专利名称：大功率变流器通用控制平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器，尤其是涉及一种具有多种通讯接口的大功率变流器通用控制平台。
背景技术：
近年来随着以微处理器和先进的控制算法为主的数字控制技术的发展，以及新型集高频、高电压和大电流等特点的大功率IGBT和IPM模块等功率半导体复合器件的推出，大功率变流器技术在交流变频调速、供电电源、电力系统输配电、电能质量控制等方面已经获得日益广泛的应用。以微处理器为基础的大功率变流器装置控制器具有广泛的共性，其共性集中表现在硬件、软件和开发途径三个方面，因此开发大功率变流器通用控制平台具有可行性。从有利于加快大功率变流器装置的研制、开发，控制算法的试验、提高效率和缩短开发周期的观点来看，研制一种变流器装置通用数字控制器开发平台很有必要，对它进行研究必将促进大功率变流器装置控制算法的研究和缩短变流器产品的开发周期。同时开发大功率变流器通用控制平台可以降低产品控制器重复开发带来的高成本，而且有利于软件的模块化和通用化。
发明内容
本发明为一种具有多种通讯接口的大功率变流器通用控制平台，为变流器控制器的研发提供了一个通用性的方案，促进了大功率变流器装置控制算法的研究，缩短了变流器产品的开发周期。本发明采用以下技术方案来实现一种具有多种通讯接口的大功率变流器通用控制平台，包括上、中、下三个板级电路，电路主要包括底层电源板AC/DC模块用于给主控制电路提供数字电源，AC/DC模块用于给模拟电路供电，AC/DC模块用于给开关量供电，AC/DC模块用于给码盘计速模块供电；中层接口板AD数据采集模块，相位检测模块，过限故障检测模块，开关量输入输出模块光纤输入输出模块，光纤信号输入输出模块，码盘信号检测模块，CAN通讯接口模块，RS232通讯模块，RS2485通讯模块，网络接口模块，CPLD控制模块；上层主控板用于控制整个流程的DSP主控制器；用于各种采样量的分析、计算，运行算法程序的DSP辅助控制器；参数存储模块；用于网络接口控制的FPGA网络主控制器；DC/DC模块用于为各控制器提供核心电源。底层电源板电源模块为4路AC/DC，分别给板上提供2路5v、1路24v和一对士 15V电源，为整个控制器的供电。16路采样电路中，输入信号为电流信号，接入功率采样电阻将信号转化为电压信号，控制信号接入CPLD控制模块，采样信号接入DSP辅助控制器和过限故障检测。16路开关量、码盘信号使用光耦隔离，接入CPLD控制模块。
RS232和RS485通讯信号使用光耦隔离，CAN通讯信号，均接入DSP主控制器。2路相位检测与锁相信号，16路过限故障检测信号，光纤信号输入输出信号共16路输入、16路输出，接入CPLD控制模块。1路Khernet通讯信号使用网络隔离芯片，接入FPGA网络主控制器。CAN通讯接口模块为CAN现场总线通讯接口，采用协议为CAN2. OA或者CAN2. OB协议。RS232串行通讯模块为串行通讯接口，同于通用串行通讯，采用常规RS232通讯。RS485串行通讯模块为串行通讯接口，同于通用串行通讯，协议采用MODBUS协议。网络接口模块为Khernet通讯接口，同于Khernet通讯，协议为TCP/IP协议。参数存储区由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH组成，E2PR0M用于重要参数存储、掉电保护，NANDFLASH用于工作波形数据存储。底层电源板位于最下层，中层接口板位于中间层，上层主控板位于最下上层，底层电源板与中层接口板之间使用螺钉固定，中层接口板与上层主控板之间使用2条96针型插针插槽固定，中层接口板上使用插针，上层主控板使用插槽。与现有技术相比，本发明具有如下优点外扩了 4片电力电子广泛使用的AD采用芯片AD7865，提高了采样精度和采样速度，控制方便；在PWM和IO输出加上了 CPLD，可以方便其扩展，同时扩展一片FPGA用于控制平台的通信扩展，可以方便平台扩展LCD、键盘等其它外设，提高了控制平台的可扩展性，应用前景广泛；扩展了一片1KB的E2PR0M用于系统运行参数的掉电保护，同事扩展了 IGBit的NANDFLASH用于工作波形的存储，提高了控制平台的存储能力；拥有RS232，RS485，CAN,Ethernet接口等，接口多样，通讯能力大大提高。
图1是本发明的三层结构图。图2是本发明的底层电源板100电气结构。图3是本发明的中层接口板200电气结构。图4是本发明的上层主控板300电气结构。
具体实施例方式本发明提出的大功率变流器通用控制平台具有上、中、下布局结构，其结构布局如图1所示下层为电源板，为整个控制系统供电；中层为接口板，主要配备各类外围接口电路和CPLD控制电路；上层为主控电路，主要配备各主控芯片和辅助控制芯片及主控电路电源；上层与中层采用插针、插槽形式连接和固定，底层与中层采用螺栓固定，使用电源导线连接。所示的市电220V接入AC接口 105，经过AC/DC模块101转换为1路5V电源，为整个控制平台的数字电源供电；经过AC/DC模块102转换为一对士 15V电源，为系统模拟电路供电；经过AC/DC模块103转换为1路MV电源，为开关量后端供电；经过AC/DC模块104转换为1路5V电源，为码盘及其检测模块供电。所示的16路信号采样AD模块201控制信号接CPLD控制模块211，模拟信号分别引入上层主控板300的DSP辅助控制器302和过限故障检测模块203，DSP辅助控制器302进行信号采集和数据处理，过限故障检测模块203进行采样信号的过限故障检测。所示的两路相位检测模块202接变流器输入侧与输出侧三相电压AB相，用于锁存AB相位及其相位检测，接入CPLD控制模块211。所示的开关量模块204有8路输入、8路输出，使用光耦隔离，接入CPLD控制模块211，前端使用5V电源，后端使用MV电源。所示的光纤信号输入输出模块205有16路输出、16路输如，接入CPLD控制模块211，用于PWM控制脉冲的发送和功率模块故障信号的检测，接入CPLD控制模块211。所示的码盘信号检测模块206有9路信号，分为A、B、Z三对差分信号和一对5V电源以及屏蔽地，用于检测码盘信号，差分信号需要由差分信号转换为数字单端信号，接入CPLD控制模块211。所示的CAN通讯模块207为一对差分信号，进行CAN通讯，协议采用CAN2. OA或CAN2. 0B，引入到上层主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS232通讯模块208为一对输入输出信号线，进行常用的串行通讯，引入到上层主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS485通讯模块209为2对差分信号，进行RS485通讯，通讯协议为Modbus协议，引入到上层主控板300，接入DSP主控制器301。所示的Khernet通讯模块210为网络通讯接口，使用网络隔离芯片，采用TCP/IP协议，引入到上层主控板300，接入FPGA网络主控制器304。所示的电源接口 212接下层电源板100的各路电源，将电源引入到中层接口板200和上层主控板300。所示的DSP主控制器301运行整个主控流程，控制整个变流器主电路进行变流控制，检测整个变流器的运行状态，对故障作出应对措施，运行通讯程序，与远程计算机或者现场人机交互界面(触摸屏)进行通讯，运行存储程序，对重要参数进行存储和掉电保护，对运行波形数据进行存储。所示的DSP辅助控制器302对变流器实时参数进行采样、处理和分析，运行变流控制算法，给出DSP主控制器301控制所需要的各项参数。所示的FPGA网络主控制器304集成网络协议TCP/IP协议，进行网络通讯，并将通讯数据与DSP主控制器301进行交互。所示的参数存储模块由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH组成，E2PR0M用于重要参数存储、掉电保护，NANDFLASH用于工作波形数据存储。所示的DC/DC模块305提供1路3. 3V电源，为控制器IO 口供电；1路1. 8V电源，为DSP主控制器301内核供电；2路1. 2V电源，为DSP辅助控制器302和FPGA网络主控制器304内核供电。
权利要求
1.一种大功率变流器通用控制平台，包括三个板级电路，其特征在于，该功能电路包括底层电源板AC/DC模块用于给主控制电路提供数字电源，AC/DC模块用于给模拟电路供电，AC/DC模块用于给开关量供电，AC/DC模块用于给码盘计速模块供电；中层接口板:AD数据采集模块，相位检测模块，过限故障检测模块，开关量输入输出模块光纤输入输出模块，光纤信号输入输出模块，码盘信号检测模块，CAN通讯接口模块，RS232通讯模块，RS2485通讯模块，网络接口模块，CPLD控制模块；上层主控板用于控制整个流程的DSP主控制器；用于各种采样量的分析、计算，运行算法程序的DSP辅助控制器；参数存储模块；用于网络接口控制的FPGA网络主控制器；DC/DC模块用于为各控制器提供核心电源。
2.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括底层电源板的AC/DC模块，给中层接口板和上层主控板提供1路+5V的数字电源，为控制部分供电。
3.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括AC/DC模块给中层接口板提供一对士 15V的电源，为其模拟部分供电。
4.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括:AC/DC模块为中层接口板提供一路+24V电源，为开入开出电路后端供电。
5.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括:AC/DC模块为中层接口板提供一路+5V的电源，为码盘供电。
6.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括:AD数据采集模块共16路采样通道，为电流信号输入，控制信号接入CPLD控制模块，采样信号接入DSP辅助控制器和过限故障检测模块。
7.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括相位检测与锁相模块共2路，用于检测三相电相位并锁存输出，接入CPLD控制模块。
8.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括过限故障检测模块共16路，用于对16路采样通道的过限故障检测，接入CPLD控制模块。
9.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括开关量输入输出模块光纤输入输出模块共8路输入、8路输出，用于对开关量的输入与输出，接入CPLD控制模块211。
10.根据权利要求1所述的大功率变流器通用控制平台，其特征在于，还包括光纤信号输入输出模块共16路输入、16路输出，用于PWM输出与光纤故障信号检测，接入CPLD控制模块。
全文摘要
一种大功率变流器通用控制平台，具有采集变流器主电路电压、电流等，输出PWM信号，实现变流器系统的闭环控制、对变流器进行故障保护和实现与外界的信息交互功能。该控制平台核心部分为双DSP架构，其中定点DSP芯片TMS320F2812与浮点DSP芯片TMS320C6713通过双口RAM通信。针对定点DSP片内AD采样精度和速度不稳定的缺点，该控制平台外扩了4片电力电子广泛使用的AD采用芯片AD7865；针对传统双DSP处理器扩展性差的问题，该控制平台在PWM和IO输出加上了CPLD，可以方便其扩展，同时扩展一片FPGA用于控制平台的通信扩展，可以方便平台扩展LCD、键盘等其它外设。
文档编号G05B19/042GK102393658SQ20111018684
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者倪道宏, 张文镧, 祖晖, 祝骅, 章国宝, 黄永明 申请人:东南大学