一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器及其控制系统的制作方法

本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器及其控制系统。

背景技术：

直流无刷电机，即bldc电机，由电机主体和电机控制器组成，是一种典型的机电一体化产品。直流无刷电机凭借其显著的高效节能特点，在近几年以迅猛之势快速替代传统电机（如交流电机、直流有刷电机等），占领国内电机市场。其高效节能的优点，在大规模集群控制的系统里面，尤为突出，可以为实际项目发挥最优化的技能效果，从而实现运行成本的控制。传统的直流无刷电机驱动器（控制器）有两种：一种是仅仅只有电机驱动电路部分，也就是仅本地单机控制，无法实现远程控制，更无法实现多台设备群控控制；另一种是电机驱动电路部分集成了基于简单电信号（如pwm占空比控制、0-10v电压信号控制、4-20ma电流信号控制）的有远程控制方案，但是基于简单电信号的电路，控制链路传输距离有限，一般最远距离为200米左右，可以同时控制的设备数量有限，随着控制数量的增加，控制的成本也在大幅增加。

随着工业4.0、万物互联的行业发展趋势，出现了大规模（上万台）直流无刷电机集群控制的需求，原有传统的直流无刷电机控制系统已无法较好的满足新的趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器及其控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器，包括pcb线路板，所述pcb线路板设有ac/dc单元、pfc调整单元、dc/dc电源单元和dc/ac变频单元，所述ac/dc单元和pfc调整单元设置于pcb线路板的左侧且前后设置，所述pfc调整单元、dc/dc电源单元和dc/ac变频单元均设置于pcb线路板的后侧且左右设置，所述ac/dc单元的右侧设有左右排列的通讯单元和辅助功能单元，所述通讯单元的后侧设有处理器单元，所述处理器单元的右侧设有电机状态收集单元。

进一步优选，所述ac/dc单元包含依次左右连接的全波整流器件、ac滤波器和电源端子，所述电源端子连接有市电。

进一步优选，所述pfc调整单元包含pfc电感、升压二极管、pfc开关管、pfc控制器和大容量电容，所述pfc电感、升压二极管和大容量电容沿着pcb线路板的边缘设置。

进一步优选，所述dc/ac变频单元设有电机输出接口，其位于pcb线路板的右侧且连接有bldc电机。

进一步优选，所述电机状态收集单元设有电机输入接口，其位于pcb线路板的右侧。

进一步优选，所述通讯单元设有多个通讯端子，多个所述通讯端子沿着pcb线路板的前侧边沿依次设置，且连接有上位机。

进一步优选，所述通讯单元采用扣板形式设计扣设于pcb线路板上。

进一步优选，所述处理器单元与dc/ac变频单元、电机状态收集单元、通讯单元和辅助功能单元均相连接。

进一步优选，所述辅助功能单元设有辅助接口。

本申请还提供了一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器的控制系统，包括电机控制器、转换器、路由器和bldc电机，所述转换器连接有多个路由器，所述路由器连接有多个电机控制器，所述电机控制器与bldc电机相连接。

有益效果

本发明的适用于集群控制的直流无刷电机控制器，其强弱电区域分隔清晰，强电电流回路集中于pcb线路板左侧沿板边流向，发热器件沿板边排布，利于器件散热，增加系统的稳定性和可靠性，弱电区域位于pcb线路板右侧区域，操作接口相对集中，易于标识和用户操作，安全性高，且通讯单元采用扣板形式设计，可实现以最小成本快速维护，同时，该直流无刷电机控制器的控制系统，实现了大规模、长距离集群控制，可支持数万台电机的集群群控。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的直流无刷电机控制器的pcb线路板布局图；

图2为本发明实施例所公开的直流无刷电机控制器的控制原理图；

图3为本发明实施例所公开的直流无刷电机控制器的ac/dc单元和pfc调整单元的运行电路图；

图4为本发明实施例所公开的直流无刷电机控制器的控制系统的群控组网示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-4所示，一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器，包括pcb线路板，所述pcb线路板设有ac/dc单元、pfc调整单元、dc/dc电源单元和dc/ac变频单元，所述ac/dc单元和pfc调整单元设置于pcb线路板的左侧且前后设置，所述pfc调整单元、dc/dc电源单元和dc/ac变频单元均设置于pcb线路板的后侧且左右设置，所述ac/dc单元的右侧设有左右排列的通讯单元和辅助功能单元，所述通讯单元的后侧设有处理器单元，所述处理器单元的右侧设有电机状态收集单元。

本申请中，市电从ac/dc单元的电源端子接入，经过ac滤波器中的emi滤波器滤除连接线上的电磁干扰，然后经全波整流器件整流后变成脉动直流电压，送往pfc调整单元进行调整，然后将调整后的母线电源送往dc/ac变频单元，由处理器单元基于电机状态收集单元收集的电机反馈的状态信息传送出pwm控制信号，将该pwm控制信号发送至dc/ac变频单元，然后控制dc/ac变频单元的ipm（智能功率模块）内部功率管的导通和截止，进而实现对bldc电机（直流无刷电机）的变频控制。所述通讯单元用于控制器接收上位机远程下发的控制命令，从而执行相应的操作，所述辅助功能单元用于对外提供信息或者控制。

本申请中，所述pcb线路板的强弱电区域分明，所述ac/dc单元、pfc调整单元、dc/dc电源单元和dc/ac变频单元为强电电流回路单元，集中于pcb线路板的左侧和后侧，沿pcb线路板的板边流通，为强电区域，所述全波整流器件、pfc电感、pfc开关管、pfc升压二极管和dc/ac变频单元的功率器件为发热器件，设置于pcb线路板的板边，有利于器件的散热，增强控制器系统的稳定性和可靠性。所述通讯单元、辅助功能单元、处理器单元和电机状态收集单元集中于pcb线路板的右侧、前侧区域，用户的操作接口相对集中，且远离强电区域，提高控制器的在连接外部器件时安全性能。

优选的，所述ac/dc单元包含依次左右连接的全波整流器件、ac滤波器和电源端子，所述电源端子连接有市电，所述电源端子靠近低压弱电侧摆放，增强安全性能。

优选的，所述pfc调整单元包含pfc电感、升压二极管、pfc开关管、pfc控制器和大容量电容，所述pfc电感、升压二极管和大容量电容沿着pcb线路板的边缘设置。所述pfc调整单元为升压的boost拓扑结构，所述pfc电感、升压二极管、pfc开关管和pfc控制器组成pfc开关电路，通过pfc控制器控制pfc开关管的导通使输入电流能够跟踪输入电压的变化，所述pfc电感在pfc开关管导通时存储能量，在pfc开关管截止时，所述pfc电感上感应处右正左负的电压，将导通时存储的能量通过升压二极管对大容器电容充电，输出能量。所述pfc调整单元通过对输入电流波形进行控制，使其同步输入电压波形，从而达到抑制谐波提高功率因素的目的。

优选的，所述dc/ac变频单元设有电机输出接口，其位于pcb线路板的右侧且连接有bldc电机，用于bldc电机的变频控制。

优选的，所述电机状态收集单元设有电机输入接口，其位于pcb线路板的右侧，用于接收bldc电机反馈的信息，经电机状态收集单元的收集发送至处理器单元。所述电机输入接口和电机输出接口位于pcb线路板的同一侧，便于与bldc电机的连接。

优选的，所述通讯单元设有多个通讯端子，多个所述通讯端子沿着pcb线路板的前侧边沿依次设置，且连接有上位机。多个所述通讯端子位置集中，易于标识，易于用户操作。

优选的，所述通讯单元采用扣板形式设计扣设于pcb线路板上。由于通讯物理的总线连接距离会很长，两节点间距离会达到上千米，所述通讯单元可能因电位差、雷击等情况被击坏，而扣板形式的通讯单元，更换、维修简单方便，可实现最小成本的快速维护。

优选的，所述处理器单元与dc/ac变频单元、电机状态收集单元、通讯单元和辅助功能单元均相连接，用于信号的计算、分析、处理及指令的发出。

优选的，所述辅助功能单元设有辅助接口，用于对外提供信息或者控制，如告警用途的干接点的连接，用于状态显示的数码管的连接等。

一种适用于集群控制的直流无刷电机控制器的控制系统，包括电机控制器、转换器、路由器和bldc电机，所述转换器连接有多个路由器，所述路由器连接有多个电机控制器，所述电机控制器与bldc电机相连接。

本申请所述的电机控制器的控制系统，所述转换器用于将上位机的指令转换成平衡差分的rs485或rs422信号，然后藉由多个路由器传输至多个电机控制器，一个所述路由器可连接多个电机控制器，而每个电机控制器均连接有一台bldc电机，进而实现大规模集群控制的直流无刷电机控制器的控制系统，所述路由器藉由中继器等中间设备放大总线的驱动带载能力，从而实现远距离的总线通信，保证上位机发出的指令信号能够准确传送至bldc电机。所述转换器与多个路由器间形成一层总线结构，一个所述转换器最多可连接254个路由器，所述路由器与多个电机控制器形成二层总线结构，一个所述路由器最多可连接254个电机控制器，实现254台bldc电机的连接，进而实现一个上位机与64516台bldc电机的连接，形成集群控制的直流无刷电机控制器的控制系统。

本申请中，所述电机控制器的远程控制接口采用基于串行通讯总线结构（如rs232、rs485、can），按串行通讯协议（如modbus协议、可能的私有协议）通讯的远程控制。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。