CN101951160B - 一种级联模块控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种级联模块控制系统，包括：多个级联模块，与多个所述级联模块通信的控制柜，其中，所述控制柜包括产生控制多个所述级联模块的控制信号的主控插框和将所述控制信号传送给多个所述级联模块的通信子系统。实施本发明的级联模块控制系统，通过采用主控插框，进而使用插框方式将控制板集成起来，有利于解决电磁干扰问题，有利于解决控制板分散造成的配电复杂，控制走线混乱等问题，比现有技术中的直接采用控制板安装的系统可靠性高，稳定性高，而且利于维护和增加美观性。

Description

一种级联模块控制系统

技术领域

本发明涉及中压变频器，更具体地说，涉及一种中压变频器中的级联模块控制系统。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，中压大功率变频装置不断地成熟起来。中压变频器的种类繁多，其分类方法也多种多样。按照输出电平数，可将中压变频器分为两电平、三电平、五电平及多电平中压变频器。模块级联型拓扑是多电平中压变频器最早采用的一种拓扑形式。图1示出了一种现有的模块级联型拓扑图。由于模块级联拓扑的组成复杂，因此对于移相变压器和级联模块之间的配合要求较高。因此控制级联模块的控制系统的可靠性和稳定性决定了整个中压变频器的性能和稳定性。

现有技术中已有的级联模块控制系统，一般直接将各个控制板和主控板固定在控制柜中，控制板之间多数通过定制电缆连接。在现有技术中，用于与级联模块通信的光纤也是直接固定到控制柜中，并同样通过定制电缆连接主控板。这样的控制系统存在控制柜内配电布线混乱，容易造成电磁兼容性缺陷，而且难以检查维修等问题。

因此，需要一种布线清晰、能够有效克服电磁兼容性问题并且易于检查维修的级联模块控制系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的配电布线混乱，容易造成电磁兼容性缺陷，而且难以检查维修的缺陷，提供一种布线清晰、能够有效克服电磁兼容性问题并且易于检查维修的级联模块控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种级联模块控制系统，包括：多个级联模块，与多个所述级联模块通信的控制柜，其中，所述控制柜包括产生控制多个所述级联模块的控制信号的主控插框和将所述控制信号传送给多个所述级联模块的通信子系统，与用户直接交互以生成用户指令的人机界面，和用于采集输入输出交流电信号以提供给所述主控插框并根据所述主控插框发出的指令为所述主控插框提供电源的配电系统；所述主控插框包括主控板、插板、支撑所述插板的背板和多个控制板，其中所述主控板和所述多个控制板插入到所述插板中，所述背板中设置有通信总线，所述多个控制板用于接收所述配电系统的输入输出状态和/或所述用户指令，所述主控板通过所述通信总线从所述多个控制板接收所述配电系统的输入输出状态和/或所述用户指令并基于所述配电系统的输入输出状态和/或所述用户指令生成所述控制信号。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述级联模块控制系统进一步包括多个级联模块控制装置，每个所述级联模块控制装置均与所述通信子系统相连，每个所述级联模块控制装置与一个所述级联模块相连；所述级联模块控制装置用于接收所述控制信号并将所述控制信号转换成控制所述级联模块的驱动信号和将所述级联模块的性能信息经所述通信子系统传送给所述主控插框。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述多个控制板包括：用于接收数字外部输入输出状态的数字IO板、用于接收模拟外部输入输出状态的模拟IO板、用于接收所述用户指令的通讯接口板和用于为所述主控插框提供辅助电源的辅助电源板。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述通信子系统包括光纤转换模块，光纤转换模块用于将所述控制信号转换成光控制信号，并将所述光控制信号通过光纤传送给所述级联模块控制装置，所述级联模块控制装置接收所述光控制信号，并将所述光控制信号转换成控制所述级联模块的所述驱动信号。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述级联模块控制装置进一步包括：

信息采集模块，用于采集所述级联模块的所述性能信息；和

信息转换模块，用于将所述性能信息转换成光性能信号，并将所述光性能信号经光纤传送给所述光纤转换模块；

所述光纤转换模块用于将所述光性能信号转换成电性能信号以提供给所述主控插框。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述通信子系统包括光纤插框，所述光纤插框包括母板，转接板和接口板；

所述转接板从所述主控插框接收所述控制信号并将所述控制信号传送给所述母板，所述母板将所述控制信号分配至对应的接口板，所述接口板将所述控制信号转换成光控制信号并通过与所述接口板连接的光纤传送给所述级联模块控制装置；且

所述接口板将从所述级联模块控制装置接收到的所述级联模块的所述性能信息转换成光性能信号，所述母板接收所述光性能信号并经所述转接板传送给所述主控插框。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述主控板包括用于实现逻辑控制的第一主控芯片和用于实现算法控制的第二主控芯片，所述第一主控芯片基于外部设备状态和所述用户指令生成启动信息并传送给所述第二主控芯片，所述第二主控芯片基于所述启动信息和所述外部设备的状态生成所述控制信号。

在本发明所述的级联模块控制系统中，所述第一主控芯片和所述第二主控芯片通过双双口RAM接口通信，所述第二主控芯片通过外部接口（XINTF）并行总线机制与所述外部脉宽调制（PWM）芯片通信。

实施本发明的级联模块控制系统，通过采用主控插框，进而使用插框方式将控制板集成起来，有利于解决电磁干扰问题，有利于解决控制板分散造成的配电复杂，控制走线混乱等问题，比现有技术中的直接采用控制板安装的系统可靠性高，稳定性高，而且利于维护和增加美观性。更进一步地，在本发明的优选实施例中，采用了光纤插框，能够更进一步提高控制柜的抗干扰能力。同时该光纤插框可以采用金属制造，进而进一步增强光纤系统的抗干扰性、增加整个控制柜的可装配性、可维护性以及美观性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了一种现有的模块级联型拓扑图；

图2示出了本发明的级联模块控制系统的系统框图；

图3示出了本发明的级联模块控制系统的第一实施例的系统框图；

图4示出了本发明的级联模块控制系统的主控插框的结构示意图；

图5示出了本发明的级联模块控制系统的主控插框的逻辑框图；

图6示出了本发明的级联模块控制系统的主控板的逻辑框图；

图7示出了本发明的级联模块控制系统的第二实施例的系统框图；

图8示出了本发明的级联模块控制系统的光纤插框的逻辑框图。

具体实施方式

图2示出了本发明的级联模块控制系统的系统框图。如图2所示，本发明的级联模块控制系统包括：多个级联模块100，与多个所述级联模块100通信的控制柜200。其中，所述控制柜200包括产生控制多个所述级联模块100的控制信号的主控插框210和将所述控制信号传送给多个所述级联模块100的通信子系统220。本领域技术人员知悉，在此各种类型的级联模块，以及可以在级联模块100和主控插框210间通信的任何通信子系统，比如电缆通信子系统、光纤通信子系统等等都可以用于本发明。在本发明的一个优选实施例中，所述主控插框210可以是金属制造，这更有利于EMC的改善。

在本发明中首次将插框的技术引入到中压变频器的级联模块控制系统中，有利于解决现有技术中控制板分散造成的配电复杂，控制走线混乱等问题。

图3示出了本发明的级联模块控制系统的第一实施例的系统框图。如图3所示，本发明的级联模块控制系统包括：多个级联模块100、控制柜200和多个级联模块控制装置300。其中控制柜200包括产生控制多个所述级联模块100的控制信号的主控插框210，用于将所述控制信号传送给多个所述级联模块100的光纤转换模块221、与用户直接交互以生成所述用户指令的人机界面230，和用于采集输入输出交流电信号以提供给所述主控插框210并根据所述主控插框210发出的指令为所述主控插框210提供电源的配电系统240。在该实施例中，该光纤转换模块221用于将主控插框生成的控制信号转换成光控制信号，并将所述光控制信号通过光纤传送给所述级联模块控制装置300。所述级联模块控制装置300接收所述光控制信号，并将所述光控制信号转换成控制所述级联模块100的驱动信号。

为了将级联模块100的性能信息，如电流、电压和/或温度信息传送给主控插框210。所述级联模块控制装置300进一步包括信息采集模块301和信息转换模块302。该信息采集模块301用于采集所述级联模块100的性能信息。该信息转换模块302用于将所述性能信息转换成光性能信号，并将所述光性能信号经光纤传送给所述光纤转换模块221。所述光纤转换模块221用于将所述光性能信号转换成电性能信号以提供给所述主控插框210。

在本发明的一个实施例中，所述主控插框210包括主控板、插板、支撑所述插板的背板和多个控制板。多个控制板和主控板可分别插入到各个插板中，并通过背板中的通信总线相互通信。图4示出了本发明的级联模块控制系统的主控插框的结构示意图。其中所述背板可以安装到控制柜中合适的位置，多个插板设置在该背板上。所述背板和插板可以由金属制成，从而更好的解决EMC问题。

图5示出了本发明的级联模块控制系统的主控插框的逻辑框图。多个控制板和主控板可分别插入到各个插板中，并通过背板中的通信总线相互通信。所述多个控制板可以包括用于接收数字外部输入输出状态的数字IO板、用于接收模拟外部输入输出状态的模拟IO板、用于接收用户指令的通讯接口板和用于为所述主控插框提供辅助电源的辅助电源板。如图5所示，还可以多设置几个插板，用于预留给以后需要插入的控制板。所述主控板通过所述通信总线从所述数字IO板接收所述配电系统240的数字输入输出状态，从所述模拟IO板接收所述配电系统240的模拟输入输出状态，并通过所述通讯接口板从人机界面接收用户指令，并将这些数字输入输出状态、模拟输入输出状态和用户指令用于生成所述控制信号。

在图6示出的优选实施例中，主控板可以包括用于实现逻辑控制的第一主控芯片DSP1和用于实现算法控制的第二主控芯片DSP2。所述第一主控芯片DSP1基于外部设备状态和用户指令生成启动信息并传送给所述第二主控芯片DSP2。其中外部设备是指FLASH、静态存储器（SRAM）和PWM调制芯片FPGA。其中PWM调制芯片FPGA接收级联模块100的性能信息，如电流、电压和/或温度信息，并基于此生成PWM调制芯片的状态。所述第二主控芯片DSP2基于所述启动信息和所述外部设备的状态生成上述控制信号。如图6所示，所述第一主控芯片DSP1和所述第二主控芯片DSP2通过双口RAM接口通信，所述第二主控芯片DSP2通过XINTF并行总线机制与所述外部PWM调制芯片FPGA通信。

通过采用双口RAM接口通信，第一主控芯片DSP1和所述第二主控芯片DSP2无需花费额外的工作量去分辨其之间的连线是否可以使用，并且无需进行等待，因此不会造成DSP的资源浪费，能够有效地提高系统工作的频率，提高中压变频器的性能。

在本发明的其他实施例中，所述第一主控芯片DSP1和所述第二主控芯片DSP2也可以通过非双口RAM接口通信，也就是直接采用信号线连接。

图7示出了本发明的级联模块控制系统的第二实施例的系统框图。如图7所示，本发明的级联模块控制系统包括：多个级联模块100、控制柜200和多个级联模块控制装置300。其中控制柜200包括产生控制多个所述级联模块100的控制信号的主控插框210，用于将所述控制信号传送给多个所述级联模块100的光纤插框222、与用户直接交互以生成所述用户指令的人机界面230，和用于采集输入输出交流电信号以提供给所述主控插框210并根据所述主控插框210发出的指令为所述主控插框210提供电源的配电系统240。

图8示出了本发明的级联模块控制系统的光纤插框的逻辑框图。如图8所示，所述光纤插框222包括母板，转接板和接口板。所述转接板从所述主控插框210接收所述控制信号并将所述控制信号传送给所述母板，所述母板将所述光控制信号分配至对应的接口板，所述接口板将所述控制信号转换成光控制信号并通过与所述接口板连接的光纤传送给所述级联模块控制装置300。在本发明的优选实施例中，该光纤插框的采用可以进一步提高控制柜的抗干扰能力。同时该光纤插框可以采用金属制造，进而进一步增强光纤系统的抗干扰性、增加整个控制柜的可装配性、可维护性以及美观性。

同时，为了将级联模块100的性能信息，如电流、电压和/或温度信息传送给主控插框210。所述接口板可用于将从所述级联模块控制装置300接收到的所述级联模块100的性能信息转换成光性能信号，所述母板接收所述光性能信号并经所述转接板传送给所述主控插框210。在本实施例中，所述主控插框可以如图4和5进行制造，而所述主控板可以如图6构造，在此不再进行累述。

实施本发明的级联模块控制系统，通过采用主控插框，进而使用插框方式将控制板集成起来，有利于解决电磁干扰问题，有利于解决控制板分散造成的配电复杂，控制走线混乱等问题。比现有技术中的直接采用控制板安装的系统可靠性高，稳定性高，而且利于维护和增加美观性。更进一步地，在本发明的优选实施例中，采用了光纤插框，能够更进一步提高控制柜的抗干扰能力。同时该光纤插框可以采用金属制造，进而进一步增强光纤系统的抗干扰性、增加整个控制柜的可装配性、可维护性以及美观性。此外，由于该级联模块控制系统的主控板采用了通过双RAM接口通信的双主控芯片，因而更能够有效地提高系统工作的频率，提高中压变频器的性能。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种级联模块控制系统，包括：多个级联模块（100），与多个所述级联模块（100）通信的控制柜（200），其特征在于，所述控制柜（200）包括产生控制多个所述级联模块（100）的控制信号的主控插框（210）和将所述控制信号传送给多个所述级联模块（100）的通信子系统（220），与用户直接交互以生成用户指令的人机界面（230），和用于采集输入输出交流电信号以提供给所述主控插框（210）并根据所述主控插框（210）发出的指令为所述主控插框（210）提供电源的配电系统（240）；

所述主控插框（210）包括主控板、插板、支撑所述插板的背板和多个控制板，其中所述主控板和所述多个控制板插入到所述插板中，所述背板中设置有通信总线，所述多个控制板用于接收所述配电系统（240）的输入输出状态和/或所述用户指令，所述主控板通过所述通信总线从所述多个控制板接收所述配电系统（240）的输入输出状态和/或所述用户指令并基于所述配电系统（240）的输入输出状态和/或所述用户指令生成所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述级联模块控制系统进一步包括多个级联模块控制装置（300），每个所述级联模块控制装置（300）均与所述通信子系统（220）相连，每个所述级联模块控制装置（300）与一个所述级联模块（100）相连；所述级联模块控制装置（300）用于接收所述控制信号并将所述控制信号转换成控制所述级联模块（100）的驱动信号和将所述级联模块（100）的性能信息经所述通信子系统（220）传送给所述主控插框（210）。

3.根据权利要求1所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述多个控制板包括：用于接收数字外部输入输出状态的数字IO板、用于接收模拟外部输入输出状态的模拟IO板、用于接收所述用户指令的通讯接口板和用于为所述主控插框（210）提供辅助电源的辅助电源板。

4.根据权利要求2所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述通信子系统（220）包括光纤转换模块（221），用于将所述控制信号转换成光控制信号，并将所述光控制信号通过光纤传送给所述级联模块控制装置（300），所述级联模块控制装置（300）接收所述光控制信号，并将所述光控制信号转换成控制所述级联模块（100）的所述驱动信号。

5.根据权利要求4所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述级联模块控制装置（300）进一步包括：

信息采集模块（301），用于采集所述级联模块（100）的所述性能信息；和

信息转换模块（302），用于将所述性能信息转换成光性能信号，并将所述光性能信号经光纤传送给所述光纤转换模块（221）；

所述光纤转换模块（221）用于将所述光性能信号转换成电性能信号以提供给所述主控插框（210）。

6.根据权利要求2所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述通信子系统（220）包括光纤插框（222），所述光纤插框（222）包括母板，转接板和接口板；

所述转接板从所述主控插框（210）接收所述控制信号并将所述控制信号传送给所述母板，所述母板将所述控制信号分配至对应的接口板，所述接口板将所述控制信号转换成光控制信号并通过与所述接口板连接的光纤传送给所述级联模块控制装置（300）；且

所述接口板将从所述级联模块控制装置（300）接收到的所述级联模块（100）的所述性能信息转换成光性能信号，所述母板接收所述光性能信号并经所述转接板传送给所述主控插框（210）。

7.根据权利要求1所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述主控板包括用于实现逻辑控制的第一主控芯片（DSP1）和用于实现算法控制的第二主控芯片（DSP2），所述第一主控芯片（DSP1）基于外部设备状态和所述用户指令生成启动信息并传送给所述第二主控芯片（DSP2），所述第二主控芯片（DSP2）基于所述启动信息和所述外部设备的状态生成所述控制信号。

8.根据权利要求7所述的级联模块控制系统，其特征在于，所述第一主控芯片（DSP1）和所述第二主控芯片（DSP2）通过双口RAM通信，所述第二主控芯片（DSP2）通过外部接口并行总线机制与所述外部脉宽调制芯片通信。

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