CN210015336U - 冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冗余控制系统，包括：多个变频器，各所述变频器包括控制单元，各所述变频器的控制单元相互通信，所述多个变频器中的一变频器作为主站，所述多个变频器中的其余变频器作为从站，所述主站的控制单元对各所述变频器进行控制，所述从站的控制单元仅对该控制单元所在的变频器进行控制。本实用新型实现控制器的冗余，避免了额外设备的添加，简化系统配线，节省设备成本；实现变频器的主从站自动切换，保证系统中存在主站对整个系统进行控制与保护，提升系统可靠性与稳定性。

Description

冗余控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，特别涉及一种冗余控制系统。

背景技术

随着中国经济的不断发展，各行业所采用的设备逐渐向多样化、自动化、集成化方向发展。风机和水泵作为基础设备被大量的应用于各个行业与设备的工艺流程中。在某些行业及系统设备中，风机和水泵几乎不允许意外中断或停机，否则很容易造成整个车间或系统的设备损坏，甚至会出现人员伤亡，其可靠性需求程度不言而喻。

传统的风机、水泵控制系统因为采用手动控制工频运转，导致设备操作复杂，效率低下，启动冲击大，对操作员的依赖性较强等问题。也有一些设备加装控制器及变频器，实现变频启动及自动控制，简化了设备的操作工艺，提升了系统效率，延长了设备的使用寿命。如图1所示，通过一个PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)110控制多个变频器120，但这样的方式，不仅增加了设备，还增加了新的可能故障点。同时，该控制系统仅通过一个PLC110进行控制，一旦PLC110故障，整个控制系统便瘫痪，因此，其可靠性未能有明显提升。

综上所述，现有技术提供的控制系统的可靠性有待提升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冗余控制系统，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的上述技术问题。

根据本实用新型的第一个方面，提供一种冗余控制系统，包括：

多个变频器，各所述变频器包括控制单元，各所述变频器的控制单元相互通信，所述多个变频器中的一变频器作为主站，所述多个变频器中的其余变频器作为从站，所述主站的控制单元对各所述变频器进行控制，所述从站的控制单元仅对该控制单元所在的变频器进行控制。

在本实用新型的一些实施例中，所述冗余控制系统还包括一传感器，所述传感器串连连接至各所述变频器。

在本实用新型的一些实施例中，各所述变频器并连连接一电阻，各所述电阻依次串连连接，并与所述传感器串连连接；

其中，所述电阻并连连接于所述变频器的两个信号采集端口之间。

在本实用新型的一些实施例中，与所述变频器并连连接的所述电阻的阻值小于所述变频器的内阻的1/50。

在本实用新型的一些实施例中，所述传感器为压力传感器、液位传感器或温度传感器。

在本实用新型的一些实施例中，各所述变频器设置有RJ45网络接口，各所述变频器的控制器通过所述RJ45网络接口进行通讯。

在本实用新型的一些实施例中，每一所述变频器设置有两个并联连接的RJ45网络接口；

各所述RJ45网络接口采用手拉手方式连接，或者，每一所述变频器的两个并联连接的RJ45网络接口中的任一所述RJ45网络接口连接至一多端口转发器，形成星型拓扑。

在本实用新型的一些实施例中，各所述控制单元包括主站模块及从站模块，各所述变频器于所述主站和所述从站之间切换。

在本实用新型的一些实施例中，所述控制单元为可编程逻辑控制器。

在本实用新型的一些实施例中，各所述变频器电连接电机，各所述电机机械连接风机或水泵，所述冗余控制系统用于对所述风机或所述水泵进行控制。

本实用新型实现控制器的冗余，避免了额外设备的添加，简化系统配线，节省设备成本；实现变频器的主从站自动切换，保证系统中存在主站对整个系统进行控制与保护，提升系统可靠性与稳定性。

为使能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，但是这里的详细说明以及附图仅是用来说明本申请，而非对本申请的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为现有技术中的一种控制系统的示意图；

图2为本实用新型的一个实施例的冗余控制系统的示意图；

图3为本实用新型的另一个实施例的冗余控制系统的示意图；

图4为本实用新型的又一个实施例的冗余控制系统的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的结构、部件、步骤、方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、部件或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

本实用新型的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本实用新型的实践而习得。

首先参考图2，图2为本实用新型的一个实施例的冗余控制系统的示意图。冗余控制系统200包括多个变频器210。各所述变频器210包括控制单元211。各所述变频器210的控制单元211相互通信。所述多个变频器210中的一变频器210作为主站，所述多个变频器210中的其余变频器210作为从站，所述主站的控制单元211对各所述变频器210进行控制，所述从站的控制单元211仅对该控制单元211所在的变频器210进行控制。

具体而言，在本实用新型的一些实施例中，各所述控制单元211包括主站模块及从站模块，各所述变频器210于所述主站和所述从站之间切换。所述主站的控制单元211的主站模块对各所述变频器210进行控制，所述从站的控制单元211的从站模块仅对该控制单元211所在的变频器210进行控制。当变频器210作为所述主站时，该变频器210的控制单元211的主站模块工作，从站模块可以工作或不工作。当变频器210作为所述从站时，该变频器210的控制单元211的从站模块工作，主站模块不工作。

进一步而言，作为从站的变频器210的控制单元211的从站模块执行自作为主站的变频器210的控制单元211的主站模块接收到的控制命令，控制该从站模块所在变频器210运转，并可以通过底层数据交换对该从站模块所在变频器210的输出频率、运行时间、故障代码等状态数据进行采集并通讯反馈至作为主站的变频器210的控制单元211的主站模块。作为主站的变频器210的控制单元211的主站模块根据获得的参数计算出合适的运行频率及需要运行的设备数，并将相应的控制命令下达给作为从站的变频器210的控制单元211的从站模块(及作为主站的变频器210的控制单元211的从站模块)，进而控制多个变频器210的启停及运行频率；同时作为主站的变频器210的控制单元211的主站模块还可以汇总该主站所在变频器210(及其从站模块)及各作为从站的变频器210的状态及通讯状况，以进行故障切换等控制保护动作。

在本实用新型的一个具体实现中，当作为主站的变频器210故障时，可以进行主站的替换，用其它变频器210作为主站。在该实现中，变频器210的于主站和从站之间的切换可以由变频器210的参数数值来决定。例如，当参数数值为第一数值，则该变频器210作为主站；当参数数值为第二数值，则该变频器210作为从站，第一数值和第二数值不同。在一些具体实施例中，第一数值例如可以是-12，第二数值例如可以是0，本发明并非以此为限制。各变频器210通过其控制单元211对参数数值的修改来实现主站和从站之间的切换，进而实现控制器的冗余。

进一步地，各变频器210可以预先编号(各编号不重复)，以便后序切换为主站时，不会发生冲突。例如，图2中4个变频器210依次编号为1,2,3,4，本实用新型并非以此为限制，其它编号方式也在本实用新型的保护范围之内。编码后，各变频器210的主从站切换包括如下情况：

1)当作为主站的变频器210故障但其控制单元211仍可运行时，该控制单元211不修改该变频器210的参数数值，该变频器210仍作为主站，继续对整个系统进行控制与保护。

2)当作为主站的变频器210的控制单元211故障或当前各变频器210不存在主站时，冗余控制系统200不存在作为主站的变频器210，各作为从站的变频器210接收不到作为主站的变频器210发来的指令，在经过一定延时时间后(编号为1,2,3,4的变频器210设定的延时时间分别为T1、T2、T3、T4，且T1<T2<T3<T4，即设定主站优先级为编号为1的变频器210>编号为2的变频器210>编号为3的变频器210>编号为4的变频器210)，触发作为从站的变频器210的通讯断线报警，冗余控制系统200中主站优先级最高的变频器210最先监视到自身的通讯断线警报，并通过主站优先级最高的变频器210的控制单元211将该变频器210的参数数值设定为第一数值，从而使得该变频器210作为主站，当该变频器210作为主站后，该变频器210开始对整个冗余控制系统200进行控制。此时，由于冗余控制系统200中存在作为主站的变频器210，各作为从站的变频器210通讯断线报警便自动解除，各作为从站的变频器210维持原有的模式继续运行。

3)冗余控制系统200中仅允许存在1台作为主站的变频器210，当系统检测到存在2台或2台以上变频器210作为主站时，由于通讯冲突，导致处于作为主站的变频器210的控制单元211无法读写作为从站的变频器210的控制单元211。在这样的情况下，经过延时时间(可以预先设定)后，作为主站的变频器210的控制单元211均将自身变频器的参数数值由第一数值修改为第二数值，即使得该两个作为主站的变频器210均切换为从站，然后，依据上述情况2)确定作为主站的变频器210。

4)冗余控制系统200不存在作为主站的变频器210时或变频器210在主从站切换过程中，所有变频器210可选择停机等待或自身进行PID(PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势)计算以进行输出。

以上仅仅是示意性地描述本实用新型的主从站切换的多个实施例方式，本领域技术人员可以实现更多的变化方式，在此不予赘述。

具体而言，在本实用新型的一些实施例中，各变频器210与其所包括的控制单元211共用一块芯片，从而使得各变频器210与其所包括的控制单元211可直接进行数据交换，无需添加硬件连接设备。

具体而言，在本实用新型的一些实施例中，各所述变频器210设置有RJ45网络接口，各所述变频器的控制器通过所述RJ45网络接口进行通讯。RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种，连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成，插头有8个凹槽和8个触点，在此不予赘述。各所述变频器210的控制单元211之间可以采用ModbusRS485通讯协议进行通讯，RS485的通信优势为多支路通信，且成本较低。

在上述实施例中的一个实现中，每一所述变频器210设置有两个并联连接的RJ45网络接口，各所述RJ45网络接口采用手拉手方式连接。所述手拉手方式如图2所示，各变频器210首尾串接以实现手拉手方式连接。

在上述实施例中的另一个实现中，每一所述变频器210设置有两个并联连接的RJ45网络接口，每一所述变频器的两个并联连接的RJ45网络接口中的任一个RJ45网络接口任一所述RJ45网络接口连接至一多端口转发器，形成星型拓扑。在星型拓扑结构中，网络中的各变频器210通过点到点的方式连接到一个中央节点(如多端口转发器或交换机)上，由该中央节点向各变频器210传送信息。

具体而言，在本实用新型的一些实施例中，所述控制单元211为可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器是为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

在本实用新型的一些实施例中，各所述变频器210电连接电机220，各所述电机220机械连接风机或水泵，所述冗余控制系统用于对所述风机或所述水泵进行控制。本实用新型并非以此为限制，变频器210还可以连接其它设备以进行变频控制，在此不予赘述。

下面参见图3，图3为本实用新型的另一个实施例的冗余控制系统的示意图。在本实施例中，冗余控制系统300包括多个变频器310及一传感器320。各所述变频器310包括控制单元311。各所述变频器310的控制单元311相互通信。所述多个变频器310中的一变频器310作为主站，所述多个变频器310中的其余变频器310作为从站，所述主站的控制单元311对各所述变频器310进行控制，所述从站的控制单元311仅对该控制单元311所在的变频器310进行控制。所述传感器320串连连接至各所述变频器310。

在本实用新型的一些实施例中，所述传感器320可以是压力传感器、液位传感器、温度传感器或其他获得环境参数的传感器。

在本实用新型的一些实施例中，所述传感器320的输出信号依次串接到各变频器310模拟量输入端子AVI/ACM上，实现传感器的一对多复用。传感器320将传感数据提供给作为主站的变频器310，以供作为主站的变频器310根据传感器320的传感数据对各作为从站的变频器310进行控制。

下面参见图4，图4为本实用新型的又一个实施例的冗余控制系统的示意图。在本实施例中，冗余控制系统400包括多个变频器410、一传感器420及多个电阻430。各所述变频器410包括控制单元411。各所述变频器410的控制单元411相互通信。所述多个变频器410中的一变频器410作为主站，所述多个变频器410中的其余变频器410作为从站，所述主站的控制单元411对各所述变频器410进行控制，所述从站的控制单元411仅对该控制单元411所在的变频器410进行控制。所述传感器420串连连接至各所述变频器410。各所述变频器410并连连接一电阻430，各所述电阻430依次串连连接，并与所述传感器420串连连接。其中，所述电阻430并连连接于所述变频器410的两个信号采集端口之间。

在本实用新型的一些实施例中，与所述变频器410并连连接的所述电阻430的阻值小于所述变频器410的内阻的1/50。由此，使得所述变频器410与所述电阻430并连连接后的的等效电阻的阻值与所述电阻430的阻值相近，从而可以保证电压信号不随串连连接的变频器410的数量变化而变化，也可以避免因为变频器410的故障导致信号断线。例如，在一些具体实现中，传感器420输出信号类型为4-20mA电流信号，其电源电压等级需大于直流电压20V，可以在每台变频器410的信号采集端口AVI和ACM间并连连接1个250欧姆的电阻430，变频器410采集AVI与ACM间的电压信号。所述变频器410与并接的所述电阻430的等效电阻的阻值计算公式为：(19960*250)/(19960+250)≈247欧姆，其中19960为变频器AVI与ACM间的内阻值(单位为欧姆)。因变频器410并连连接电阻后的等效电阻值与电阻430的阻值250Ω接近，故可以保证电压信号不随设备的数量变化而出现大的变化，也可以避免因为设备故障导致信号断线。

本实用新型提供的冗余控制系统，实现控制器的冗余，避免了额外设备的添加，简化系统配线，节省设备成本；实现变频器的主从站自动切换，保证系统中存在主站对整个系统进行控制与保护，提升系统可靠性与稳定性。

本实用新型已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本实用新型的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种冗余控制系统，其特征在于，包括：

多个变频器，各所述变频器包括控制单元，各所述变频器的控制单元相互通信，所述多个变频器中的一变频器作为主站，所述多个变频器中的其余变频器作为从站，所述主站的控制单元对各所述变频器进行控制，所述从站的控制单元仅对该控制单元所在的变频器进行控制。

2.如权利要求1所述的冗余控制系统，其特征在于，所述冗余控制系统还包括一传感器，所述传感器串连连接至各所述变频器。

3.如权利要求2所述的冗余控制系统，其特征在于，各所述变频器并连连接一电阻，各所述电阻依次串连连接，并与所述传感器串连连接；

其中，所述电阻并连连接于所述变频器的两个信号采集端口之间。

4.如权利要求3所述的冗余控制系统，其特征在于，与所述变频器并连连接的所述电阻的阻值小于所述变频器的内阻的1/50。

5.如权利要求2所述的冗余控制系统，其特征在于，所述传感器为压力传感器、液位传感器或温度传感器。

6.如权利要求1所述的冗余控制系统，其特征在于，各所述变频器设置有RJ45网络接口，各所述变频器的控制器通过所述RJ45网络接口进行通讯。

7.如权利要求6所述的冗余控制系统，其特征在于，每一所述变频器设置有两个并联连接的RJ45网络接口；

各所述RJ45网络接口采用手拉手方式连接，或者每一所述变频器的两个并联连接的RJ45网络接口中的任一所述RJ45网络接口连接至一多端口转发器，形成星型拓扑。

8.如权利要求1所述的冗余控制系统，其特征在于，各所述控制单元包括主站模块及从站模块，各所述变频器于所述主站和所述从站之间切换。

9.如权利要求1所述的冗余控制系统，其特征在于，所述控制单元为可编程逻辑控制器。

10.如权利要求1所述的冗余控制系统，其特征在于，各所述变频器电连接电机，各所述电机机械连接风机或水泵，所述冗余控制系统用于对所述风机或所述水泵进行控制。

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