CN103064331A - 一种变频器双控制芯片系统及其数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器双控制芯片系统及其数据传输方法，其中系统包括：主CPU，用于采集变频器实时运行状态的反馈信号，以及控制变频器的制动单元、风扇和充电电阻；从CPU，用于面向用户实现数据输入输出的功能；以及连接在主CPU、从CPU之间的通讯电路；所述通讯电路设有信号均为单向传输的第一信号传输通道及第二信号传输通道，主CPU与从CPU之间通过所述第一信号传输通道、第二信号传输通道进行信号的传输。本发明通过搭建双控制芯片系统的架构，明确划分了各控制芯片的职责，有效提高了数据交换的实时性及安全性。

Description

一种变频器双控制芯片系统及其数据传输方法

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，更具体的说，特别涉及一种变频器的控制系统及其数据传输方法。

背景技术

随着变频器在不同工业控制领域上面的推广应用，新项目、新功能的研发对于变频器自身的资源要求越来越高，体现在：可用功能接口资源丰富，功能性能要求升级加强。特殊的工业应用行业甚至要求定制专用的变频器，用来取代原有的PLC或者MCU控制系统。工业应用上，要求变频器具有更丰富和更实用的功能；这就意味着使得控制板程序更加庞大，要求芯片资源更加丰富，还得提供多样化可选择的用户接口功能供实际应用时选择。

变频器功能性能要求那么强大，但目前变频器的控制系统却未有效地得到同步的改进，从而导致系统处理数据的实时性降低，出现故障时也难以迅速地确定故障的来源。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种变频器双控制芯片系统，通过搭建双控制芯片系统的架构，明确划分了各控制芯片的职责，有效提高了数据交换的实时性及安全性。

本发明还提供上述变频器双控制芯片系统的数据传输方法。

本发明的技术问题通过下述技术方案实现：本变频器双控制芯片系统，其包括：

主CPU，用于采集变频器实时运行状态的反馈信号，以及控制变频器的制动单元、风扇和充电电阻；

从CPU，用于面向用户实现数据输入输出的功能；以及

连接在主CPU、从CPU之间的通讯电路；

所述通讯电路设有信号均为单向传输的第一信号传输通道及第二信号传输通道，主CPU与从CPU之间通过所述第一信号传输通道、第二信号传输通道进行信号的传输。

优选的，所述通讯电路为光耦隔离模块；光耦隔离模块设有构成第一信号传输通道的第一光耦合器，以及构成第二信号传输通道的第二光耦合器。

本发明所提供的变频器双控制芯片系统的数据传输方法，包括以下步骤：

从CPU向主CPU传输数据的过程为：

S31、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S32；

S32、从CPU发送模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值，发送完毕后转入步骤S33；

S33、从CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S34、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S35；

S35、判断是否接收到从CPU所发送的数据，若是则转入步骤S36；

S36、判断校验是否正确，若是则转入步骤S37；

S37、获取模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值；

主CPU向从CPU传输数据的过程为：

S41、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S42；

S42、主CPU发送变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据，发送完毕后转入步骤S43；

S43、主CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S44、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S45；

S45、判断是否接收到主CPU所发送的数据，若是则转入步骤S46；

S46、断校验是否正确，若是则转入步骤S47；

S47、获取变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据。

本发明为一种变频器双控制芯片系统，该系统采用“双核处理”模式，由两块控制芯片及其外部电路构成。其中主CPU为DSP芯片，主要负责电机的正常变频调速工作；从CPU为MCU芯片，主要负责用户接口的应用功能。主CPU和从CPU采用SCI的通讯模式，实时交互数据，确保数据的实时有效。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1）主、从CPU通讯采用高速光耦隔离方案，由于光耦的信号单向传输，主、从CPU之间的传输信号得到了很好的隔离，有效的提高了数据交换的有实时性和安全性。

2）模块功能清晰明确：主CPU负责电机的调试驱动，从CPU负责用户功能接口的输入输出，分工明确，易于查错，在出现故障情况下便于快速确定故障来源。

3）从CPU有效的降低了主CPU的负担，丰富了可使用的程序空间和数据空间，变频器如果采用主从CPU（即双CPU）的控制系统时，丰富齐全的功能接口能有效取代传统的包含PLC和变频器的控制系统，降低用户成本。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是主从CPU之间的通讯电路图；

图3是从CPU向主CPU传输数据的流程图；

图4是主CPU向从CPU传输数据的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明为一种变频器双控制芯片系统，该系统主要描述了变频器如何采用两个CPU实现变频器运行过程中数据的监控以及反馈信号的处理。如图1所示，在本发明双控制芯片系统中，主、从CPU分别为主CPU和从CPU，主CPU主要负责电机运行状态的监控以及控制变频调速工作；从CPU主要负责面向用户输入输出功能的实现。下面对各CPU在双控制芯片系统中负责的主要工作任务作进一步详细的描述。

主CPU采用TMS320C2802X芯片，其工作任务如下：

1、采集处理电源板反馈的电流、电压、温度等信号。这些信号是变频器实时运行状态的反馈信号，可以通过TMS320C2802X芯片的AD转换模块实现模拟量信号的检测。

2、控制电机，变频调速输出PWM信号。在本实施例中，控制电机采用TI公司C2000系列的电机控制芯片，主CPU能够有效的输出三相6路PWM驱动信号，根据用户需求，配置ePWM模块的相关寄存器，能够实现不同的变频调速功能。

3、制动单元、风扇、充电电阻的控制。主CPU根据当前变频器运行的状态反馈，实时输出控制信号，控制外部制动单元的制动、风扇的运转、充电电阻的上电充放电。该部分控制信号可以通过配置主CPU相关的I/O口输出，能够灵活快速的实现控制功能。

4、变频器数据的存储。主CPU对于变频器运行参数要求掉电保存，通过TMS320C2802X芯片的I2C的存储模块，能够有效的读写EEPROM芯片。

从CPU采用STM8S207X芯片，其工作任务如下：

1、变频器键盘修改显示参数。键盘使用SPI的读写方式与从CPU相连接，使用STM8S207X芯片的SPI模块，能够实现键盘数据的显示已经按键键值的扫描。

2、主、从CPU的通讯，以及外部用户通讯处理。STM8S207X芯片拥有多个UART串口，使用UART1模块作为主从SCI通讯，实时交换数据；使用UART3模块作为外部用户的通讯接口，用户可以通过该接口读写变频器的相关数据。

3、数字量的输入输出。可以通过配置STM8S207X芯片的可用I/O接口，实现变频器外部端子数字量的输入输出。

4、模拟量的输入输出。可以通过配置STM8S207X芯片的AD检测模块，实现模拟量的输入；配置PWM模块，实现模拟量的输出。

如图2所示，主、从CPU之间的通讯电路采用光耦隔离模块，实现主从CPU的高速安全的SCI通讯。该通讯电路主要实现主、从CPU通讯隔离的功能。为确保通讯数据的及时性和有效性，光耦隔离模块采用两个6N137高速光耦合器（简称光耦）；即主CPU的输出端与从CPU的输入端之间通过一个6N137高速光耦连接，构成第一信号传输通道，从CPU的输出端与主CPU的输入端之间通过另一个6N137高速光耦连接，构成第二信号传输通道。6N137高速光耦的7脚和8脚，分别为光耦供电端和使能端，正常工作下连接到+5V电源。通讯数据通过2脚、3脚输入，经过隔离后在6脚输出。通讯电路中电阻起限流作用，电容起滤波作用。

主CPU向从CPU发送数据：如图2上半部分电路所示，从CPU端的+5V电源为光耦供电，主CPU发送数据（TXD2）到光耦的2脚、3脚，经过隔离后在光耦的6脚输出到从CPU的通讯接收引脚（BRIDGE RXD）。

从CPU向主CPU发送数据：如图2下半部分电路所示，主CPU端的+5V电源为光耦供电，从CPU发送数据（BRIDGE TXD）到光耦的2脚、3脚，经过隔离后在光耦的6脚输出到主CPU通讯接收引脚（RXD）。

在整个变频器控制系统中，根据主、从CPU的工作任务分配，双方在通讯的过程中，约定好通讯协议，以固定的波特率不断交换以下数据：

主CPU需要实时发送的数据有：485通讯波特率、485通讯数据、变频器运行状态、键盘显示数据、开关量输出状态、模拟量输出状态。

从CPU需要实时发送的数据有：键盘按键键值、开关量输入状态、模拟量输入状态、485通讯数据。

主从CPU之间通讯的波特率可以为57600，采用定长帧，共8比特，并采用求和校验方式。

参见图3，从CPU向主CPU传输数据的过程为：

S31、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S32；

S32、从CPU发送模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值，发送完毕后转入步骤S33；

S33、从CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S34、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S35；

S35、判断是否接收到从CPU所发送的数据（共8个字节），若是则转入步骤S36；

S36、判断校验是否正确，若是则转入步骤S37；

S37、获取模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值。

主CPU接收到8个数据后进行数据校验，是为了确保通讯过程中数据的有效性，当校验通过后，把相关的数据一一存储，实时获取从CPU发送的数据。

参见图4，主CPU向从CPU传输数据的过程为：

S41、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S42；

S42、主CPU发送变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据，发送完毕后转入步骤S43；

S43、主CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S44、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S45；

S45、判断是否接收到主CPU所发送的数据（共8个字节），若是则转入步骤S46；

S46、断校验是否正确，若是则转入步骤S47；

S47、获取变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据。

从CPU接收到8个数据后进行数据校验，是为了确保通讯过程中数据的有效性，当校验通过后，把相关的数据一一存储，实时获取主CPU方的数据。

主从CPU通讯协议中约定：一包数据为8个byte（字节），这8个字节数据也就是上述步骤S35、S45中所述的8个字节数据，分别是：

1）数据包头共一个字节（1byte）

双方在发送一包数据时首先发送的数据包头，代表一包数据开始发送。具体数据可以用户任意约定，譬如为0x55。

2）数据内容六个字节（6byte）

主CPU发送，从CPU接收的六个字节数据分别为变频器运行状态（1byte）、485通讯数据（1byte）、开关量输出状态（1byte）、模拟量输出状态（2byte）、键盘显示数据（1byte）

从CPU发送，主CPU接收的六个数据分别为模拟量输入状态（2byte）、数字量输入状态（1byte）、485通讯数据（1byte）、键盘按键键值（2byte）

3)校验数据一个字节（1byte）

为确保每一包数据的有效性，发送方在通讯数据中加入校验数据，采用异或校验方式，对数据内容的六个字节进行按位异或，得出的值作为发送的校验数据。接收方在收到数据后，应该需要对接收的数据进行校验，以确保数据的有效性。

一包数据(8byte)的发送顺序为：数据包头（1byte）+数据内容（6byte）+校验数据（1byte）。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种变频器双控制芯片系统，其特征在于，包括：

主CPU，用于采集变频器实时运行状态的反馈信号，以及控制变频器的制动单元、风扇和充电电阻；

从CPU，用于面向用户实现数据输入输出的功能；以及

连接在主CPU、从CPU之间的通讯电路；

所述通讯电路设有信号均为单向传输的第一信号传输通道及第二信号传输通道，主CPU与从CPU之间通过所述第一信号传输通道、第二信号传输通道进行信号的传输。

2.根据权利要求1所述的变频器双控制芯片系统，其特征在于，所述通讯电路为光耦隔离模块；光耦隔离模块设有构成第一信号传输通道的第一光耦合器，以及构成第二信号传输通道的第二光耦合器。

3.根据权利要求2所述的变频器双控制芯片系统，其特征在于，所述第一光耦合器、第二光耦合器均为6N137光耦合器。

4.根据权利要求1所述的变频器双控制芯片系统，其特征在于，所述主CPU为TMS320C2802X芯片。

5.根据权利要求1所述的变频器双控制芯片系统，其特征在于，所述从CPU为STM8S207X芯片。

6.权利要求1所述变频器双控制芯片系统的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

从CPU向主CPU传输数据的过程为：

S31、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S32；

S32、从CPU发送模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值，发送完毕后转入步骤S33；

S33、从CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S34、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S35；

S35、判断是否接收到从CPU所发送的数据，若是则转入步骤S36；

S36、判断校验是否正确，若是则转入步骤S37；

S37、获取模拟量输入状态、数字量输入状态、485通讯数据及键盘按键键值；

主CPU向从CPU传输数据的过程为：

S41、主CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S42；

S42、主CPU发送变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据，发送完毕后转入步骤S43；

S43、主CPU计算校验值，然后发送校验数据；

S44、从CPU判断是否有通讯故障，若有，则调用通讯初始化复位程序，若无，则转入步骤S45；

S45、判断是否接收到主CPU所发送的数据，若是则转入步骤S46；

S46、断校验是否正确，若是则转入步骤S47；

S47、获取变频器运行状态、485通讯数据、开关量输出状态、模拟量输出状态及键盘显示数据。

Images