專利名稱：大功率變流器通用控制平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制器，尤其是涉及一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺。
背景技術：
近年來隨著以微處理器和先進的控制算法為主的數(shù)字控制技術的發(fā)展，以及新型集高頻、高電壓和大電流等特點的大功率IGBT和IPM模塊等功率半導體復合器件的推出，大功率變流器技術在交流變頻調速、供電電源、電力系統(tǒng)輸配電、電能質量控制等方面已經(jīng)獲得日益廣泛的應用。以微處理器為基礎的大功率變流器裝置控制器具有廣泛的共性，其共性集中表現(xiàn)在硬件、軟件和開發(fā)途徑三個方面，因此開發(fā)大功率變流器通用控制平臺具有可行性。從有利于加快大功率變流器裝置的研制、開發(fā)，控制算法的試驗、提高效率和縮短開發(fā)周期的觀點來看，研制一種變流器裝置通用數(shù)字控制器開發(fā)平臺很有必要，對它進行研究必將促進大功率變流器裝置控制算法的研究和縮短變流器產品的開發(fā)周期。同時開發(fā)大功率變流器通用控制平臺可以降低產品控制器重復開發(fā)帶來的高成本，而且有利于軟件的模塊化和通用化。

發(fā)明內容
本發(fā)明為一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺，為變流器控制器的研發(fā)提供了一個通用性的方案，促進了大功率變流器裝置控制算法的研究，縮短了變流器產品的開發(fā)周期。本發(fā)明采用以下技術方案來實現(xiàn)一種具有多種通訊接口的大功率變流器通用控制平臺，包括上、中、下三個板級電路，電路主要包括底層電源板AC/DC模塊用于給主控制電路提供數(shù)字電源，AC/DC模塊用于給模擬電路供電，AC/DC模塊用于給開關量供電，AC/DC模塊用于給碼盤計速模塊供電；中層接口板AD數(shù)據(jù)采集模塊，相位檢測模塊，過限故障檢測模塊，開關量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊，光纖信號輸入輸出模塊，碼盤信號檢測模塊，CAN通訊接口模塊，RS232通訊模塊，RS2485通訊模塊，網(wǎng)絡接口模塊，CPLD控制模塊；上層主控板用于控制整個流程的DSP主控制器；用于各種采樣量的分析、計算，運行算法程序的DSP輔助控制器；參數(shù)存儲模塊；用于網(wǎng)絡接口控制的FPGA網(wǎng)絡主控制器；DC/DC模塊用于為各控制器提供核心電源。底層電源板電源模塊為4路AC/DC，分別給板上提供2路5v、1路24v和一對士 15V電源，為整個控制器的供電。16路采樣電路中，輸入信號為電流信號，接入功率采樣電阻將信號轉化為電壓信號，控制信號接入CPLD控制模塊，采樣信號接入DSP輔助控制器和過限故障檢測。16路開關量、碼盤信號使用光耦隔離，接入CPLD控制模塊。
RS232和RS485通訊信號使用光耦隔離，CAN通訊信號，均接入DSP主控制器。2路相位檢測與鎖相信號，16路過限故障檢測信號，光纖信號輸入輸出信號共16路輸入、16路輸出，接入CPLD控制模塊。1路Khernet通訊信號使用網(wǎng)絡隔離芯片，接入FPGA網(wǎng)絡主控制器。CAN通訊接口模塊為CAN現(xiàn)場總線通訊接口，采用協(xié)議為CAN2. OA或者CAN2. OB協(xié)議。RS232串行通訊模塊為串行通訊接口，同于通用串行通訊，采用常規(guī)RS232通訊。RS485串行通訊模塊為串行通訊接口，同于通用串行通訊，協(xié)議采用MODBUS協(xié)議。網(wǎng)絡接口模塊為Khernet通訊接口，同于Khernet通訊，協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。參數(shù)存儲區(qū)由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH組成，E2PR0M用于重要參數(shù)存儲、掉電保護，NANDFLASH用于工作波形數(shù)據(jù)存儲。底層電源板位于最下層，中層接口板位于中間層，上層主控板位于最下上層，底層電源板與中層接口板之間使用螺釘固定，中層接口板與上層主控板之間使用2條96針型插針插槽固定，中層接口板上使用插針，上層主控板使用插槽。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點外擴了 4片電力電子廣泛使用的AD采用芯片AD7865，提高了采樣精度和采樣速度，控制方便；在PWM和IO輸出加上了 CPLD，可以方便其擴展，同時擴展一片F(xiàn)PGA用于控制平臺的通信擴展，可以方便平臺擴展LCD、鍵盤等其它外設，提高了控制平臺的可擴展性，應用前景廣泛；擴展了一片1KB的E2PR0M用于系統(tǒng)運行參數(shù)的掉電保護，同事擴展了 IGBit的NANDFLASH用于工作波形的存儲，提高了控制平臺的存儲能力；擁有RS232，RS485，CAN,Ethernet接口等，接口多樣，通訊能力大大提高。


圖1是本發(fā)明的三層結構圖。圖2是本發(fā)明的底層電源板100電氣結構。圖3是本發(fā)明的中層接口板200電氣結構。圖4是本發(fā)明的上層主控板300電氣結構。
具體實施例方式本發(fā)明提出的大功率變流器通用控制平臺具有上、中、下布局結構，其結構布局如圖1所示下層為電源板，為整個控制系統(tǒng)供電；中層為接口板，主要配備各類外圍接口電路和CPLD控制電路；上層為主控電路，主要配備各主控芯片和輔助控制芯片及主控電路電源；上層與中層采用插針、插槽形式連接和固定，底層與中層采用螺栓固定，使用電源導線連接。所示的市電220V接入AC接口 105，經(jīng)過AC/DC模塊101轉換為1路5V電源，為整個控制平臺的數(shù)字電源供電；經(jīng)過AC/DC模塊102轉換為一對士 15V電源，為系統(tǒng)模擬電路供電；經(jīng)過AC/DC模塊103轉換為1路MV電源，為開關量后端供電；經(jīng)過AC/DC模塊104轉換為1路5V電源，為碼盤及其檢測模塊供電。所示的16路信號采樣AD模塊201控制信號接CPLD控制模塊211，模擬信號分別引入上層主控板300的DSP輔助控制器302和過限故障檢測模塊203，DSP輔助控制器302進行信號采集和數(shù)據(jù)處理，過限故障檢測模塊203進行采樣信號的過限故障檢測。所示的兩路相位檢測模塊202接變流器輸入側與輸出側三相電壓AB相，用于鎖存AB相位及其相位檢測，接入CPLD控制模塊211。所示的開關量模塊204有8路輸入、8路輸出，使用光耦隔離，接入CPLD控制模塊211，前端使用5V電源，后端使用MV電源。所示的光纖信號輸入輸出模塊205有16路輸出、16路輸如，接入CPLD控制模塊211，用于PWM控制脈沖的發(fā)送和功率模塊故障信號的檢測，接入CPLD控制模塊211。所示的碼盤信號檢測模塊206有9路信號，分為A、B、Z三對差分信號和一對5V電源以及屏蔽地，用于檢測碼盤信號，差分信號需要由差分信號轉換為數(shù)字單端信號，接入CPLD控制模塊211。所示的CAN通訊模塊207為一對差分信號，進行CAN通訊，協(xié)議采用CAN2. OA或CAN2. 0B，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS232通訊模塊208為一對輸入輸出信號線，進行常用的串行通訊，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的RS485通訊模塊209為2對差分信號，進行RS485通訊，通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議，引入到上層主控板300，接入DSP主控制器301。所示的Khernet通訊模塊210為網(wǎng)絡通訊接口，使用網(wǎng)絡隔離芯片，采用TCP/IP協(xié)議，引入到上層主控板300，接入FPGA網(wǎng)絡主控制器304。所示的電源接口 212接下層電源板100的各路電源，將電源引入到中層接口板200和上層主控板300。所示的DSP主控制器301運行整個主控流程，控制整個變流器主電路進行變流控制，檢測整個變流器的運行狀態(tài)，對故障作出應對措施，運行通訊程序，與遠程計算機或者現(xiàn)場人機交互界面(觸摸屏)進行通訊，運行存儲程序，對重要參數(shù)進行存儲和掉電保護，對運行波形數(shù)據(jù)進行存儲。所示的DSP輔助控制器302對變流器實時參數(shù)進行采樣、處理和分析，運行變流控制算法，給出DSP主控制器301控制所需要的各項參數(shù)。所示的FPGA網(wǎng)絡主控制器304集成網(wǎng)絡協(xié)議TCP/IP協(xié)議，進行網(wǎng)絡通訊，并將通訊數(shù)據(jù)與DSP主控制器301進行交互。所示的參數(shù)存儲模塊由一片1KB的E2PR0M和一片IGBit的NANDFLASH組成，E2PR0M用于重要參數(shù)存儲、掉電保護，NANDFLASH用于工作波形數(shù)據(jù)存儲。所示的DC/DC模塊305提供1路3. 3V電源，為控制器IO 口供電；1路1. 8V電源，為DSP主控制器301內核供電；2路1. 2V電源，為DSP輔助控制器302和FPGA網(wǎng)絡主控制器304內核供電。
權利要求
1.一種大功率變流器通用控制平臺，包括三個板級電路，其特征在于，該功能電路包括底層電源板AC/DC模塊用于給主控制電路提供數(shù)字電源，AC/DC模塊用于給模擬電路供電，AC/DC模塊用于給開關量供電，AC/DC模塊用于給碼盤計速模塊供電；中層接口板:AD數(shù)據(jù)采集模塊，相位檢測模塊，過限故障檢測模塊，開關量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊，光纖信號輸入輸出模塊，碼盤信號檢測模塊，CAN通訊接口模塊，RS232通訊模塊，RS2485通訊模塊，網(wǎng)絡接口模塊，CPLD控制模塊；上層主控板用于控制整個流程的DSP主控制器；用于各種采樣量的分析、計算，運行算法程序的DSP輔助控制器；參數(shù)存儲模塊；用于網(wǎng)絡接口控制的FPGA網(wǎng)絡主控制器；DC/DC模塊用于為各控制器提供核心電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括底層電源板的AC/DC模塊，給中層接口板和上層主控板提供1路+5V的數(shù)字電源，為控制部分供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括AC/DC模塊給中層接口板提供一對士 15V的電源，為其模擬部分供電。
4.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括:AC/DC模塊為中層接口板提供一路+24V電源，為開入開出電路后端供電。
5.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括:AC/DC模塊為中層接口板提供一路+5V的電源，為碼盤供電。
6.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括:AD數(shù)據(jù)采集模塊共16路采樣通道，為電流信號輸入，控制信號接入CPLD控制模塊，采樣信號接入DSP輔助控制器和過限故障檢測模塊。
7.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括相位檢測與鎖相模塊共2路，用于檢測三相電相位并鎖存輸出，接入CPLD控制模塊。
8.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括過限故障檢測模塊共16路，用于對16路采樣通道的過限故障檢測，接入CPLD控制模塊。
9.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括開關量輸入輸出模塊光纖輸入輸出模塊共8路輸入、8路輸出，用于對開關量的輸入與輸出，接入CPLD控制模塊211。
10.根據(jù)權利要求1所述的大功率變流器通用控制平臺，其特征在于，還包括光纖信號輸入輸出模塊共16路輸入、16路輸出，用于PWM輸出與光纖故障信號檢測，接入CPLD控制模塊。
全文摘要
一種大功率變流器通用控制平臺，具有采集變流器主電路電壓、電流等，輸出PWM信號，實現(xiàn)變流器系統(tǒng)的閉環(huán)控制、對變流器進行故障保護和實現(xiàn)與外界的信息交互功能。該控制平臺核心部分為雙DSP架構，其中定點DSP芯片TMS320F2812與浮點DSP芯片TMS320C6713通過雙口RAM通信。針對定點DSP片內AD采樣精度和速度不穩(wěn)定的缺點，該控制平臺外擴了4片電力電子廣泛使用的AD采用芯片AD7865；針對傳統(tǒng)雙DSP處理器擴展性差的問題，該控制平臺在PWM和IO輸出加上了CPLD，可以方便其擴展，同時擴展一片F(xiàn)PGA用于控制平臺的通信擴展，可以方便平臺擴展LCD、鍵盤等其它外設。
文檔編號G05B19/042GK102393658SQ20111018684
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權日2011年7月6日
發(fā)明者倪道宏, 張文鑭, 祖暉, 祝驊, 章國寶, 黃永明 申請人:東南大學