CN101793931B

CN101793931B - 高压变频器测试系统

Info

Publication number: CN101793931B
Application number: CN2010101144257A
Authority: CN
Inventors: 李兴鹤; 宋吉波; 马艳玲; 时迎亮; 吴芸; 谢海峰; 邢辉; 李唯为
Original assignee: Shanghai Step Electric Corp; Shanghai Sigriner Step Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Step Electric Corp; Shanghai Sigriner Step Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN101793931A

Abstract

本发明公开了一种高压变频器测试系统，其包括：分别与该高压变频器电连接的一上位机部分及与一下位机部分，该上位机部分包括一人机界面模块和一PLC模块，该下位机部分包括依次电连接的一功率单元模块、一电机模块、一输入侧模块及一输出侧模块。本发明的测试系统能够全方位支持高压变频器开发过程中的调试与测试，能够直接检测高压变频器控制算法及效果，以进一步确保测试安全，提高测试效率，减低能耗。

Description

高压变频器测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试系统，特别是涉及一种级联型高压变频器调试技术。

背景技术

由于高压变频器自身特点，增加在开发过程中的难度。比如：在高压环境下运行，出于安全性考虑，增加了开发过程中调试与测试难度。同时，系统潜在的缺陷也极有可能造成较大的物损。高压变频器组成部件非常多而且大，从柜体的生产与相关部件采购到最后组装成型调试，需要相当长的时间，从而拖延了项目的测试时间，而且系统很难进行全面的测试。

当前开发高压变频器的过程中，主要的测试方法是通过定做低压小样机，然后进行相关测试，观测样机的输出电压及电流等相关量，以达到测试目的。但是，直接采用小样机的测试方法虽然使用380V低压输入，但仍很难确保系统的安全及周边人员的安全，特别是在PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)控制算法等存在严重缺陷，以及功率单元保护不够的情况下，容易出现因短路、过压、过热等故障引起的爆炸。同时因为研发、测试人员要避免这类严重后果，不得不增加安全检测、操作甚至审批等诸多环节，因此影响测试效率。此外，即使不出现严重后果，因为反复启动系统及长时间工作，都会消耗大量能源，并且不能全方位的测试整个高压变频器控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的高压变频器测试系统不安全且测试效率低下的缺陷，提供一种能对高压变频器安全、高效、便捷的开发及调试的级联型高压变频器测试系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高压变频器测试系统，其特征在于，其包括：分别与该高压变频器电连接的一上位机部分及与一下位机部分，该上位机部分包括一人机界面模块和一PLC模块，该下位机部分包括依次电连接的一功率单元模块、一电机模块、一输入侧模块及一输出侧模块。

其中，该上位机部分通过一电脑或一工控机实现。

其中，该下位机部分通过一嵌入系统实现。

其中，该功率单元模块用于负责模拟所用功率单元，对含有PWM信号的信号数据进行解析，迭加出最终的输出电压波形。

其中，该电机模块用于建立电机数学模型，根据输入的电机参数，计算出相应的电流。

其中，该输入侧模块用于负责模拟高压变频器输入侧的A/D输入。

其中，该输出侧模块用于负责模拟高压变频器输出侧的A/D输入以及该电机的转速。

其中，该输出侧模块对于模拟量通过一D/A专用芯片或一MCU芯片自带的D/A通道实现，对于代表转速的脉冲信号通过一FPGA、一CPLD或一MCU芯片实现。

其中，该人机界面模块用于负责模拟各种给定及输入，以及设定系统状态参数，同时实时显示各类信息。

其中，该PLC模块用于模拟外围风机、变压器、门锁等部件的状态(包括故障状态)及进行远程控制。

其中，该系统还包括一通信模块，该通信模块用于连接该上位机部分与该下位机部分，接收用户命令、设置的环境参数，并输出系统信息。

本发明的积极进步效果在于：本发明的测试系统能够在弱电环境下，模拟出高压变频器控制系统之外的所有设备，包括功率单元，高压电机，编码器，散热风机、门锁、变压器状态、远程指令，以及输入输出侧电压模拟信号等。系统内嵌多种电机模型，可在用户设定系统参数以及电机参数后，根据所检测的高压变频器PWM信号，实时计算出变频器输出的电压、电流值，并以A/D形式返回给高压变频器。同时可将转速信息以类似于编码器的脉冲形式反馈回高压变频器。因此，可以全方位支持高压变频器开发过程中的调试与测试，能够直接检测高压变频器控制算法及效果，以进一步确保测试安全，提高测试效率，减低能耗。此外，本发明还具有以下优点：

1)安全：本系统可在工作电压为5V，因此对操作人员及被测设备都更加安全。

2)全面测试，支持单元测试、集成测试：整个平台充分考虑高压变频器所以外围部分，可以模拟出功率单元、电机、输入输出侧A/D信号，以及PLC(及相关信息、指令)模块，因此能够辅助高压变频器主控系统进行全面的集成测试，同时可以针对其中某个功能模块进行单元测试。

3)能方便的模拟各种故障：平台能够通过人机界面，方便的设定或模拟出各类功率单元故障、输入输出故障，及PLC传递的故障。

4)操作灵活，提高测试效率：用户可通过人机界面，随时可读取所需的数据及信息，并可方便的对各种输出量及参数进行设定，而且除操作上带来一列系简便外，也不需要为测试进行过多准备，此外，系统还可以快速反复启动测试，大幅度提高测试效率。

5)节能：系统只需5V供电，因此耗能远远低于每个功率单元需要380V交流供电的小样机，极大的节省了电能。

6)节省空间：本系统大小不超过一个笔记本，可以放在实验桌上进行调试与测试，节省测试场地。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的系统框图。

图2为本发明另一较佳实施例的结构框图。

图3为本发明又一较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1，本发明提供一种高压变频器测试系统，其由上位机与下位机两部分组成，其中上位机部分通过电脑实现，下位机部分通过嵌入系统实现。上位机部分由一人机界面模块和一PLC模块组成，下位机部分包括：一功率单元模块、一电机模块、一输入侧模块、一输出侧模块及一通信模块。各模块的功能具体如下：

1)功率单元模块：用于负责模拟所用功率单元，对带有PWM的信号数据进行解析，迭加出最终的输出电压波形，该模块在下位机实现。

2)电机模块：用于建立电机数学模型，根据输入电机的电压、用户设定负载转矩等参数，计算出相应的电流，该模块在下位机实现。

3)输入侧模块：用于负责模拟高压变频器输入侧的3路电压、3路电流的A/D输入(注意其值有用户设定和更改)及电机转速，该模块在下位机实现。

4)输出侧模块：用于负责模拟高压变频器输出侧的3路电压、3路电流的A/D输入(注意其值可通过用户设置，也可根据系统数据计算)，对于模拟量可通过D/A专用芯片或MCU等自带的D/A通道实现，对于代表转速的编码器脉冲信号可以通过FPGA、CPLD或MCU等实现，该模块在下位机实现。

5)人机界面模块：用于负责模拟各种给定及输入，以及设定系统状态参数，同时实时显示各类信息，该模块在上位机实现。

6)PLC模块：用于负责模拟外围风机、变压器、门锁等状态，以及远程控制指令，该模块在上位机实现。

7)通信模块：用于负责连接上位机与下位机，主要用于接收用户命令、设置的环境参数，还可输出系统有关的信息，如电流、电压、转矩、转速、功率等，其可使用串口、CAN(CAN是Controller Area Network的缩写，又称串行通信协议)、USB或以太网实现。

根据各模块的任务，本系统可根据实际的具体需求，通过FPGA、CPLD、MCU、DSP等芯片的不同组合具体实现。FPGA是英文Field-ProgrammableGate Array的缩写，即现场可编程门阵列，是一种可编程器件。CPLD芯片(CPLD，Complex Programmable Logic Device)，又称复杂可编程逻辑器，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。DSP(Digital Signal Processing)芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。其中，FPGA、DSP及CPLD部分为现有技术，在此不作赘述。

本发明的测试系统能够在弱电环境下，模拟出高压变频器控制系统之外的所有设备，包括功率单元，高压电机，编码器，散热风机、门锁、变压器状态、远程指令，以及输入输出侧电压模拟信号等。系统内嵌多种电机模型，可在用户设定系统参数以及电机参数后，根据所检测的高压变频器PWM信号，实时计算出变频器输出的电压、电流值，并以A/D形式返回给高压变频器。同时可将转速信息以类似于编码器的脉冲形式反馈回高压变频器。因此，可以全方位支持高压变频器开发过程中的调试与测试，能够直接检测高压变频器控制算法及效果，以进一步确保测试安全，提高测试效率，减低能耗。本发明也还应用到其他拓扑结构的变频器测试系统。

以下具体列出MCU、及FPGA+MCU两种系统结：

实施例1

如图2所示为基于MCU芯片的高压变频器测试系统，本实施例通过选用一块高性能的MCU芯片(STM32F103VB型)同时实现PWM检测模块、功率单元模块、电机模块、转速脉冲输出等功能。选用D/A转换芯片，比如TLC5620芯片，实现D/A输出功能。用户可利用人机界面，通过系统的通信模块设置各类外围部件的状态，及系统环境参数，也可模拟各类故障源。MCU芯片通过I/O并口中断实时高速检测高压变频器输出的PWM波，同时依据PWM检测结果与电机模型参数，可计算出输出电压、电流、转速、转矩、功率值等物理量。然后，通过驱动D/A芯片将电压、电流等物理量进行模拟量输出，并通过其PWM功能，模拟编码器，将转速以脉冲形式输出。此外，MCU芯片还可同时提供RS232接口、USB接口、ETHERNET接口或CAN接口等多种通信接口，根据约定的协议，实现与人机界面模块的通信。

实施例2

如图3所示为一基于FPGA+MCU的高压变频器测试系统。本实施例FPGA芯片选用ProASIC3系列的A3P250型芯片，其实现PWM波检测模块、功率单元模块功能，即用于负责PWM波检测，叠加出变频器输出电压，并将检测与处理的结果通过I/O并口和I²C接口传递给MCU芯片，同时模拟编码器，将MCU芯片计算得出的实时转速，以脉冲形式输出。MCU芯片选用STM32F103VB型芯片，其实现电机模块的功能，通过I/O并口或I²C接口读取到FPGA芯片传递来的PWM检测与处理结果，并实时计算出电压、电流、转速、转矩、功率值等物理量。同时，通过驱动D/A芯片将电压、电流等物理量进行模拟量输出。用户可利用人机界面，通过系统的通信模块设置各类外围部件的状态，及系统环境参数，也可模拟各类故障源，此外，MCU芯片可提供RS232接口、USB接口、ETHERNET接口或CAN接口等多种通信接口，根据约定的协议，实现与人机界面模块的通信。

本系统结构可以集FPGA快速检测信号及MCU的强数据处理能力优点于一身。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种高压变频器测试系统，其特征在于，其包括：分别与该高压变频器电连接的一上位机部分及与一下位机部分，该上位机部分包括一人机界面模块和一PLC模块，该下位机部分包括依次电连接的一功率单元模块、一电机模块、一输入侧模块及一输出侧模块，该功率单元模块用于负责模拟所用功率单元，对含有PWM信号的数据进行解析，迭加出最终的输出电压波形；该电机模块用于建立电机数学模型，根据输入的电机参数，计算出相应的电流；该输入侧模块用于负责模拟该高压变频器输入侧的A/D输入；该输出侧模块用于负责模拟该高压变频器输出侧的A/D输入以及该电机的转速；该输出侧模块对于模拟量通过一D/A专用芯片或一MCU芯片自带的D/A通道实现，对于代表转速的脉冲信号通过一FPGA、一CPLD或一MCU芯片实现；该人机界面模块用于负责模拟各种给定及输入，以及设定系统状态参数，同时实时显示各类信息；该PLC模块用于模拟故障状态及远程控制；该系统还包括一通信模块，该通信模块用于连接该上位机部分与该下位机部分，接收用户命令、设置的环境参数，并输出系统信息。

2.如权利要求1所述的高压变频器测试系统，其特征在于，该上位机部分通过一电脑或一工控机实现。

3.如权利要求1所述的高压变频器测试系统，其特征在于，该下位机部分通过一嵌入系统实现。