机上电复位，如果不是开机上电复位则恢复单片机的控制功能。
而不使用的中断仍然编辑其相应的中断响应程序，使用中断返回指令“RETI”，当单片机因干扰错误的响应非正常中断响应时，执行“RETI”指令即可退出非正常中断响应。
在对模拟量的采样过程中，进行多次采样，进行数字滤波处理后作为检测值，同时根据现场调节采用周期大小。
5 结论
通过采用单片机控制电路代替原来的数字电路实现电晕处理机的控制功能，通过使用各种抗干扰措施，电晕处理机能够长期稳定的运
行，控制效果良好。
使用单片机实现控制功能相对于使用PLC实现控制功能的成本较低，能够长期稳定的运行，并且可以灵活调整控制功能。
较好的提高了单片机的抗干扰功能，使用单片机实现电路的控制功能仍然可行。
参考文献：
[1]李彦锋.大功率塑料薄膜表面电晕处理机电源的研制.电力电子技术.2003。