[实用新型]一种通用变频器实时控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，通用变频器作为电力电子技术发展的产物，在国民经济的各个领域如冶金、石油、电力等行业得到广泛的应用，并作为节能先锋发挥着越来越重要的作用。

通用变频器实时控制器是变频器控制的最关键环节之一，直接关系到变频器的控制品质以及系统可靠性。它的主要作用是根据系统采集的电压电流信号进行一系列复杂的运算，产生驱动功率单元的PWM脉冲，实现高性能、高精度、快速响应的实时控制。同时根据从外部接收到的控制命令实现逻辑控制、控制参数传递以及实时通信等。

目前，国内外通用变频器的实时控制方案主要有两类：一、定点DSP+FPGA的架构，这种方案的最大缺点就是定点DSP对浮点数的处理有一定限制，影响了控制精度，并且此方案要编写大量的FPGA逻辑控制和接口软件，人力成本较高。二、定点DSP+浮点DSP+PLC架构，这种方案控制精度较高，并且稳定可靠，但是成本较高，并且数据交换以及外部接口的实现较为繁琐。另外以上两种方案均无法实现一个控制器同时进行四象限控制和逆变控制。

如图1所示，目前通用变频器实时控制器主要采用定点主DSP+浮点协处理DSP+PLC架构，其中主DSP芯片主要完成系统逻辑判断、功率模块单元的控制以及故障中断的处理，主DSP芯片通过双口RAM芯片与协处理浮点DSP芯片进行数据交换，即主DSP芯片通过双口RAM芯片，将检测到的变频器输入输出电压电流信号传送给专门用于复杂矢量计算的、运算速度更快的浮点协处理DSP芯片；主DSP芯片根据协处理DSP芯片的运算结果输出控制信号控制各功率模块单元的导通频率和时间，改变变频器的输出频率。PLC 主要用于变频器开关信号的逻辑控制，PLC与主DSP芯片采用硬连接的信号定义。主DSP芯片外部挂有单口RAM 、AD接口、串行通用接口、以及脉冲输出等其他接口。浮点协处理DSP芯片外部挂有用于数据存储的单口RAM 和FLASH 。目前这种方案已经投入了商业应用，并且进入了量产阶段，系统运行稳定可靠，但系统实时性不好、开发成本较高。

由于现有技术采用PLC来进行开关信号的逻辑控制，大大增加了成本；现有技术采用协处理浮点DSP进行算法运算后，再把运算结果送回主DSP，然后主DSP根据运算结果输出控制信号，这在一定程度上影响了系统的实时性；现有技术外部接口较少，没有USB、以太网等接口，无法满足用户多样化需求；由于采用了PLC，系统功能的可裁剪性不强。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种控制精度高、结构简单、外部接口丰富并且可以同时实现四象限控制和逆变控制的通用变频器实时控制器。

本实用新型的技术方案是：所述通用变频器实时控制器包括浮点DSP1单元、浮点DSP2单元、ARM9单元、数据缓冲单元、电源变换单元、时钟发生单元、复位单元、外部接口单元和FPGA单元；所述通用变频器实时控制器采用双浮点DSP+ARM+FPGA架构，所述FPGA单元分别与浮点DSP1单元、浮点DSP2单元、ARM9单元、数据缓冲单元相连。

所述浮点DSP1单元和浮点DSP2单元的架构相同，均包括高速浮点DSP处理器、用于DSP程序和运行数据存储的NAND FLASH存储芯片、SDRAM存储芯片和JTAG接口。

所述外部接口单元主要包括：PROFIBUS 、USB 、以太网接口、RS485 、RS232、外部并行总线。

所述ARM9单元包括用于实现系统管理与通信控制的ARM9处理器、与ARM9处理器连接的存储器、电源电路和复位电路、ARM9处理器自带的以太网接口、RS485总线接口、通用同步/异步串行收发器接口、外部总线扩展接口，以及挂在ARM9处理器并行总线上的并行外部总线接口和PROFIBUS接口；所述与ARM9处理器相连的存储器包括NOR 闪存、NAND 闪存、同步动态随机存储器。ARM9处理器通过RS485接口利用MODBUS标准协议与面板人机界面通信，实现实时控制和参数传递。

    所述通用变频器实时控制器具有并行总线扩展接口，方便与外部快速进行数据交换，并且可以进行功能扩展。

所述通用变频器实时控制器，还包括用于记录故障和运行参数的FLASH存储器；所述通用变频器实时控制器设置有标准PROFIBUS协议接口，方便与PLC等进行接口。