CN103257642A - 变频器多机主从控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了变频器多机主从控制系统。其中，一种变频器多机主从控制系统可包括：主变频器、第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器；其中，主变频器的第四发送端口与第一从变频器的第一接收端口通信连接，主变频器的第四接收端口和第二从变频器的第二发送端口通信连接，第一从变频器的第一发送端口和第二从变频器的第二接收端口通过串行连接的N台第三从变频器通信连接，其中，N为大于或者等于0的整数。本发明实施例提供的技术方案有利于简化变频器系统的布线结构复杂性，提高变频器系统的稳定可靠性。

Description

变频器多机主从控制系统

技术领域

本发明主要涉及电力电子领域技术领域，具体涉及一种变频器多机主从控制系统。

背景技术

在变频器主从控制系统中，现阶段市场上的产品对于主从机间通信的设计主要是基于RS485总线通信方式。485总线通信方式的结构如图1所示，控制台通过485总线将系统运行频率传送至各变频器，同时各变频器将状态反馈信息通过总线传送至控制台。此外，控制台给出的系统起停机信号以及主变频器发送给从变频器的转矩信号均是通过单独硬线连接来实现。这种方式在现场应用中存在的问题是各种控制线布线复杂，串行总线布线过长。

研究和实践过程中发明人发现，现有的变频器系统在双机和多机主从控制应用时存在的一些缺陷：485总线方式的通信存在主、从机间通信方式本身存在抗干扰性弱，信号传输稳定性差的缺点。由于通信方式的限制，难以进行超远距离的信号传输。且主从系统控制结构复杂，多路信号线同时工作，安装操作繁琐。

发明内容

本发明实施例提供变频器多机主从控制系统，以期简化变频器系统的布线结构复杂性，提高变频器系统的稳定可靠性。

本发明一方面提供一种变频器多机主从控制系统，可包括：

主变频器、第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器；

其中，所述主变频器的第四发送端口与所述第一从变频器的第一接收端口通信连接，所述主变频器的第四接收端口和所述第二从变频器的第二发送端口通信连接，所述第一从变频器的第一发送端口和所述第二从变频器的第二接收端口通过串行连接的N台第三从变频器通信连接，其中，所述N为大于或者等于0的整数。

可选的，所述主变频器用于通过所述第四发送端口发送命令字、数据字和/或状态字，所述第一从变频器用于通过所述第一接收端口接收来自所述主变频器的命令字、数据字和/或状态字，并通过所述第一发送端口转发接收到的来自所述主变频器的命令字、数据字和/或状态字。

可选的，所述第二从变频器用于通过所述第二接收端口接收命令字、数据字和/或状态字，并通过所述第二发送端口转发接收到的命令字、数据字和/或状态字，所述主变频器还用于通过所述第四接收端口接收命令字、数据字和/或状态字。

可选的，所述命令字包括电源通断命令、变频器启停命令、系统输出频率命令和/或系统输出转矩命令。

可选的，所述主变频器的第四发送端口与所述第一从变频器的第一接收端口通过光纤通信连接。

可选的，所述主变频器的第四接收端口和所述第二从变频器的第二发送端口通过光纤通信连接。

可选的，所述主变频器、所述第一从变频器、所述第二从变频器和所述N台第三从变频器均包括相互通信连接的处理器与现场可编程门阵列，其中，所述主变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第四发送端口发送命令字、数据字和/或状态字；其中，所述第一从变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第一发送端口发送命令字、数据字和/或状态字；其中，所述第二从变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第二发送端口发送命令字、数据字和/或状态字。

可选的，所述第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器中的至少一个从变频器还包括，备用接收端口，并且该从变频器能够通过其备用接收端口接收命令，其中，该从变频器中的处理器或现场可编程门阵列还用于关闭或开启所述备用接收端口。

可选的，所述备用接收端口为光纤通信端口或以太网通信端口或电平信号通信端口或现场总线通信接口。

可选的，所述状态字包括：用于指示每台变频器的工作状态的状态指示字段；

可选的，所述数据字携带所述主变频器当前的运行频率或转矩。

可选的，所述命令字包括：第一命令字段、第二命令字段、第三命令字段、第四命令字段、第五命令字段、第六命令字段、第七命令字段和第九命令字段中的至少一个；

其中，所述第一命令字段用于携带起停命令；

所述第二命令字段用于携带故障复位命令；

所述第三命令字段用于携带动力电通断命令；

所述第四命令字段用于携带主机控制模式通知命令；

所述第五命令字段用于携带速度状态命令；

所述第六命令字段用于携带主机切换命令或撤销主机切换命令；

所述第七命令字段用于携带变频器编号；

所述第九命令字段用于携带主变频器给定的目标频率或目标转矩。

可以看出，在本发明一些实施例中，以串行的通信方式取代现有485总线通信方式，进而有利于消除传输信号抗干扰性差、传输距离短的缺陷，有利于实现抗干扰能力强的超远传输。主从系统控制结构相对简单，通信环路设计使通信线接线简化，安装操作简单，同时也有利于实现各单机的通用性，任意单机均可通过简单设置后充当为系统主机角色或从机角色，使整个系统的使用灵活简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的一种变频器多机主从控制系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种变频器多机主从控制系统的示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种变频器多机主从控制系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种从变频器的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种变频器多机主从控制系统的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种命令字的示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种命令字的示意图；

图8～9是本发明实施例提供的两种取值的命令字的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种数据字的示意图；

图11是本发明实施例提供的一种取值的数据字的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种状态字的示意图；

图13～14是本发明实施例提供的两种取值的状态字的示意图；

图15～图18是本发明实施例提供的几种变频器多机主从控制系统的故障示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供变频器多机主从控制系统，以期简化变频器系统的布线结构复杂性，提高变频器系统的稳定可靠性。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供一种变频器多机主从控制系统，可以包括：

主变频器、第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器；其中主变频器的第四发送端口与第一从变频器的第一接收端口通信连接，上述主变频器的第四接收端口和第二从变频器的第二发送端口通信连接，第一从变频器的第一发送端口和第二从变频器的第二接收端口通过串行连接的N台第三从变频器通信连接，其中，上述N为大于或者等于0的整数。

为便于更好的理解和实施本发明实施例的技术方案，下面通过几个附图进行举例说明。

参见图2，图2所示变频器多机主从控制系统包括：主变频器110、第一从变频器120、第二从变频器130和N台第三从变频器140；其中主变频器110的第四发送端口111与第一从变频器120的第一接收端口121通信连接，主变频器110的第四接收端口112和第二从变频器130的第二发送端口132通信连接，第一从变频器120的第一发送端口122和第二从变频器130的第二接收端口131通过串行连接的N台第三从变频器140通信连接，其中，上述N可为大于或者等于0的整数，其中图2中示出N大于0。

参见图3，图3所示变频器多机主从控制系统包括：主变频器110、第一从变频器120和第二从变频器130；其中主变频器110的第四发送端口111与第一从变频器120的第一接收端口121通信连接，主变频器110的第四接收端口112和第二从变频器130的第二发送端口132通信连接，第一从变频器120的第一发送端口122与第二从变频器130的第二接收端口131通信连接，其中，图2中示出N等于0，即不存在第三从变频器140。如图2和图3所示，各变频器接收端口、发送端口串行环接，形成通信环路。在理论上系统可支持任意数量的变频器组成的主从系统。

在本发明的一些实施例中，每台变频器均可配有具收、发功能的至少两个光纤端口（第一发送端口122、第一接收端口121、第二发送端口132、第二接收端口131、第四发送端口111、第四接收端口112等均可为光纤端口），各变频器间可通过端口连接的光纤传输线完成交互通信，所收发的信息可由变频器中的现场可编程门阵列（FPGA，Field－Programmable Gate Array）做统一处理后传递至变频器中的中央处理器（CPU，Central Processing Unit）做运算处理以响应光纤传递过来的例如命令字、数据字和/或状态字等信息，并且变频器中FPGA也可以将CPU处理后的命令字、数据字和/或状态字等变换为光信号之后通过光纤传递出去。其中，本发明各实施例提及的命令字可包括电源通断命令、变频器启停命令、系统输出频率命令和/或系统输出转矩命令等。

举例来说，主变频器110的第四发送端口111可与第一从变频器120的第一接收端口121通过光纤通信连接。主变频器110的第四接收端口112可与第二从变频器130的第二发送端口132通过光纤通信连接。

可以理解，在本发明一些实施例中，以通信方式为切入点，以光纤串行的通信方式取代现有485总线通信方式，进而有利于从根本上避免传输信号抗干扰性差、传输距离短的缺陷，有利于实现抗干扰能力强的超远传输。主从系统控制结构相对简单，通信环路设计使通信线接线简化，安装操作简单，同时也实现了各单机的通用性，任意单机均可通过简单设置后充当为系统主机角色或从机角色，使系统使用灵活简便。

在本发明的一些实施例中，主变频器110、第一从变频器120、第二从变频器130和N台第三从变频器140均包括相互通信连接的处理器与现场可编程门阵列，其中，主变频器110中的现场可编程门阵列可用于控制第四发送端口111发送命令字、数据字和/或状态字；第一从变频器120中的现场可编程门阵列可用于控制第一发送端口122发送命令字、数据字和/或状态字；其中第二从变频器130中的现场可编程门阵列用于控制第二发送端口132发送命令字、数据字和/或状态字等。N台第三从变频器140亦可按照类似方式发送命令字、数据字和/或状态字等。

在本发明的一些实施例中，主变频器110可用于通过第四发送端口111发送命令字、数据字和/或状态字等，第一从变频器120可用于通过第一接收端口121接收来自上述主变频器110的命令字、数据字和/或状态字，并可通过第一发送端口122转发（其中，对于可透传的数据可直接转发，对于需处理的数据则可在进行处理之后转发）接收到的来自主变频器110的命令字、数据字和/或状态字等。

在本发明的一些实施例中，第二从变频器130可用于通过第二接收端口131接收命令字、数据字和/或状态字，并通过第二发送端口132转发（其中，对于可透传的数据可直接转发，对于需处理的数据则可在进行处理之后转发）接收到的命令字、数据字和/或状态字，主变频器110还用于通过第四接收端口112接收命令字、数据字和/或状态字。

需要说明的是，本发明各实施例中的“转发”，可能是将接收到的数据不做修改而直接转发，也可能是将接收到的数据进行相应修之后转发，例如对于接收到的命令字、数据字和/或状态字中可透传的内容，则可不做修改而直接转发，而对于接收到的命令字、数据字和/或状态字中不可透传的内容，则可在对其进行修改之后转发。

在本发明的一些实施例中，上述从变频器（例如第一从变频器120、第二变频器130和/或第三变频器140等等）还包括备用接收端口且其能够通过上述外接收端口接收命令等，其中，从变频器中的处理器或现场可编程门阵列还可用于关闭或开启上述备用接收端口（例如，处理器可用于关闭上述备用接收端口，或者，处理器可用于开启上述备用接收端口；或者，现场可编程门阵列可用于关闭上述备用接收端口，或者，现场可编程门阵列可用于开启上述备用接收端口），也就是说，从变频器中的处理器或现场可编程门阵列可选择命令字的接收通道，以实现接收来自不同命令源的命令字。

举例来说，如图4所示，第一从变频器120可选择备用接收端口123或者接收端口121作为命令（如起停命令或动力电通断命令）的接收通道，其中，接收端口121可接收来自主变频器110的命令字等，而备用接收端口123可接收来自第三方设备的命令等。其中，各从变频器的备用接收端口亦可为光纤通信端口或以太网通信端口或电平信号通信端口或现场总线通信接口或其它类型的端口。

可以理解，若从变频器配置常规接收端口和备用接收端口，有利于使得从变频器的命令源选择变得更加灵活，有利于实现任意单机起停控制、上下电控制方式（主变频器控制、从变频器单机控制）的自由切换等功能，具有信号线设置简单，系统安装操作方便的特点。有利于实现某个变频器在不影响其它变频器的前提下自由地从系统切入或切出，单机控制更加灵活。

为便于更好的理解，下面举例几个应用场景对工作方式进行描述。

对于主变频器控制方案，在主从系统中，主变频器的命令字可来源于控制台等上层主控系统，主变频器的起停机以及动力电上下电动作均受上层主控系统命令控制。在执行命令时，主变频器将这些命令字通过光纤信号下发给各从变频器，以实现上层主控系统对所有变频器的控制。主变频器控制示意图如图3或图5所示。

对于单个从变频器单机起停控制方案，为保证对主从系统中每台从变频器的起停机功能与主机间的同步性，同时又可以在必要情况下实现单从变频器单机的单独控制，对于任何从变频器都可以自由选择起停机命令等控制命令的命令源通道。例如，当命令来自主变频器时，从变频器的CPU只接收主变频器的起停命令，从变频器跟随主变频器的起停命令工作；否则，从变频器可只接收第三方设备对其单机下发的外部起停命令。其中，从变频器可通过光纤传递给下一变频器的起停命令，无论从变频器起停命令源如何选择，通过光纤传递给其它从变频器的起停命令不受任何影响。

类似于起停命令通道，动力电通断的控制同样有主变频器控制和从变频器单独控制这两种命令源可以选择。当命令来自主变频器时，从变频器与主变频器的动力电通断保持同步；否则的话，从变频器可接收来自第三方设备对其单独下发的动力电通断电命令。如此，有利于保证在单个从动力电检修时，只通过命令分断检修机器动力电源，而主从系统中的其它变频器维持继续工作状态而不受影响。

参见图5，下面以一台主变频器拖动三台从变频器的场景为例，举例阐述变频器多机主从控制系统的工作方式。如图5中所示，上层主控系统的控制信号线只与主变频器连通，对主变频器510进行直接控制。主变频器510与三台从变频器之间通过光纤信号线实现串行通信。

举例来说，在为系统接通动力电时，可以根据实际应用需要分别设定各变频器的动力电命令源通道：当需要系统同步通电时，从变频器520、从变频器530和从变频器540的动力电命令源通道均设置为主变频器命令通道。此时当上层主控系统对主变频器510下达动力电合闸命令时，主变频器510在完成自身动力电合闸动作的同时，将此命令同步传递给三台从变频器，三台从变频器接收到命令后也完成动力电合闸动作，主从系统整体上电。

又例如，当不需要系统同步通电时（这里假设从变频器520不需要与系统同步通电），那么除从变频器520外的各从变频器动力电命令通道源设置为主变频器命令通道。此时，当上层主控系统对主变频器下达动力电合闸命令时，主变频器510将此命令同步传递给三台从变频器，从变频器530、从变频器540接收到命令后完成动力电合闸动作，而从变频器520由于动力电命令源通道不是主变频器命令通道，因此不响应主变频器510传递来的合闸命令，直到从变频器520接收到来自第三方设备对其单独下达的合闸信号之后，从变频器520才完成合闸动作。

又举例来说，当需要主从系统各变频器开始运行工作时，可以根据实际应用需要分别设定各变频器的起停命令源通道：当需要系统同步时，从变频器520、从变频器530和从变频器540的起停命令源通道均设置为主变频器命令通道。此时，当上层主控系统对主变频器510下达起停命令时，主变频器510在完成自身起动同时，将此命令同步传递给三台从变频器，三台从变频器接收到命令后也完成起动动作，主从系统同步开始工作。

又例如，当不需要系统同步起动时（这里假设从变频器520不需要与系统同步通电），那么除从变频器520外的各从变频器起停命令通道源设置为主变频器命令通道。此时，当上层主控系统对主变频器下达起停命令时，主变频器510将此命令同步传递给三台从变频器，从变频器530、从变频器540接收到命令后完成起动动作，从变频器520由于起停命令源通道不是主变频器命令通道，因此不响应主变频器510传递来的起动命令，直到从变频器520接收到来自第三方设备对其单独下达的起动命令之后，从变频器520才完成起动动作。

在本发明的一些实施例中，命令字例如可包括：第一命令字段、第二命令字段、第三命令字段、第四命令字段、第五命令字段、第六命令字段和第七命令字段、第九命令字段中的至少一个：

其中，第一命令字段可用于携带起停命令；第二命令字段可用于携带故障复位命令；第三命令字段可用于携带动力电通断命令；第四命令字段可用于携带主机控制模式通知命令；第五命令字段可用于携带速度状态命令；第六命令字段可用于携带主机切换命令或撤销主机切换命令；第七命令字段可用于携带变频器编号；

第九命令字段可用于携带主变频器给定的目标频率或目标转矩。

其中，主变频器或代理主变频器可利用命令字来传递各种命令，以控制通信环路上各从变频器（第一从变频器、第二从变频器和N个第三从变频器）运行。

为便于更好的理解和实施，下面举例一种16比特的命令字的结构。

参见图6和图7，其中，图7示出一种只包括1个命令字段（第九命令字段）的命令字结构，可称第二类命令字，图7示出一种包括8个命令字段的命令字结构，可称第一类命令字。

如图6所示，第一命令字段为两个比特（bit0～1），主变频器可利用第一命令字段携带起停命令，主变频器下达的起停命令可依次下发给变频器多机主从控制系统中各个从变频器，在从变频器起停命令源通道选为主变频器命令通道的情况下，从变频器跟随此命令做起停操作。

其中，第一命令字段携带的信息对各从变频器而言可以是透传的。

举例来说，当第一命令字段取值为00时可表示未携带任何命令；当第一命令字段取值为01时可表示携带了自由停机命令；当第一命令字段取值为01时可表示携带了减速停机命令；而当第一命令字段取值为11时则可表示携带了运行命令，以此类推。

如图6所示，第二命令字段为1个比特（bit2），主变频器可利用第二命令字段携带故障复位命令，变频器多机主从控制系统的各从变频器中的故障变频器若接收到第二命令字段携带的故障复位命令，且此时该故障变频器的故障已经排除，则可从故障状态转为非故障状态。

其中，第二命令字段携带的信息对各从变频器而言可以是透传的。

举例来说，当第二命令字段取值为0时可表示未携带任何命令；当第二命令字段取值为1时可表示携带了故障复位命令，以此类推。

如图6所示，第三命令字段为2个比特（bit3～4），主变频器可利用第三命令字段携带动力电通断命令。主变频器下达的起停命令可依次下发给变频器多机主从控制系统中各个从变频器，在从变频器动力电通断命令源通道选为主变频器命令通道的情况下，从变频器跟随此动力电通断命令做动力电开关通断操作。

其中，第三命令字段携带的信息对各从变频器而言可以是透传的。

举例来说，当第一命令字段取值为00时可表示未携带任何命令；当第一命令字段取值为01时可表示携带了变频命令；当第一命令字段取值为10时可表示携带了工频命令；而当第一命令字段取值为11时，则可表示携带了动力电切断命令，以此类推。

如图6所示，第四命令字段为1个比特（bit5），主变频器可利用第四命令字段携带主机控制模式通知命令，例如，当主变频器故障时，代理主变频器可根据此信息来确定当前需要切换到的控制模式（切换到与主变频器相同的控制模式），以代理变频器继续工作。

其中，第四命令字段携带的信息对各从变频器而言可以是透传的。

举例来说，当第一命令字段取值为0时可表示主变频器当前的控制模式为速度模式；当第一命令字段取值为1时可表示主变频器当前的控制模式为转矩模式，以此类推。

如图6所示，第五命令字段为2个比特（bit6～7），主变频器可利用第五命令字段携带速度状态命令，速度状态命令用以向各从变频器指示出主变频器当前的频率加减速状态。

其中，第五命令字段携带的信息对各从变频器而言可以是透传的。

举例来说，当第五命令字段取值为00时可表示主变频器当前以恒定频率运行；当第五命令字段取值为01时可表示主变频器当前以加速频率运行；当第五命令字段取值为10时可表示主变频器当前以减速频率运行，当第五命令字段取值为11时可表示未携带任何命令，以此类推。

如图6所示，第六命令字段为1个比特（bit8），主变频器可利用第六命令字段携带主机切换命令。主变频器可在其故障时下发主机切换命令，从接收到此主机切换命令的第一台从变频器起判断其是否具备代理主变频器的条件，若该从变频器不满足代理主变频器条件，则透传第六命令字段携带的内容；若该从变频器满足代理主变频器条件，该从变频器可切换到代理主变频器，并可清除第六命令字段携带的主机切换命令，继续向其它变频器传递清除了主机切换命令的命令字。

其中，第六命令字段携带的内容对各从变频器而言是非透传的，即各从变频器可能更新第六命令字段携带的内容。

举例来说，当第六命令字段取值为0时可表示未携带任何命令；当第六命令字段取值为1时可表示携带了主机切换命令，以此类推。

如图6所示，第七命令字段为4个比特（bit9～12），第七命令字段可用于携带变频器编号，假设主变频器为编号为0，从0号变频器开始沿通信环路依次传递，收到命令字后的从变频器，将第七命令字段携带的数值加1即标识为本变频器在变频器多机主从控制系统的编号，然后将第七命令字段携带的数值加1后的命令字继续转发，直到命令字通过通信环路再次传递至主变频器。由于此处以第七命令字段为4个比特为例，因此，此处的变频器多机主从控制系统最多允许串联15台从变频器。

其中，第七命令字段携带的内容对各从变频器而言是非透传的，即各从变频器将更新第七命令字段携带的内容。

如图6所示，第八命令字段为3个比特（bit13～15），第八命令字段可作为保留字段。

如图7所示，第二类命令字可包括第九命令字段（bit0～15），其中，第九命令字段可用于携带主变频器给定的目标频率或目标转矩，例如上层主控系统下发给主变频器的频率设定命令（主变频器为速度模式）或转矩设定命令（主变频器为转矩模式）。当主变频器发生故障停机时，从变频器可依照此设定命令所指示的目标频率或目标转矩来代理主变频器继续运行。

其中，第九命令字段携带的内容对各从变频器而言可以是透传的。

为便于理解，下面举例几个命令字进行说明。

举例来说，假设一台从变频器通过光纤接口接收其它变频器传递过来的如下的一条第一类命令字（命令字K1），如图8所示，其中，带有底纹的位为非透传位，其它位为透传位。

变频器通过解析接收到的命令字K1可获悉如下信息：

第一命令字段取值为11，表示第一命令字段携带了运行命令，若本从变频器未开始运行，则在收到命令字K1后立即起动运行，如已在运行过程当中则继续保持运行状态不变。

第二命令字段取值为0，表示第二命令字段未携带故障复位命令，因此本从变频器不进行故障复位的操作。

第三命令字段取值为00，表示第三命令字段未携带任何命令，由于主变频器未下达动力电通断命令，因此本从变频器不对动力电通断开关做任何操作。

第四命令字段取值为0，表示主变频器当前的控制模式为速度模式，因此本从变频器可据此获悉主变频器当前的控制模式为速度模式。

第五命令字段取值为01，表示主变频器当前处于加速运行状态。

第六命令字段取值为0，表示当前的主变频器（可能是代理变频器）未下发主机切换命令，可认为说明当前的主变频器运行正常，当前不需要自动切换主变频器。

第七命令字段取值为1011，表示发送命令字K1的上一个从变频器的编号为11，因此本从变频器的编号等于12，本从变频器可将第七命令字段取值为更新为1100之后再转发。

举例来说，如图9所示，假设一台从变频器通过光纤接口接收其它变频器传递过来的如下的一条第二类命令字（命令字K2）。

换算为十进制表示为18000，那么，这个命令字的意义可为：主变频器的控制模式为速度模式时，上层主控系统设定的目标运行频率大小为：180.00%×电机额定频率；主变频器控制模式为转矩模式时，上层主控系统设定的目标输出转矩大小为：180.00%×电机额定转矩，以此类推。

在本发明的一些实施例中，数据字可包括：用于指示主变频器下发的转速信号（如主变频器当前输出的频率大小，用以给从变频器做运行频率参考值）的数据字和用于指示主变频器下发的转矩信号的数据字（主变频器当前输出的转矩大小，用以给从变频器做输出转矩的参考值）。其中，从变频器在接收到数据字之后，可存储数据字，并向下一从变频器转发数据字，如此，通信环路上的各个从变频器均可接收到主变频器下发的用于指示主变频器下发的转速信号的数据字和/或用于指示主变频器下发的转矩信号的数据字。

在本发明的一些实施例中，状态字可包括：用于指示每台变频器工作状态的状态指示字段。如此，每台变频器可在接收到其它变频器传递过来的状态字之后，按照其自身工作状态，更新该状态字中与之对应的状态指示字段，以利用状态指示字段指示其当前工作状态，其中，工作状态可能是掉电、就绪、运行或故障等。每台变频器可在根据自身当前工作状态，更新状态字中与之对应的状态指示字段之后，转发更新后的状态字。可以理解，一个状态字可以记录多个变频器的工作状态，可利用一个或多个状态字记录通信环路上所有从变频器的工作状态，其中，主变频器根据接收到的状态字，即可获知通信环路上的所有从变频器（第一从变频器、第二从变频器和N个第三从变频器）当前的工作状态（掉电、就绪、运行或故障等）。

在本发明的一些实施例中，命令字、状态字和数据字的长度均可为16比特或其它长度。

为便于更好的理解和实施，参见图10，下面举例一种16比特的数据字。

举例来说，假设一台从变频器通过光纤接口接收其它变频器传递过来的如下的一条数据字（如图11所示的数据字S1）。

换算为十进制表示为18000，那么，这个数据字的意义可为：若主变频器当前的控制模式为速度模式时，则主变频器当前的运行频率大小为：180.00%×电机额定频率；若主变频器当前的控制模式为转矩模式，则主变频器当前的转矩大小为：180.00%×电机额定转矩，以此类推。

为便于更好的理解和实施，下面举例一种16比特的状态字。

其中，状态字可包括多个状态指示字段（如图12示出状态字包括8个状态指示字段），其中，例如，状态指示字段取值为00可表示对应变频器当前处于掉电状态，状态指示字段取值为01可表示对应变频器当前处于就绪状态；状态指示字段取值为10可表示对应变频器当前处于运行状态；状态指示字段取值为11可表示对应变频器当前处于故障状态。

举例来说，如图13和图14示，假设变频器多机主从控制系统中共串联了16台变频器，因此，由于1个状态字可用于记录8台变频器的工作状态，16台变频器共需两个状态字，假设主变频器通过光纤接口接收到从变频器传递过来的如下的两条状态字（如图13和图14中的状态字T1和状态字T2）。

其中，状态字T1和状态字T2中个状态指示字段的取值表示：

主变频器处于运行状态、从变频器1处于掉电状态、从变频器2处于故障状态、从变频器3处于掉电状态、从变频器4处于故障状态、从变频器处于5就绪状态、从变频器6处于运行状态、从变频器7处于运行状态、从变频器8处于就绪状态、从变频器9处于掉电状态、从变频器10处于故障状态、从变频器11处于运行状态、从变频器12处于就绪状态、从变频器13处于就绪状态、从变频器14处于掉电状态、从变频器15处于运行状态，以此类推。

每个变频器在从其它变频器接收到状态字之后，根据自身当前的工作状态来设定状态字中与之对应的状态指示字段的取值，以利用该状态指示字段指示出其当前的工作状态。

在本发明的一些实施例中，主变频器可用于，在其发生故障之后，切换到故障状态并通过第四发送端口发送主机切换命令，并且通过第四发送端口转发其通过第四接收端口接收到的来自第二从变频器的命令字和/或数据字；符合主变频器代理条件的第五从变频器，在接收到上述主机切换命令之后切换为代理主变频器，其中，上述代理主变频器用于，按照上述主变频器故障前的运行参数运行，其中，所述第五从变频器为第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器之中的其中一个。

在本发明的一些实施例中，上述主变频器还可用于，在其故障排除后切换到非故障状态，并追踪与上述主变频器对应的电机的运行频率，按照追踪到的运行频率拖动上述电机工作。

在本发明的一些实施例中，上述主变频器还可用于，在其故障排除后切换到主变频器状态，并通过第四发送端口发送撤销主机切换命令；其中，上述代理主变频器还用于，在接收到上述撤销主机切换命令之后切换到从变频器状态。

在本发明一些实施例中，代理主变频器还用于在其发生故障之后，切换到故障状态并发送主机切换命令，并且转发其接收到的来自其它变频器的命令字和/或数据字；符合主变频器代理条件的从变频器在接收到上述主机切换命令之后切换为第二代理主变频器，其中，第二代理主变频器用于，按照上述代理主变频器故障前的运行参数运行。

在本发明的一些实施例中，主变频器还可用于，在切换到故障状态之后，若接收到来自上层主控系统的减速停机命令或自由停机命令，则通过第四发送端口发送上述减速停机命令或自由停机命令，其中，接收到上述减速停机命令或自由停机命令的从变频器，按照上述减速停机命令或自由停机命令的指示减速停机或自由停机。

在本发明的一些实施例中，主变频器还用于，在切换到故障状态之后，若接收到来自上层主控系统的动力电切断命令，则通过第四发送端口发送上述动力电切断命令，其中，接收到上述动力电切断命令的从变频器若处于运行状态，则转发上述动力电切断命令并继续运行，接收到上述动力电切断命令的从变频器若处于非运行状态，则转发上述动力电切断命令并按照上述动力电切断命令的指示切断其动力电输入。

在本发明的一些实施例中，第四从变频器可用于，在其发生故障之后切换到故障状态，并转发接收到的来自变频器的命令字、数据字和/或状态字，其中，第四从变频器为第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器中的其中一个。

在本发明的一些实施例中，第四从变频器还可用于，在其故障排除后切换到非故障状态，并追踪与第四从变频器对应的电机的运行频率，按照追踪到的运行频率拖动上述电机工作。

为便于更好的理解，下面举例几个应用场景对变频器多机主从控制系统的故障处理方式进行描述。

参见图5，下面以一台主变频器拖动三台从变频器的场景为例，举例阐述变频器多机主从控制系统的故障处理方式。如图5中所示，上层主控系统的控制信号线只与主变频器510连通，对主变频器510进行直接控制。主变频器510与三台从变频器之间通过光纤信号线实现串行通信。

例如图15，假设变频器多机主从控制系统的所有变频器开始运行后，假设运行期间从变频器520发生故障，变频器520内CPU可控制变频器520停机。此时负责光纤信号传输的FPGA芯片不受故障影响，系统光纤串行通讯机制依然正常工作，所有从变频器跟随主变频器510继续运行。此时若需对变频器520做故障检修，可先将变频器520的动力电通断通道源设置为非主变频器命令通道，通过外部命令单独切断变频器520的动力电。故障排除后从变频器520重新合闸供电，接收到运行命令后变频器520自动追踪辨识当前电机运行转速并开始工作，完成故障从变频器平滑切入主从系统。

又例如，如图16示，假设在变频器多机主从控制系统运行过程中，主变频器510发生了故障，主变频器510的CPU可控制主变频器510停机，主变频器510命令字下发主机切换命令（其中，主机切换命令可在主变频器510恢复其主变频器地位前一直发送）。最先收到主机切换命令的从变频器520会先判断自身是否具有主变频器代理条件。假如变频器520已经处于故障停机状态，那么其当然不具备代理主机的条件，主机切换命令会再次被传递到从变频器530，由从变频器530判断自身是否具有代理主机的条件，如从变频器530此时工作状态正常，从变频器530可切换为代理主变频器，代理主变频器可通过接收到的第一类命令字判断主变频器510故障前的控制模式（转速模式或转矩模式），代理主变频器可根据第二命令字（第二命令字携带上层主控系统设定的目标转速或转矩）调整自身运行参数，以按照和故障前主变频器510完全相同运行参数运行。其中，代理主变频器可清除第一类命令字中的第六命令字段携带的主机切换命令，继续向其它变频器传递清除了主机切换命令的第一类命令字。

在此之后，变频器多机主从控制系统中各变频器之间传递的数据字由代理主变频器（即从变频器530）发出，从变频器540根据可这一数据字来调整自身运行状态。

又例如，如图17示，假设代理主变频器（即从变频器530）在代理主变频器的过程中也发生故障，代理主变频器530的CPU可控制其停机，代理主变频器530可利用第一类命令字下发主机切换命令。正在运行中的从变频器540收到此主机切换命令后，从变频器540可切换为代理主变频器，代理主变频器540可通过接收到的第一类命令字判断变频器530故障前的控制模式（转速模式或转矩模式），代理主变频器540可根据第二命令字（第二命令字携带上层主控系统设定的目标转速或转矩）调整自身运行参数，以按照和变频器530故障前完全相同运行参数运行。其中，代理主变频器540可清除第一类命令字中的第六命令字段携带的主机切换命令，继续向其它变频器传递清除了主机切换命令的第一类命令字。

对主变频器510做断电检修时，通过上层主控系统对主变频器510下发动力电分闸命令（根据控制器逻辑设定，运行中的从变频器530和从变频器540可不响应第一类命令字中的动力电分闸命令），故障检修完成后，再重新通过上层主控系统对主变频器510动力电做合闸处理。如图18示，此时对主变频器510下达起动运行命令，主变频器510追踪辨识电机运行频率起动运行，待主变频器510运行稳定后下发撤销主机切换命令，并重新下发数据字。当包含撤销主机切换命令的第一类命令字通过串行光纤传递至代理主变频器540时，代理主变频器540终止代理，停止发送数据字，按自身初始设定运行状态工作并根据主机下发的数据字调整自身状态。

可以看出，在本发明一些实施例中，以串行的通信方式取代现有485总线通信方式，进而有利于消除传输信号抗干扰性差、传输距离短的缺陷，有利于实现抗干扰能力强的超远传输。主从系统控制结构相对简单，通信环路设计使通信线接线简化，安装操作简单，同时也有利于实现各单机的通用性，任意单机均可通过简单设置后充当为系统主机角色或从机角色，使整个系统的使用灵活简便。主变频器和从变频器之间基于通信环路可靠的传递命令字、数据字和/或状态字，有利于提高可控制面控制的可靠性和简易型。进一步的，提供多种命令字，有利于满足多种应用场景下的系统控制需求。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些端口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质例如可包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种变频器多机主从控制系统，其特征在于，包括：

主变频器、第一从变频器、第二从变频器和N台第三从变频器；

其中，所述主变频器的第四发送端口与所述第一从变频器的第一接收端口通信连接，所述主变频器的第四接收端口和所述第二从变频器的第二发送端口通信连接，所述第一从变频器的第一发送端口和所述第二从变频器的第二接收端口通过串行连接的N台第三从变频器通信连接，其中，所述N为大于或者等于0的整数。

2.根据权利要求1所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，

所述主变频器用于通过所述第四发送端口发送命令字、数据字和/或状态字，所述第一从变频器用于通过所述第一接收端口接收来自所述主变频器的命令字、数据字和/或状态字，并通过所述第一发送端口转发接收到的来自所述主变频器的命令字、数据字和/或状态字。

3.根据权利要求1所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，所述第二从变频器用于通过所述第二接收端口接收命令字、数据字和/或状态字，并通过所述第二发送端口转发接收到的命令字、数据字和/或状态字，所述主变频器还用于通过所述第四接收端口接收命令字、数据字和/或状态字。

4.根据权利要求2所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，所述命令字包括电源通断命令、变频器启停命令、系统输出频率命令和/或系统输出转矩命令。

5.根据权利要求1所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，

所述主变频器的第四发送端口与所述第一从变频器的第一接收端口通过光纤通信连接。

6.根据权利要求1所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，

所述主变频器的第四接收端口和所述第二从变频器的第二发送端口通过光纤通信连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，

所述主变频器、所述第一从变频器、所述第二从变频器和所述N台第三从变频器均包括相互通信连接的处理器与现场可编程门阵列，其中，所述主变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第四发送端口发送命令字、数据字和/或状态字；其中，所述第一从变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第一发送端口发送命令字、数据字和/或状态字；其中，所述第二从变频器中的现场可编程门阵列用于控制所述第二发送端口发送命令字、数据字和/或状态字。

8.根据权利要求7所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，

所述第一从变频器、所述第二从变频器和所述N台第三从变频器中的至少一个从变频器还包括，备用接收端口，并且该从变频器能够通过其备用接收端口接收命令，其中，该从变频器中的处理器或现场可编程门阵列还用于关闭或开启所述备用接收端口。

9.根据权利要求8所述的变频器多机主从控制系统，其特征在于，所述备用接收端口为光纤通信端口或以太网通信端口或电平信号通信端口或现场总线通信接口。

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