專(zhuān)利名稱(chēng)：一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，屬于高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)代的發(fā)展，高壓變頻器聯(lián)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的其他其它工業(yè)裝置設(shè)備進(jìn)行通訊的要求越來(lái)越高，但是目前國(guó)內(nèi)的高壓變頻器產(chǎn)品，大多數(shù)還不支持標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的通訊技術(shù)，同時(shí)不同的用戶(hù)所選用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議經(jīng)常并不相同
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前高壓變頻器工業(yè)控制領(lǐng)域存在的多種網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，提出一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，本發(fā)明通過(guò)DSP、FPGA、SPC3協(xié)議芯片的集成，實(shí)現(xiàn)靈活開(kāi)放的對(duì)外接口，非常適用于目前高壓變頻器工業(yè)控制領(lǐng)域存在的多種網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)。一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，包括電源、主控單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、IGBT光纖反饋單元、PWM光纖輸出單元、PROFIUBS-DP通信單元、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)字量輸出單元；電源為控制板中其余各個(gè)單元提供供電電源；模擬量輸入單元采集電壓電流信號(hào)，對(duì)電壓電流信號(hào)的幅值進(jìn)行濾波整形，得到濾波后電壓電流信號(hào)，輸出至主控單元；數(shù)字量輸入單元采集數(shù)字量輸入信號(hào)，輸出至主控單元；IGBT光纖反饋單元的輸入端連接光纖端子，對(duì)高壓變頻器的功率器件IGBT的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，得到IGBT器件完好/失效信號(hào)，將IGBT器件完好/失效信號(hào)輸出至主控單元;主控單元中設(shè)置的高壓變頻器控制算法，根據(jù)模擬量輸入單元采集電壓電流信號(hào)、數(shù)字量輸入單元采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量信號(hào)、IGBT光纖反饋單元的GBT完好/失效信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算，得到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓，高壓變頻器的主功率器件IGBT所需要的PWM脈沖輸出，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)；主控單元讀取IGBT光纖反饋單元輸出的IGBT器件完好/失效信號(hào)，如果IGBT器件完好，則將IGBT所需要的PWM脈沖輸出給PWM光纖輸出單元，如果IGBT器件失效，或者當(dāng)IGBT有一只失效，則封鎖所有脈沖；PWM光纖輸出單元的輸入端接收主控單元輸出的IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，輸出端連接光纖端子，將IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)輸出至高壓變頻器功率器件IGBT，負(fù)責(zé)對(duì)高壓變頻器功率器件IGBT觸發(fā)；
主控單元將用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓等模擬量輸出信號(hào)輸出給模擬量輸出單元；模擬量輸出單元將主控單元生成的電流電壓信號(hào)輸出至現(xiàn)場(chǎng)儀表；主控單元將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)，輸出給數(shù)字量輸出單元；數(shù)字量輸出單元將主控單元生成的數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行輸出；主控單元內(nèi)設(shè)置有PR0FIUBS-DP通信單元的數(shù)據(jù)通信控制算法，PR0FIUBS-DP通信單元通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)PR0FIUBS-DP通信單元實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和PR0FIUBS-DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信；主控單元內(nèi)設(shè)置有VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口的數(shù)據(jù)通信控制算法，VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和VME總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信；主控單元內(nèi)設(shè)置有串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)通信控制算法，串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:目前高壓變頻器工業(yè)控制領(lǐng)域存在的多種網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)，有的使用profibus總線(xiàn)，有的使用串行通信總線(xiàn)，有的使用VME總線(xiàn)，本發(fā)明集成了這幾種總線(xiàn)的通信接口，可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信狀況，不用添加其他附加的轉(zhuǎn)換設(shè)備，直接和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備通信。


圖1是本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖中:1-電源2-主控單元3-模擬量輸入單元4-模擬量輸出單元5-1GBT光纖反饋單元6-PWM光纖輸出單元7-PR0FIUBS-DP通信單元8-VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口9-串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元10-數(shù)字量輸入單元11-數(shù)字量輸出單元
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，如圖1所示，包括電源1、主控單元2、模擬量輸入單元3、模擬量輸出單元4、IGBT光纖反饋單元5、PWM光纖輸出單元6、PR0FIUBS-DP通信單元7、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元9、數(shù)字量輸入單元10、數(shù)字量輸出單元11。電源I為直流24V的供電電源，設(shè)有電源電壓保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，為控制板中其余各個(gè)單元提供供電電源。其余各個(gè)單元具體包括主控單元2、模擬量輸入單元3、模擬量輸出單元4、IGBT光纖反饋單元5、PWM光纖輸出單元6、PR0FIUBS_DP通信單元7、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元9、數(shù)字量輸入單元10、數(shù)字量輸出單元11。
模擬量輸入單元3采集電壓電流信號(hào)，電壓電流信號(hào)為0-10V或者4_20mA，模擬量輸入單元3對(duì)采集的電壓電流信號(hào)的幅值進(jìn)行濾波整形，得到濾波后電壓電流信號(hào)，輸出至主控單元2。模擬量輸出單兀4將主控單兀2生成的電流電壓信號(hào)輸出至現(xiàn)場(chǎng)儀表,輸出信號(hào)為0-10V電壓，用戶(hù)根據(jù)電壓值得到需要的電流值。數(shù)字量輸入單元10采集數(shù)字量輸入信號(hào)，數(shù)字量輸入信號(hào)指工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸入信號(hào)，如開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)信號(hào)等，輸出至主控單元2。數(shù)字量輸出單元11將主控單元2生成的數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行輸出，數(shù)字量輸出信號(hào)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)，如變頻器運(yùn)行中、變頻器自檢中的信號(hào)等。IGBT光纖反饋單元5的輸入端連接光纖端子，對(duì)高壓變頻器的功率器件IGBT的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，得到IGBT器件完好/失效信號(hào)，IGBT光纖反饋單元5的輸出端將IGBT器件完好/失效信號(hào)輸出至主控單元2。PWM光纖輸出單元6的輸入端接收主控單元2輸出的IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，PWM光纖輸出單元6的輸出端連接光纖端子，將IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)輸出至高壓變頻器功率器件IGBT，負(fù)責(zé)高壓變頻器功率器件IGBT的觸發(fā)。PROFIUBS-DP通信單元7采用SIEMENS公司的SPC3PR0FIUBS-DP開(kāi)放式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能化接口芯片，配合控制板的主控單元2，實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和PROFIUBS-DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信，其輸入通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元2相連，輸出為PROFIUBS-DP接口 ；VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8，配合控制板的主控單元2，實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和VME總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信，可以和VME控制系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元2相連；串行通訊單元·和數(shù)據(jù)處理單元9包括標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口芯片，負(fù)責(zé)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)其他標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)與主控單元2相連，輸出為RS232/RS485端子。主控單元2采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA數(shù)字信號(hào)處理器相結(jié)合構(gòu)成，DSP數(shù)字信號(hào)處理器為T(mén)I公司的TMS320F28335，F(xiàn)PGA數(shù)字信號(hào)處理器為ALTERA公司的EPF10K30。主控單元2中設(shè)有高壓變頻器控制算法、PROFIUBS-DP通信單元7的數(shù)據(jù)通信控制算法、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8的數(shù)據(jù)通信控制算法、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元9的數(shù)據(jù)通信控制算法； 主控單元2實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的控制以及高壓變頻器通過(guò)PROFIUBS-DP通信單元7、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元9與和外界的數(shù)據(jù)通信。主控單元2得到模擬量輸入單元3采集電壓電流信號(hào)、數(shù)字量輸入單元10采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量信號(hào)、IGBT光纖反饋單元5的GBT完好/失效信號(hào)，根據(jù)內(nèi)置算法進(jìn)行計(jì)算，得到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓，高壓變頻器的主功率器件IGBT所需要的PWM脈沖輸出，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)，并且，主控單元2將用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓等模擬量輸出信號(hào)輸出給模擬量輸出單元4 ;主控單元2將高壓變頻器的主功率器件IGBT所需要的PWM脈沖輸出給PWM光纖輸出單元6 ;主控單元2將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)，如變頻器運(yùn)行中、變頻器自檢中等信號(hào)等輸出給數(shù)字量輸出單元11。在主控單元2中編寫(xiě)程序，用于實(shí)現(xiàn)和PR0FIUBS-DP通信單元7的數(shù)據(jù)通信；用于實(shí)現(xiàn)和VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口 8的數(shù)據(jù)通信；用于實(shí)現(xiàn)和串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元9的數(shù)據(jù)通信。主控單元2讀取IGBT光纖反饋單元5輸出的IGBT器件完好/失效信號(hào)，如果IGBT器件完好，則將IGBT所需要的PWM脈沖輸出給PWM光纖輸出單元6，如果IGBT器件失效，或者當(dāng)IGBT有一只失效，則封鎖所有脈沖，避免故障擴(kuò)大。工作過(guò)程:控制板采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量、模擬量信號(hào)后，進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生高壓變頻器的主功率器件IGBT所需要的PWM脈沖，通過(guò)光纖傳遞給IGBT，同時(shí)讀入IGBT的狀態(tài)(完好/失效信號(hào))進(jìn)行保護(hù)；控 制板需要和其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，共同構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求
1.一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，包括電源、主控單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、IGBT光纖反饋單元、PWM光纖輸出單元、PROFIUBS-DP通信單元、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口、串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字量輸入單元、數(shù)字量輸出單元； 電源為控制板中其余各個(gè)單元提供供電電源； 模擬量輸入單元采集電壓電流信號(hào)，對(duì)電壓電流信號(hào)的幅值進(jìn)行濾波整形，得到濾波后電壓電流信號(hào)，輸出至主控單元； 數(shù)字量輸入單元采集數(shù)字量輸入信號(hào)，輸出至主控單元； IGBT光纖反饋單元的輸入端連接光纖端子，對(duì)高壓變頻器的功率器件IGBT的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，得到IGBT器件完好/失效信號(hào)，將IGBT器件完好/失效信號(hào)輸出至主控單元；主控單元中設(shè)置的高壓變頻器控制算法，根據(jù)模擬量輸入單元采集電壓電流信號(hào)、數(shù)字量輸入單元采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量信號(hào)、IGBT光纖反饋單元的GBT完好/失效信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算，得到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓，高壓變頻器的主功率器件IGBT所需要的PWM脈沖輸出，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)； 主控單元讀取IGBT光纖反饋單元輸出的IGBT器件完好/失效信號(hào)，如果IGBT器件完好，則將IGBT所需要的 PWM脈沖輸出給PWM光纖輸出單元，如果IGBT器件失效，或者當(dāng)IGBT有一只失效，則封鎖所有脈沖； PWM光纖輸出單元的輸入端接收主控單元輸出的IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，輸出端連接光纖端子，將IGBT的PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)輸出至高壓變頻器功率器件IGBT，負(fù)責(zé)對(duì)高壓變頻器功率器件IGBT觸發(fā)； 主控單元將用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表所需要顯示的電流、電壓等模擬量輸出信號(hào)輸出給模擬量輸出單元；模擬量輸出單元將主控單元生成的電流電壓信號(hào)輸出至現(xiàn)場(chǎng)儀表； 主控單元將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的數(shù)字量輸出信號(hào)，輸出給數(shù)字量輸出單元；數(shù)字量輸出單元將主控單元生成的數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行輸出； 主控單元內(nèi)設(shè)置有PROFIUBS-DP通信單元的數(shù)據(jù)通信控制算法，PROFIUBS-DP通信單元通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)PROFIUBS-DP通信單元實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和PROFIUBS-DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信； 主控單元內(nèi)設(shè)置有VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口的數(shù)據(jù)通信控制算法，VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和VME總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信； 主控單元內(nèi)設(shè)置有串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)通信控制算法，串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)和主控單元相連，主控單元通過(guò)串行通訊單元和數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)高壓變頻器和標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，電源為直流24V的供電電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，模擬量輸入單元采集的電壓電流信號(hào)為0-10V或者4-20mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，主控單元采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA數(shù)字信號(hào)處理器相結(jié)合構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，DSP數(shù)字信號(hào)處理器為T(mén)I公司的TMS320F28335，F(xiàn)PGA數(shù)字信號(hào)處理器為ALTERA公司的 EPF10K30。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，PROFIUBS-DP通信單元采用SIEMENS公司的SPC3PR0FIUBS-DP開(kāi)放式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能化接口芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，串行通訊單元和 數(shù)據(jù)處理單元包括標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種集成多工控網(wǎng)絡(luò)通信的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器全數(shù)字控制板，包括電源、主控單元、模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、數(shù)字量輸入輸出單元、PWM光纖輸出單元、IGBT光纖反饋單元、PROFIUBS-DP通信單元、VME總線(xiàn)通信擴(kuò)展接口。本發(fā)明通過(guò)DSP、FPGA、SPC3協(xié)議芯片的集成，實(shí)現(xiàn)靈活開(kāi)放的對(duì)外接口，非常適用于目前高壓變頻器工業(yè)控制領(lǐng)域存在的多種網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK103235521SQ20131010394
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者高達(dá), 李崇堅(jiān), 段巍, 王成勝, 李凡, 楊瓊濤, 蘭志明 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院, 北京金自天正智能控制股份有限公司