CN105446224A - 一种高压变频器的分布式控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，包括：主控制系统和多套柜体信息采集模块，主控制系统(2、3、4)用于控制高压变频器的功率单元，多个所述柜体信息采集模块(1)，用于采集高压变频器各个柜体内(1～N)的温度信息、柜门开关信息以及风机运行状态信息，多个所述柜体信息采集模块(1)之间通过串行总线(L1)相互连接，并与主控制系统连接(2、3、4)。

Description

一种高压变频器的分布式控制系统

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种高压变频器分布式控制系统。

背景技术

高压变频器如图1所示，主要由移相变压器、不同数量的功率单元以及控制系统构成。高压变频器的移相变压器、功率单元及控制系统如图2所示，分别放在变压器柜、功率单元柜和控制柜之中。随着高压变频器的容量越做越大，变压器柜与单元柜所用的柜体数量在不断增加。而且在实际项目中，一般情况下还会增加旁路柜、软启动柜等功能柜体。

处于对人身安全和设备保护的考虑，每个柜体都需要进行以下三项检测：柜门状态检测、柜内温度实时检测、柜顶风机运行状态检测。现有技术的做法就是所有单独柜体的检测信号通过接线直接连接主控制系统。但随着柜体数量的增加，这些连线的数量与长度都会大大增加，同时主控制系统侧的对应接口也必须增加。这就导致柜体间连线数量较多、连线长度较长、线缆交错复杂等问题，不便于生产装配、现场维护，同时也增加了产品的故障率和维护成本。

本发明的目的在于解决现有的技术缺陷，提供一种可以以少量连接线来取代原来柜体间的大量连接线，既可以减少柜体间布线的数量与长度，节约现场布线时间与生产成本，又能降低故障率的高压变频器分布式控制系统。

发明内容

本发明的第一技术方案为一种高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，包括：主控制系统和多套柜体信息采集模块，

主控制系统(2、3、4)用于控制高压变频器的功率单元，

多个所述柜体信息采集模块(1)，用于采集高压变频器各个柜体内(1～N)的温度信息、柜门开关信息以及风机运行状态信息，多个所述柜体信息采集模块(1)之间通过串行总线(L1)相互连接，并与主控制系统连接(2、3、4)。

第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，所述主控制系统包括人机界面(4)、控制器(3)、PLC系统(2)。

第三技术方案基于第二技术方案，其特征在于，柜体信息采集模块(1)包含可编程的控制芯片(10)，由该控制芯片(10)将采集到的柜门开关状态信息、柜内温度信息以及风机运行状态信息进行编码处理后与主控制系统中的PLC系统(2)进行数据交换。

第四技术方案基于第二技术方案，其特征在于，柜体信息采集模块(1)与主控制系统中的控制器(3)进行数据交换。

第五技术方案基于第二技术方案，其特征在于，柜体信息采集模块(1)与主控制系统中的人机界面(4)进行数据交换。

第六技术方案基于第三技术方案，其特征在于，所述柜体信息采集模块(1)与主控制系统(2、3、4)通过串行通信总线(L1)连接；

主控制系统(2、3、4)为主站，采用查询方式来读取各个柜体的信息；

柜体信息采集模块(1)作为从站，柜体信息采集模块(1)内部有地址设定功能，不同柜体中的柜体信息采集模块拥有不同的从站地址。

第七技术方案基于第一至第六中任一技术方案，其特征在于，所述柜体信息采集模块(1)与主控制系统(2、3、4)的连接除了通信总线外，还包括电源总线与其它连接线(L2)；

电源总线用于给各个柜体信息采集模块供电；柜门开关信息或风机运行状态信息通过其它连接线(L2)串联连接到主控制系统(2、3、4)，用于紧急故障的快速响应。

附图说明

附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1是单元级联型高压变频器电路原理图；

图2是单元级联型高压变频器组柜平面示意图；

图3是所述分布式控制系统结构框图；

图4是PLC系统与柜体信息采集模块串行通信拓扑图；

图5是变压器柜、功率单元柜和控制柜各一套的柜体信息采集模块功能示意图；

图6是温度信息采集通路；

图7是柜门开关状态与风机运行状态采集通路；

图8是柜门开关状态信号接线图。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

图1是单元级联型高压变频器电路原理图。如图1所示，单元级联型高压变频器，主要由移相变压器、不同数量的功率单元以及未图示的控制系统构成。移相变压器、功率单元及控制系统如图2所示，分别放在变压器柜、功率单元柜和控制柜之中。在图2中，代表性的示出了一个单元柜，根据变频器的输出功率及功率单元的数量不同，功率单元柜的数量也不同。变压器柜与功率单元柜和控制柜都具有柜门和风机，以下除另行说明之外，变压器柜与功率单元柜和控制柜统称为柜体，并且以柜体数量N进行说明。

图3是所述分布式控制系统结构框图。各个柜体(1～N)设置有柜体信息采集模块，在本实施方式中，各个柜体信息采集模块均相同，以下统一用标号1进行说明。对于本发明而言，各个柜体的柜体信息采集模块既可相同也可不同。高压变频器具有主控系统，其由PLC系统(可编程逻辑控制器)2、控制器3、人机界面4构成。控制器3通过光纤通讯控制外部功率单元，控制器3、人机界面4、PLC系统(可编程逻辑控制器)2通过通讯线互相连接。各个柜体(1～N)的柜体信息采集模块1通过串行总线L1相互连接。图4是PLC系统与柜体信息采集模块串行通信拓扑图。如图4所示，PLC系统2与柜体信息采集模块1之间通过串行通信总线连接，PLC系统2采用查询方式定期查询各个柜体的状态。

图5是变压器柜、功率单元柜和控制柜各一套的柜体信息采集模块功能示意图。变压器柜、功率单元柜中设有风机和柜门开关以及检测温度的传感器，控制柜除没有风机外，其余与变压器柜、功率单元柜相同。柜体信息采集模块1由控制芯片10和周边电路构成，对外接口有柜内IO输入接口，柜内温度的输入接口(4-20mA)

风机1、风机2、风机3，柜门1、柜门2、柜门3以及备用1、2的状态检测信号的输入接口，与输入电源连接的24V的电源、COM接口，串行通讯用的通讯总线，IO1输出接口，IO2输出接口。IO1输出接口用于柜门报警，IO2输出接口用于风机报警。

各个柜体内的温度传感器，采集三个温度信号，单元柜中采集进风口、出风口与柜体中间区域温度，变压器柜分别采集三相绕组的温度。

各个柜体内温度信号由温度传感器PT100采集后，所得到的电流信号输入到柜体信息采集模块1，如图6经过采样电阻后进入采样芯片AD7794，本芯片可采集多路温度信号。采样结束后采样芯片AD7794以SPI的方式将采样结果传递给控制芯片10，控制芯片10解码后得到柜体内的温度信息。

各个柜体的柜门开关信号与风机运行信号通过柜内走线输入至柜体信息采集模块1，如图7所示经过数字输入串行器SN65HVS881后以编码形式经过隔离芯片ISO7241后传至控制芯片10，控制芯片10解码后得到相关状态信息。在柜体信息采集模块的控制芯片10与RS485通信总线之间经过了ISO3082进行隔离与电平转换。

本实施方式的串行通信总线为一主多从方式，波特率19200bps，其中PLC系统2为主机，各个柜体内的柜体信息采集模块1为从机，最多支持16个从机。

每个柜体信息采集模块1中均配置一个16位BCD拨码开关，在柜体组装时，对不同的柜体分别编码，以区分不同柜体和从机地址。本例中BCD拨码开关对应柜体关系如下：

BCD拨码开关	柜号	柜体
			0000	1	变压器柜1
0001	2	变压器柜2
			0010	3	变压器柜3
0011～0111	4～8	保留
			1000	1	单元柜1
1001	2	单元柜2
			1010	3	单元柜3
1011	4	单元柜4
			1100	5	单元柜5
1101	6	单元柜6
			1110～1111	7～8	保留

控制芯片10得到柜体内的温度信息、柜门开关状态与风机运行状态后，以提前设定好的通讯协议进行编码，并等待RS485主站，在本实施方式中为PLC系统2的查询指令，当查询指令到达时，将本组温度信息、柜门状态以及风机状态按协议打包发送至PLC系统2，若无查询指令到达，则自动实时更新温度值、柜门和风机状态。

PLC系统2得到的所有柜体信息，通过通信传至人机界面4，用户可以实时观测柜体的情况。

当检测到风机故障发生，人机界面会发出报警提示，并发出停机指令，控制器3将封锁输出，PLC系统2点亮柜门报警装置。

当柜体温度过高时，通过人机界面4的判断选择，控制器1可使变频器运行于高温降容状态。

当检测到柜门打开时，PLC系统将会判断工况，如果处于高压得电状态，为了人身安全考虑，PLC系统将直接切断高压；否则将会发出报警，禁止接通高压或运行。

各个柜体信息采集模块1中控制芯片10得到的柜门开关状态与风机运行状态除了与温度信息一起编码通过通信传输外，另外还设有一条通路L2(连接线)。控制芯片10将柜门开关状态与风机运行状态通过IO口输出至隔离光耦，经过光耦的电平转换后通过三极管来驱动继电器12进行信号输出。所有柜体中柜门开关状态信号的继电器12输出均串接在一起。图8是柜门开关状态信号接线图，串联连接的首端与末端直接连接至PLC系统2。这样当柜门打开故障时，PLC系统2可以以最快速度做出反应，处理高压分断或者做出警告，然后再以通讯方式查询具体故障柜体信息。

与柜门开关状态信号的继电器相同，也可另设一条通路，风机运行状态信号的继电器输出串接在一起，串联连接的首端与末端直接连接至PLC系统2。当风机停机故障时，PLC系统2可以以最快速度做出反应，处理高压分断或者做出警告，然后再以通讯方式查询具体故障柜体信息。

由上可知，本发明的高压变频器的分布式控制系统可以采集各个柜体内的温度信息、柜门开关信息以及风机运行状态信息，通过串行通信总线连接，可以以少量连接线来取代原来柜体间的大量连接线，柜体数量的增多，也不会导致柜体间连接线数量的增加，既可以减少柜体间布线的数量与长度，节约现场布线时间与生产成本，又能降低因柜体间线缆交错复杂引起的故障率。相比现有方法，既能检测到应有的状态与信息，又能减少柜体间连线数量，降低生产和装配成本，最重要的是可以降低因布线的错综复杂所导致的故障率与检修时间。

以上只是本发明的具体实施方式之一，在本发明的范围内，能够对各实施方式进行变形，如本实施方式中，主控系统由PLC系统2、控制器3、人机界面4构成，但也可以是其他结构的系统。这些变形例均属于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，包括：主控制系统和多套柜体信息采集模块，

主控制系统(2、3、4)用于控制高压变频器的功率单元，

多个所述柜体信息采集模块(1)，用于采集高压变频器各个柜体内(1～N)的温度信息、柜门开关信息以及风机运行状态信息，多个所述柜体信息采集模块(1)之间通过串行总线(L1)相互连接，并与主控制系统连接(2、3、4)。

2.根据权利要求1所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，所述主控制系统包括人机界面(4)、控制器(3)、PLC系统(2)。

3.根据权利要求2所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，柜体信息采集模块(1)包含可编程的控制芯片(10)，由该控制芯片(10)将采集到的柜门开关状态信息、柜内温度信息以及风机运行状态信息进行编码处理后与主控制系统中的PLC系统(2)进行数据交换。

4.根据权利要求2所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，柜体信息采集模块(1)与主控制系统中的控制器(3)进行数据交换。

5.根据权利要求2所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，柜体信息采集模块(1)与主控制系统中的人机界面(4)进行数据交换。

6.根据权利要求3所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，所述柜体信息采集模块(1)与主控制系统(2、3、4)通过串行通信总线(L1)连接；

主控制系统(2、3、4)为主站，采用查询方式来读取各个柜体的信息；

柜体信息采集模块(1)作为从站，柜体信息采集模块(1)内部有地址设定功能，不同柜体中的柜体信息采集模块拥有不同的从站地址。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的高压变频器的分布式控制系统，其特征在于，所述柜体信息采集模块(1)与主控制系统(2、3、4)的连接除了通信总线外，还包括电源总线与其它连接线(L2)；

电源总线用于给各个柜体信息采集模块供电；柜门开关信息或风机运行状态信息通过其它连接线(L2)串联连接到主控制系统(2、3、4)，用于紧急故障的快速响应。