CN112532118A - 变频器多机同步控制系统及控制方法 - Google Patents

变频器多机同步控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种变频器多机同步控制系统，包括一台主变频器和多台从变频器，多台从变频器均具有唯一的ID，主变频器和多台从变频器通过总线通信连接；主变频器用于向多台从变频器发送广播信息和查询信息，广播信息包含控制命令和主变频器的工作状态数据，查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID；各从变频器用于根据接收到的控制命令执行相应的动作，并在查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向主变频器回复与查询信息代码相对应的信息。本发明还提供了一种变频器多机同步控制方法。本发明的系统结构简单，变频器之间交互信息多且交互速度快。

Description

变频器多机同步控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及变频器多机控制技术。
背景技术
目前，变频器广泛应用于电力、暖通、橡胶、水泥等行业，驱动的设备包括风机、水泵、压缩机、密炼机等。随着电力电子技术的发展和节能减排的要求的提高，高压大功率变频器的应用会越来越广泛。然而受到场地限制、旧设备改造或设备冗余等要求，在一些场合必然会用到多台电机同时驱动一台设备，如长距离皮带运输、多电机驱动的密炼机、多电机驱动的球磨机等等。这就要求多台变频器在驱动电机时要相互配合，进行同步控制。目前市面上的变频器同步驱动存在下面几个问题：
1、各个变频器之间通过模拟量、IO等连接，相互之间交互信息少且信号容易受到干扰；
2、系统连接过于复杂，变频器之间往往需要添加中间控制模块或转发模块；
3、系统容错性较差，往往当一台变频器发生故障后，整个系统都会停机，从而造成减产甚至停产；
4、功能简单，能够应对的生产工况较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种交互信息多、交互速度快的变频器多机同步控制系统。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种系统容错性强的变频器多机同步控制系统，其在任意一台变频器发生故障后均不影响系统的继续运行，提高了系统的可靠性。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包含多种控制方式、可适应不同的生产工况的变频器多机同步控制系统。
本发明所要解决的再一技术问题在于提供一种变频器多机同步控制方法。
本发明实施例提供了一种变频器多机同步控制系统，包括一台主变频器和多台从变频器，多台从变频器均具有唯一的ID，主变频器和多台从变频器通过总线通信连接，其特点在于，主变频器用于向多台从变频器发送广播信息和查询信息，广播信息包含控制命令和主变频器的工作状态数据，查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID； 各从变频器用于根据接收到的控制命令执行相应的动作，并在查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向主变频器回复与查询信息代码相对应的信息。
本发明实施例还提供了一种变频器多机同步控制方法，应用于变频器多机同步控制系统，该变频器多机同步控制系统包括一台主变频器和多台从变频器，多台从变频器均具有唯一的ID，主变频器和多台从变频器通过总线通信连接，其特点在于，该变频器多机同步控制方法包括以下步骤：主变频器向多台从变频器发送广播信息和查询信息，广播信息包含控制命令和主变频的工作状态数据，查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID；各从变频器根据接收到的控制命令执行相应的动作，并在查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向主变频器回复与查询信息代码相对应的信息。
本发明至少具有以下优点和特点：
1、本实施例的变频器多机同步控制系统中，主变频器和多台从变频器通过总线通信连接，无需添加中间模块或转发模块，也无需额外增加控制模块，由变频器程序完成系统控制，能够节省成本、简化系统结构。并且，主变频器之间和从变频器控制软件相同，二者之间通过广播信息和查询信息交换控制命令、变频器状态、输出电流、母线电压、运行频率等信息，变频器之间交互信息多且交互速度快；
2、当主变频器或从变频器发生故障时，本实施例的变频器多机同步控制系统可使故障变频器自动退出运行，并在故障恢复后将其重新加入到系统中，确保生产的稳定性和连续性；
3、本实施例的变频器多机同步控制同时提供两种控制方式，可根据不同工况自由选择控制方式，且通过参数调节可优化控制效果，从而适应不同的生产工况需求，提高了生产效率。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的变频器多机同步控制系统的原理示意图。
图2示出了根据本发明一实施例的从变频器在工作于速度控制模式时的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做出进一步说明。
图1示出了根据本发明一实施例的变频器多机同步控制系统的原理示意图。如图1所示，根据本发明实施例的变频器多机同步控制系统包括一台主变频器和多台从变频器，多台从变频器均具有唯一的ID，主变频器和多台从变频器通过RS485总线通信连接。
主变频器的ID和从变频器的ID在搭建系统时可以预先手动设置。主变频器和从变频器的控制程序一致，通过参数可手动设置为主变频器或从变频器。在其它的实施方式中，主变频器和多台从变频器也可通过其它的工业总线通信连接。
主变频器用于向多台从变频器发送广播信息和查询信息，广播信息包含控制命令和主变频器的工作状态数据，查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID。各从变频器用于根据接收到的控制命令执行相应的动作，并在查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向主变频器回复与查询信息代码相对应的信息。
在本实施例中，通信的数据协议为自定义协议。主变频器工作在主模式，从变频器工作在从模式。通信只能由主变频器在主模式下主动发起。主变频器交替向从变频器发送广播信息和查询信息。交替的含义是指主变频器先发送广播信息，然后发送查询信息，然后再发送广播信息，依次类推。其中，广播信息周期短速度快，实时性高，可在10ms内做到主从变频器之间的信息同步；查询信息则包含的数据量多，可以使主变频器了解到各从变频器的全面运行信息。控制命令包含主变频器运行或停止、急停、复位等命令，主变频器的工作状态数据包括主变频器的输出电流、单元母线电压、输出转矩、运行频率、故障等信息。所有从变频器都接收上述广播信息且不回复任何消息给主变频器，各从变频器在收到控制命令后按照控制命令的内容执行相应的动作。查询信息由若干字节构成，其中第一个字节代表从变频器ID，第二个字节代表查询信息代码，例如，01代表查询全部信息，02代表查询电流及电压，03代表查询故障信息等，第三、四个字节代表校验信息。所有从变频器都接收查询命令但只有ID与上述查询命令中包含的ID相同的从变频器回复其状态给主变频器，从变频器根据查询信息代码将其状态反馈给主变频器，包括从变频器ID、输出电流、运行频率、单元母线电压、故障状态等信息。从变频器回复的内容由N个字节构成，其中第一个字节代表从变频器ID，第二个字节代表查询信息代码，第3~N-2个字节代表与查询信息代码对应的信息，第N-1和第N个字节代表校验信息。
进一步地，主变频器用于在发生故障时自动停机并退出运行，将故障状态通知各从变频器，在恢复正常后重新加入系统，并将自身的ID设为最大或最小；在多台从变频器中，其中ID最大或最小的从变频器用于在收到主变频器发送的故障通知后自动升级为新的主变频器；各从变频器用于在发生故障时自动退出运行，在恢复正常后重新加入系统，并保持ID不变。
根据本发明实施例的变频器多机同步控制系统包含两种控制方式，可在变频器运行之前通过参数选择。
控制方式1：主变频运行在速度控制模式，所有从变频器运行在转矩控制模式。主变频器通过广播信息将其输出转矩发送给所有的从变频器，各从变频器根据上述输出转矩输出一个相同的转矩（即将主变频器广播的输出转矩作为本机的输出转矩）。控制方式1多应用在变频器所带电机通过减速机或联轴器直接硬连接的场合，此时各电机之间不允许有转差，因此由主变频器负责控制速度，从变频器根据主机的输出转矩进行实时跟随。
控制方式2：主变频器和所有从变频器都运行在速度控制模式，各从变频器根主变频器的输出电流、母线电压、运行频率调节其输出频率。请参考图2，各从变频器的输出频率按照下述方式进行处理：各从变频器对主变频器的运行频率f0进行偏置及增益处理，得到f1，f1=k1*f0+k2，其中k1、k2分别为增益系数和偏置系数；对f1进行限幅处理得到f2，将主变频器的输出电流和本机的输出电流进行PI调节并限幅，得到△f3 ，将主变频器的母线电压和本机的母线电压进行PI调节并限幅，得到△f4 ，以f2+△f3+△f4作为本机的最终输出频率。
控制方式2多应用在变频器所带电机通过皮带柔性连接的场合，由于各变频器所控制的电机的皮带轮的直径不同，为了保持各电机的皮带轮的线速度一致，需要调整各从变频器的输出频率。对主变频器的运行频率f0进行偏置及增益处理起到粗调的作用，而对输出电流、母线电压进行PI调节能起到精调的作用，也能起到平衡各从变频器输出转矩的作用。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种变频器多机同步控制方法，其应用于前述的变频器多机同步控制系统，包括以下步骤：
主变频器向多台从变频器发送广播信息和查询信息，广播信息包含控制命令和主变频的工作状态数据，查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID；
各从变频器根据接收到的控制命令执行相应的动作，并在查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向所述主变频器回复与查询信息代码相对应的信息。
进一步地，本实施例的变频器多机同步控制方法针对变频器的故障处理包括以下步骤：
当主变频器发生故障时，主变频器自动停机并退出运行，并将故障状态通知各从变频器；
在多台从变频器中，其中ID最大（在另一实施方式中为ID最小）的从变频器在收到主变频器发送的故障通知后自动升级为新的主变频器，其余从变频器保持不变；
当主变频器恢复正常后，主变频器重新加入系统，并将自身的ID设为最大（在另一实施方式中将ID设为最小）；
当从变频器发生故障时，该发生故障的从变频器自动退出运行，且主变频器保留该发生故障的从变频器的ID号；
当从变频器恢复正常后，从变频器重新加入系统并保持原ID不变。
进一步地，本实施例的变频器多机同步控制方法针对电机的控制包括以下步骤：
当主变频器运行在速度控制模式、多台从变频器均运行在转矩控制模式时，主变频器通过广播将输出转矩发送给多台从变频器，各从变频器将主变频器广播的输出转矩作为本机的输出转矩；
当主变频器运行在速度控制模式、多台从变频器均运行在速度控制模式时，主变频器通过广播将主变频器的运行频率f0、输出电流和母线电压发送给多台从变频器；各从变频器对主变频器的运行频率f0进行偏置及增益处理，得到f1，f1=k1*f0+k2，其中k1、k2分别为增益系数和偏置系数；对f1进行限幅处理得到f2，将主变频器的输出电流和本机的输出电流进行PI调节（以主变频器的输出电流作为给定值）并限幅，得到△f3 ，将主变频器的母线电压和本机的母线电压进行PI调节（以主变频器的母线电压作为给定值）并限幅，得到△f4 ， 以f2+△f3+△f4作为本机的最终输出频率。
本发明实施例的变频器多机同步控制系统中无需添加中间模块或转发模块，也无需增加额外的控制模块，由变频器程序完成系统控制，且主变频器之间和从变频器控制软件相同，二者之间可交换控制命令、变频器状态、输出电流、母线电压、运行频率等信息。当主变频器或从变频器发生故障时，系统可使故障变频器自动退出运行，并在故障恢复后将其重新加入到系统中，确保生产的稳定性和连续性。同时系统提供两种控制方式，可根据不同工况自由选择控制方式，且通过参数调节可优化控制效果，从而适应不同的生产工况。

Claims (9)

1.一种变频器多机同步控制系统，包括一台主变频器和多台从变频器，所述多台从变频器均具有唯一的ID，所述主变频器和所述多台从变频器通过总线通信连接，其特征在于，所述主变频器用于向所述多台从变频器发送广播信息和查询信息，所述广播信息包含控制命令和主变频器的工作状态数据，所述查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，所述查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID；
各所述从变频器用于根据接收到的所述控制命令执行相应的动作，并在所述查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向所述主变频器回复与所述查询信息代码相对应的信息。
2.根据权利要求1所述的变频器多机同步控制系统，其特征在于，所述主变频器用于交替向所述多台从变频器发送广播信息和查询信息。
3.根据权利要求1所述的变频器多机同步控制系统，其特征在于，所述主变频器用于在发生故障时自动停机并退出运行，将故障状态通知各从变频器，在恢复正常后重新加入系统，并将自身的ID设为最大或最小；
在所述多台从变频器中，其中ID最大或最小的从变频器用于在收到所述主变频器发送的故障通知后自动升级为新的主变频器；各所述从变频器用于在发生故障时自动退出运行，在恢复正常后重新加入系统，并保持ID不变。
4.根据权利要求1所述的变频器多机同步控制系统，其特征在于，所述主变频器用于运行在速度控制模式，各所述从变频器用于可选择地运行在转矩控制模式或速度控制模式；
各所述从变频器在运行于所述转矩控制模式时，将主变频器广播的输出转矩作为本机的输出转矩；
各所述从变频器在运行于所述速度控制模式时，对主变频器的运行频率f0进行偏置及增益处理，得到f1，对f1进行限幅处理得到f2，将主变频器的输出电流和本机的输出电流进行PI调节并限幅，得到△f3 ，将主变频器的母线电压和本机的母线电压进行PI调节并限幅，得到△f4 ， 以f2+△f3+△f4作为本机的最终输出频率。
5.根据权利要求1所述的变频器多机同步控制系统，其特征在于，所述总线为RS485总线。
6.一种变频器多机同步控制方法，应用于变频器多机同步控制系统，所述变频器多机同步控制系统包括一台主变频器和多台从变频器，所述多台从变频器均具有唯一的ID，所述主变频器和所述多台从变频器通过总线通信连接，其特征在于，所述变频器多机同步控制方法包括以下步骤：
所述主变频器向所述多台从变频器发送广播信息和查询信息，所述广播信息包含控制命令和主变频的工作状态数据，所述查询信息包含主变频器对从变频器当前状态的查询命令，所述查询命令包含查询信息代码和从变频器的ID；
各所述从变频器根据接收到的所述控制命令执行相应的动作，并在所述查询命令中的从变频器ID与自身的ID相同时向所述主变频器回复与所述查询信息代码相对应的信息。
7.根据权利要求6所述的变频器多机同步控制方法，其特征在于，所述主变频器交替向所述多台从变频器发送广播信息和查询信息。
8.根据权利要求6或7所述的变频器多机同步控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当主变频器发生故障时，主变频器自动停机并退出运行，并将故障状态通知各从变频器；
在所述多台从变频器中，其中ID最大或最小的从变频器用于在收到所述主变频器发送的故障通知后自动升级为新的主变频器；
当主变频器恢复正常后，主变频器重新加入系统，并将自身的ID设为最大或最小；
当从变频器发生故障时，该发生故障的从变频器自动退出运行，且主变频器保留该发生故障的从变频器的ID号；
当从变频器恢复正常后，从变频器重新加入系统并保持ID不变。
9.根据权利要求6或7所述的变频器多机同步控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当所述主变频器运行在速度控制模式、所述多台从变频器均运行在转矩控制模式时，主变频器通过广播将输出转矩发送给所述多台从变频器，各所述从变频器将主变频器广播的输出转矩作为本机的输出转矩；
当所述主变频器运行在速度控制模式、所述多台从变频器均运行在速度控制模式时，主变频器通过广播将主变频器的运行频率f0、输出电流和母线电压发送给所述多台从变频器，各所述从变频器对主变频器的运行频率f0进行偏置及增益处理，得到f1，对f1进行限幅处理得到f2，将主变频器的输出电流和本机的输出电流进行PI调节并限幅，得到△f3 ，将主变频器的母线电压和本机的母线电压进行PI调节并限幅，得到△f4 ，以f2+△f3+△f4作为本机的最终输出频率。
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