CN113949313A - 一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置，针对多台具备相同或类似负载特性的设备受各自电机驱动、共同并联运行的使用场景，为每一台电机配备了集成一体的驱动和控制单元，并将这些电机通过工业现场总线联网通信，使各电机之间能够共享运行参数，根据内置裁决方法自动裁决当前某一台电机为主控，其余各电机为从机，由主控调节和调度一台或多台从机的启停和运行性能状态，实现无需外部干预的多机智能调节和调度，同时，一旦当前主控有意外故障发生导致其掉线或失能，具备条件的各从机会自动裁决某一台从机转变为主机，形成了可靠的各控制器互为备用的高可靠性和冗余性的系统。

Description

一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置

技术领域

本发明涉及一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置。

背景技术

目前，社会上绝大部分多台电机并联运行的控制装置，均需要设置一台上位控制器来调度和调节各电机的启停和运行性能，为了提高整体多电机并联系统的可靠性，往往还需要设置多台上位控制器形成冗余备份，从而导致电机控制系统结构臃肿，线路复杂，成本高昂，少部分电机虽然在电机上集成了驱动控制单元，但要么不支持多机联网运行，要么采用以时间为基础的简单轮流方式来进行主控和从机的切换，导致一旦主控发生故障，其余从机并不一定能实时可靠的完成主控与从机的切换，及时响应突发状况，导致系统可靠性降低或者控制效果偏离目标值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置，能及时准确的在任何时刻自主完成多电机中裁决出可用的主控和从机，且无需额外的上位控制器(PLC或其它控制器)干预，简化这些机电系统的控制设备结构、提高系统可靠性，从而降低制造和使用成本。

实现上述目的一种技术方案是：一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，每台电机均由与其集成一体的驱动控制单元驱动，每台电机的驱动控制单元的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据；每台电机的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序、主控系统运行程序、从控运行程序和主从控自主裁决控制程序，所有电机的驱动控制单元通过通信线缆互联为网络；

所述主控自主裁决方法包括以下步骤：

S1，初次运行前，操作者预设其中一台电机为初始主控，其余各电机为从机，并预设多电机并联系统的各项系统运行参数；

S2，上电启动后，所有电机按照多电机本地组网控制程序进行组网，建立互相的通信连接，然后将各自共享数据块的数据分发共享给本地的所有在线的电机；

S3，主控运行步骤：初始主控按照主控系统运行程序运行，向各从机发送心跳数据帧，并接受各从机的反馈，以确定各从机连接是否正常、当前状态是否适合运行；

若各从机均为正常状态，主控正常向各电机发送控制信号，使整体多电机并联系统按照预设参数运行；若有部分从机无法建立连接，主控发送报警信号，主控继续控制其余能够连接的电机运行；

若当前主控无法接收到所有从机的心跳数据帧反馈信号，则判断为当前主控独自掉线，当前主控继续按系统目标设定值运行，同时发出独自掉线的报警信号；

S4，从机运行步骤：从机按照从机运行程序运行，接收到主控的心跳数据帧后立即予以反馈，并向主控发送共享数据块信息，主控据此判断本从机是否正常、是否适合运行，从机按照当前主控的指令进行运转；

从机若无法接受到当前主控的心跳数据帧，则判断为主控掉线，从机首先判断自身是否连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，即是否能作为主控来控制整体多电机并联系统的运行，若未连接外部传感器，从机将保持当前运行状态，并等待新的主机的心跳数据帧，预备建立新的主从控制连接；

从机判断主控掉线后，若自身连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，其具备作为主控来控制整体多电机并联系统运行的条件，则尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，接受通信线缆上其余电机的反馈，若发现有其它电机也在尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，则两者进行优先级次序比较，较高优先级则为新的主控；若总线上其余各电机均为等待新的主控的从机，则本从机直接升级为当前主控；

新的主控接替掉线的初始主控后，将依次与能连接上的各从机确认主从控制关系，初始化系统并继续控制其余各从机。

上述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其中，各电机实时更新共享数据块中的信息，保持一致，使整体多电机并联系统中的每台电机都实时明确本机、系统中其它电机以及整体多电机并联系统的当前状态。

上述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其中，所述共享数据块，用于存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数；所述私有数据块，用于存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数。

上述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，步骤S4中，整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器。

本发明还提供了一种基于上述的多电机并联运行的主控自主裁决方法的装置，包括传感器、通信线缆和多台并联运行的电机，每台电机均连接有与其集成一体的驱动控制单元和现场总线，所述传感器接入每台电机的驱动控制单元；每台电机外接有负载；所有电机的驱动控制单元通过所述通信线缆两两互联，建立多电机互联连接,各电机均能接受和发送自身及所接收到的传感器信息，所有电机自动裁决当前某一台电机为主控，其余为从机，从机服从主控的调度和控制；一旦当前主控有意外故障发生导致其掉线或失能，具备条件的各从机自动裁决某一台从机转变为主机，不受意外失能的当前主控的影响；

每台电机的驱动控制单元的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据；每台电机的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序、主控系统运行程序、从控运行程序和主从控自主裁决控制程序。

上述的一种多电机并联运行的装置，其中，各电机的型号、功率相同或不相同，各电机对应的负载型号相同或不相同，各电机及其负载具备相同的调节目标值，调节目标值的类型包括但不限于压力值、压差值、温度值、温差值和化学物质的浓度值。

上述的一种多电机并联运行的装置，其中，各从机能否担任主控功能，由其是否能接收到关键外部传感器信息决定，只有能接收整个多电机并联系统当前状态的从机，才能承担当前主控的任务。

上述的一种多电机并联运行的装置，其中，所述关键外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器。

上述的一种多电机并联运行的装置，其中，所述负载的类型包括但不限于泵、风机和压缩机。

采用本发明的多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置的技术方案，具有以下技术效果：

(1)极大提高了系统的可靠性，任意一台或多台电机发生故障，不影响其余正常电机的运行；

(2)设备的主控、从控根据内置程序决定，可不受外界干预，无需额外上位机的控制，节约了程序测试和用户设备调试时间；

(3)由于系统中的各泵能互相联网，任意时刻总有且仅有一台实时主控调度和调节的主控泵，因此无需额外的上位控制器(PLC或其它控制器)，从而降低了系统复杂度，节约了成本。

附图说明

图1为单个电机的结构示意图；

图2为多电机并联运行时的结构示意图；

图3为各电机的驱动控制单元的数据空间的逻辑分配图；

图4为各电机的驱动控制单元的程序空间的逻辑分配图；

图5为本发明的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法的主控系统运行程序的运行流程图；

图6为本发明的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法的从机运行程序的运行流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1至图6，本发明的实施例，多电机并联系统中，每台电机2均由与其集成一体的驱动控制单元1驱动，每台电机2的驱动控制单元1外接传感器4；每台电机2外接有负载3。所有电机与负载组成的整体单元并联连接。

每台电机2的驱动控制单元的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块11，用于存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块12，用于存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据。

每台电机2的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序13、主控系统运行程序14、从控运行程序15和主从控自主裁决控制程序16，所有电机的驱动控制单元1通过现场总线6互联为网络，各电机实时更新共享数据块中的信息，保持一致，使整体多电机并联系统中的每台电机都实时明确本机、系统中其它电机以及整体多电机并联系统的当前状态。

一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，包括以下步骤：

S1，初次运行前，操作者预设其中一台电机为初始主控，其余各电机为从机，并预设多电机并联系统的各项系统运行参数；

S2，上电启动后，所有电机按照多电机本地组网控制程序进行组网，建立互相的通信连接，然后将各自共享数据块的数据分发共享给本地的所有在线的电机；

S3，主控运行步骤：初始主控按照主控系统运行程序运行，向各从机发送心跳数据帧，并接受各从机的反馈，以确定各从机连接是否正常、当前状态是否适合运行；

若各从机均为正常状态，主控正常向各电机发送控制信号，使整体多电机并联系统按照预设参数运行；若有部分从机无法建立连接，主控发送报警信号，主控继续控制其余能够连接的电机运行；

若当前主控无法接收到所有从机的心跳数据帧反馈信号，则判断为当前主控独自掉线，当前主控继续按系统目标设定值运行，同时发出独自掉线的报警信号；

S4，从机运行步骤：从机按照从机运行程序运行，接收到主控的心跳数据帧后立即予以反馈，并向主控发送共享数据块信息，主控可据此判断本从机是否正常、是否适合运行，从机按照当前主控的指令进行运转；

从机若无法接受到当前主控的心跳数据帧，则判断为主控掉线，从机首先判断自身是否连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，即是否能作为主控来控制整体多电机并联系统的运行，若未连接外部传感器，从机将保持当前运行状态，并等待新的主机的心跳数据帧，预备建立新的主从控制连接；整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器；

从机判断主控掉线后，若自身连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，其具备作为主控来控制整体多电机并联系统运行的条件，则尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，接受通信线缆上其余电机的反馈，若发现有其它电机也在尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，则两者进行优先级次序比较，较高优先级则为新的主控；若总线上其余各电机均为等待新的主控的从机，则本从机直接升级为当前主控；

新的主控接替掉线的初始主控后，将依次与能连接上的各从机确认主从控制关系，初始化系统并继续控制其余各从机。

本发明的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，新的主控接替掉线的初始主控后，将依次与能连接上的各从机确认主从控制关系，初始化系统并继续控制其余各从机，由于整体多电机并联系统的运行参数和各电机的当前状态均在共享数据块中实时更新，因此新的主控接替掉线的初始主控后，整体多电机并联系统的运行状态依然可以保持连续性、稳定性。

再请参阅图1至图4，基于上述的多电机并联运行的主控自主裁决方法，设计的一种多电机并联运行的装置，包括传感器4、通信线缆5和多台并联运行的电机2，每台电机2均连接有与其集成一体的驱动控制单元1和现场总线6，每台电机的驱动控制单元1均外接有传感器4；每台电机2均外接有负载3，负载3的类型包括但不限于泵、风机和压缩机等；所有电机的驱动控制单元1通过通信线缆5两两互联，建立多电机互联连接,各电机均能接受和发送自身及所接收到的传感器信息，所有电机自动裁决当前某一台电机为主控，其余为从机，从机服从主控的调度和控制；一旦当前主控有意外故障发生导致其掉线或失能，具备条件的各从机自动裁决某一台从机转变为主机，不受意外失能的当前主控的影响。

每台电机2的驱动控制单元1的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块11，用于存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块12，用于存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据。

每台电机2的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序13、主控系统运行程序14、从控运行程序15和主从控自主裁决控制程序16，所有电机的驱动控制单元1通过现场总线6互联为网络，各电机实时更新共享数据块中的信息，保持一致，使整体多电机并联系统中的每台电机都实时明确本机、系统中其它电机以及整体多电机并联系统的当前状态。

为多台电机配置多电机并联运行系统运行所需的传感器，配置有外部传感器的电机均能够接受到整体多电机并联系统的实时运行状态，候选成为整体多电机并联系统的主控

本发明的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置中，各电机的型号、功率可以相同或不相同，各电机对应的负载可以相同或不相同，但是各电机及其负载具备相同的调节和控制目标值。各电机及其负载在系统中为并联方式共同运行，共同完成预定的调节目标值，调节目标值类型包括但不限于压力值、压差值、温度值、温差值、某化学物质的浓度值。

各从机能否担任主控功能，由其是否能接收到关键外部传感器信息决定，只有能接收整个多电机并联系统当前状态的从机，才能承担当前主控的任务。关键外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器。

本发明的多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置，每台电机均可连接到现场总线6中，一旦当前主控失能，各从机中自动产生新的主控，接替失能的当前主控，控制其余从控的运行，而且保持控制目标稳定。整个裁决过程在各从机中自动完成，无需外部控制器(PLC或其它上位机)的干预。

综上所述，本发明的多电机并联运行的主控自主裁决方法及装置，能及时准确的在任何时刻自主完成多电机中裁决出可用的主控和从机，且无需额外的上位控制器(PLC或其它控制器)干预，简化这些机电系统的控制设备结构、提高系统可靠性，从而降低制造和使用成本。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其特征在于，每台电机均由与其集成一体的驱动控制单元驱动，每台电机的驱动控制单元的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据；每台电机的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序、主控系统运行程序、从控运行程序和主从控自主裁决控制程序，所有电机的驱动控制单元通过通信线缆互联为网络；

所述主控自主裁决方法包括以下步骤：

S1，初次运行前，操作者预设其中一台电机为初始主控，其余各电机为从机，并预设多电机并联系统的各项系统运行参数；

S2，上电启动后，所有电机按照多电机本地组网控制程序进行组网，建立互相的通信连接，然后将各自共享数据块的数据分发共享给本地的所有在线的电机；

S3，主控运行步骤：初始主控按照主控系统运行程序运行，向各从机发送心跳数据帧，并接受各从机的反馈，以确定各从机连接是否正常、当前状态是否适合运行；

若各从机均为正常状态，主控正常向各电机发送控制信号，使整体多电机并联系统按照预设参数运行；若有部分从机无法建立连接，主控发送报警信号，主控继续控制其余能够连接的电机运行；

若当前主控无法接收到所有从机的心跳数据帧反馈信号，则判断为当前主控独自掉线，当前主控继续按系统目标设定值运行，同时发出独自掉线的报警信号；

S4，从机运行步骤：从机按照从机运行程序运行，接收到主控的心跳数据帧后立即予以反馈，并向主控发送其共享数据块中的信息，主控据此判断本从机是否正常、是否适合运行，从机按照当前主控的指令进行运转；

从机若无法接受到当前主控的心跳数据帧，则判断为主控掉线，从机首先判断自身是否连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，即是否能作为主控来控制整体多电机并联系统的运行，若未连接外部传感器，从机将保持当前运行状态，并等待新的主机的心跳数据帧，预备建立新的主从控制连接；

从机判断主控掉线后，若自身连接有整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器，其具备作为主控来控制整体多电机并联系统运行的条件，则尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，接受通信线缆上其余电机的反馈，若发现有其它电机也在尝试按照主控的方式发送主控心跳信号，则两者进行优先级次序比较，较高优先级则为新的主控；若总线上其余各电机均为等待新的主控的从机，则本从机直接升级为当前主控；

新的主控接替掉线的初始主控后，将依次与能连接上的各从机确认主从控制关系，初始化系统并继续控制其余各从机。

2.如权利要求1所述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其特征在于，各电机实时更新共享数据块中的信息，保持一致，使整体多电机并联系统中的每台电机都实时明确本机、系统中其它电机以及整体多电机并联系统的当前状态。

3.如权利要求1所述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其特征在于，所述共享数据块，用于存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数；所述私有数据块，用于存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数。

4.如权利要求1所述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法，其特征在于，步骤S4中，整体多电机并联系统运行所必须的外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器。

5.基于权利要求1所述的一种多电机并联运行的主控自主裁决方法的装置，其特征在于，包括传感器、通信线缆和多台并联运行的电机，每台电机均连接有与其集成一体的驱动控制单元和现场总线，每台电机的驱动控制单元均外接有传感器；每台电机均外接有负载；所有电机的驱动控制单元通过所述通信线缆两两互联，建立多电机互联连接,各电机均能接受和发送自身及所接收到的传感器信息，所有电机自动裁决当前某一台电机为主控，其余为从机，从机服从主控的调度和控制；一旦当前主控有意外故障发生导致其掉线或失能，具备条件的各从机自动裁决某一台从机转变为主机，不受意外失能的当前主控的影响；

每台电机的驱动控制单元的数据空间逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多电机并联运行的相关功能的策略及控制参数，各电机的驱动控制单元均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，存放各电机自身及其拖动的负载特性相关参数，不对其余各电机共享，其余各电机的驱动控制单元不可读取或修改私有数据块中数据；每台电机的驱动控制单元的程序空间内置多电机本地组网控制程序、主控系统运行程序、从控运行程序和主从控自主裁决控制程序。

6.如权利要求5所述的一种多电机并联运行的装置，其特征在于，各电机的型号、功率相同或不相同，各电机对应的负载型号相同或不相同，各电机及其负载具备相同的调节目标值，调节目标值的类型包括但不限于压力值、压差值、温度值、温差值和化学物质的浓度值。

7.如权利要求5所述的一种多电机并联运行的装置，其特征在于，各从机能否担任主控功能，由其是否能接收到关键外部传感器信息决定，只有能接收整个多电机并联系统当前状态的从机，才能承担当前主控的任务。

8.如权利要求7所述的一种多电机并联运行的装置，其特征在于，所述关键外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器。

9.如权利要求5所述的一种多电机并联运行的装置，其特征在于，所述负载的类型包括但不限于泵、风机和压缩机。

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