專利名稱：一種具有聯(lián)網(wǎng)功能和智能控制的高壓變頻器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有聯(lián)網(wǎng)功能和智能控制的高壓變頻器控制系統(tǒng)，它是針對(duì)級(jí)聯(lián)式多電平高壓變頻器而設(shè)計(jì)的，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
級(jí)聯(lián)式多電平高壓變頻器已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，裝置采用的是多個(gè)功率單元級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成，系統(tǒng)較為復(fù)雜，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，很多的自動(dòng)化產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)集中的管理和監(jiān)控，這也要求高壓變頻器也具有聯(lián)網(wǎng)的控制功能，使其更容易實(shí)現(xiàn)管理和監(jiān)控。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有聯(lián)網(wǎng)功能和智能控制高壓變頻器控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線能夠?qū)崿F(xiàn)本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
本發(fā)明包括高壓變頻器的控制單元、本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏(PMU)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、可編程邏輯控制器(PLC)和用于系統(tǒng)通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線；其中，高壓變頻器的控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元、脈沖分配板(PDB)、光纖子板(FBS)和模糊控制器；模糊控制器由變量值的單位化、模糊化控制、估計(jì)控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運(yùn)算。使用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例/積分(PI)或者比例/積分、微分(PID)控制；高壓變頻器的控制單元和可編程邏輯控制器(PLC)之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏(PMU)和可編程邏輯控制器(PLC)之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器(PLC)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)接，為了防止系統(tǒng)的功率部分對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，高壓變頻器的控制單元通過光纖和高壓變頻器的功率部分聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制。
高壓變頻器智能控制系統(tǒng)中的控制單元，其核心是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，此單元能夠產(chǎn)生正弦脈沖調(diào)制(SPWM)波，此脈沖經(jīng)過脈沖分配板(PDB)分配后，傳到光纖子板(FBS)，然后通過光纖輸入到高壓變頻器的功率部分，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間可以任意設(shè)定；同時(shí)，光纖子板采集到的高壓變頻器功率部分的故障輸入的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行處理。
采用的模糊控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例/積分、微分(PID)控制，模糊控制器由變量值的單位化、模糊化控制、估計(jì)控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運(yùn)算構(gòu)成。通過從現(xiàn)場(chǎng)采集的模擬信號(hào)(流量或壓力)輸入到模糊控制器中，產(chǎn)生的控制量輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元的控制量，進(jìn)行相應(yīng)的控制。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和可編程邏輯控制器(PLC)中的通訊模塊相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控。參數(shù)設(shè)定可以對(duì)頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的頻率的大小設(shè)置，如果選擇閉環(huán)控制模式，系統(tǒng)根據(jù)采集到系統(tǒng)反饋信號(hào)，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
遠(yuǎn)程控制能進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)中讀取系統(tǒng)的額定值，能夠從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中讀取高壓變頻器運(yùn)行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時(shí)，對(duì)所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進(jìn)行顯示；使用遠(yuǎn)程控制，可以對(duì)高壓變頻器系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)、停止和系統(tǒng)復(fù)位操作。
遠(yuǎn)程控制能進(jìn)行故障監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)高壓變頻器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以對(duì)歷史故障進(jìn)行保留，便于系統(tǒng)的維護(hù)。
本地監(jiān)控系統(tǒng)采用的是人機(jī)對(duì)話界面觸摸屏(PMU)和可編程邏輯控制器(PLC)通過現(xiàn)場(chǎng)總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏(PMU)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠(yuǎn)程監(jiān)控所列的功能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)使用現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，簡化了電路結(jié)構(gòu)。(2)在高壓變頻器的控制單元中使用了模糊控制器，此控制器采用了人工智能中的模糊控制形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)反饋信號(hào)的閉環(huán)控制。(3)通過現(xiàn)場(chǎng)總線的聯(lián)接，可以實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的本地監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。(4)利用智能模糊控制器代替了傳統(tǒng)的比例/積分、微分(PID)控制，使系統(tǒng)更具有智能性。
圖1是高壓變頻器智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元脈沖分配板光纖子板模糊控制器本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏(PMU)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可編程邏輯控制器(PLC)用于系統(tǒng)通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)圖2是模糊控制器結(jié)構(gòu)框圖，包括變量值的單位化模糊化控制估計(jì)控制規(guī)則解模糊控制數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫控制量運(yùn)算。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本專利作進(jìn)一步的說明。
圖1、圖2是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
。
高壓變頻器智能控制系統(tǒng)中的控制單元，其核心是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，此單元能夠產(chǎn)生正弦脈沖調(diào)制(SPWM)波，此脈沖經(jīng)過脈沖分配板(PDB)分配后，傳到光纖子板(FBS)，然后通過光纖輸入到高壓變頻器的功率部分，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間可以任意設(shè)定。同時(shí)，光纖子板(FBS)采集到的高壓變頻器功率部分的故障輸入的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行處理。通過從現(xiàn)場(chǎng)采集的模擬信號(hào)(流量或壓力)輸入到模糊控制器中，產(chǎn)生的控制量輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)數(shù)字控制單元的控制量，進(jìn)行相應(yīng)的控制。
模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量——壓力或流量(P&Q)反饋后，與系統(tǒng)給定值(P*&Q*)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差(E)和誤差變化(CE)，由于模糊控制器需要單位值信號(hào)，所以，經(jīng)過變量值單位化后，產(chǎn)生單元值誤差信號(hào)e和單位值誤差變化信號(hào)ce，將輸入的清晰信號(hào)e和ce輸入模糊集合，進(jìn)行模糊化處理，將輸入清晰信號(hào)轉(zhuǎn)換成模糊信號(hào)。之后要進(jìn)行模糊規(guī)則正確性的評(píng)定，輸入模糊信號(hào)的隸屬度是由模糊數(shù)據(jù)的隸屬函數(shù)和對(duì)應(yīng)模糊集的隸屬函數(shù)兩者所共有的最大隸屬度決定的，在完成進(jìn)行模糊規(guī)則正確性的評(píng)定后，最后輸出的控制信號(hào)要進(jìn)行解模糊控制，輸出清晰控制值du，通過控制量運(yùn)算，將此單元信號(hào)du轉(zhuǎn)換成實(shí)際信號(hào)DU，最后通過運(yùn)算，得到高壓變頻器控制單元所要求的清晰值U，這樣就根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信號(hào)，通過對(duì)輸入清晰信號(hào)的模糊化等一系列的操作和運(yùn)算，輸出了高壓變頻器控制單元所要求的清晰值U。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和可編程邏輯控制器(PLC)中的通訊模塊相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控。參數(shù)設(shè)定可以對(duì)頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的頻率的大小設(shè)置，如果選擇閉環(huán)控制模式，系統(tǒng)根據(jù)采集到系統(tǒng)反饋信號(hào)，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。運(yùn)行監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)中讀取系統(tǒng)的額定值，能夠從遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)讀取高壓變頻器運(yùn)行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時(shí)，對(duì)所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進(jìn)行顯示。同時(shí)，使用遠(yuǎn)程控制，可以對(duì)高壓變頻器系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)、停止和系統(tǒng)復(fù)位操作。故障監(jiān)控遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以對(duì)高壓變頻器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以對(duì)歷史故障進(jìn)行保留，便于系統(tǒng)的維護(hù)。
本地監(jiān)控系統(tǒng)采用的是人機(jī)對(duì)話界面觸摸屏(PMU)和可編程邏輯控制器(PLC)通過現(xiàn)場(chǎng)總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏(PMU)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠(yuǎn)程監(jiān)控所列的功能。
權(quán)利要求
1.一種具有聯(lián)網(wǎng)功能和智能控制的高壓變頻器控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括高壓變頻器的控制單元、本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏PMU、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、可編程邏輯控制器和用于系統(tǒng)通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線；其中，高壓變頻器的控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字控制單元、脈沖分配板、光纖子板和模糊控制器；模糊控制器由變量值的單位化、模糊化控制、估計(jì)控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運(yùn)算；使用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例/積分或者比例/積分、微分控制；高壓變頻器的控制單元和可編程邏輯控制器之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏和可編程邏輯控制器之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)接，為了防止系統(tǒng)的功率部分對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，高壓變頻器的控制單元通過光纖和高壓變頻器的功率部分聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字控制單元能夠產(chǎn)生正弦脈沖調(diào)制波，此脈沖經(jīng)過脈沖分配板分配后，傳到光纖子板，然后通過光纖輸入到高壓變頻器的功率部分，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間可以任意設(shè)定；同時(shí)，光纖子板采集到的高壓變頻器功率部分的故障輸入的數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字控制單元，對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行處理。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于模糊控制器由變量值的單位化、模糊化控制、估計(jì)控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運(yùn)算構(gòu)成；通過從現(xiàn)場(chǎng)采集的模擬信號(hào)流量或壓力輸入到模糊控制器中，產(chǎn)生的控制量輸入到數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字控制單元的控制量，進(jìn)行相應(yīng)的控制。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和可編程邏輯控制器中的通訊模塊相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控；參數(shù)設(shè)定可以對(duì)頻率的上升時(shí)間和下降時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的頻率的大小設(shè)置，如果選擇閉環(huán)控制模式，系統(tǒng)根據(jù)采集到系統(tǒng)反饋信號(hào)，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程控制能進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)中讀取系統(tǒng)的額定值，能夠從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中讀取高壓變頻器運(yùn)行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時(shí)，對(duì)所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進(jìn)行顯示；使用遠(yuǎn)程控制，可以對(duì)高壓變頻器系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)、停止和系統(tǒng)復(fù)位操作。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程控制能進(jìn)行故障監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)高壓變頻器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以對(duì)歷史故障進(jìn)行保留，便于系統(tǒng)的維護(hù)。
7.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于本地監(jiān)控系統(tǒng)采用的是人機(jī)對(duì)話界面觸摸屏和可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場(chǎng)總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠(yuǎn)程監(jiān)控所列的功能。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有聯(lián)網(wǎng)功能和智能控制高壓變頻器控制系統(tǒng)，屬于網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括高壓變頻器的控制單元、本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、可編程邏輯控制器和用于系統(tǒng)通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線，高壓變頻器的控制單元和可編程邏輯控制器之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，本地監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏和可編程邏輯控制器之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，此智能控制系統(tǒng)中采用了智能模糊控制器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例/積分、微分控制，高壓變頻器的控制單元通過光纖和高壓變頻器的功率部分聯(lián)接。其優(yōu)點(diǎn)在于簡化了電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反饋信號(hào)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器的本地監(jiān)控，使系統(tǒng)更具有智能性。
文檔編號(hào)H02M5/00GK1763668SQ20051010577
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者朱春毅, 李崇堅(jiān), 楊德剛, 胡培青, 趙如凡, 安虹, 段巍, 張軍, 韓智玲, 魏小棟 申請(qǐng)人:北京金自天正智能控制股份有限公司, 冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院