变频器控制系统及其使用方法、设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种变频器控制系统及其使用方法、设备，其中变频器控制单元与功率单元通过光纤按以太网连接方式构成通信网络，变频器控制单元在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；功率单元基于接收/应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。采用本发明，解决了控制单元与功率单元的强电弱电隔离的问题，解决了器件成本高难替换的问题，解决了反馈信号受传输速度限制无法传输大量信息的问题。
【专利说明】变频器控制系统及其使用方法、设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种变频器控制系统及其使用方法、设备。
【背景技术】
[0002]目前变频器的控制系统中，变频器控制单元产生的PWM (Pulse WidthModulation,脉冲宽度调制)触发脉冲通过驱动电路控制IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)功率器件的高速导通和截止，触发信号通过模拟信号光耦隔离或者光纤脉冲传输，同时功率器件内部的反馈信号也通过模拟或者光纤的方式反馈到控制系统。
[0003]发明人在实现本发明的过程中，发现目前的这种控制器架构，存在以下几种问题:
[0004]1、使用模拟信号传输，强电弱电隔离电路复杂，信号传输易受干扰，对于大功率并联运行的变频器，多个功率单元的并联会使控制单元和功率单元之间的连线复杂程度显著增加，系统稳定性降低，单个功率单元故障很有可能通过连线波及到其他正常运行的功率单元。
[0005]2、使用光纤信号传输虽然解决了强电弱电隔离和信号干扰问题，其基本原理是由控制单元产生触发信号，转为光信号以后经光纤传输至功率单元，再转为电信号触发IGBT元件，但是所使用的相关元件多为专用芯片造价高，可替换性差，易因相关芯片停产而无法使用，同时反馈信号也因为器件速度问题，无法迅速的反馈大量信息。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供了一种变频器控制系统及其使用方法、设备，用以解决现有技术中控制单元与功率单元的强电弱电隔离、器件成本高难替换以及无法传输大量信息的问题。
[0007]本发明实施例提供的变频器控制系统，包括:变频器控制单元与至少一个功率单元，其中:变频器控制单元与功率单元通过光纤按以太网连接方式构成通信网络。
[0008]本发明实施例中还提供了变频器控制系统的使用方法，该方法包括:
[0009]变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间；
[0010]变频器控制单元根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正；
[0011]变频器控制单元根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
[0012]一个实施例中，所述变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间，包括:
[0013]变频器控制单兀使用CPU (Center Processing Unit,中央处理器)或MCU (MicroControl Unit,微控制单元)的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
[0014]一个实施例中，该方法进一步包括:[0015]变频器控制单元在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的IGBT。
[0016]一个实施例中，变频器控制单元的定时精度在IOus内。
[0017]本发明实施例中还提供了变频器控制系统的使用方法，该方法包括:
[0018]功率单元接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包；
[0019]功率单元基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0020]本发明实施例中还提供了变频器控制系统的使用方法，该方法包括:
[0021]变频器控制单元在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；
[0022]功率单元基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0023]本发明实施例中还提供了变频器控制系统中的变频器控制单元，其特征在于，包括:
[0024]时间确定模块，用于确定各功率单元发送的数据包到达时间；
[0025]偏差及修正模块，用于根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正；
[0026]数据包发送模块，用于根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
[0027]一个实施例中，时间确定模块进一步用于使用CPU或MCU的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
[0028]一个实施例中，该变频器控制单元进一步包括:
[0029]IGBT开启模块，用于在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的IGBT。
[0030]一个实施例中，IGBT开启模块进一步用于设定定时精度在IOus内。
[0031]本发明实施例中还提供了变频器控制系统中的功率单元，包括:
[0032]接收模块，用于接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包；
[0033]反馈模块，用于基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0034]本发明实施例中还提供了变频器控制系统中的控制设备，包括:
[0035]变频器控制单元，用于在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；
[0036]功率单元，用于基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0037]本发明实施例中，由于控制单元与功率单元是通过光纤构成的通信网络进行通信的，因此解决了控制单元与功率单元的强电弱电隔离的问题。
[0038]由于控制单元与功率单元是按以太网连接方式构成通信网络的，而在按以太网连接方式构成通信网络时，元器件、设备均可选用标准件，因此解决了器件成本高难替换的问题。
[0039]由于控制单元与功率单元是通过以太网进行通信的，因此，在传输反馈信号时，按照以太网协议进行传输，解决了反馈信号受传输速度限制无法传输大量信息的问题。
【专利附图】
【附图说明】[0040]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，下面描述中的附图仅仅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。在附图中:
[0041]图1为本发明实施例中按以太网星形连接的变频器控制系统结构示意图；
[0042]图2为本发明实施例中按以太网总线型连接的变频器控制系统结构示意图；
[0043]图3为本发明实施例中按以太网点对点连接的变频器控制系统结构示意图；
[0044]图4为本发明实施例中变频器控制单元侧的变频器控制系统的使用方法实施流程不意图；
[0045]图5为本发明实施例中功率单元侧的变频器控制系统的使用方法实施流程示意图；
[0046]图6为本发明实施例中变频器控制系统的使用方法实施流程示意图；
[0047]图7为本发明实施例中变频器控制系统中的变频器控制单元结构示意图；
[0048]图8为本发明实施例中变频器控制系统中的功率单元结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0050]本发明实施例中提供一种通信网络，还分别提供在该网络下的变频器控制单元侧与功率单元侧、以及该通信网络的使用方法。
[0051]在说明过程中，将分别从变频器控制单元侧与功率单元侧的实施进行说明，但这并不意味着二者必须配合实施，实际上，当变频器控制单元侧与功率单元侧分开实施时，其也各自解决变频器控制单元侧、功率单元侧的问题，只是二者结合使用时，会获得更好的技术效果；而实施例中也提供了变频器控制单元与功率单元在变频器控制系统的实施方式。下面进行说明。
[0052]本发明实施例中的变频器控制系统包括:变频器控制单元与至少一个功率单元，其中:变频器控制单元与功率单元通过光纤按以太网连接方式构成通信网络。
[0053]图1为本发明实施例中按以太网星形连接的变频器控制系统结构示意图，图2为本发明实施例中按以太网总线型连接的变频器控制系统结构示意图，图3为本发明实施例中按以太网点对点连接的变频器控制系统结构示意图。在图1、图2和图3中，变频器控制单元和功率单元I?N均通过以太网卡、光纤PHY (Physics Layer,物理层)向外以光纤进行连接，图1中各功率单元均通过交换机连接至变频器控制单元，图2中各功率单元通过总线连接至变频器控制单元，图3中功率单元直接与变频器控制单元连接。
[0054]在实施中以星形连接、总线型连接和点对点连接为例说明是由于以太网络中，这三种组网方式是最为常见、传统、标准的方式，所以这里以星形连接、总线型连接和点对点连接为例；但是，从理论上来说，用其它的方式也是可以的，星形连接、总线型连接和点对点连接仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用星形连接、总线型和点对点连接连接，实施过程中可以结合实践需要以及以太网的发展来确定相应的方式。
[0055]在实施例提供的变频器控制系统中，由于控制单元与功率单元是通过光纤构成的通信网络进行通信的，因此解决了控制单元与功率单元的强电弱电隔离的问题。由于控制单元与功率单元是按以太网连接方式构成通信网络的，而在按以太网连接方式构成通信网络时，元器件、设备均可选用标准件，因此解决了器件成本高难替换的问题。由于控制单元与功率单元是通过以太网进行通信的，因此，在传输反馈信号时，按照以太网协议进行传输，解决了反馈信号受传输速度限制无法传输大量信息的问题。
[0056]图4为本发明实施例中变频器控制单元侧的变频器控制系统的使用方法实施流程示意图，如图4所示，可以包括如下步骤:
[0057]步骤401、变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间；
[0058]步骤402、变频器控制单元根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正；
[0059]步骤403、变频器控制单元根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
[0060]一个实施例中，变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间，包括:
[0061]变频器控制单元使用CPU或MCU的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
[0062]实施中，通过常用的以太网连接方式形成网络，可以使用CPU或MCU的中断系统精确记录数据包到达时间，经软件修正计算出网络上各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正，然后由控制器发出总线控制数据包。
[0063]一个实施例中，还可以进一步包括:
[0064]变频器控制单元在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的IGBT。
[0065]一个实施例中，变频器控制单元的定时精度可以在IOus内。
[0066]实施中，在控制器设定的固定时刻同时开启对应的IGBT可以实现基于以太网的软并联触发；定时精度在IOus内，可以与模拟电路并联触发时间误差接近。
[0067]图5为本发明实施例中功率单元侧的变频器控制系统的使用方法实施流程示意图，如图5所示，可以包括如下步骤:
[0068]步骤501、功率单元接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包；
[0069]步骤502、功率单元基于接收/应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0070]实施中，各功率单元基于接收/应答的方式可以保证以太网数据传输不发生碰撞、重发和延时。
[0071]图6为本发明实施例中变频器控制系统的使用方法实施流程示意图，如图6所示，可以包括如下步骤:
[0072]步骤601、变频器控制单元在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；
[0073]步骤602、功率单元基于接收/应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0074]基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种变频器控制单元、功率单元、及控制设备，由于这些设备解决问题的原理与变频器控制系统的使用方法相似，因此这些设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
[0075]图7为本发明实施例中变频器控制系统中的变频器控制单元结构示意图，如图7所示，可以包括:
[0076]时间确定模块701，用于确定各功率单元发送的数据包到达时间；
[0077]偏差及修正模块702，用于根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正；
[0078]数据包发送模块703，用于根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
[0079]一个实施例中，时间确定模块可以进一步用于使用CPU或MCU的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
[0080]一个实施例中，变频器控制单元可以进一步包括:
[0081]IGBT开启模块，用于在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的IGBT。
[0082]一个实施例中，IGBT开启模块可以进一步用于设定定时精度在IOus内。
[0083]图8为本发明实施例中变频器控制系统中的功率单元结构示意图，如图8所示，可以包括:
[0084]接收模块801，用于接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包；
[0085]反馈模块802，用于基于接收/应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反
馈信号。
[0086]本发明实施例中变频器控制系统中的控制设备中可以包括:
[0087]变频器控制单元，用于在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；
[0088]功率单元，用于基于接收/应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
[0089]实施中，变频器控制单元与功率单元的结构关系可以参见图1、图2和图3。
[0090]由上述实施例可见，在本发明实施例提供的技术方案中，采用标准以太网光纤器件实现控制器和功率单元的通讯，实现了变频器并联装置高精度时钟同步，IGBT同步触发，大数据量高速传输功能，从而在低成本基础上实现了高速通讯同步触发的功能。
[0091]通过常用的以太网连接方式形成网络，使用CPU或MCU的中断系统精确记录数据包到达时间，经软件修正计算出网络上各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正，由控制器发出总线控制数据包，各功率单元基于接收/应答的方式保证以太网数据传输不发生碰撞、重发和延时。在控制器设定的固定时刻同时开启对应的IGBT实现基于以太网的软并联触发，定时精度在IOus内，与模拟电路并联触发时间误差接近。由于使用的是标准100M以太网光纤器件，可以传输大量的数据而无需考虑带宽问题，同时支持的并联功率单元的数量也可以增加。
[0092]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0093]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0094]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0095]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0096]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种变频器控制系统，其特征在于，包括: 变频器控制单元与至少一个功率单元，其中: 变频器控制单元与功率单元通过光纤按以太网连接方式构成通信网络。
2.一种如权利要求1所述变频器控制系统的使用方法，其特征在于，包括: 变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间； 变频器控制单元根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正； 变频器控制单元根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变频器控制单元确定各功率单元发送的数据包到达时间，包括: 变频器控制单元使用中央处理器CPU或微控制单元MCU的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，进一步包括: 变频器控制单元在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的绝缘栅双极型晶体管IGBT。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，变频器控制单元的定时精度在IOus内。
6.一种如权利要求1所述变频器控制系统的使用方法，其特征在于，包括: 功率单元接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包； 功率单元基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
7.—种如权利要求1所述变频器控制系统的使用方法，其特征在于，包括: 变频器控制单元在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包； 功率单元基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
8.—种如权利要求1所述变频器控制系统中的变频器控制单元，其特征在于，包括: 时间确定模块，用于确定各功率单元发送的数据包到达时间； 偏差及修正模块，用于根据各功率单元发送的数据包到达时间，确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正； 数据包发送模块，用于根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包。
9.如权利要求8所述的变频器控制单元，其特征在于，时间确定模块进一步用于使用CPU或MCU的中断系统确定各功率单元发送的数据包到达时间。
10.如权利要求8或9所述的变频器控制单元，其特征在于，进一步包括: IGBT开启模块，用于在设定的固定时刻同时开启各功率单元对应的IGBT。
11.如权利要求10所述的变频器控制单元，其特征在于，IGBT开启模块进一步用于设定定时精度在IOus内。
12.—种如权利要求1所述变频器控制系统中的功率单元，其特征在于，包括: 接收模块，用于接收变频器控制单元通过以太网向功率单元传输的总线控制数据包； 反馈模块，用于基于接收应答的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
13.—种如权利要求1所述变频器控制系统中的控制设备，其特征在于，包括: 变频器控制单元，用于在根据各功率单元发送的数据包到达时间确定各功率单元和控制单元的晶振时钟偏差并修正后，根据修正后的晶振时钟发出总线控制数据包；功率单元，用于基于接收应答 的方式通过以太网向变频器控制单元传输反馈信号。
【文档编号】H04L12/28GK103607334SQ201310634329
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】于洋, 岳淳, 毛伟, 闫向峰, 王俊成, 刘 东, 曹桂水 申请人:北京京诚瑞达电气工程技术有限公司, 中冶京诚工程技术有限公司