一种变频器控制系统及其控制方法

文档序号:10569325阅读:217来源:国知局
一种变频器控制系统及其控制方法
【专利摘要】一种变频器控制系统及其控制方法,系统包括一个功率单元控制模块和至少两个主控制模块,主控模块两两间、主控模块与功率模块间串行通讯连接,功率模块连接功率单元;主控模块包括核心控制芯片A、电源电路A、串行通讯接口电路A、现场总线通讯电路、数字量输入输出电路、模拟量输入输出电路、继电器接口电路;功率模块包括核心控制芯片B、串行通讯接口电路B、电源电路B、模拟量采样电路、PWM驱动电路;主控制模块实现相同功能;方法包括功率模块向各主控模块发送模拟量采样信息及状态信息A;各主控模块向功率模块发送控制命令及同步命令,各主控模块间交互状态信息B和同步命令;各模块间同步。本发明设备少,安装空间小,成本低,可靠性高。
【专利说明】
一种变频器控制系统及其控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种用于变频器控制的控制系统,还涉及变频器的控制方法。
【背景技术】
[0002]变频器控制系统一般由各种集成芯片、贴片电阻电容器件以及电路板组成,虽然体积小、相对成本较低,但是存在故障点多,发生故障概率高的缺陷。而功率单元一般由IGBT、二极管、驱动电路等组成,其选型时往往留有较大裕量,虽然体积大、相对成本较高,但是发生故障的概率较小。
[0003]目前,在一些对变频器可靠性要求非常高的应用场合,往往采用两套变频器构成冗余系统来提高其可靠性,其中一台为主变频器,另一台为冗余变频器,一旦主变频器出现故障,冗余变频器即接替主变频器开始工作。
[0004]现有采用两套变频器的冗余系统,存在设备数量多、现场安装空间大、成本高等缺陷,特别是当变频器功率较大时,上述问题尤为突出。
[0005]在一些对成本和可靠性均有要求的运用场合,需要在成本和可靠性二者之间进行取舍,无法兼顾。

【发明内容】

[0006]本发明要解决的技术问题之一是,提供一种变频器控制系统,克服现有技术存在的设备数量多、现场安装空间大、成本高等缺陷。
[0007]本发明要解决的技术问题之二是,提供一种变频器控制方法,提高变频器控制的可靠性,并克服现有技术存在的设备数量多、现场安装空间大、成本高等缺陷。
[0008]本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是:构造一种变频器控制系统,其特征在于,包括一个功率单元控制模块和至少两个主控制模块,所述主控制模块之间两两相互串行通讯连接,主控制模块与该功率单元控制模块之间分别串行通讯连接,该功率单元控制模块连接功率单元;
[0009]该主控制模块包括核心控制芯片A、电源电路A、串行通讯接口电路A;该电源电路A为该主控制模块提供电源;该串行通讯接口电路A与该核心控制芯片A连接,用于所述主控制模块间通讯和所述主控制模块与所述功率单元控制模块通讯;该主控制模块实现电机控制算法和模块间通讯功能;
[0010]该功率单元控制模块包括核心控制芯片B、串行通讯接口电路B、电源电路B、模拟量采样电路、PWM驱动电路;该核心控制芯片B分别与该串行通讯接口电路B、模拟量采样电路、PffM驱动电路通讯连接,该电源电路B为该功率单元控制模块提供电源;该功率单元控制模块实现包括电流、电压模拟量的米样和电力电子开关PWM驱动;
[0011]各所述主控制模块实现相同功能。
[0012]在本发明的变频器控制系统中,所述主控制模块为两个或三个。
[0013]在本发明的变频器控制系统中,所述主控制模块包括分别与所述核心控制芯片A连接的现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18;或所述主控制模块包括分别与所述核心控制芯片A连接的现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18、以太网通讯电路16和WIFI 电路 17。
[0014]在本发明的变频器控制系统中,所述串行通讯接口通讯介质为光纤或电缆。
[0015]本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是:提供一种变频器的控制方法,基于上述的变频器控制系统实现对变频器的控制,其特征在于,包括:
[0016]所述功率单元控制模块向各所述主控制模块同时发送模拟量采样信息及状态信息A;
[0017]各所述主控制模块同时向所述功率单元控制模块发送控制命令及同步命令,各所述主控制模块之间交互状态信息B和同步命令;
[0018]所述主控制模块中的一个主控制模块处于控制状态,其他主控制模块处于冗余状态;处于控制状态的所述主控制模块向处于冗余状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送同步命令,处于冗余状态的所述主控制模块根据来自处于控制状态的所述主控制模块的同步命令向所述功率单元控制模块发送同步命令。
[0019]在本发明的变频器控制方法中,所述模拟量采样信息包括电压、电流;所述状态信息A包括通讯状态、保护电路状态、功率单元连接状态、故障状态;所述控制命令包括开关机命令、故障复位命令、PWM驱动命令、保护点配置命令;所述同步命令包括同步周期、周期起点;所述状态信息B包括系统架构、运行状态、中间计算变量。
[0020]在本发明的变频器控制方法中,在各所述主控制模块向所述功率单元控制模块发送的控制命令和同步命令中,处于控制状态的所述主控制模块发送的控制命令和同步命令生效,处于冗余状态的所述主控制模块发送的控制命令和同步命令被忽略。
[0021 ]在本发明的变频器控制方法中,处于控制状态的所述主控制模块向处于冗余状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送切换命令,处于冗余状态的所述主控制模块向处于控制状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送确认信息,所述功率单元控制模块收到切换命令和确认信息后,开始启用一个处于冗余状态的所述主控制模块的控制命令和同步命令。
[0022]在本发明的变频器控制方法中,当处于控制状态的所述主控制模块出现故障时,由所述功率单元控制模块选择接受一个处于冗余状态的所述主控制模块向其发出的控制命令和同步命令生效,该处于冗余状态的所述主控制模块的控制命令和同步命令经该功率单元控制模块接受后,该主控制模块即升级为处于控制状态的主控制模块。
[0023]实施本发明的变频器控制系统及其控制方法,与现有技术比较,其有益效果是:采用控制系统冗余结构替代变频器冗余结构,大大降低设备数量,减小现场安装空间需求,降低变频器系统成本,大幅度提高变频器可靠性。
【附图说明】
[0024]图1是本发明变频器控制系统一种实施例的结构示意图。
[0025]图2是本发明变频器控制系统中串行通讯接口电路一种实施方式的结构示意图。
[0026]图3是本发明变频器控制系统中主控制模块的结构关系图。
[0027]图4是本发明变频器控制系统中功率单元控制模块的结构关系图。
[0028]图5是本发明变频器控制方法一种实施例的示意图。
[0029]图6是本发明变频器控制系统另一种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0031]如图1所示,本发明的变频器控制系统包括一个功率单元控制模块20和两个主控制模块1a和10b,主控制模块1a和1b相互串行通讯连接,主控制模块1a和1b与功率单元控制模块20之间分别串行通讯连接,功率单元控制模块20连接功率单元30。
[0032]如图3所示,主控制模块10a、1b包括核心控制芯片11、电源电路19、串行通讯接口电路13、现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18、以太网通讯电路16、WIFI电路16。该核心控制芯片11分别与该串行通讯接口电路13、现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18、以太网通讯电路16、WIFI电路16通讯连接,该电源电路19为该主控制模块提供电源;该主控制模块I Oa、I Ob实现包括电机控制算法、与上位机通讯、数字量1控制、模拟量1控制和与其他模块通讯等功能。
[0033]各主控制模块10a、1b之间的结构可以相同,也可以有差别,但各主控制模块10a、1b需要实现相同的功能。
[0034]在其他实施例中,主控制模块10a、10b可以不设置现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18、以太网通讯电路16和WIFI电路17,不影响本发明发明目的的实现。
[0035]在其他实施例中,主控制模块10a、1b不设置以太网通讯电路16和/或不设置WIFI电路17,不影响本发明发明目的的实现。
[0036]如图4所示,该功率单元控制模块20包括核心控制芯片21、串行通讯接口电路22、电源电路25、模拟量采样电路23、PWM驱动电路24。该核心控制芯片21分别与该串行通讯接口电路22、模拟量采样电路23、PWM驱动电路24通讯连接,该电源电路25为该功率单元控制模块20提供电源;该功率单元控制模块20实现包括电流、电压、温度的模拟量采样和电力电子开关PWM驱动等功能。
[0037]在本实施例中,主控制模块的数量为两个,两个主控制模块之间实现冗余。如图6所示,在其他实施例中,主控制模块的数量可以采用三个10a、10b、10c(或以上),各主控制模块之间两两相互串行通讯连接,主控制模块与功率单元控制模块20之间分别串行通讯连接,主控制模块之间实现冗余。
[0038]如图2所示,主控制模块10a、1b的串行通讯接口电路13或功率单元控制模块20的串行通讯接口电路22包括串口通讯控制电路1、光纤发送器2和光纤接收器3,该光纤发送器2连接在该串口通讯控制电路I的输出端,该光纤接收器3连接在该串口通讯控制电路I的接收端。串行通讯接口电路采用光纤发送器和光纤接收器,实现光一电信号或电一光信号的转换,可以采用光纤作为传输信号的媒介,大大提高信号传输的速率和稳定性。
[0039]在其他实施例中,串行通讯接口的通讯介质采用电缆。
[0040]串口通讯控制电路I可以采用FPGA、CPLD、M⑶、DSP、ASIC等器件来实现。
[0041]除采用光信号进行串行通讯外,也可以使用电信号进行串行通讯。
[0042]如图5所示,本发明的变频器控制方法基于上述变频器控制系统实现控制,包括:
[0043]功率单元控制模块20向各主控制模块10a、1b(三个或以上数量主控制模块亦如此)同时发送模拟量采样信息及状态信息A。
[0044]各主控制模块10a、1b同时向功率单元控制模块20发送控制命令及同步命令,各主控制模块10a、10b之间交互自身状态信息和同步命令。
[0045]主控制模块10a、10b中的一个主控制模块处于控制状态,其他主控制模块注意冗余状态。处于控制状态的主控制模块向处于冗余状态的主控制模块和功率单元控制模块20发送同步命令,处于冗余状态的主控制模块根据来自处于控制状态的主控制模块的同步命令向功率单元控制模块20发送同步命令,实现系统内各主控制模块和功率单元控制模块同步,同步源来自处于控制状态的主控制模块。
[0046]其中,模拟量采样信息包括电压、电流、温度等。功率单元控制模块20的状态信息包括通讯状态、保护电路状态、功率单元连接状态、故障状态等。控制命令包括开关机命令、故障复位命令、PWM驱动命令、保护点配置命令等。同步命令包括同步周期、周期起点等。各主控制模块的状态信息包括系统架构、运行状态、中间计算变量等。
[0047]在各主控制模块向功率单元控制模块20发送的控制命令和同步命令中,处于控制状态的主控制模块发送的控制命令和同步命令生效,处于冗余状态的主控制模块发送的控制命令和同步命令被忽略。
[0048]控制状态切换过程如下:处于控制状态的主控制模块向处于冗余状态的主控制模块和功率单元控制模块20发送切换命令,处于冗余状态的主控制模块向处于控制状态的主控制模块和功率单元控制模块20发送确认信息,功率单元控制模块20收到切换命令和确认信息后,开始启用一个处于冗余状态的主控制模块的控制命令和同步命令。控制状态即从原主控模块切换至被启用的原处于冗余状态的主控制模块。
[0049]当处于控制状态的主控制模块出现故障,由功率单元控制模块20选择接受一个处于冗余状态的主控制模块向其发出的控制命令和同步命令生效,该处于冗余状态的主控制模块的控制命令和同步命令经功率单元控制模块20接受后,该处于冗余状态的主控制模块即升级为处于控制状态的主控制模块。
【主权项】
1.一种变频器控制系统,其特征在于,包括一个功率单元控制模块和至少两个主控制模块,所述主控制模块之间两两相互串行通讯连接,主控制模块与该功率单元控制模块之间分别串行通讯连接,该功率单元控制模块连接功率单元; 该主控制模块包括核心控制芯片A、电源电路A、串行通讯接口电路A;该电源电路A为该主控制模块提供电源;该串行通讯接口电路A与该核心控制芯片A连接,用于所述主控制模块间通讯和所述主控制模块与所述功率单元控制模块通讯;该主控制模块实现电机控制算法和模块间通讯功能; 该功率单元控制模块包括核心控制芯片B、串行通讯接口电路B、电源电路B、模拟量采样电路、PWM驱动电路;该核心控制芯片B分别与该串行通讯接口电路B、模拟量采样电路、PffM驱动电路通讯连接,该电源电路B为该功率单元控制模块提供电源;该功率单元控制模块实现包括电流、电压模拟量的米样和电力电子开关PWM驱动; 各所述主控制模块实现相同功能。2.如权利要求1所述的变频器控制系统,其特征在于,所述主控制模块为两个或三个。3.如权利要求1所述的变频器控制系统,其特征在于,所述主控制模块包括分别与所述核心控制芯片A连接的现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18; 或所述主控制模块包括分别与所述核心控制芯片A连接的现场总线通讯电路12、数字量输入输出电路14、模拟量输入输出电路15、继电器接口电路18、以太网通讯电路16和WIFI电路17。4.如权利要求1至3之一所述的变频器控制系统,其特征在于,所述串行通讯接口通讯介质为光纤或电缆。5.—种变频器的控制方法,基于如权利要求1所述的变频器控制系统实现对变频器的控制,其特征在于,包括: 所述功率单元控制模块向各所述主控制模块同时发送模拟量采样信息及状态信息A; 各所述主控制模块同时向所述功率单元控制模块发送控制命令及同步命令,各所述主控制模块之间交互状态信息B和同步命令; 所述主控制模块中的一个主控制模块处于控制状态,其他主控制模块处于冗余状态;处于控制状态的所述主控制模块向处于冗余状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送同步命令,处于冗余状态的所述主控制模块根据来自处于控制状态的所述主控制模块的同步命令向所述功率单元控制模块发送同步命令。6.如权利要求5所述的变频器的控制方法,其特征在于,所述模拟量采样信息包括电压、电流;所述状态信息A包括通讯状态、保护电路状态、功率单元连接状态、故障状态;所述控制命令包括开关机命令、故障复位命令、PWM驱动命令、保护点配置命令;所述同步命令包括同步周期、周期起点;所述状态信息B包括系统架构、运行状态、中间计算变量。7.如权利要求5或6所述的变频器的控制方法,其特征在于,在各所述主控制模块向所述功率单元控制模块发送的控制命令和同步命令中,处于控制状态的所述主控制模块发送的控制命令和同步命令生效,处于冗余状态的所述主控制模块发送的控制命令和同步命令被忽略。8.如权利要求5或6所述的变频器的控制方法,其特征在于,处于控制状态的所述主控制模块向处于冗余状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送切换命令,处于冗余状态的所述主控制模块向处于控制状态的所述主控制模块和所述功率单元控制模块发送确认信息,所述功率单元控制模块收到切换命令和确认信息后,开始启用一个处于冗余状态的所述主控制模块的控制命令和同步命令。9.如权利要求5或6所述的变频器的控制方法,其特征在于,当处于控制状态的所述主控制模块出现故障时,由所述功率单元控制模块选择接受一个处于冗余状态的所述主控制模块向其发出的控制命令和同步命令生效,该处于冗余状态的所述主控制模块的控制命令和同步命令经该功率单元控制模块接受后,该主控制模块即升级为处于控制状态的主控制模块。
【文档编号】G05B19/042GK105929736SQ201610319169
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月14日
【发明人】秦志, 吕航, 吕一航, 廖荣辉
【申请人】深圳市禾望电气股份有限公司
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