CN106081166B - 一种大功率驱动装置的热备份控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

一种大功率驱动装置的热备份控制方法：s210，设置与分布在发射平台两侧的电机数量相等的变频器，电机和变频器电气连接一一对应，全部处于运行工况中，发射平台正常运转；s220，检测各变频器工作状态；s230，判断变频器是否故障，是则执行s240，否则执行s220；s240，停止故障变频器的功率输出；s250，判断停止与故障变频器机械位置对应的另一台变频器，系统驱动功率是否会小于最小驱动功率，是则执行s270，否则执行s260；s260，停止故障变频器机械位置对应的另一台变频器的功率输出，执行s220；s270，向上位系统发送告警信息；s280，进程结束。能够实时监控各交流电机和变频器的工作状态和功率输出，确保驱动电机输出功率变化时在活动发射平台两侧保持平衡，活动发射平台正常行驶。还包括控制系统。

Description

一种大功率驱动装置的热备份控制方法和控制系统

技术领域

本发明的目的是提供一种驱动控制方法和控制系统，特别是提供一种多个驱动装置的控制方法和控制系统。

背景技术

活动发射平台驱动控制系统是活动发射平台的重要组成部分，在运载火箭平稳、安全地在技术厂房与发射工位之间的垂直转运任务中起到重要作用。

现有活动发射平台的驱动装置具有8台交流电机和6台变频器，通过电缆连接确定电机与变频器的对应关系，通过参数设置确定上位机与变频器的对应关系。发射平台运行时，只有四台电机和四台变频器同时工作。若在工作过程中变频器发生故障报警停止输出时，必须停止所有电机运行，切断电源后，通过更换电缆连接方式重新选择投入使用的变频器与电机，通过重新设置参数确定上位机控制的变频器，即采用冷备份的控制方法。这会造成活动发射平台持续行走可靠性低，故障排除时间成本高，无法形成故障类型的分级管理。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率驱动装置的热备份控制方法，解决现有驱动控制方法无法有效形成驱动功率的动态均衡分布保证活动发射平台持续行走的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种大功率驱动装置的热备份控制系统，解决现有驱动控制系统无法有效形成驱动功率的均衡布局结构保证活动发射平台持续行走的技术问题。

本发明的一种大功率驱动装置的热备份控制方法，包括以下步骤：

s210，设置与分布在发射平台两侧的电机数量相等的变频器，电机和变频器电气连接一一对应，全部处于运行工况中，发射平台正常运转；

s220，检测各变频器工作状态；

s230，判断变频器是否故障，是则执行s240，否则执行s220；

s240，停止故障变频器的功率输出；

s250，判断停止与故障变频器机械位置对应的另一台变频器，系统驱动功率是否会小于最小驱动功率，是则执行s270，否则执行s260；

s260，停止故障变频器机械位置对应的另一台变频器的功率输出，执行s210；

s270，向上位系统发送告警信息；

s280，进程结束。

所述步骤s220包括以下步骤：

接收变频器的输出电压、输出电流、输出频率数据，形成调整变频器输出功率的反馈数据，根据反馈数据检测变频器工作状态；

变频器的工作状态数据通过连接的PROFIBUS-DP总线上传。

所述步骤s230包括以下步骤：

通过PROFIBUS-DP总线接收上传的变频器的工作状态数据，判断是否存在变频器故障；

或根据反馈数据检测工作状态是否存在变频器故障。

所述步骤s240包括以下步骤：

形成控制数据通过PROFIBUS-DP总线下发至相应变频器，关闭故障变频器的功率输出；

或变频器调整输出功率至关闭。

所述步骤s250包括以下步骤：

根据上位机系统的控制策略判断故障变频器机械位置对应的另一台变频器功率输出关闭后是否满足系统驱动功率。

本发明的大功率驱动装置的热备份控制系统，包括驱动装置和主控装置，所述驱动装置包括从站控制器、变频器、编码反馈控制器、制动单元、编码器和制动电阻，其中：

从站控制器，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，上传下位部件的实时状态数据，下传上位系统的控制数据；

变频器，用于接收上位系统的控制数据，将输入的电源转换为驱动电机的输出功率信号，根据反馈数据调整(增强、减小或关闭)输出功率信号，发送实时状态数据；

编码反馈控制器，用于接收电机的转动速度数据，形成调整变频器输出频率的反馈数据；

制动单元，用于电机制动时，调节变频器再生电能的消耗速率；

编码器，用于采集电机的转动信号，形成转动速度数据输出；

制动电阻，用于电机制动时，消耗变频器再生电能。

所述主控装置为两个，各连接一条PROFIBUS-DP总线，包括数字信号输入模块、运算控制器、主站控制器和单向通信模块，其中：

数字信号输入模块，用于接收各传感器的数字输入信号，并封装输出；

运算控制器，用于接收从站状态数据上传，根据上位系统的控制策略形成从站的控制数据，根据从站的状态数据形成相应从站的控制数据；(针对从站，运算控制器控制数据也属于上位系统的控制数据)

主站控制器，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，与从站控制器形成通信链路，形成数据的上行汇聚和下行分发；

单向通信模块，用于与其他单向通信模块建立受控的双向通信链路的中继。

与电机相应的所述驱动装置分为两组，每组驱动装置连接一条PROFIBUS-DP总线。

所述电机在发射平台的一侧的设置顺序为117-01、电机117-09、电机117-02、电机117-10、电机117-03、电机117-11、电机117-04和电机117-12，在发射平台的对侧，设置顺序为电机117-08、电机117-16、电机117-07、电机117-15、电机117-06、电机117-14、电机117-05和电机117-13。

所述发射平台边缘的四个顶角，顺序安装作为限位传感器的第一行程开关、第二行程开关、第三行程开关和第四行程开关；

在发射平台的四个象限设置四个转接箱，每个转接箱通过电缆网络为四个电机的制动器、除湿器和散热器提供控制信号连接；

驱动装置的变频器与其机械位置对应的另一台驱动装置的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-01与驱动装置100-08的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-02与驱动装置100-07的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-03与驱动装置100-06的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-04与驱动装置100-05的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-09与驱动装置100-16的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-10与驱动装置100-15的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-11与驱动装置100-14的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-12与驱动装置100-13的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中。

本发明的大功率驱动装置的热备份控制方法能够实时监控各交流电机和变频器的工作状态和功率输出，形成对驱动功率动态均衡状态的及时判断和处理，确保驱动电机输出功率变化时在活动发射平台两侧保持平衡，不影响活动发射平台正常行驶。

本发明的大功率驱动装置的热备份控制系统实现了众多交流电机和变频器分布式的模块化连接结构，根据发射平台负荷需求可以快速组合或拆分，保证了部件设备的通用性。从连接结构上保证关联设备的个体故障带来的功率变化会及时反馈至关联设备的其他个体，并形成及时的功率变化响应，抑制了局部故障对活动发射平台两侧的功率平衡的影响。

附图说明

图1为本发明大功率驱动装置的热备份控制系统的驱动装置的硬件架构示意图；

图2为本发明大功率驱动装置的热备份控制系统的系统连接示意图；

图3为本发明大功率驱动装置的热备份控制系统的硬件布设示意图；

图4为本发明大功率驱动装置的热备份控制方法的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施例的大功率驱动装置的热备份控制系统的驱动装置100包括从站控制器111、变频器112、编码反馈控制器113、制动单元114、编码器115和制动电阻116，其中：

从站控制器111，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，上传下位部件的实时状态数据，下传上位系统的控制数据；

变频器112，用于接收上位机系统的控制数据，将输入的电源转换为驱动电机的输出功率信号，根据反馈数据调整(增强、减小或关闭)输出功率信号，发送实时状态数据；

编码反馈控制器113，用于接收电机的转动速度数据，形成调整变频器输出频率的反馈数据；

制动单元114，用于电机制动时，调节变频器再生电能的消耗速率；

编码器115，用于采集电机的转动信号，形成转动速度数据输出；

制动电阻116，用于电机制动时，消耗变频器再生电能。

从站控制器111上行数据端口连接PROFIBUS-DP总线，变频器112的受控数据端口连接从站控制器111下行数据端口，变频器112的功率输出端口连接电机117功率输入端口，编码器115的数据输出端口连接变频器112的数据反馈端口，制动单元114和制动电阻116串接在变频器112的直流母线回路上。

如图2所示，本实施例的大功率驱动装置的热备份控制系统配置与电机数量相应的驱动装置100。

本实施例的大功率驱动装置的热备份控制系统包括两条PROFIBUS-DP总线，每条PROFIBUS-DP总线连接一个主控装置，配置的驱动装置100划分为两组，各连接一条PROFIBUS-DP总线，主控装置包括数字信号输入模块、运算控制器、主站控制器和单向通信模块，其中：

数字信号输入模块，用于接收各传感器的数字输入信号，并封装输出；

运算控制器，用于接收从站状态数据上传，根据上位系统的控制策略形成从站的控制数据，根据从站的状态数据形成相应从站的控制数据；(针对从站，运算控制器控制数据也属于上位系统的控制数据)

主站控制器，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，与从站控制器111形成通信链路，形成数据的上行汇聚和下行分发；

单向通信模块，用于与其他单向通信模块建立受控的双向通信链路的中继。

主控装置中，主站控制器的第一下行端口连接PROFIBUS-DP总线，主站控制器上行端口连接运算控制器第一数据端口，运算控制器第二数据端口连接数字信号输入模块的数据输出端口，数字信号输入模块的数据输入端口分别连接各限位传感器120，主站控制器的第二下行端口连接单向通信模块的双向通信端口，双向通信端口通过一个单向输出端口和一个单向输入端口与另一个主控装置的单向通信模块形成主控装置间的中继通信链路。

主控装置中，运算控制器第三数据端口通过交换机与上位系统数据连接，一个主控装置的运算控制器第四数据端口连接控制面板。

如图3所示，本实施例的大功率驱动装置的热备份控制系统配置与16个电机117对应16个驱动装置100，对应附图标记为100-01…100-16，相应电机117的附图标记为117-01…117-16，一组驱动装置对应驱动装置100-01至驱动装置100-08，另一组驱动装置对应驱动装置100-09至驱动装置100-16。每个电机117周边通过电缆网络连接有受控的制动器、除湿器和散热器。

在发射平台的一侧，顺序设置电机117-01、电机117-09、电机117-02、电机117-10、电机117-03、电机117-11、电机117-04和电机117-12，在发射平台的对侧，顺序设置电机117-08、电机117-16、电机117-07、电机117-15、电机117-06、电机117-14、电机117-05和电机117-13。

在发射平台边缘的四个顶角，顺序安装作为限位传感器的第一行程开关121、第二行程开关122、第三行程开关123和第四行程开关124。

在发射平台的四个象限设置四个转接箱130，每个转接箱130通过电缆网络为四个电机的制动器、除湿器和散热器提供控制信号连接。

驱动装置的变频器与其机械位置对应的另一台驱动装置的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-01与驱动装置100-08的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-02与驱动装置100-07的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-03与驱动装置100-06的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-04与驱动装置100-05的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-09与驱动装置100-16的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-10与驱动装置100-15的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-11与驱动装置100-14的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-12与驱动装置100-13的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中。

本发明的大功率驱动装置的热备份控制系统由16台交流电机和16台变频器组成，交流电机与变频器通过电缆连接固化，电气连接一一对应。发射平台运行时，16台交流电机和16台变频器同时工作。若在工作过程中某一变频器发生故障报警停止输出时，驱动系统检测到变频器故障后，进行判断，在系统驱动功率大于最小驱动功率需求时，驱动系统可立即停止机械位置与之对应的另一台变频器的输出，确保活动发射平台两侧驱动电机输出功率平衡，不影响发射平台的转运工作。

如图4所示，本发明大功率驱动装置的热备份控制方法的控制流程包括：

s210，设置与分布在发射平台两侧的电机数量相等的变频器，电机和变频器电气连接一一对应，全部处于运行工况中，发射平台正常运转；

s220，检测各变频器工作状态；

s230，判断变频器是否故障，是则执行s240，否则执行s220；

s240，停止故障变频器的功率输出；

s250，判断停止与故障变频器机械位置对应的另一台变频器，系统驱动功率是否会小于最小驱动功率，是则执行s270，否则执行s260；

s260，停止故障变频器机械位置对应的另一台变频器的功率输出，执行s210；

s270，向上位系统发送告警信息；

s280，进程结束。

控制流程中，步骤s220是通过变频器112或驱动装置100执行，包括以下步骤：

从站控制器111接收变频器的输出电压、输出电流、输出频率，形成调整变频器112输出功率的反馈数据，根据反馈数据检测变频器112工作状态。

从站控制器111将变频器112的工作状态数据通过连接的PROFIBUS-DP总线上传。

控制流程中，步骤s230是通过变频器112或主控装置执行，包括以下步骤：

主控装置通过PROFIBUS-DP总线接收各从站控制器111上传的变频器112的工作状态数据，判断是否存在变频器112故障；

变频器112根据反馈数据检测工作状态是否存在变频器112故障。

控制流程中，步骤s240是通过变频器112或主控装置执行，包括以下步骤：

主控装置形成控制数据通过PROFIBUS-DP总线下发至相应变频器112，关闭故障变频器112的功率输出；

变频器112调整输出功率至关闭。

控制流程中，步骤s250是通过主控装置执行，包括以下步骤：

主控装置根据上位机系统的控制策略判断故障变频器112的机械位置对应的另一台变频器功率输出关闭后是否满足系统驱动功率；

主控装置在满足系统驱动功率时，形成控制数据通过PROFIBUS-DP总线下发至相应的机械位置对应的另一台变频器112，关闭机械位置对应的另一台变频器112的功率输出。

控制流程中，采用分布设置的两个主控装置分别控制相连PROFIBUS-DP总线上的从站控制器111控制相应的机械位置对应的另一台变频器。

本发明的大功率驱动装置的热备份控制方法在驱动功率大于最小驱动功率需求时，任一台变频器发生故障报警停止输出时均可立即停止机械位置与之对应的另一台变频器的输出，确保活动发射平台两侧驱动电机输出功率平衡，不影响活动发射平台正常行驶。

发射平台运行时，16台交流电机和16台变频器同时工作。主控装置的运算控制器能够通过Profibus-DP总线采集变频器的输出电压、输出电流、输出频率和报警信息，并通过以太网发送给上位机显示、存储，也能够通过Profibus-DP总线控制变频器的输出与关断。

当某一台变频器的某些输出参数超出变频器预设的输出范围，变频器会自动报警并关断输出。主控装置的运算控制器能够通过Profibus-DP总线检测变频器的工作状态，即能够确认并定位故障报警的变频器，也能够计算出当前正常工作的变频器数量。在系统驱动功率大于最小驱动功率需求时，运算控制器通过Profibus-DP总线停止机械位置与故障报警变频器对应的另一台变频器的输出，确保活动发射平台两侧驱动电机输出功率平衡，不影响发射平台的转运工作。在系统驱动功率不大于最小驱动功率时，某一台变频器发生故障停止输出后，运算控制器通过以太网通知上位机发出报警提示信号，由操作人员按照故障处理预案进行操作。

例如，发射平台运行时，16台交流电机和16台变频器同时工作。若由于某种原因交流电机1出现故障，变频器1报警并关断输出。主控装置的运算控制器能够通过Profibus-DP总线检测变频器1故障报警，也能够计算出当前正常工作的变频器数量为15。由于正常运行的电机数量为15台，大于驱动系统最小驱动功率即8台电机正常工作，运算控制器通过Profibus-DP总线停止机械位置与故障报警变频器1对应的另一台变频器8的输出。

若由于某种原因交流电机2出现故障，变频器2报警并关断输出。主控装置的运算控制器能够通过Profibus-DP总线检测变频器2故障报警，也能够计算出当前正常工作的变频器数量为13。由于正常运行的电机数量为13台，大于驱动系统最小驱动功率即8台电机正常工作，运算控制器通过Profibus-DP总线停止机械位置与故障报警变频器2对应的另一台变频器7的输出。

若由于某种原因交流电机1～8均停止工作，此时变频器9报警并关断输出。主控装置的运算控制器能够通过Profibus-DP总线检测变频器9故障报警，也能够计算出当前正常工作的变频器数量为7。由于正常运行的电机数量为7台，不大于驱动系统最小驱动功率即8台电机正常工作，运算控制器通过以太网通知上位机发出报警提示信号，由操作人员按照故障处理预案进行操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种大功率驱动装置的热备份控制方法，包括以下步骤：

s210，设置与分布在发射平台两侧的电机数量相等的变频器，电机和变频器电气连接一一对应，全部处于运行工况中，发射平台正常运转；

s220，检测各变频器工作状态；

所述步骤s220包括以下步骤：

接收变频器的输出电压、输出电流、输出频率数据，形成调整变频器输出功率的反馈数据，根据反馈数据检测变频器工作状态；

变频器的工作状态数据通过连接的PROFIBUS-DP总线上传；

s230，判断变频器是否故障，是则执行s240，否则执行s220；

所述步骤s230包括以下步骤：

通过PROFIBUS-DP总线接收上传的变频器的工作状态数据，判断是否存在变频器故障；

或根据反馈数据检测工作状态是否存在变频器故障

s240，停止故障变频器的功率输出；

s250，判断停止与故障变频器机械位置对应的另一台变频器，系统驱动功率是否会小于最小驱动功率，是则执行s270，否则执行s260；

s260，停止故障变频器机械位置对应的另一台变频器的功率输出，执行s210；

s270，向上位系统发送告警信息；

s280，进程结束。

2.如权利要求1所述的大功率驱动装置的热备份控制方法，所述步骤s240包括以下步骤：

形成控制数据通过PROFIBUS-DP总线下发至相应变频器，关闭故障变频器的功率输出；

或变频器调整输出功率至关闭。

3.如权利要求1所述的大功率驱动装置的热备份控制方法，所述步骤s250包括以下步骤：

根据上位机系统的控制策略判断故障变频器机械位置对应的另一台变频器功率输出关闭后是否满足系统驱动功率。

4.一种大功率驱动装置的热备份控制系统，包括驱动装置和主控装置，所述驱动装置(100)包括从站控制器(111)、变频器(112)、编码反馈控制器(113)、制动单元(114)、编码器(115)和制动电阻(116)，其中：

从站控制器(111)，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，上传下位部件的实时状态数据，下传上位系统的控制数据；

变频器(112)，用于接收上位系统的控制数据，将输入的电源转换为驱动电机的输出功率信号，根据反馈数据调整输出功率信号，发送实时状态数据；

编码反馈控制器(113)，用于接收电机的转动速度数据，形成调整变频器输出频率的反馈数据；

制动单元(114)，用于电机制动时，调节变频器再生电能的消耗速率；

编码器(115)，用于采集电机的转动信号，形成转动速度数据输出；

制动电阻(116)，用于电机制动时，消耗变频器再生电能。

5.如权利要求4所述的大功率驱动装置的热备份控制系统，其特征在于：所述主控装置为两个，各连接一条PROFIBUS-DP总线，包括数字信号输入模块、运算控制器、主站控制器和单向通信模块，其中：

数字信号输入模块，用于接收各传感器的数字输入信号，并封装输出；

运算控制器，用于接收从站状态数据上传，根据上位系统的控制策略形成从站的控制数据，根据从站的状态数据形成相应从站的控制数据；

主站控制器，用于与PROFIBUS-DP总线数据连接，与从站控制器(111)形成通信链路，形成数据的上行汇聚和下行分发；

单向通信模块，用于与其他单向通信模块建立受控的双向通信链路的中继。

6.如权利要求5所述的大功率驱动装置的热备份控制系统，其特征在于：与电机(117)相应的所述驱动装置(100)分为两组，每组驱动装置(100)连接一条PROFIBUS-DP总线。

7.如权利要求6所述的大功率驱动装置的热备份控制系统，其特征在于：所述电机(117)在发射平台的一侧的设置顺序为117-01、电机117-09、电机117-02、电机117-10、电机117-03、电机117-11、电机117-04和电机117-12，在发射平台的对侧，设置顺序为电机117-08、电机117-16、电机117-07、电机117-15、电机117-06、电机117-14、电机117-05和电机117-13。

8.如权利要求7所述的大功率驱动装置的热备份控制系统，其特征在于：所述发射平台边缘的四个顶角，顺序安装作为限位传感器的第一行程开关(121)、第二行程开关(122)、第三行程开关(123)和第四行程开关(124)；

在发射平台的四个象限设置四个转接箱(130)，每个转接箱(130)通过电缆网络为四个电机的制动器、除湿器和散热器提供控制信号连接；

驱动装置的变频器与其机械位置对应的另一台驱动装置的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-01与驱动装置100-08的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-02与驱动装置100-07的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-03与驱动装置100-06的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-04与驱动装置100-05的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-09与驱动装置100-16的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-10与驱动装置100-15的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-11与驱动装置100-14的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中，驱动装置100-12与驱动装置100-13的变频器设置在发射平台的一个变频器柜中。