一种变频器控制系统及其协议转换卡的制作方法

本发明涉及工业通讯领域，特别是涉及一种变频器控制系统及其协议转换卡。

背景技术：

随着电力技术的发展，变频器的应用越来越广泛。

在变频器的应用中，常常会遇到一个主站控制多个从站的情况。即通过一个通讯主站控制多个通讯从站的变频器运行。目前，通常采用基于BACnet/MSTP协议(RS485接口)的转换卡直接实现一台通讯主站控制多个通讯从站，但是通讯速度较慢，BACnet/IP协议是基于以太网接口的协议，通讯速度较快。但是，基于BACnet/IP协议的转换装置或结构复杂，或需要应用交换机，成本较高。

因此，如何既能方便通讯主站控制多个通讯从站，且通讯速度较快又能降低通讯系统的成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变频器控制系统及其协议转换卡，既能方便通讯主站控制多个通讯从站，且通讯速度较快又能降低通讯系统的成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种协议转换卡，包括：第一通讯接口模块、第二通讯接口模块、处理器、双口RAM、外扩控制器；其中，所述处理器用于对输入的数据进行封装、解析，以及进行虚拟交换机逻辑；所述第一通讯接口模块和所述处理器连接，所述外扩控制器和所述处理器连接，所述第二通讯接口模块和所述外扩控制器连接，所述第一通讯接口模块和所述第二通讯接口模块用于根据所述处理器的对应控制信号与外界的对应通讯设备进行通信；所述双口RAM与所述处理器连接，用于与对应的变频器进行数据交互。

优选地，所述双口RAM为CPLD芯片。

优选地，所述CPLD芯片通过第一硬件接口和对应的所述变频器连接。

优选地，所述处理器还用于进行重复IP地址检测和通讯超时故障检测以及通讯状态指示处理。

优选地，所述第一通讯接口模块包括第一以太网接口电路和与所述第一以太网接口电路连接的第一以太网硬件接口。

优选地，所述第二通讯接口模块包括第二以太网接口电路和与所述第二以太网接口电路连接的第二以太网硬件接口。

优选地，所述处理器包括：BACnet通信协议处理单元，用于对BACnet通信协议数据进行封装和解析；交换机逻辑单元，用于进行虚拟交换机逻辑处理。

一种变频器控制系统，包括：

n个如上述任一项所述的协议转换卡，各所述协议转换卡分别设置在对应的通讯从站的从站设备中并与对应的变频器连接，n为大于0的整数；

位于通讯主站的主站设备；

所述主站设备以及各所述从站设备顺次连接。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种协议转换卡，包括：第一通讯接口模块、第二通讯接口模块、处理器、双口RAM、外扩控制器；其中，处理器用于对输入的数据进行封装、解析，以及进行虚拟交换机逻辑；第一通讯接口模块和处理器连接，外扩控制器和处理器连接，第二通讯接口模块和外扩控制器连接，第一通讯接口模块和第二通讯接口模块用于根据处理器的对应控制信号与外界的对应通讯设备进行通信；双口RAM与处理器连接，用于与对应的变频器进行数据交互。在使用时，只需将该协议转化卡设置在各个通讯从站中，与自身所在的通讯从站中的变频器进行连接。由于该协议转换卡设有两个通讯接口模块，因此，一个通讯从站可以和两个通讯设备进行通讯连接，这样通讯主站可以和任一通讯从站的一个通讯接口模块连接，该通讯从站的另一通讯接口模块可以和其他的通讯从站连接，继而各个通讯从站顺次连接，即可实现通讯主站对多个通讯从站的控制。通讯主站可以通过预设通信协议和各通讯从站进行通讯连接，各个通讯从站的协议转换卡既有协议转换功能，自身又作为虚拟交换机进行信息数据的传输。从而既方便了通讯主站控制多个通讯从站，且通讯速度较快又能降低通讯系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的协议转换卡结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的变频器控制系统结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的CPLD数据分区示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种变频器控制系统及其协议转换卡，既能方便通讯主站控制多个通讯从站，且通讯速度较快又能降低通讯系统的成本。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的协议转换卡结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种协议转换卡，包括：第一通讯接口模块1、第二通讯接口模块2、处理器3、双口RAM4、外扩控制器5；其中，处理器3用于对输入的数据进行封装、解析，以及进行虚拟交换机逻辑；第一通讯接口模块1和处理器3连接，外扩控制器5和处理器3连接，第二通讯接口模块2和外扩控制器5连接，第一通讯接口模块1和第二通讯接口模块2用于根据处理器3的对应控制信号与外界的对应通讯设备进行通信；双口RAM4与处理器3连接，用于与对应的变频器进行数据交互。

在本实施方式中，优选处理器包括：BACnet通信协议处理单元，用于对BACnet通信协议数据进行封装和解析；交换机逻辑单元，用于进行虚拟交换机逻辑处理。处理器用于对通讯协议进行转换处理，将预设通讯协议如BACnet通信协议转换成自定义协议；并进行虚拟交换机逻辑；进一步地，处理器还用于进行重复IP地址检测和通讯超时故障检测，即进行通讯卡检错逻辑；以及通讯状态指示处理等。因为处理器中通常只设有一个内置的通讯控制器，因此，在本实施方式中设置一外扩控制器，用来协助实现双网口虚拟交换机功能，进一步地，在本实施方式中优选协议转换卡通过以太网和外界通讯设备进行通信，则外扩控制器为外扩以太网控制器。

在使用时，只需将该协议转化卡设置在各个通讯从站中，与自身所在的通讯从站中的变频器进行连接。由于该协议转换卡设有两个通讯接口模块，因此，可以实现双网口虚拟交换机功能，一个通讯从站可以和两个通讯设备进行通讯连接，这样通讯主站可以和任一通讯从站的一个通讯接口模块连接，该通讯从站的另一通讯接口模块可以和其他的通讯从站连接，继而各个通讯从站顺次连接，即可实现通讯主站对多个通讯从站的控制。通讯主站可以通过BACnet/IP标准协议等预设协议和各通讯从站进行通讯连接，各个通讯从站的协议转换卡既有协议转换功能，自身又作为虚拟交换机进行信息的传输。从而既方便了通讯主站控制多个通讯从站，且通讯速度较快又能降低通讯系统的成本。

在本发明的一种实施方式中，双口RAM(随机存取存储器)为CPLD(复杂可编程逻辑器件)芯片。CPLD芯片通过第一硬件接口和对应的变频器连接。采用第一硬件接口作为协议转换卡和变频器的电气连接，并通过CPLD芯片来编程实现一个双口RAM的功能，相对于专用双口RAM，降低了成本和体积。

进一步地，第一通讯接口模块包括第一以太网接口电路和与第一以太网接口电路连接的第一以太网硬件接口。第二通讯接口模块包括第二以太网接口电路和与第二以太网接口电路连接的第二以太网硬件接口。第一以太网硬件接口和第二以太网硬件接口优选为RJ45接口。

在本实施方式中，以太网接口电路主要为网络隔离变压器及其相关的电路，RJ45即为两个以太网水晶插头，通讯主站的主站设备可以插接任一以太网接口模块的RJ45接口以对该协议转换卡所在的从站设备进行通讯控制。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的变频器控制系统结构示意图。

相应地，本发明一种实施方式还提供了一种变频器控制系统，包括：n个如上述任一实施方式所提供的协议转换卡，各协议转换卡分别设置在对应的通讯从站的从站设备中并与对应的变频器连接，n为大于0的整数；位于通讯主站的主站设备；主站设备以及各从站设备顺次连接。

如图2所示，该系统包括一个主站设备21和n个从站设备22。各从站设备22设有一个协议转换卡23以和主站设备21进行通迅。各从站设备如图2所示顺次连接，位于次序首位的从站设备和主站设备连接。

在本实施方式中，协议转换卡应用BACnet/IP协议进行通讯。BACnet/IP是一种将LWIP协议栈和BACnet协议栈结合起来的协议。协议转换卡对于从以太网接口模块收到的数据，处理器首先判断该数据是否是广播报文，若为广播报文，则根据自身另一个以太网接口模块的在线状态确定是否进入数据帧转发过程，再进入报文解析程序；若该数据为非广播报文，则判断是否是本机报文，若为本机报文则直接进入报文解析程序；若为非本机报文，则根据自身另一个以太网接口模块的在线状态确定是否进行报文转发过程，但不进入报文解析过程。

因以太网接口模块的设置，报文接收时，需要识别当前收到报文的以太网接口模块，以便在报文应答时将报文发送至正确的以太网接口模块。本协议转换卡还具备重复IP检测功能和通讯超时检测功能，对处于连接状态的以太网接口模块进行检测，若有设备与本协议转换卡所在的从站设备的IP地址相同，则该协议转换卡报故障，若协议转换卡处于通讯过程中时，在设定超时时间内未收到BACnet数据帧，则报故障，故障状态由状态灯指示。

本协议转换卡与变频器通过硬件接口连接，采用以下方式通讯。因协议转换卡与变频器之间的数据交换是通过双口RAM实现的，在本实施方式中，优选双口RAM为CPLD芯片，因此将CPLD划分为不同的数据区域，如图3所示，将CPLD划分为协议转换卡数据写出区、协议转换卡数据读入区、变频器标识寄存器、协议转换卡标志寄存器这四个数据区。

其中，协议转换卡数据写出区为协议转换卡收到的BACnet/IP数据帧解析后转化的自定义数据帧存储区；协议转换卡数据读入区为变频器应答的数据帧存储区；对于协议转换卡标志寄存器，协议转换卡根据协议转换卡数据写出区的数据更新状态修改该寄存器的值，变频器查询该寄存器的值来确定协议转换卡是否有更新数据，若有则读取协议转换卡数据读入区的数据，并清除协议转换卡数据写出区数据更新状态以便识别下一次数据的读入，若变频器有数据应答，即协议转换卡数据读入区有新数据更新，变频器同时会更新变频器标识寄存器以方便协议转换卡及时读取变频器更新的应答数据，协议转换卡识别到有数据更新则读取协议转换卡数据读入区的数据，并清除变频器标识寄存器中的数据更新标志以方便识别下一次数据的更新。

进一步地，在转换卡与变频器进行数据交换之前，让两者进行握手来确定转换卡与变频器连接是否正常(即一方写入数据，另一方能在相应的内存中读出该数据)，握手成功之后才能进入正常数据传输状态，协议转换卡配置有1ms的看门狗，在协议转换卡死机的状况下，看门狗会触发复位信号。

在本实施方式中，转化卡和变频器的握手过程为：CA_IND_REG为协议转化卡标志寄存器,INV_IND_REG为变频器标志寄存器。变频器最开始发一个复位信号对CPLD进行初始化复位，协议转换卡首先向协议转换卡标志寄存器CA_IND_REG中写入0xA0，一定时间后变频器读取该协议转化卡标志寄存器的值，若为0xA0，则往变频器标志寄存器INV_IND_REG写入0xA0。协议转化卡不断读取INV_IND_REG的值，直到其为0xA0，则向协议转化卡标志寄存器CA_IND_REG写入0xF0，变频器一段时间之后读取该寄存器的值，若为0xF0，则往变频器标志寄存器INV_IND_REG写入0xF0，变频器侧握手成功；协议转化卡不断读取INV_IND_REG的值，直到其为0xF0，则协议转化卡也完成握手。

综上所述，本发明实施方式所提供的变频器控制系统及其协议转换卡，该协议转换卡设有两个以太网接口模块，由处理器进行协议转换以及实现交换机功能，无需外置交换机，成本低，结构简单紧凑，即具有数据包转发功能，在不需接入交换机的情况下实现一主多从的通讯。

以上对本发明所提供一种变频器控制系统及其协议转换卡进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。