[發(fā)明專利]一種基于EtherCAT的電力電子裝置冗余控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310566134.5
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103592918A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田振清;蔡林海
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國網(wǎng)福建省電力有限公司;國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，具體講涉及一種基于EtherCAT的電力電子裝置冗余控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電力電子裝置（power?electronic?equipment）由各類電力電子電路組成的裝置。用于大功率電能的變換和控制。又稱變流裝置。它包括整流器、逆變器、直流變流器、交流變流器、各類電源和開關(guān)、電機調(diào)速裝置、直流輸電裝置、感應(yīng)加熱裝置、無功補償裝置、電鍍電解裝置、家用電器變流裝置等。

其中，直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電動機調(diào)速、充電(備充電電源)、電鍍和科學(xué)儀器等的電源。交流電源可由變頻器(見交流變換電路)組成。分為變頻變壓電源(用于交流籠式異步電動機調(diào)速)、恒頻恒壓電源(用以構(gòu)成交流不停電電源)、交流穩(wěn)壓電源、中頻感應(yīng)加熱電源(電源輸出頻率達8千赫，用于感應(yīng)加熱和淬火)、高頻加熱電源(電源輸出頻率高于8千赫，用于淬火和焊接)等。利用電力電子器件的快速開關(guān)性能，可構(gòu)成靜止式無觸點大功率開關(guān)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點大功率開關(guān)。

電力電子裝置的控制系統(tǒng)需要在每個控制周期內(nèi)進行電壓電流采集，開關(guān)量輸入狀態(tài)的檢測，根據(jù)輸入信息進行計算處理，得到控制目標(biāo)，然后對所有模塊的開關(guān)行為進行同步控制，根據(jù)保護的算法計算結(jié)果進行保護控制，現(xiàn)在隨著大功率電力電子裝置正朝著多重化、模塊化的方向發(fā)展，通過變流器的串并聯(lián)實現(xiàn)電壓和功率的擴展，單板已無法滿足復(fù)雜電力電子裝置的控制要求，需要采用多塊不同功能的單板分工完成各部分的功能，這樣各單板之間就需要相互交換信息，這就需要一種高可靠性的總線技術(shù)來完成大量數(shù)據(jù)的交換，從而保證電力電子裝置的穩(wěn)定運行。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于EtherCAT的電力電子裝置冗余控制系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計可以根據(jù)不同的需求組合，采用雙EtherCAT網(wǎng)絡(luò)完成模塊間的數(shù)據(jù)通信，在其中一個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后，另一個網(wǎng)絡(luò)正常工作仍可以維持系統(tǒng)正常運行，且采用雙電源冗余設(shè)計，在電源出現(xiàn)故障情況時可以實現(xiàn)無擾動切換，帶電更換電源，提高了系統(tǒng)的可靠性。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于EtherCAT的電力電子裝置冗余控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括EtherCAT通訊管理模塊、主控模塊、功能模塊和電源模塊；所述EtherCAT通訊管理模塊通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與主控模塊和功能模塊進行數(shù)據(jù)通訊，所述電源模塊為所述EtherCAT通訊管理模塊、主控模塊和功能模塊供電。

所述系統(tǒng)還包括具有背板的機箱，所述背板上設(shè)有插槽，所述EtherCAT通訊管理模塊、主控模塊、電源模塊和功能模塊分別插在所述插槽中。

所述背板通過連接線為EtherCAT通訊管理模塊、主控模塊、功能模塊和電源模塊之間提供連接通路，所述連接線包括電源總線和EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接線；所述電源模塊通過插槽內(nèi)設(shè)置的電源總線為所述EtherCAT通訊管理模塊、主控模塊和功能模塊供電，所述EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接線采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

所述EtherCAT網(wǎng)絡(luò)包括第一EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和第二EtherCAT網(wǎng)絡(luò)；第一EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和第二EtherCAT網(wǎng)絡(luò)均通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接線做為傳播媒介，所述EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接線為全雙工LVDS差分線。

所述EtherCAT通訊管理模塊包括DSP控制模塊、FPGA緩存及同步控制模塊、EtherCAT橋控制器和EtherCAT主站接口模塊；所述DSP控制模塊包括第一DSP控制模塊和第二DSP控制模塊，所述EtherCAT橋控制器包括第一EtherCAT橋控制器和第二EtherCAT橋控制器，所述EtherCAT主站接口模塊包括第一EtherCAT主站接口模塊和第二EtherCAT主站接口模塊；所述第一DSP控制模塊和第二DSP控制模塊分別與所述FPGA緩存及同步控制模塊連接，所述第一EtherCAT主站接口模塊和第二EtherCAT主站接口模塊分別通過第一EtherCAT橋控制器和第二EtherCAT橋控制器與所述FPGA緩存及同步控制模塊連接。

所述第一EtherCAT主站接口模塊包括EtherCAT主站接口A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和A9；第二EtherCAT主站接口模塊包括EtherCAT主站接口B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B9。