專利名稱：大功率變流器通用控制平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制器，尤其是涉及一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺(tái)。
背景技術(shù)：
近年來隨著以微處理器和先進(jìn)的控制算法為主的數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，以及新型集高頻、高電壓和大電流等特點(diǎn)的大功率IGBT和IPM模塊等功率半導(dǎo)體復(fù)合器件的推出，大功率變流器技術(shù)在交流變頻調(diào)速、供電電源、電力系統(tǒng)輸配電、電能質(zhì)量控制等方面已經(jīng)獲得日益廣泛的應(yīng)用。以微處理器為基礎(chǔ)的大功率變流器裝置控制器具有廣泛的共性，其共性集中表現(xiàn)在硬件、軟件和開發(fā)途徑三個(gè)方面，因此開發(fā)大功率變流器通用控制平臺(tái)具有可行性。從有利于加快大功率變流器裝置的研制、開發(fā)，控制算法的試驗(yàn)、提高效率和縮短開發(fā)周期的觀點(diǎn)來看，研制一種變流器裝置通用數(shù)字控制器開發(fā)平臺(tái)很有必要，對(duì)它進(jìn)行研究必將促進(jìn)大功率變流器裝置控制算法的研究和縮短變流器產(chǎn)品的開發(fā)周期。同時(shí)開發(fā)大功率變流器通用控制平臺(tái)可以降低產(chǎn)品控制器重復(fù)開發(fā)帶來的高成本，而且有利于軟件的模塊化和通用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺(tái)，為變流器控制器的研發(fā)提供了一個(gè)通用性的方案，促進(jìn)了大功率變流器裝置控制算法的研究，縮短了變流器產(chǎn)品的開發(fā)周期。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺(tái)，包括上、中、下三個(gè)板級(jí)電路，電路主要包括底層電源板AC/DC模塊用于給主控制電路提供數(shù)字電源，AC/DC模塊用于給模擬電路供電，AC/DC模塊用于給開關(guān)量供電，AC/DC模塊用于給碼盤計(jì)速模塊供電；中層接口板AD數(shù)據(jù)采集模塊，相位檢測(cè)模塊，過限故障檢測(cè)模塊，開關(guān)量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊，光纖信號(hào)輸入輸出模塊，碼盤信號(hào)檢測(cè)模塊，CAN通訊接口模塊，RS232通訊模塊，RS2485通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)接口模塊，CPLD控制模塊；上層主控板用于控制整個(gè)流程的DSP主控制器；用于各種采樣量的分析、計(jì)算，運(yùn)行算法程序的DSP輔助控制器；參數(shù)存儲(chǔ)模塊；用于網(wǎng)絡(luò)接口控制的FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器；DC/DC模塊用于為各控制器提供核心電源。底層電源板電源模塊為4路AC/DC，分別給板上提供2路5v、1路24v和一對(duì)士 15V電源，為整個(gè)控制器的供電。16路采樣電路中，輸入信號(hào)為電流信號(hào)，接入功率采樣電阻將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，控制信號(hào)接入CPLD控制模塊，采樣信號(hào)接入DSP輔助控制器和過限故障檢測(cè)。16路開關(guān)量、碼盤信號(hào)使用光耦隔離，接入CPLD控制模塊。
RS232和RS485通訊信號(hào)使用光耦隔離，CAN通訊信號(hào)，均接入DSP主控制器。2路相位檢測(cè)與鎖相信號(hào)，16路過限故障檢測(cè)信號(hào)，光纖信號(hào)輸入輸出信號(hào)共16路輸入、16路輸出，接入CPLD控制模塊。1路Khernet通訊信號(hào)使用網(wǎng)絡(luò)隔離芯片，接入FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器。CAN通訊接口模塊為CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，采用協(xié)議為CAN2. OA或者CAN2. OB協(xié)議。RS232串行通訊模塊為串行通訊接口，同于通用串行通訊，采用常規(guī)RS232通訊。RS485串行通訊模塊為串行通訊接口，同于通用串行通訊，協(xié)議采用MODBUS協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)接口模塊為Khernet通訊接口，同于Khernet通訊，協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH組成，E2PR0M用于重要參數(shù)存儲(chǔ)、掉電保護(hù)，NANDFLASH用于工作波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。底層電源板位于最下層，中層接口板位于中間層，上層主控板位于最下上層，底層電源板與中層接口板之間使用螺釘固定，中層接口板與上層主控板之間使用2條96針型插針插槽固定，中層接口板上使用插針，上層主控板使用插槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)外擴(kuò)了 4片電力電子廣泛使用的AD采用芯片AD7865，提高了采樣精度和采樣速度，控制方便；在PWM和IO輸出加上了 CPLD，可以方便其擴(kuò)展，同時(shí)擴(kuò)展一片F(xiàn)PGA用于控制平臺(tái)的通信擴(kuò)展，可以方便平臺(tái)擴(kuò)展LCD、鍵盤等其它外設(shè)，提高了控制平臺(tái)的可擴(kuò)展性，應(yīng)用前景廣泛；擴(kuò)展了一片1KB的E2PR0M用于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的掉電保護(hù)，同事擴(kuò)展了 IGBit的NANDFLASH用于工作波形的存儲(chǔ)，提高了控制平臺(tái)的存儲(chǔ)能力；擁有RS232，RS485，CAN,Ethernet接口等，接口多樣，通訊能力大大提高。


圖1是本發(fā)明的三層結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的底層電源板100電氣結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明的中層接口板200電氣結(jié)構(gòu)。圖4是本發(fā)明的上層主控板300電氣結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的大功率變流器通用控制平臺(tái)具有上、中、下布局結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)布局如圖1所示下層為電源板，為整個(gè)控制系統(tǒng)供電；中層為接口板，主要配備各類外圍接口電路和CPLD控制電路；上層為主控電路，主要配備各主控芯片和輔助控制芯片及主控電路電源；上層與中層采用插針、插槽形式連接和固定，底層與中層采用螺栓固定，使用電源導(dǎo)線連接。所示的市電220V接入AC接口 105，經(jīng)過AC/DC模塊101轉(zhuǎn)換為1路5V電源，為整個(gè)控制平臺(tái)的數(shù)字電源供電；經(jīng)過AC/DC模塊102轉(zhuǎn)換為一對(duì)士 15V電源，為系統(tǒng)模擬電路供電；經(jīng)過AC/DC模塊103轉(zhuǎn)換為1路MV電源，為開關(guān)量后端供電；經(jīng)過AC/DC模塊104轉(zhuǎn)換為1路5V電源，為碼盤及其檢測(cè)模塊供電。所示的16路信號(hào)采樣AD模塊201控制信號(hào)接CPLD控制模塊211，模擬信號(hào)分別引入上層主控板300的DSP輔助控制器302和過限故障檢測(cè)模塊203，DSP輔助控制器302進(jìn)行信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理，過限故障檢測(cè)模塊203進(jìn)行采樣信號(hào)的過限故障檢測(cè)。所示的兩路相位檢測(cè)模塊202接變流器輸入側(cè)與輸出側(cè)三相電壓AB相，用于鎖存AB相位及其相位檢測(cè)，接入CPLD控制模塊211。所示的開關(guān)量模塊204有8路輸入、8路輸出，使用光耦隔離，接入CPLD控制模塊211，前端使用5V電源，后端使用MV電源。所示的光纖信號(hào)輸入輸出模塊205有16路輸出、16路輸如，接入CPLD控制模塊211，用于PWM控制脈沖的發(fā)送和功率模塊故障信號(hào)的檢測(cè)，接入CPLD控制模塊211。所示的碼盤信號(hào)檢測(cè)模塊206有9路信號(hào)，分為A、B、Z三對(duì)差分信號(hào)和一對(duì)5V電源以及屏蔽地，用于檢測(cè)碼盤信號(hào)，差分信號(hào)需要由差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字單端信號(hào)，接入CPLD控制模塊211。所示的CAN通訊模塊207為一對(duì)差分信號(hào)，進(jìn)行CAN通訊，協(xié)議采用CAN2. OA或CAN2. 0B，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS232通訊模塊208為一對(duì)輸入輸出信號(hào)線，進(jìn)行常用的串行通訊，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS485通訊模塊209為2對(duì)差分信號(hào)，進(jìn)行RS485通訊，通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的Khernet通訊模塊210為網(wǎng)絡(luò)通訊接口，使用網(wǎng)絡(luò)隔離芯片，采用TCP/IP協(xié)議，引入到上層主控板300，接入FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器304。所示的電源接口 212接下層電源板100的各路電源，將電源引入到中層接口板200和上層主控板300。所示的DSP主控制器301運(yùn)行整個(gè)主控流程，控制整個(gè)變流器主電路進(jìn)行變流控制，檢測(cè)整個(gè)變流器的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障作出應(yīng)對(duì)措施，運(yùn)行通訊程序，與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或者現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互界面(觸摸屏)進(jìn)行通訊，運(yùn)行存儲(chǔ)程序，對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和掉電保護(hù)，對(duì)運(yùn)行波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。所示的DSP輔助控制器302對(duì)變流器實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行采樣、處理和分析，運(yùn)行變流控制算法，給出DSP主控制器301控制所需要的各項(xiàng)參數(shù)。所示的FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器304集成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP協(xié)議，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，并將通訊數(shù)據(jù)與DSP主控制器301進(jìn)行交互。所示的參數(shù)存儲(chǔ)模塊由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH組成，E2PR0M用于重要參數(shù)存儲(chǔ)、掉電保護(hù)，NANDFLASH用于工作波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。所示的DC/DC模塊305提供1路3. 3V電源，為控制器IO 口供電；1路1. 8V電源，為DSP主控制器301內(nèi)核供電；2路1. 2V電源，為DSP輔助控制器302和FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器304內(nèi)核供電。
權(quán)利要求
1.一種大功率變流器通用控制平臺(tái)，包括三個(gè)板級(jí)電路，其特征在于，該功能電路包括底層電源板AC/DC模塊用于給主控制電路提供數(shù)字電源，AC/DC模塊用于給模擬電路供電，AC/DC模塊用于給開關(guān)量供電，AC/DC模塊用于給碼盤計(jì)速模塊供電；中層接口板:AD數(shù)據(jù)采集模塊，相位檢測(cè)模塊，過限故障檢測(cè)模塊，開關(guān)量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊，光纖信號(hào)輸入輸出模塊，碼盤信號(hào)檢測(cè)模塊，CAN通訊接口模塊，RS232通訊模塊，RS2485通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)接口模塊，CPLD控制模塊；上層主控板用于控制整個(gè)流程的DSP主控制器；用于各種采樣量的分析、計(jì)算，運(yùn)行算法程序的DSP輔助控制器；參數(shù)存儲(chǔ)模塊；用于網(wǎng)絡(luò)接口控制的FPGA網(wǎng)絡(luò)主控制器；DC/DC模塊用于為各控制器提供核心電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括底層電源板的AC/DC模塊，給中層接口板和上層主控板提供1路+5V的數(shù)字電源，為控制部分供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括AC/DC模塊給中層接口板提供一對(duì)士 15V的電源，為其模擬部分供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括:AC/DC模塊為中層接口板提供一路+24V電源，為開入開出電路后端供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括:AC/DC模塊為中層接口板提供一路+5V的電源，為碼盤供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括:AD數(shù)據(jù)采集模塊共16路采樣通道，為電流信號(hào)輸入，控制信號(hào)接入CPLD控制模塊，采樣信號(hào)接入DSP輔助控制器和過限故障檢測(cè)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括相位檢測(cè)與鎖相模塊共2路，用于檢測(cè)三相電相位并鎖存輸出，接入CPLD控制模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括過限故障檢測(cè)模塊共16路，用于對(duì)16路采樣通道的過限故障檢測(cè)，接入CPLD控制模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括開關(guān)量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊共8路輸入、8路輸出，用于對(duì)開關(guān)量的輸入與輸出，接入CPLD控制模塊211。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺(tái)，其特征在于，還包括光纖信號(hào)輸入輸出模塊共16路輸入、16路輸出，用于PWM輸出與光纖故障信號(hào)檢測(cè)，接入CPLD控制模塊。
全文摘要
一種大功率變流器通用控制平臺(tái)，具有采集變流器主電路電壓、電流等，輸出PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變流器系統(tǒng)的閉環(huán)控制、對(duì)變流器進(jìn)行故障保護(hù)和實(shí)現(xiàn)與外界的信息交互功能。該控制平臺(tái)核心部分為雙DSP架構(gòu)，其中定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812與浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713通過雙口RAM通信。針對(duì)定點(diǎn)DSP片內(nèi)AD采樣精度和速度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，該控制平臺(tái)外擴(kuò)了4片電力電子廣泛使用的AD采用芯片AD7865；針對(duì)傳統(tǒng)雙DSP處理器擴(kuò)展性差的問題，該控制平臺(tái)在PWM和IO輸出加上了CPLD，可以方便其擴(kuò)展，同時(shí)擴(kuò)展一片F(xiàn)PGA用于控制平臺(tái)的通信擴(kuò)展，可以方便平臺(tái)擴(kuò)展LCD、鍵盤等其它外設(shè)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102393658SQ20111018684
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者倪道宏, 張文鑭, 祖暉, 祝驊, 章國寶, 黃永明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)