CN103235521A - 一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，包括电源、主控单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入输出单元、PWM光纤输出单元、IGBT光纤反馈单元、PROFIUBS-DP通信单元、VME总线通信扩展接口。本发明通过DSP、FPGA、SPC3协议芯片的集成，实现灵活开放的对外接口，非常适用于目前高压变频器工业控制领域存在的多种网络通信体系结构。

Description

一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板

技术领域

本发明涉及一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，属于高压变频器技术领域。

背景技术

随着时代的发展，高压变频器联入工业现场总线，和应用现场的其他其它工业装置设备进行通讯的要求越来越高，但是目前国内的高压变频器产品，大多数还不支持标准的工业现场总线的通讯技术，同时不同的用户所选用的现场总线通讯协议经常并不相同。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前高压变频器工业控制领域存在的多种网络通信体系结构的问题，提出一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，本发明通过DSP、FPGA、SPC3协议芯片的集成，实现灵活开放的对外接口，非常适用于目前高压变频器工业控制领域存在的多种网络通信体系结构。

一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，包括电源、主控单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、IGBT光纤反馈单元、PWM光纤输出单元、PROFIUBS-DP通信单元、VME总线通信扩展接口、串行通讯单元和数据处理单元、数字量输入单元、数字量输出单元；

电源为控制板中其余各个单元提供供电电源；

模拟量输入单元采集电压电流信号，对电压电流信号的幅值进行滤波整形，得到滤波后电压电流信号，输出至主控单元；

数字量输入单元采集数字量输入信号，输出至主控单元；

IGBT光纤反馈单元的输入端连接光纤端子，对高压变频器的功率器件IGBT的状态进行监视，得到IGBT器件完好/失效信号，将IGBT器件完好/失效信号输出至主控单元；

主控单元中设置的高压变频器控制算法，根据模拟量输入单元采集电压电流信号、数字量输入单元采集的现场数字量信号、IGBT光纤反馈单元的GBT完好/失效信号，进行计算，得到用户现场仪表所需要显示的电流、电压，高压变频器的主功率器件IGBT所需要的PWM脉冲输出，工业现场所需的数字量输出信号；

主控单元读取IGBT光纤反馈单元输出的IGBT器件完好/失效信号，如果IGBT器件完好，则将IGBT所需要的PWM脉冲输出给PWM光纤输出单元，如果IGBT器件失效，或者当IGBT有一只失效，则封锁所有脉冲；

PWM光纤输出单元的输入端接收主控单元输出的IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号，输出端连接光纤端子，将IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号输出至高压变频器功率器件IGBT，负责对高压变频器功率器件IGBT触发；

主控单元将用户现场仪表所需要显示的电流、电压等模拟量输出信号输出给模拟量输出单元；模拟量输出单元将主控单元生成的电流电压信号输出至现场仪表；

主控单元将工业现场所需的数字量输出信号，输出给数字量输出单元；数字量输出单元将主控单元生成的数字量输出信号进行输出；

主控单元内设置有PROFIUBS-DP通信单元的数据通信控制算法，PROFIUBS-DP通信单元通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过PROFIUBS-DP通信单元实现高压变频器和PROFIUBS-DP工业现场总线的数据通信；

主控单元内设置有VME总线通信扩展接口的数据通信控制算法，VME总线通信扩展接口通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过VME总线通信扩展接口实现高压变频器和VME总线的数据通信；

主控单元内设置有串行通讯单元和数据处理单元的数据通信控制算法，串行通讯单元和数据处理单元通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过串行通讯单元和数据处理单元实现高压变频器和标准RS232/RS485设备的数据通信。

本发明的优点在于：

目前高压变频器工业控制领域存在的多种网络通信体系结构，有的使用profibus总线，有的使用串行通信总线，有的使用VME总线，本发明集成了这几种总线的通信接口，可以根据工业现场现有的网络通信状况，不用添加其他附加的转换设备，直接和工业现场其他设备通信。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：

1-电源                               2-主控单元

3-模拟量输入单元                     4-模拟量输出单元

5-IGBT光纤反馈单元                   6-PWM光纤输出单元

7-PROFIUBS-DP通信单元                8-VME总线通信扩展接口

9-串行通讯单元和数据处理单元         10-数字量输入单元

11-数字量输出单元

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，如图1所示，包括电源1、主控单元2、模拟量输入单元3、模拟量输出单元4、IGBT光纤反馈单元5、PWM光纤输出单元6、PROFIUBS-DP通信单元7、VME总线通信扩展接口8、串行通讯单元和数据处理单元9、数字量输入单元10、数字量输出单元11。

电源1为直流24V的供电电源，设有电源电压保护和监测功能，为控制板中其余各个单元提供供电电源。其余各个单元具体包括主控单元2、模拟量输入单元3、模拟量输出单元4、IGBT光纤反馈单元5、PWM光纤输出单元6、PROFIUBS-DP通信单元7、VME总线通信扩展接口8、串行通讯单元和数据处理单元9、数字量输入单元10、数字量输出单元11。

模拟量输入单元3采集电压电流信号，电压电流信号为0-10V或者4-20mA，模拟量输入单元3对采集的电压电流信号的幅值进行滤波整形，得到滤波后电压电流信号，输出至主控单元2。

模拟量输出单元4将主控单元2生成的电流电压信号输出至现场仪表，输出信号为0-10V电压，用户根据电压值得到需要的电流值。

数字量输入单元10采集数字量输入信号，数字量输入信号指工业现场所需的数字量输入信号，如开机、关机信号等，输出至主控单元2。

数字量输出单元11将主控单元2生成的数字量输出信号进行输出，数字量输出信号为工业现场所需的数字量输出信号，如变频器运行中、变频器自检中的信号等。

IGBT光纤反馈单元5的输入端连接光纤端子，对高压变频器的功率器件IGBT的状态进行监视，得到IGBT器件完好/失效信号，IGBT光纤反馈单元5的输出端将IGBT器件完好/失效信号输出至主控单元2。

PWM光纤输出单元6的输入端接收主控单元2输出的IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号，PWM光纤输出单元6的输出端连接光纤端子，将IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号输出至高压变频器功率器件IGBT，负责高压变频器功率器件IGBT的触发。

PROFIUBS-DP通信单元7采用SIEMENS公司的SPC3PROFIUBS-DP开放式工业现场总线智能化接口芯片，配合控制板的主控单元2，实现高压变频器和PROFIUBS-DP工业现场总线的数据通信，其输入通过数据地址总线和主控单元2相连，输出为PROFIUBS-DP接口；

VME总线通信扩展接口8，配合控制板的主控单元2，实现高压变频器和VME总线的数据通信，可以和VME控制系统无缝对接，通过数据地址总线和主控单元2相连；

串行通讯单元和数据处理单元9包括标准RS232/RS485接口芯片，负责和工业现场其他标准RS232/RS485设备的数据通信，通过数据总线与主控单元2相连，输出为RS232/RS485端子。

主控单元2采用DSP数字信号处理器和FPGA数字信号处理器相结合构成，DSP数字信号处理器为TI公司的TMS320F28335，FPGA数字信号处理器为ALTERA公司的EPF10K30。

主控单元2中设有高压变频器控制算法、PROFIUBS-DP通信单元7的数据通信控制算法、VME总线通信扩展接口8的数据通信控制算法、串行通讯单元和数据处理单元9的数据通信控制算法；

主控单元2实现高压变频器的控制以及高压变频器通过PROFIUBS-DP通信单元7、VME总线通信扩展接口8、串行通讯单元和数据处理单元9与和外界的数据通信。

主控单元2得到模拟量输入单元3采集电压电流信号、数字量输入单元10采集的现场数字量信号、IGBT光纤反馈单元5的GBT完好/失效信号，根据内置算法进行计算，得到用户现场仪表所需要显示的电流、电压，高压变频器的主功率器件IGBT所需要的PWM脉冲输出，工业现场所需的数字量输出信号，并且，主控单元2将用户现场仪表所需要显示的电流、电压等模拟量输出信号输出给模拟量输出单元4；主控单元2将高压变频器的主功率器件IGBT所需要的PWM脉冲输出给PWM光纤输出单元6；主控单元2将工业现场所需的数字量输出信号，如变频器运行中、变频器自检中等信号等输出给数字量输出单元11。

在主控单元2中编写程序，用于实现和PROFIUBS-DP通信单元7的数据通信；用于实现和VME总线通信扩展接口8的数据通信；用于实现和串行通讯单元和数据处理单元9的数据通信。

主控单元2读取IGBT光纤反馈单元5输出的IGBT器件完好/失效信号，如果IGBT器件完好，则将IGBT所需要的PWM脉冲输出给PWM光纤输出单元6，如果IGBT器件失效，或者当IGBT有一只失效，则封锁所有脉冲，避免故障扩大。

工作过程：

控制板采集工业现场所需的数字量、模拟量信号后，进行运算，产生高压变频器的主功率器件IGBT所需要的PWM脉冲，通过光纤传递给IGBT，同时读入IGBT的状态（完好/失效信号）进行保护；控制板需要和其他设备进行数据通信，共同构成工业现场总线网络。

Claims (7)

1.一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，包括电源、主控单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、IGBT光纤反馈单元、PWM光纤输出单元、PROFIUBS-DP通信单元、VME总线通信扩展接口、串行通讯单元和数据处理单元、数字量输入单元、数字量输出单元； 

电源为控制板中其余各个单元提供供电电源； 

模拟量输入单元采集电压电流信号，对电压电流信号的幅值进行滤波整形，得到滤波后电压电流信号，输出至主控单元； 

数字量输入单元采集数字量输入信号，输出至主控单元； 

IGBT光纤反馈单元的输入端连接光纤端子，对高压变频器的功率器件IGBT的状态进行监视，得到IGBT器件完好/失效信号，将IGBT器件完好/失效信号输出至主控单元； 

主控单元中设置的高压变频器控制算法，根据模拟量输入单元采集电压电流信号、数字量输入单元采集的现场数字量信号、IGBT光纤反馈单元的GBT完好/失效信号，进行计算，得到用户现场仪表所需要显示的电流、电压，高压变频器的主功率器件IGBT所需要的PWM脉冲输出，工业现场所需的数字量输出信号； 

主控单元读取IGBT光纤反馈单元输出的IGBT器件完好/失效信号，如果IGBT器件完好，则将IGBT所需要的PWM脉冲输出给PWM光纤输出单元，如果IGBT器件失效，或者当IGBT有一只失效，则封锁所有脉冲； 

PWM光纤输出单元的输入端接收主控单元输出的IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号，输出端连接光纤端子，将IGBT的PWM脉宽调制脉冲信号输出至高压变频器功率器件IGBT，负责对高压变频器功率器件IGBT触发； 

主控单元将用户现场仪表所需要显示的电流、电压等模拟量输出信号输出给模拟量输出单元；模拟量输出单元将主控单元生成的电流电压信号输出至现场仪表； 

主控单元将工业现场所需的数字量输出信号，输出给数字量输出单元；数字量输出单元将主控单元生成的数字量输出信号进行输出； 

主控单元内设置有PROFIUBS-DP通信单元的数据通信控制算法，PROFIUBS-DP通信单元通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过PROFIUBS-DP通信单元实现高压 变频器和PROFIUBS-DP工业现场总线的数据通信； 

主控单元内设置有VME总线通信扩展接口的数据通信控制算法，VME总线通信扩展接口通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过VME总线通信扩展接口实现高压变频器和VME总线的数据通信； 

主控单元内设置有串行通讯单元和数据处理单元的数据通信控制算法，串行通讯单元和数据处理单元通过数据地址总线和主控单元相连，主控单元通过串行通讯单元和数据处理单元实现高压变频器和标准RS232/RS485设备的数据通信。 

2.根据权利要求1所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，电源为直流24V的供电电源。 

3.根据权利要求1所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，模拟量输入单元采集的电压电流信号为0-10V或者4-20mA。 

4.根据权利要求1所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，主控单元采用DSP数字信号处理器和FPGA数字信号处理器相结合构成。 

5.根据权利要求4所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，DSP数字信号处理器为TI公司的TMS320F28335，FPGA数字信号处理器为ALTERA公司的EPF10K30。 

6.根据权利要求1所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，PROFIUBS-DP通信单元采用SIEMENS公司的SPC3PROFIUBS-DP开放式工业现场总线智能化接口芯片。 

7.根据权利要求1所述的一种集成多工控网络通信的级联型高压变频器全数字控制板，串行通讯单元和数据处理单元包括标准RS232/RS485接口芯片。 

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