CN210864369U - 变频控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频控制器，包括：ARM芯片、FPGA芯片、PCIe转PCI芯片、光纤以太网芯片、光纤以太网接口、电口以太网芯片和电口以太网接口；其中，光纤以太网接口，与光纤以太网芯片连接，用于通过光纤传输以太网数据；电口以太网接口，与电口以太网芯片连接，用于通过网线传输以太网数据；PCIe转PCI芯片与ARM芯片连接，用于将ARM芯片扩展出光纤以太网总线和电口以太网总线；FPGA芯片与ARM芯片连接，用于将ARM芯片下发的数据并行传输到多个外部变频设备。本实用新型通过ARM芯片和FPGA芯片联合实现变频控制器，能够实现快速响应和高精度变频控制，实时性强、灵活性高。

Description

变频控制器

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种变频控制器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

变频传动技术是一种通过改变输入电源频率的方式来控制交流电机的技术，实现变频传动功能的装置一般称为变频控制器。近年来，由于交流变频传动技术具有控制性能优、使用范围广、驱动容量大、运行节能和维护成本低等优点，得到了突飞猛进的发展。

目前，现有变频控制器主要是采用DSP处理器作为主控制芯片，利用DSP处理器中的已有电机控制的功能，设计好处理器外围，作为外部变频设备的控制器。但这种变频控制器，由于难以满足实时要求，只能适用于对变频设备实时性能要求不高的场合。还有一些变频控制器采用DSP+FPGA系统架构来实现变频控制器，这种架构的优点是结构灵活、通用性较强，利用DSP芯片的一些集成的程序包算法，开发周期短；其缺点是由于DSP处理器主频有限(通常为百兆级)，在实时任务处理，多任务处理方面性能存在不足。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种变频控制器，用以解决现有技术采用DSP芯片和FPGA芯片实现的变频控制器，由于DSP芯片主频有限，导致变频控制器的实时性较差的技术问题，该变频控制器包括：ARM芯片、FPGA芯片、PCIe转PCI芯片、光纤以太网芯片、光纤以太网接口、电口以太网芯片和电口以太网接口；其中，光纤以太网接口，与光纤以太网芯片连接，用于通过光纤传输以太网数据；电口以太网接口，与电口以太网芯片连接，用于通过网线传输以太网数据；PCIe转PCI芯片与ARM芯片连接，用于将ARM芯片扩展出光纤以太网总线和电口以太网总线，光纤以太网总线与光纤以太网芯片连接；电口以太网总线与电口以太网芯片连接；FPGA芯片与ARM芯片连接，用于将ARM芯片下发的数据并行传输到多个外部变频设备。

本实用新型实施例中，将ARM芯片(主控制芯片)与FPGA芯片(外围接口芯片)连接，并通过PCIe转PCI芯片将ARM芯片扩展出光纤以太网总线、电口以太网总线，分别与光纤以太网芯片、电口以太网芯片连接，由于光纤以太网芯片能够通过光纤以太网接口实现光纤以太网报文的接收与发送；电口以太网芯片能够通过电口以太网接口实现电口以太网报文的接收与发送。

通过本实用新型实施例，将ARM芯片作为变频器的主控制芯片，将FPGA芯片作为变频器的外围接口芯片，利用ARM芯片能够实现各种复杂算法，利用FPGA芯片不仅能够实现高速并行数据传输，还能够实现快速响应和高精度变频控制，实时性强、灵活性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型实施例中提供的一种变频控制器示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种可选的变频控制器示意图。

附图标记：

101、ARM芯片；102、FPGA芯片；103、PCIe转PCI芯片；104a、光纤以太网芯片；104b、电口以太网芯片；105a、光纤以太网接口；105b电口以太网接口；106、USB接口；107、USB转TTL模块；108、CF卡接口；109、数码管驱动芯片；110、数码管；111、RTC时钟芯片；112、DDR内存；113、MMC存储器；114、外部扩展板；115、中断信号传输接口；116、CAN总线接口；117、RS485总线接口；118、RS232总线接口；119、SSI编码器信号接口；120、增量编码器信号接口；121、数字量输出信号接口；122、数字量输入信号接口；123、模拟量输出信号接口；124、模拟量输入信号接口；125、电源接口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型实施例中提供了一种变频控制器，图1为本实用新型实施例中提供的一种变频控制器示意图，如图1所示，该变频控制器可以包括：ARM芯片101、FPGA芯片102、PCIe转PCI芯片103、光纤以太网芯片104a、光纤以太网接口105a、电口以太网芯片104b和电口以太网接口105b；

其中，光纤以太网接口105a，与光纤以太网芯片104a连接，用于通过光纤传输以太网数据；电口以太网接口105b，与电口以太网芯片104b连接，用于通过网线传输以太网数据；PCIe转PCI芯片103与ARM芯片101连接，用于将ARM芯片101扩展出光纤以太网总线和电口以太网总线，使得ARM芯片101通过扩展出的光纤以太网总线与光纤以太网芯片104a连接；通过扩展出的电口以太网总线与电口以太网芯片104b连接；FPGA芯片102与ARM芯片101连接，用于将ARM芯片101下发的数据并行传输到多个外部变频设备。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的变频控制器可以用于任意一种变频器的控制，可以是但不限于改变电机工作电源频率的变频器。

可选地，本实用新型实施例中ARM芯片101可以采用MCIMX6Q5EYM12AD型号芯片；FPGA芯片102可以采用XC6SLX16-2FTG256C型号芯片。

需要注意的是，本实用新型实施例提供的变频控制器，集成百兆标准以太网接口，支持TCP/IP协议，通过PCIe转PCI芯片103扩展出光纤以太网接口，实现高速以太网原始报文的收发。可选地，本实用新型实施例中，通过PCIe转PCI芯片103扩展出两路以太网总线，其中，一路为电口以太网，另一路为塑料光纤以太网。可选地，本实用新型实施例中PCIe转PCI芯片可以将一个PCIe总线接口扩展出两个PCI总线接口，每个PCI总线接口可以与一个以太网芯片连接。可选地，PCIe转PCI芯片可以XIO2001芯片。

本实用新型实施例提供的变频控制器可以采用24V直流供电，通过底部的电源接口125与外部电源连接。可选地，电源接口125可以是电源端子。

可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器中，ARM芯片采用4核A9系列，主频可达1GHz。与现有DSP芯片的主频(百兆级)相比，本实用新型实施例提供的变频控制器，基于ARM+FPGA系统架构，能够实现快速实时响应和高精度变频控制，从而更适应于高端变频器及系统应用的需求。另外，本实用新型实施例提供的变频控制器中，FPGA芯片负责并行的高速数据处理，光纤数据通信等工作，通过协调配合实现一个控制器带多个电机的功能。可选地，ARM芯片可以通过本地总线与FPGA芯片进行高速数据通信。

由上可知，本实用新型实施例提供的变频控制器，将ARM芯片(主控制芯片)与FPGA芯片(外围接口芯片)连接，并通过PCIe转PCI芯片将ARM芯片扩展出光纤以太网总线、电口以太网总线，分别与光纤以太网芯片、电口以太网芯片连接，由于光纤以太网芯片能够通过光纤以太网接口实现光纤以太网报文的接收与发送；电口以太网芯片能够通过电口以太网接口实现电口以太网报文的接收与发送。

通过本实用新型实施例，将ARM芯片作为变频器的主控制芯片，将FPGA芯片作为变频器的外围接口芯片，利用ARM芯片能够实现各种复杂算法，利用FPGA芯片不仅能够实现高速并行数据传输，还能够实现快速响应和高精度变频控制，实时性强、灵活性高。

如图2所示，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：中断信号传输接口115，与FPGA芯片102连接，用于传输中断信号。可选地，本实用新型实施例中，FPGA芯片通过塑料光纤或者玻璃光纤的方式，扩展出接收或发送快速中断信号的中断信号传输接口，实现多个控制器之间的数据同步和信号同步。ARM芯片还支持中断触发功能，以便实现快速信号的紧急处理。

作为一种可选的实施方式，可以在ARM芯片中运行Linux操作系统，不仅能够保证软件代码的自主可控，而且还能够增加软件的灵活度和资源的丰富性。

如图2所示，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：USB接口106，与ARM芯片101连接，用于与外部USB设备(例如，计算机等)通信。

可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：USB转TTL模块107，与ARM芯片101连接，用于将USB数据转换为TTL数据。通过USB转TTL的方式，能够实现通过USB调试ARM芯片系统(例如，Linux系统)的功能，方便系统调试人员的工作，还可支持热插拔功能。

在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：CF卡接口108，与ARM芯片101连接，用于将数据存储至外部CF卡中或读取外部CF卡中的数据。通过将ARM芯片扩展出CF卡存储功能，将系统数据或用户数据存储在CF卡中，能够方便通过CF卡进行系统和程序升级。

进一步地，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：数码管驱动芯片109和数码管110；其中，数码管驱动芯片109与ARM芯片101连接，用于驱动数码管110点亮或熄灭；数码管110用于显示变频控制器的状态信息。可选地，数码管110为一个8位LED数码管，用来显示当前控制器状态，方便用户判断当前控制器内部软件的情况。可选地，数码管驱动芯片109可以是74HC595D串转并芯片，将ARM芯片的串行信号转换为驱动LED数码管的并行信号。

如图2所示，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：RTC时钟芯片111，与ARM芯片101连接，用于提供时钟信号。可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器中，ARM芯片101通过I2C总线扩展出实时时钟(Real-time clock，RTC)芯片，来实现实际时间的记录和存储，使得整个系统和控制器更加完善。

一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：DDR内存112和MMC存储器113；其中，DDR内存112，与ARM芯片101连接，用于存储内存数据；MMC存储器113，与ARM芯片101连接，用于存储数据。可选地，MMC存储器可以是MMC卡，通过MMC卡实现板载的数据存储，对于系统校验和加密数据，都需要保存在MMC卡中。由于MMC卡的读写速度快于CF卡读写，因此紧急保持的数据，可以存储在MMC卡中。本实用新型实施例提供的变频控制器中，ARM芯片通过DDR的的方式扩展RAM，实现了大批量内存数据的存储和运算，支持当前各种主流DDR总线。

一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的变频控制器还可以包括：外部扩展板114，与FPGA芯片102连接，用于扩展出各种现场总线或以太网总线。FPGA芯片通过内部总线扩展了外部扩展板，可以实现各种现场总线、实时以太网总线的支持，增强了系统的扩展性。

可选地，本实用新型实施例提供的变频控制器中，FPGA芯片102还可以用于扩展出如下任意一种接口：RS485总线接口117、CAN总线接口116、RS232总线接口118、SSI编码器信号接口119、增量编码器信号接口120、数字量输入信号接口122、数字量输出信号接口121、模拟量输入信号接口124和模拟量输出信号接口123。通过扩展多种通信协议的数据传输接口，实现多通信协议的协调统一操作。

本实用新型提供的变频控制器，采用长生命周期的ARM芯片，能够满足工业产品长生命周期、高可靠性、高稳定性的要求。该控制器采用主流的、长期稳定维护的Linux系统内核版本，内置实时操作系统来完成实时多任务功能，可以采用C语言或C++语言实现软件代码的自由开发。可选地，还可以支持Eclipse软件框架下对C语言或C++语言代码进行代码调试，查看程序内置变量等常规嵌入式编程功能。进一步地，还可以支持PLC、梯形图、结构文本、指令表、CFC、SFC等编程语言。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频控制器，其特征在于，包括：ARM芯片(101)、FPGA芯片(102)、PCIe转PCI芯片(103)、光纤以太网芯片(104a)、光纤以太网接口(105a)、电口以太网芯片(104b)和电口以太网接口(105b)；

其中，光纤以太网接口(105a)，与所述光纤以太网芯片(104a)连接，用于通过光纤传输以太网数据；所述电口以太网接口(105b)，与所述电口以太网芯片(104b)连接，用于通过网线传输以太网数据；所述PCIe转PCI芯片(103)与所述ARM芯片(101)连接，用于将所述ARM芯片(101)扩展出光纤以太网总线和电口以太网总线，所述光纤以太网总线与所述光纤以太网芯片(104a)连接；所述电口以太网总线与所述电口以太网芯片(104b)连接；

所述FPGA芯片(102)与所述ARM芯片(101)连接，用于将所述ARM芯片(101)下发的数据并行传输到多个外部变频设备。

2.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：USB接口(106)，与所述ARM芯片(101)连接，用于与外部USB设备通信。

3.如权利要求2所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：USB转TTL模块(107)，与所述ARM芯片(101)连接，用于将USB数据转换为TTL数据。

4.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：CF卡接口(108)，与所述ARM芯片(101)连接，用于将数据存储至外部CF卡中或读取外部CF卡中的数据。

5.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：数码管驱动芯片(109)和数码管(110)；

其中，所述数码管驱动芯片(109)与所述ARM芯片(101)连接，用于驱动所述数码管(110)点亮或熄灭；所述数码管(110)用于显示所述变频控制器的状态信息。

6.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：RTC时钟芯片(111)，与所述ARM芯片(101)连接，用于提供时钟信号。

7.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：DDR内存(112)和MMC存储器(113)；

其中，所述DDR内存(112)，与所述ARM芯片(101)连接，用于存储内存数据；所述MMC存储器(113)，与所述ARM芯片(101)连接，用于存储数据。

8.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：外部扩展板(114)，与所述FPGA芯片(102)连接，用于扩展出各种现场总线或以太网总线。

9.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述变频控制器还包括：中断信号传输接口(115)，与所述FPGA芯片(102)连接，用于传输中断信号。

10.如权利要求1所述的变频控制器，其特征在于，所述FPGA芯片(102)用于扩展出如下任意一种接口：RS485总线接口(117)、CAN总线接口(116)、RS232总线接口(118)、SSI编码器信号接口(119)、增量编码器信号接口(120)、数字量输入信号接口(122)、数字量输出信号接口(121)、模拟量输入信号接口(124)和模拟量输出信号接口(123)。

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