CN110687857B - 一种双cpu冗余互备智能驱动器主控板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双CPU冗余互备智能驱动器主控板，包括主CPU、从CPU、双口RAM、硬件看门狗、PWM复用电路、IO复用电路、采样回路和主电路板，所述主CPU和从CPU均通过一组数据和地址总线与双口RAM连接，用于主CPU和从CPU进行数据交换，所述主CPU和从CPU均与硬件看门狗连接，所述硬件看门狗用于实时监控主CPU和从CPU的心跳脉冲，所述主CPU和从CPU分别通过一组PWM选通电路与PWM复用电路连接，所述PWM复用电路的输出端连接主电路板的输入端，所述PWM复用电路用于将选通后的主CPU或从CPU发出的IGBT控制信号传送至主电路板。本发明能够通过双CPU的配合设置，使从CPU在主CPU故障后立即启动工作，保证驱动器连续工作输出正常电流，进而维持电机的稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机和变频器技术领域，尤其涉及一种双CPU冗余互备智能驱动器主控板。
背景技术
伺服驱动和变频器大量运用于各种需要电机调速的工作场合，在火力发电、化工、核电、轨道交通、军工、航空等领域有广泛应用。电机驱动器作为动力输出设备、工艺调节设备或运动控制设备，多数作为重要关键主机设备，对可靠性要求极高。
目前，大量变频和电机驱动设备采用了单CPU控制芯片，一旦CPU出现硬件损失不能正常工作，或者由于软件设计错误、电磁干扰、电源波动等原因导致CPU死机或者停止输出，此时电机驱动器输出电流波形必然发生失控现象，输出电流波形不能连续可控调节，导致电机速度调节异常。特别是在一些对运动控制速度和转矩要求较高的场合，电流波动会导致转矩和速度不能按控制要求输出，引起严重后果。在某些场合也有采用双驱动器互备技术方案的，但是在驱动器损坏时仍然无法正常切换，影响使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种双CPU冗余互备智能驱动器主控板，通过双CPU的配合设置，能使从CPU在主CPU故障后立即启动工作，保证驱动器连续工作输出正常电流，进而维持电机的稳定运行。
本发明采用的技术方案为：一种双CPU冗余互备智能驱动器主控板，包括主CPU、从CPU、双口RAM、硬件看门狗、PWM复用电路、IO复用电路、采样回路和主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过一组数据和地址总线与双口RAM连接，用于主CPU和从CPU进行数据交换；
所述主CPU和从CPU均与硬件看门狗连接，所述硬件看门狗用于实时监控主CPU和从CPU的心跳脉冲；
所述主CPU和从CPU分别通过一组PWM选通电路与PWM复用电路连接，用于将主CPU和从CPU输出的PWM脉冲进行选通，所述PWM复用电路的输出端连接主电路板的输入端，所述PWM复用电路用于将选通后的主CPU或从CPU发出的IGBT控制信号传送至主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过IO复用电路与IO接口板连接，所述IO复用电路用于实现IO接口板和主CPU、从CPU的切换；
所述主CPU和从CPU的输入端均通过采样回路和主电路板的输出端连接，所述采样回路用于将主电路板的实时电压、电流和温度信号分别传送至主CPU和从CPU。
优选的，所述主CPU、从CPU均连接有就地操作器通信端口和远程通信端口，所述硬件看门狗和就地操作器通信端口连接。
优选的，所述主CPU、从CPU均连接有就地操作器通信端口和远程通信端口，所述硬件看门狗和就地操作器通信端口连接。
优选的，所述的双口RAM采用通用IC集成芯片，所述通用IC集成芯片采用门电路集成。
优选的，所述的主CPU和从CPU的型号均为TMS28335。
优选的，所述的硬件看门狗的型号为TPL5010。
优选的，所述的双口RAM的型号为CY7C024AV。
优选的，所述的就地操作器通信端口和远程通信端口均为RS485接口。
优选的，所述的双口RAM的单次操作时间为15ns，所述的双口RAM的容量为4k字。
优选的，所述的主CPU和从CPU发出喂狗脉冲的时间间隔为20μs。
本发明的有益效果是：通过主CPU、从CPU、双口RAM、硬件看门狗和PWM复用电路的配合设置，能够使双口RAM保存主CPU和从CPU运行过程中的各种数据，且主CPU和从CPU通过双口RAM能够访问对方数据，在硬件看门狗监测到主CPU异常工作时，会将中断触发信号发送到从CPU，从CPU启动运行，进而从CPU将IGBT控制信号通过PWM复用电路传送至主电路板，从而在主CPU发生故障后，从CPU能够在短时间内立即启动工作，使驱动器输出正常电流，进而保证电机转速转矩的稳定输出，维持正常的工作运行。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明所述硬件看门狗的原理图。
具体实施方式
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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明包括主CPU、从CPU、双口RAM、硬件看门狗、PWM复用电路、IO复用电路和采样回路和主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过一组数据和地址总线与双口RAM连接，用于主CPU和从CPU进行数据交换，所述双口RAM能同时保存主CPU和从CPU运行中产生的各种数据，主CPU和从CPU将自身运行数据、控制参数、时序状态、心跳包等数据发送至双口RAM，双口RAM能够采用DRAM，与此同时，主CPU和从CPU能够相互访问对方数据，双口RAM具有异步操作功能，即主CPU和从CPU可在任意时刻同时读、同时写、主写从读、主读从写，数据不会操作异常；
所述主CPU和从CPU均与硬件看门狗连接，所述硬件看门狗用于实时监控主CPU和从CPU的心跳脉冲，所述的主CPU和从CPU发出喂狗脉冲的时间间隔为20μs，即硬件看门狗喂狗周期为20μs，硬件看门狗电路同时监控主CPU和从CPU的高低电平，一旦监测到主CPU异常工作，喂狗脉冲会一直保持在高电平或者低电平，看门狗电路在20μs内接收不到主CPU喂狗脉冲，此时硬件看门狗会给从CPU发送中断触发信号；
所述主CPU和从CPU分别通过一组PWM选通电路与PWM复用电路连接，用于将主CPU和从CPU输出的PWM脉冲进行选通，所述PWM复用电路的输出端连接主电路板的输入端，所述PWM复用电路用于将选通后的主CPU或从CPU发出的IGBT控制信号传送至主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过IO复用电路与IO接口板连接，所述IO复用电路用于实现IO接口板和主CPU、从CPU的切换，在主CPU正常工作时，IO接口板通过IO复用电路和主CPU导通连接，主CPU出现故障，从CPU工作时，IO接口板通过IO复用电路和从CPU导通连接；
所述主CPU和从CPU的输入端均通过采样回路和主电路板的输出端连接，所述采样回路用于将主电路板的实时电压、电流和温度信号分别传送至主CPU和从CPU，所述主电路板分别通过电压传感器、电流传感器和温度传感器实时监测电机的电压、电流和温度信号。
所述主CPU、从CPU均连接有就地操作器通信端口1#RS485和远程通信端口2#RS485，所述硬件看门狗和就地操作器通信端口1#RS485连接，所述就地操作器通信端口1#RS485和远程通信端口2#RS485用于为主CPU和从CPU数据对外通信提供硬件接口。
所述的双口RAM采用通用IC集成芯片，所述通用IC集成芯片采用门电路集成，无需再进行编程开发，可靠性极高。
所述的主CPU和从CPU的型号均为TMS28335。
所述的硬件看门狗的型号为TPL5010。
所述的双口RAM的型号为CY7C024AV。
所述的就地操作器通信端口和远程通信端口均为RS485接口。
所述的双口RAM的单次操作时间为15ns，切换时间远远小于单个控制环运算周期，所述的双口RAM的容量为4k字，能够满足使用要求，且双口RAM内部数据空间中定义设计了数据池，数据池包含主从CPU各端口状态数据、电压电流数据、电机运行状态数据、控制环积分项、角度值、故障码，心跳包等数据。
工作时，硬件看门狗实时监测主CPU和从CPU的心跳脉冲，主CPU和从CPU每20μs发出一个喂狗脉冲，硬件看门狗喂狗周期为20μs,硬件看门狗电路同时监控主CPU和从CPU的高低电平，当主CPU异常工作时，喂狗脉冲会一直保持在高电平或者低电平，进而硬件看门狗电路在20μs内接收不到主CPU喂狗脉冲，此时看门狗电路会给从CPU发送中断触发信号，从CPU接受看门狗中断触发后，立即读取双口RAM心跳包数据，如果心跳包数据与上一周期相比无变化即认为主CPU死机，从CPU立即启动切换步骤，切换后的具体步骤为：
从CPU启动切换步骤后，首先读取双口RAM中主CPU正常工作最后一个周期的所有控制数据包括：控制环角度、积分、比例数据，PWM选择数据，IO端口电平数据，然后从CPU各端口输出主CPU最后正常工作逻辑电平并发出PWM切换信号，通过PWM选通电路的作用，主CPU输出PWM信号被切断，从CPU提供IGBT驱动信号，此时切换中断步骤结束，中断最长不超过22μs,不影响电机电流环控制波形,在切换结束后，从CPU开始工作，在一个控制周期200μs内所有子任务在从CPU内开始执行，从CPU进入正常工作模式。之后驱动器控制板通过就地操作器通信端口1#RS485、远程通信端口2#RS485和IO接口板输出主CPU故障信息至上位系统和本地监控界面，便于工作人员监控和处理。
Claims (7)
1.一种双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：包括主CPU、从CPU、双口RAM、硬件看门狗、PWM复用电路、IO复用电路、采样回路和主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过一组数据和地址总线与双口RAM连接，用于主CPU和从CPU进行数据交换；
所述主CPU和从CPU均与硬件看门狗连接，所述硬件看门狗用于实时监控主CPU和从CPU的心跳脉冲；
所述主CPU和从CPU分别通过一组PWM选通电路与PWM复用电路连接，用于将主CPU和从CPU输出的PWM脉冲进行选通，所述PWM复用电路的输出端连接主电路板的输入端，所述PWM复用电路用于将选通后的主CPU或从CPU发出的IGBT控制信号传送至主电路板；
所述主CPU和从CPU均通过IO复用电路与IO接口板连接，所述IO复用电路用于实现IO接口板和主CPU、从CPU的切换；
所述主CPU和从CPU的输入端均通过采样回路和主电路板的输出端连接，所述采样回路用于将主电路板的实时电压、电流和温度信号分别传送至主CPU和从CPU；
所述主CPU、从CPU均连接有就地操作器通信端口和远程通信端口，所述硬件看门狗和就地操作器通信端口连接；
所述的双口RAM采用通用IC集成芯片，所述通用IC集成芯片采用门电路集成。
2.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的主CPU和从CPU的型号均为TMS28335。
3.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的硬件看门狗的型号为TPL5010。
4.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的双口RAM的型号为CY7C024AV。
5.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的就地操作器通信端口和远程通信端口均为RS485端口。
6.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的双口RAM的单次操作时间为15ns，所述的双口RAM的容量为4k字。
7.根据权利要求1所述的双CPU冗余互备智能驱动器主控板，其特征在于：所述的主CPU和从CPU发出喂狗脉冲的时间间隔为20μs。
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