CN111565002B - 一种变频器的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变频器的控制系统。变频器(60)包括多个串联的功率单元，通过所述功率单元的导通和关断，产生输出电流。作为组件，控制系统包括人机接口10、主控制器20、信号接口组件30、驱动单元40。人机接口10、主控制器20、信号接口组件30、驱动单元40至少包括密钥存储模块、密钥校验模块、密钥交换模块。各个密钥存储模块内存储有密钥，变频器上电时，各组件通过所述密钥交换模块与其他所述组件交换密钥，各组件中的密钥校验模块根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块中密钥的正确性。所有组件的校验通过时，变频器进入待机模式。因此，变频器系统只有在完整的状态下才能驱动，保证了变频器系统的完整性，加强了知识产权保护。

Description

一种变频器的控制系统
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及变频器系统各组成部分的完整性保护。
背景技术
变频器是指将固定频率、固定电压的工频电源变换为变频、变压电源提供给电动机来改变电动机转速，从而提高电机传动系统运行效率和控制能力，从而满足工艺要求和实现节能降耗目的的装置。按供电电压来分，3KV及以上的变频器为高压变频器，高压变频器被广泛应用于火力发电、石油、化工、矿山、煤炭、冶金、供水等多种行业，并发挥着越来越重要的作用。
近年来，随着互联网的迅速发展，各类数据成爆发式涌现和增长，其中，区块链技术的去中心化、不可篡改、分布式等特点，目前已成为许多技术领域中的重点关注和研究方向。区块链中每个区块存储规定时间内的交易数据，并通过密码学的方式形成一个不可篡改、全员共有的分布式账本。区块链处理系统是一个用来存储数据的数据库，在数据库中记录交易等数据。每个区块都可以参与账本的记账过程。任何一个节点的数据发生改变并且有效，整个网络上所有节点的数据都会同步改变，保证了所有节点的数据的一致性。
在变频器整机设计领域，利用区块链技术可以很好的保证各组成部分的完整性，加强知识产权保护。例如变频器的各组件分别作为区块，利用区块链的分布式记账，将各组件的生产信息和对应的变频器数据记录在各个节点上，利用数据的不可篡改性保证来管控变频器系统各组件的使用。由于变频器系统的运行不依赖于区块链中的数据，运行时变频器系统的组成部分是否是有过变动，即完整性无法得到确认，存在安全隐患。
本发明的目的在于提供一种变频器的控制系统，能够确保运行时变频器系统各组成部分的完整性，提高变频器系统的安全性。
发明内容
本发明提供如下技术方案：
第一技术方案为一种变频器的控制系统，其特征在于，包括人机接口(10)、主控制器(20)、信号接口组件(30)、驱动单元(40)，
变频器(60)包括多个串联的功率单元，通过所述功率单元的导通和关断，产生输出电流，
所述主控制器(20)通过所述人机接口(10)与外部进行数据交换，接受参数设置，所述主控制器(20)通过所述信号接口组件(30)与上位机(50)连接，所述主控制器(20)产生控制所述变频器(60)的控制指令，
所述驱动单元(20)对应于所述功率单元，根据所述控制指令产生驱动信号，驱动所述功率单元中开关元件的导通和关断，
所述人机接口(10)、主控制器(20)、信号接口组件(30)、驱动单元(40)作为组件至少包括密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)、密钥校验模块(10b、20b、30b、40b)、密钥交换模块(10c、20c、30c、40c)，
各个所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)内存储有密钥，
所述各组件通过所述密钥交换模块(10d、20d、30d、40d)与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块(10b、20b、30b、40b)根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)中密钥的正确性。
第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，上电时，所述各组件分别读取存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)的密钥，通过所述密钥交换模块(10d、20d、30d、40d)与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块(10b、20b、30b、40b)根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)中密钥的正确性，所有组件的校验通过时，所述变频器进入待机模式。
第三技术方案基于第一技术方案，其特征在于，所述密钥使用特定的字符串，包括所述变频器的产品批次号、生产日期、循环冗余校验码。
第四技术方案基于第三技术方案，其特征在于，所述变频器具有唯一的标识，该标识通过区块链记账方式进行管理，所述密钥为对交易进行签名用的私钥。
第五技术方案基于第一至第四中任一技术方案，其特征在于，各个所述组件中还包括密钥更新模块(10d、20d、30d、40d)，所述人机接口(10)或信号接口组件(30)接受到密钥更新指令后，通过所述密钥交换模块(10c、20c、30c、40c)将新密钥发送到其他所述组件，各所述组件中的密钥更新模块(10d、20d、30d、40d)根据接受到的新密钥更新所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)中的密钥。
第六技术方案基于第五技术方案，其特征在于，各个所述组件的所述密钥更新模块(10d、20d、30d、40d)更新密钥后，通过所述密钥交换模块(10d、20d、30d、40d)与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块(10b、20b、30b、40b)根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)中密钥的正确性，所有组件的校验通过时，确认所述密钥更新完成。
第七技术方案基于第六技术方案，其特征在于，至少有一个组件的校验未通过时，所述密钥更新失败，所述主控制器(20)报故障停止工作。
第八技术方案基于第五技术方案，其特征在于，所述人机接口(10)与云平台连接，接受所述云平台发送的密钥更新指令。
第十技术方案基于第五技术方案，其特征在于，所述信号接口组件(30)与上位机(50)连接，接受所述上位机(50)发送的密钥更新指令。
技术效果：
变频器上电时，各组件能分别读取存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)的密钥，通过所述密钥交换模块(10d、20d、30d、40d)与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块(10b、20b、30b、40b)根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块(10a、20a、30a、40a)中密钥的正确性，所有组件的校验通过时，变频器进入待机模式。因此组件被替换时，变频器无法进入待机模式，极大地保证了变频器安全性，具有很强的实用性与可操作性。无需增加额外硬件成本，通过软件设计即能增强了变频器系统的整体性管理。
附图说明
图1为变频器系统的整体结构示意图；
图2为主控制器中与密钥相关部分的结构框图；
图3为变频器系统中，各组件间密钥交换的说明图；
图4为变频器系统上电时控制系统的流程图；
图5为人机接口接受密钥更新指令时的说明图；
图6为信号接口组件接受密钥更新指令时的说明图；
图7为各组件密钥更新的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1为变频器系统的整体结构示意图，如图1所示，变频器系统由变频器60、人机接口10、主控制器20、驱动单元40组成。
变频器60由隔离变压器61和三相逆变器61构成，三相逆变器61的每一相由6个功率单元(A1～A6、B1～B6、C1～C6)串联而成。各个功率单元分别与隔离变压器的次级绕组连接。各个功率单元中分别设置有驱动单元40进行驱动。
主控制器20产生控制指令，驱动单元20根据所述控制指令产生驱动信号，驱动功率单元中的开关元件导通和关断。
主控制器20通过人机接口10与外部，例如人机界面进行数据交换，接受参数设置，并通过信号接口组件30与上位机50连接。
人机接口10、主控制器20、信号接口组件30、驱动单元40作为变频器系统的主要组件除其本身功能外，还具有密钥存在功能、密钥校验功能、密钥更新功能、密钥交换功能。
图2为主控制器中与密钥相关部分的结构框图。
如图2所示，主控制器20密钥存储模块20a、密钥校验模块20b、密钥交换模块20c、密钥更新模块20d。
与主控制器20相同，人机接口10包括密钥存储模块10a、密钥校验模块10b、密钥交换模块10c、密钥更新模块10d。
信号接口组件30包括密钥存储模块30a、密钥校验模块30b、密钥交换模块30c、密钥更新模块30d。
驱动单元40包括密钥存储模块40a、密钥校验模块40b、密钥交换模块40c、密钥更新模块40d。
各个组件的密钥存储模块内存储有密钥。各组件如图3所示，通过密钥交换模块与其他组件交换密钥。各组件中的密钥校验模块根据所接受到的密钥校验存储在密钥存储模块中密钥的正确性。
本实施方式中的变频器系统具有唯一的识别用标识，该标识通过区块链记账方式进行管理，存储在各个密钥存储模块的密钥为对交易进行签名用的私钥。
本实施方式中，密钥使用特定的字符串，数据包括所述变频器的产品批次号、生产日期、循环冗余校验码。密钥只要能够唯一性即可。
图4为变频器上电时控制系统的流程图。
变频器上电时，各个组件通电进行自检。
步骤S22，各组件读取存储在密钥存储模块的密钥，分别与其他组件进行密钥交换。
步骤S23，人机接口10进行密钥校验：校验主控制器20、信号接口组30、驱动单元40的密钥是否与人机接口10的密钥相符，若不相符则校验未通过，进入步骤28，报故障，若相符，则校验通过，进入步骤24。
步骤S24，主控制器20进行密钥校验：校验人机接口10、信号接口组30、驱动单元40的密钥与主控制器20的密钥是否相符，若不相符则校验未通过，进入步骤28，报故障，若相符则校验通过，进入步骤25。
步骤S25，信号接口组件30进行密钥校验：校验人机接口10、主控制器20、驱动单元40的密钥与信号接口组件30是否相符，若不相符则校验未通过，进入步骤28，报故障，若相符则校验通过，进入步骤26。
步骤S26，驱动单元40进行密钥校验：校验人机接口10、主控制器20、信号接口组件30的密钥与驱动单元40是否相符，若不相符则校验未通过，进入步骤28，报故障，若相符则校验通过，进入步骤27。
步骤S27，各组件校验均通过后自检结束，变频器进入待机状态。
步骤28，自检未通过，例如在变频器的控制界面上显示故障信息。
由于变频器上电时，首先各个组件互相验证密钥，只有密钥验证通过才进入待机模式。任何一个组件被更换，变频器都无法进入待机状态，保障了变频器的性安全性以及变频器生产厂商的知识产权。
以下对各组件密钥的更新进行说明。
密钥在产品出厂或维修时需要更新，也可通过云平台进行定期更新。例如产品出厂时按照变频器批次更新密钥，以保证不同批次变频器的密钥互不兼容，具有唯一性。
各组件的密钥更新可以通过多种渠道进行。图5为人机接口接受密钥更新指令时的说明图。
图5中，以人机接口10为端口接受密钥更新指令。密钥更新指令可以是出厂更新、现场更新或云平台更新时发出。人机接口10接受到密钥更新指令后，密钥更新模块10d根据接受到的更新指令中包含的新密钥更新密钥存储模块10a中的密钥。同时下传该新的密钥至主控制器20、信号接口组件30、驱动单元40等其它组件，其他组件中的密钥更新模块用新的密钥对存储在各自密钥存储模块中的密钥进行更新。因此，人机接口10接受到密钥更新指令后，其他各组件同时对密钥进行更换，保证了各组件中的密钥相同。
图6为信号接口组件接受密钥更新指令时的说明图。
图6中，以信号接口组件30为端口接受上位机50发出的密钥更新指令。信号接口组件30接受到密钥更新指令后，密钥更新模块30d根据接受到的更新指令中包含的新密钥更新密钥存储模块30a中的密钥。同时下传该新的密钥至主控制器20、人机接口10、驱动单元40等其它组件，其他组件中的密钥更新模块用新的密钥对存储在各自密钥存储模块中的密钥进行更新。因此，信号接口组件30接受到上位机50发出的密钥更新指令后，其他各组件同时对密钥进行更换，保证了各组件中的密钥相同。
以下以人机接口10为例对密钥更新进行说明。
图7为各组件密钥更新的流程图。
人机接口10接收到密钥更新指令后，进入步骤52。
步骤S52，的进行初始密钥校验，各个组件通过密钥交换模块与其他所述组件交换密钥，所有组件密钥一致时，校验通过，进入步骤53。
步骤S53，进行人机接口10用密钥更新指令中的新的密钥更新已有的密钥，人机接口密钥更新(步骤S53)完成后，将密钥下发到其他组件。
步骤54，主控制器20、信号接口组件30、驱动单元40分别进行密钥更新，各个组件更新均完成后，返回步骤S52，进行密钥更新自检。
本发明的变频器控制装置，无需增加额外硬件成本，利用区块链的密钥，通过软件设计即可增强变频器系统的整体性，防止组件被替换，极大地保证了变频器安全性，由于操作上不影响变频器正常运行，具有很强的实用性与可操作性。
变频器系统中的组件具有较高的吻合性，一旦使用未授权的组件，可能影响到该组件与变频器内其他组件之间的吻合性，影响变频器的可靠性和安全性。
由于本发明的变频器控制装置，在组件被替换时，变频器无法正常启动，有效地保证了变频器系统的安全性。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (7)

1.一种变频器的控制系统，其特征在于，所述变频器（60）包括隔离变压器（61）和三相逆变器（62），所述三相逆变器（62）的每一相包括多个串联的功率单元，所述控制系统包括人机接口（10）、主控制器（20）、信号接口组件（30）、驱动单元（40），
所述驱动单元（40）对应于所述功率单元设置，根据所述主控制器（20）传递的控制指令产生驱动信号，驱动所述功率单元中开关元件的导通和关断；
所述主控制器（20）通过所述人机接口（10）与外部进行数据交换，接受参数设置，所述主控制器（20）通过所述信号接口组件（30）与上位机（50）连接，所述主控制器（20）产生所述控制指令，并向所述驱动单元（40）传递所述控制指令；
所述人机接口（10）、信号接口组件（30）、所述主控制器（20）、所述驱动单元（40）中两两分别进行密钥交换，
所述人机接口（10）、主控制器（20）、信号接口组件（30）、驱动单元（40）分别作为组件至少包括密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）、密钥校验模块（10b、20b、30b、40b）、密钥交换模块（10c、20c、30c、40c），以对应实现密钥存储功能、密钥校验功能、密钥交换功能，
各个所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）内存储有密钥，各组件通过所述密钥交换模块（10d、20d、30d、40d）与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块（10b、20b、30b、40b）根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）中密钥的正确性，
上电时，所述各组件分别读取存储所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）的密钥，通过所述密钥交换模块（10c、20c、30c、40c）与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块（10b、20b、30b、40b）根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）中密钥的正确性，所有组件的校验通过时，所述变频器进入待机模式；
所述各组件中还包括密钥更新模块（10d、20d、30d、40d），所述人机接口（10）或信号接口组件（30）接受到密钥更新指令后，通过所述密钥交换模块（10c、20c、30c、40c）将新密钥发送到其他所述组件，所述各组件中的密钥更新模块（10d、20d、30d、40d）根据接受到的新密钥更新所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）中的密钥。
2.根据权利要求1所述的变频器的控制系统，其特征在于，所述密钥使用特定的字符串，包括所述变频器的产品批次号、生产日期、循环冗余校验码。
3.根据权利要求2所述的变频器的控制系统，其特征在于，所述变频器具有唯一的标识，该标识通过区块链记账方式进行管理，所述密钥为对交易进行签名用的私钥。
4.根据权利要求1所述的变频器的控制系统，其特征在于，所述各组件的所述密钥更新模块（10d、20d、30d、40d）更新密钥后，通过所述密钥交换模块（10c、20c、30c、40c）与其他所述组件交换密钥，所述各组件中的密钥校验模块（10b、20b、30b、40b）根据所接受到的密钥校验存储所述密钥存储模块（10a、20a、30a、40a）中密钥的正确性，所有组件的校验通过时，确认所述密钥更新完成。
5.根据权利要求4所述的变频器的控制系统，其特征在于，至少有一个组件的校验未通过时，所述密钥更新失败，所述主控制器（20）报故障停止工作。
6.根据权利要求1所述的变频器的控制系统，其特征在于，所述人机接口（10）与云平台连接，接受所述云平台发送的密钥更新指令。
7.根据权利要求1所述的变频器的控制系统，其特征在于，所述信号接口组件（30）与上位机（50）连接，接受所述上位机（50）发送的密钥更新指令。
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