一種變流器控制系統的通訊用裝置製造方法
2023-07-04 19:03:31 3
一種變流器控制系統的通訊用裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種變流器控制系統的通訊用裝置，外接電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路，包括DSP模塊、FPGA模塊和人機互動模塊，所述FPGA模塊分別連接DSP模塊、人機互動模塊、電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路；所述FPGA模塊整合外部設備的通訊數據，與所述DSP模塊進行統一通訊；所述DSP模塊實現核心運算和控制，在每個運算周期接收外部控制指令和採樣信號，發出對系統IGBT的脈衝控制指令；所述人機互動模塊接收外部控制指令，提供人機互動界面的顯示屏。本發明用於風電、光伏等新能源變流器的控制系統，能有效整合外部設備不同頻率、不同數據量的通訊需求，同時保證了運算和通訊的並行進行。
【專利說明】—種變流器控制系統的通訊用裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力、光伏等交流器控制系統領域，尤其涉及一種變流器控制系統的通訊用裝置。
【背景技術】
[0002]在風力、光伏等新能源變流器的應用場合中，系統的通訊功能是實現控制系統的基礎。完整的變流器控制系統的通訊內容包括以下方面:1)電流、電壓等數據的採樣和轉發；2)外部控制指令的獲取；3) IGBT脈衝控制指令的發出；4)運算結果的顯示。
[0003]但是，不同的通訊需求和通訊內容需要不同的通訊協議和硬體接口予以實現，作為變流器控制系統核心的運算模塊，往往僅具有少量通訊資源，難以同時進行多種通訊；而且，不同通訊方式傳輸數據的速度也並不相同，隨著變流器控制算法的不斷發展，為了對輸出波形實現更良好的控制，對控制系統的運算頻率的要求日益增高，高速的運算和相對低速的通訊難免產生矛盾，從而需要採取相應的方案同時滿足控制系統對運算和通訊的需求，這成為本領域技術人員致力於解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種通訊裝置，用於風電、光伏等新能源變流器的控制系統，能有效整合外部設備不同頻率、不同數據量的通訊需求，節省了 DSP的通訊資源，同時保證了運算和通訊的並行進行。
[0005]實現上述目的的技術方案是:
[0006]一種變流器控制系統的通訊用裝置，外接電流電壓採樣電路和IGBT (絕緣柵雙極型電晶體)驅動電路，所述通訊用裝置包括DSP (數位訊號處理)模塊、FPGA (現場可編程門陣列)模塊和人機互動模塊，其中:
[0007]所述FPGA模塊分別連接DSP模塊、人機互動模塊、電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路；
[0008]所述FPGA模塊整合所述人機互動模塊、電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路的通訊數據，與所述DSP模塊進行統一通訊；
[0009]所述DSP模塊實現核心運算和控制，在每個運算周期接收外部控制指令和採樣信號，發出對系統IGBT的脈衝控制指令；
[0010]所述人機互動模塊接收外部控制指令，提供人機互動界面的顯示屏。
[0011]上述的變流器控制系統的通訊用裝置中，所述FPGA模塊一方面接收轉自所述人機互動模塊的外部控制指令，以及接收所述電流電壓採樣電路採集的數據，並轉發給所述DSP模塊；另一方面，從所述DSP模塊接收每周期的IGBT脈衝控制指令並轉發給IGBT驅動電路，以及從所述DSP模塊接收每周期的運算結果並轉發給所述人機互動模塊。
[0012]上述的變流器控制系統的通訊用裝置中，所述人機互動模塊獨立實現人機互動界面，與所述FPGA模塊通過RS232通訊協議每0.5s更新顯示數據並傳遞外部控制指令。[0013]上述的變流器控制系統的通訊用裝置中，所述DSP模塊包括依次連接的CPU(中央處理器)單兀、存儲單兀、EDMA (Enhanced Direct Memory Access,增強型直接內存存取)單元和EMIF (外部存儲器接口)單元，其中:
[0014]所述CPU單元連接EDMA單元；
[0015]所述EMIF單元連接所述FPGA模塊，用作所述DSP模塊與FPGA模塊通訊的接口 ；
[0016]所述存儲單元用於存儲需要進行運算的源數據，以及每一周期運算後需要輸出的結果和控制指令的結果數據；
[0017]每個運算周期，所述CPU單元一方面從所述存儲單元讀取源數據，進行運算，將表示運算結果和控制指令的結果數據存入所述存儲單元；另一方面觸發所述EDMA單元；
[0018]所述EDMA單元接受觸發，將所述存儲單元中存儲的結果數據連通至所述EMIF單元，由所述FPGA模塊進行讀取，然後從所述FPGA模塊讀取最新的外部控制指令和採樣信號，置於所述存儲單元，作為新的源數據。
[0019]本發明的有益效果是:本發明通過在系統運算模塊DSP和系統外部設備之間加入負責通訊中轉功能的FPGA，實現在運算模塊之外對不同通訊數據，不同通訊協議的協調和整合，統一與DSP進行通訊，節省了 DSP的通訊資源；並且，本發明在DSP內部利用EDMA功能，實現了運算和通訊並行進行，保證了高頻運算的連續性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的通訊用裝置的結構圖；
[0021]圖2是本發明中DSP內部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0023]為了實現對變流器IGBT模塊的控制，在每個運算周期，控制系統所需要實現的通訊過程有:
[0024]I)電流、電壓等數據的採樣和轉發:變流器對電流、電壓原始信號使用頻率為100KHz、8-bit的模數轉換器，採樣結果需要在控制系統每周期進行運算之前傳輸到運算模塊中；
[0025]2)IGBT脈衝控制指令的傳輸:針對大功率變流器IGBT開關頻率，為了保證變流器穩定、安全的運行，系統對IGBT發出的脈衝信號必須連續且穩定；
[0026]3)運算結果的顯示和外部控制指令的輸入:變流器應當使用內置人機界面程序的顯示屏作為顯示和控制指令輸入接口。
[0027]請參閱圖1，本發明的通訊用裝置包括DSP模塊1、FPGA模塊2和人機互動模塊3，其中:
[0028]為了高效利用DSP模塊I的運算能力，節省其有限的通訊資源，在DSP模塊I和所有需要通訊的外部設備之間置入一個FPGA模塊2，進行通訊數據的整合，和DSP模塊I進行統一通訊；即=FPGA模塊2分別連接DSP模塊1、人機互動模塊3、電流電壓採樣電路4和IGBT驅動電路5 ；
[0029]DSP模塊I實現控制系統核心運算和控制功能，在每個運算周期接收系統的外部控制指令和採樣信號，發出對系統IGBT的脈衝控制指令；
[0030]人機互動模塊3內置實現人機互動界面的程序，接收系統外部控制指令，提供人機互動界面的顯示屏，與FPGA模塊2通過RS232通訊協議每0.5s更新顯示數據並傳遞外部控制指令；
[0031]具體地，請參閱圖2，DSP模塊I具體包括CPU單元11、存儲單元12、EDMA單元13和EMIF單元14，CPU單元11包括運算單元111和控制單元112，其中:
[0032]CPU單元11、存儲單元12、EDMA單元13和EMIF單元14依次連接，CPU單元11連接EDMA單元13，利用自帶的EDMA功能保證運算和通訊的並行性；EMIF單元14接FPGA模塊2，DSP模塊I的所有通訊僅通過16位的EMIF單元14實現；
[0033]利用FPGA模塊2豐富和開放的外部接口，分別與變流器各外設(電流電壓米樣電路4和IGBT驅動電路5)按照所需的接口寬度、頻率、傳輸速度進行通訊，整合系統外部設備和DSP模塊I需要進行通訊的所有數據，包括以IOOKHz固定頻率連續接收變流器的電流、電壓採樣信號，以3KHz固定頻率連續給予變流器IGBT脈衝信號，以115200固定比特率每
0.5s和人機互動模塊3進行控制指令和顯示指令的交換，統一通過EMIF單元14和DSP模塊I進行通訊，通訊的頻率和DSP模塊I的運算/控制頻率一致。
[0034]為了儘可能提高DSP模塊I的運算/控制頻率，避免讀寫接口數據帶來的延遲，在運算過程中所有需要訪問的數據都存放於存儲單元12中，存儲單元12的數據分為兩部分:來自系統外部設備，需要進行運算的源數據；以及包含每一周期運算後需要輸出的結果和控制指令的結果數據。運算單元111對源數據進行運算後傳給控制單元112，控制單元112輸出結果數據存入存儲單元12。
[0035]在每個運算周期的末尾，DSP模塊I完成對存儲單元12內數據的更新，並主動觸發EDMA單元13，EDMA功能開始在不佔用DSP運算進程的條件下，將存儲單元12中存放運算結果和控制指令的結果數據連通至EMIF單元14，由FPGA模塊2進行讀取，在完成數據發送後EDMA單元13改變通訊指向的內存地址，從FPGA模塊2讀取最新的外部控制指令和採樣信號等數據，置於存儲單元12存放原始數據的內存中。在EDMA單元13進行數據搬運的整個過程中，DSP模塊I不受幹擾的進行下一周期的運算，即:DSP模塊I和FPGA模塊2的通訊與DSP的運算並行進行。
[0036]其中，EDMA功能的設定方式如下:設定兩個EDMA事件，分別為DSP發送事件和DSP接收事件；
[0037]將DSP發送事件的EDMA源地址設定為存儲單元12中的結果數據地址，將EDMA目標地址設定為EMIF單元14地址，將DSP發送事件的觸發方式設定為DSP主動觸發，設定發送結束後發出結束中斷信號；
[0038]將DSP接收事件的EDMA源地址設定為EMIF單元14地址，將EDMA的目標地址設定為存儲單元12中待處理數據地址，將DSP接收事件的觸發方式設定為外部事件觸發，觸發信號設定為DSP發送事件的結束中斷信號。按照以上方式進行設置，DSP每周期運算結束後主動觸發DSP發送事件，則會連續進行數據的發送和接收，此過程不受運算進程的幹擾。
[0039]以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關【技術領域】的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種變流器控制系統的通訊用裝置，外接電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路，其特徵在於，所述通訊用裝置包括DSP模塊、FPGA模塊和人機互動模塊，其中: 所述FPGA模塊分別連接DSP模塊、人機互動模塊、電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路； 所述FPGA模塊整合所述人機互動模塊、電流電壓採樣電路和IGBT驅動電路的通訊數據，與所述DSP模塊進行統一通訊； 所述DSP模塊實現核心運算和控制，在每個運算周期接收外部控制指令和採樣信號，發出對系統IGBT的脈衝控制指令； 所述人機互動模塊接收外部控制指令，提供人機互動界面的顯示屏。
2.根據權利要求1所述的變流器控制系統的通訊用裝置，其特徵在於，所述FPGA模塊一方面接收轉自所述人機互動模塊的外部控制指令，以及接收所述電流電壓採樣電路採集的數據，並轉發給所述DSP模塊；另一方面，從所述DSP模塊接收每周期的IGBT脈衝控制指令並轉發給IGBT驅動電路，以及從所述DSP模塊接收每周期的運算結果並轉發給所述人機互動模塊。
3.根據權利要求1所述的變流器控制系統的通訊用裝置，其特徵在於，所述人機互動模塊獨立實現人機互動界面，與所述FPGA模塊通過RS232通訊協議每0.5s更新顯示數據並傳遞外部控制指令。
4.根據權利要求1所述的變流器控制系統的通訊用裝置，其特徵在於，所述DSP模塊包括依次連接的CPU單元、存儲單元、EDMA單元和EMIF單元，其中: 所述CPU單元連接EDMA單元； 所述EMIF單元連接所述FPGA模塊，用作所述DSP模塊與FPGA模塊通訊的接口 ； 所述存儲單元用於存儲需要進行運算的源數據，以及每一周期運算後需要輸出的結果和控制指令的結果數據； 每個運算周期，所述CPU單元一方面從所述存儲單元讀取源數據，進行運算，將表示運算結果和控制指令的結果數據存入所述存儲單元；另一方面觸發所述EDMA單元； 所述EDMA單元接受觸發，將所述存儲單元中存儲的結果數據連通至所述EMIF單元，由所述FPGA模塊進行讀取，然後從所述FPGA模塊讀取最新的外部控制指令和採樣信號，置於所述存儲單元，作為新的源數據。
【文檔編號】G05B19/042GK103885366SQ201410126900
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】李春, 楊文斌, 楊舟, 楊滔, 馬成斌, 董祖毅 申請人:上海電氣集團股份有限公司