专利名称：双cpu结构智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及大功率绕线式电机进相补偿控制系统技术领域，具体涉及一种双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法。
背景技术：
在电力传动系统中，异步电动机应用沮围最为广泛。从异步电动机的设计来看，当异步电动机在额定负荷运行时功率因数最高一般为O. 85，实际工作中异步电动机经常不是在额定功率下运行，此时其功率因数降低、损耗增大，所以在使用异步电机的电力拖动系统中，常采用设备补偿方法提高电动机的功率因数、减少无功功率。对于大功率的绕线式异步电动机进行功率因数补偿常采用下述方法1、采用在异步电动机的定子侧并联电容器，方法2、采用变频调速控制方法调节电动机定子的电压和转差率。方法I只能补偿电网线上的无功功率和断续投切电容器容量，无法连续补偿且可靠性较低，方法2采用晶闸管作为变频调速控制器的组成，该变频调速控制器可实现连续进行无功功率控制的目的。目前，国外在异步电动机无功功率补偿方面，普遍采用的控制系统结构比较复杂、控制器成本较高。而我国在电动机变频控制器的研究中常采用以单片机作为电动机变频控制器的核心控制结构，该电动机变频控制器智能化程度低、稳定性低、可靠性低，无法实现分布式控制。当在电流较高的控制系统中，因电动机变频控制器缺少智能化保护，使得发生故障后，出现烧毁元器件的现象。另外，由于采用单片机作为电动机变频控制器的核心控制结构，使得单一 CPU结构的控制器在控制算法与硬件逻辑输出方面难以控制协调，而且在设计高性能的控制算法方面较难实现，导致电动机变频控制器制性能不佳，无法实现高精度的控制需要。因此，基于上述问题，本发明提供一种双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法。
发明内容
发明目的本发明的目的是要提供一种双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法，实现变频调速控制器的高智能化、高稳定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的。技术方案本发明的一方面，提供一种用于双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制器，包括主控CPU、CPLD逻辑控制电路、协处理CPU、输入/输出接口端、模/数转换电路、SIM存储卡接口、存储器电路、第一晶振、第一复位芯片、第二复位芯片、第二晶振和外部设备；所述CPLD逻辑控制电路、输入/输出接口端、模/数转换电路、SIM存储卡接口、存储器电路、第一晶振和第一复位芯片均与主控CPU连接；所述模/数转换电路连接输入/输出接口端；所述CPLD逻辑控制电路连接输入/输出接口端和协处理CPU ;所述输入/输出接口端、第二复位芯片和第二晶振均与协处理CPU连接；所述外部设备连接输入/输出接口端。所述外部设备包括电源、液晶显示板和键盘；所述电源对控制器系统供电；所述液晶显示板显示控制器系统的工作状态；所述键盘输入工作指令。所述主控CPU读取预设参数进行初始化；所述模/数转换电路接收主控CPU指令将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPU ;所述主控CPU采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出；所述主控CPU和协处理CPU通过与CPLD逻辑控制电路接口的配合实现实时数据共享和通信，液晶显示板、键盘连接输入/输出接口端通过CPLD逻辑电路与主控CPU和协处理CPU进行互动；所述协处理CPU通过输入/输出接口端接收主控CPU输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲信号；所述CPLD逻辑控制电路接收协处理CPU触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端输出到晶闸管。所述主控CPU负责控制算法处理、模/数电路转换控制、指令参数的调整和设置并与CPLD逻辑电路接口配合，通过液晶显示板和键盘完成人机互动；所述主控CPU设置有标准串行通信口和内置通信协议。所述主控CPU利用SM存储卡接口外接SM存储卡，可通过SM存储卡存放的各种系统配置参数和算法程序模块进行更新。所述新算法程序模块可通过SlM存卡下载到主控CPU完成算法程序的更新。所述存储器存储预先设置的系统配置参数和算法程序模块。所述第一晶振、第一复位芯片为主控CPU提供稳定、精确的振荡频率和防止主控CPU发出错误指令、执行错误操作。所述第二晶振、第二复位芯片为协处理CPU提供稳定、精确的振荡频率和防止协处理CPU发出错误指令、执行错误操作。本发明的另一方面，提供一种双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制方法，该方法包括以下步骤(I)打开电源开关，主控CPU读取预设参数进行初始化，主控CPU向模/数转换电路发送将系统运行的实时交流电信号转换为数字量指令。(2)模/数转换电路接将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPU。(3)主控CPU采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出。(4)协处理CPU通过输入/输出接口端接收主控CPU输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲。(5) CPLD逻辑控制电路接收协处理CPU触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端输出到晶闸管。与现有技术相比，本发明的有益效果在于采用了双片机结构的控制器系统，配合CPLD逻辑控制器电路，满足了实时计算与实时控制的快速性要求。复杂的控制算法和实时脉冲触发控制任务分别由主控CPU和协处理CPU承担，智能控制算法与实时硬件信号控制相分离，避免了单一 CPU结构负担重，软件设计难以满足算法计算与实时硬件信号控制的缺点，增加了液晶显示板和键盘互动接口，从而实现了电动机变频控制器的高智能化、高稳定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的。通过SIM存储卡接口可实时进行系统配置参数和算法程序模块的更新，以适应不同型号电动机和各种复杂工作环境，节约生产成本。
图1为本发明实施例的结构框图；图2为本发明实施例的主控CPU的结构示意图；图3为本发明实施例的协处理CPU的结构示意图；图4为本发明实施例的CPLD逻辑控制电路的结构示意图；图5为本发明实施例的存储器结构示意图；图6为本发明实施例的模/数转换电路的结构示意图；图7为本发明实施例的输入/输出接口端的结构示意图；其中，图中序号如下1_主控CPU、2_CPLD逻辑控制电路、3-协处理CPU、4_输入/输出接口端、5-模/数转换电路、6-SM存储卡接口、7-存储器、8-第一晶振、9-第一复位芯片、10-第二晶振、11-第二复位芯片、12-外部设备。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明所述提供一种双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法做详细说明如图1所示，双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，包括主控CPUUCPLD逻辑控制电路2、协处理CPU3、输入/输出接口端4、模/数转换电路5、SIM存储卡接口 6、存储器电路7、第一晶振8、第一复位芯片9、第二复位芯片10、第二晶振11和外部设备12 ；CPLD逻辑控制电路2、输入/输出接口端4、模/数转换电路5、SIM存储卡接口 6、存储器电路7、第一晶振8和第一复位芯片9均与主控CPUl连接；模/数转换电路5连接输入/输出接口端4 ；CPLD逻辑控制电路2连接输入/输出接口端4和协处理CPU3 ;输入/输出接口端4、第二复位芯片10和第二晶振均11与协处理CPU3连接；外部设备12连接输入/输出端4。外部设备12包括电源、液晶显示板和键盘；电源对控制器系统供电；液晶显示板显示控制器系统的工作状态；键盘输入工作指令。进一步的如图2-7所示，主控CPUl读取预设参数进行初始化；模/数转换电路5接收主控CPUl指令将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPUl ;主控CPUl采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出；主控CPUl和协处理CPU2通过与CPLD逻辑控制电路3接口的配合实现实时数据共享和通信，液晶显示板、键盘连接输入/输出接口端4通过CPLD逻辑电路2与主控CPUl和协处理CPU3进行互动；协处理CPU3通过输入/输出接口端4接收主控CPUl输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲；CPLD逻辑控制电路2接收协处理CPU3触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端4分配精准地输出到晶闸管，调节电动机定子电压和转差率，完成连续调节无功功率的要求。主控CPUl负责控制算法处理、模/数转换电路控制、指令参数的调整和设置并与CPLD逻辑电路2接口配合，通过液晶显示板和键盘完成人机互动；主控CPUl设置有标准串行通信口和内置通信协议，可实现分布式远程控制，液晶显示板实时显示系统运行工作状态，利用对液晶显示板的监管可及时进行故障的排除，提高系统运行的安全性和减少后期导致大故障后所造成的维修支出。主控CPUl利用SM存储卡接口 6外接SM存储卡，可通过SlM存储卡存放的各种系统配置参数和算法程序模块进行更新。新算法程序模块可通过SM存卡下载到主控CPUl完成算法程序的更新。存储器7存储预先设置的系统配置参数和算法程序模块。
第一晶振8、第一复位芯片9为主控CPUl提供稳定、精确的振荡频率和防止主控CPUl发出错误指令、执行错误操作。第二晶振10、第二复位芯片11为协处理CPU3提供稳定、精确的振荡频率和防止协处理CPU3发出错误指令、执行错误操作。进一步的，该方法可通过上述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器实现，包括以下步骤(I)打开电源开关，给系统供电，主控CPUl读取预设参数进行初始化，主控CPUl向模/数转换电路5发送将系统运行的实时交流电信号转换为数字量指令。(2)模/数转换电路5将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPUl。(3)主控CPUl采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出。(4)协处理CPU3通过输入/输出接口端4接收主控CPUl输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲。(5)CPLD逻辑控制电路2接收协处理CPU3触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端4输出到晶闸管。下表为各组成器件之间管脚连接关系
权利要求
1.一种双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于包括主控CPU(l)、CPLD逻辑控制电路(2)、协处理CPU (3)、输入/输出接口端(4)、模/数转换电路(5)、SIM存储卡接口(6)、存储器电路(7)、第一晶振(8)、第一复位芯片(9)、第二复位芯片(10)、第二晶振(11)和外部设备(12 );所述CPLD逻辑控制电路(2 )、输入/输出接口端(4 )、模/数转换电路(5)、SIM存储卡接口(6)、存储器电路(7)、第一晶振(8)和第一复位芯片(9)均与主控CPU (I)连接；所述模/数转换电路(5)连接输入/输出接口端(4);所述CPLD逻辑控制电路(2)连接输入/输出接口端(4)和协处理CPU (3);所述输入/输出接口端(4)、第二复位芯片(10)和第二晶振均(11)与协处理CPU (3)连接；所述外部设备(12)连接输入/输出接口端(4)。
2.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述外部设备(12)包括电源、液晶显示板和键盘。
3.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述主控CPU (I)读取预设参数进行初始化；所述模/数转换电路(5 )接收主控CPU (I)指令将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPU (I);所述主控CPU (I)采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出；所述主控CPU (I)和协处理CPU (3)通过与CPLD逻辑控制电路(2)接口的配合实现实时数据共享和通信，液晶显示板、键盘连接输入/输出接口端通过CPLD逻辑电路(2)与主控CPU (I)和协处理CPU (3)进行互动；所述协处理CPU (I)通过输入/输出接口端(4)接收主控CPU (I)输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲；所述CPLD逻辑控制电路(2)接收协处理CPU (3)触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端(4)输出到晶闸管。
4.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述主控CPU (I)负责控制算法处理、模/数电路转换控制、指令参数的调整和设置并与CPLD逻辑电路(2)接口配合，通过液晶显示板和键盘完成人机互动，其中主控CPU (I)设置有标准串行通信口，内置通信协议。
5.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在 于所述主控CPU (I)利用SM存储卡接口(6)外接SM存储卡，可通过SM存储卡存放的各种系统配置参数和算法程序模块进行更新。
6.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述新算法程序模块可通过SM存卡下载到主控CPU (I)完成算法程序的更新。
7.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述存储器(7)存储预先设置的系统配置参数和算法程序模块。
8.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述第一晶振、第一复位芯片为主控CPU(I)提供稳定、精确的振荡频率和防止主控CPU(I)发出错误指令、执行错误操作。
9.根据如权利要求1所述的双CPU结构的智能绕线式电机进相补偿控制器，其特征在于所述第二晶振、第二复位芯片为协处理CPU (3)提供稳定、精确的振荡频率和防止协处理CPU (3)发出错误指令、执行错误操作。
10.双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)打开电源开关，主控CPU(I)读取预设参数进行初始化，主控CPU (I)向模/数转换电路(5)发送将系统运行的实时交流电信号转换为数字量指令； (2)模/数转换电路(5)将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPU(I); (3)主控CPU(I)采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算，得到晶闸管触发控制角脉冲信号并输出； (4)协处理CPU(3)通过输入/输出接口端(4)接收主控CPU (I)输出的晶闸管触发控制角脉冲信号计算结果并输出符合要求的触发脉冲； (5)CPLD逻辑控制电路(2)接收协处理CPU (3)触发脉冲信号，进行规格化处理通过输入/输出接口端(4)输出到晶闸管。
全文摘要
本发明公开了一种双CPU结构智能绕线式电机进相补偿控制器及控制方法。该控制器包括主控CPU、CPLD逻辑控制电路、协处理CPU、输入/输出接口端、模/数转换电路、SIM存储卡接口、存储器电路、第一晶振、第一复位芯片、第二复位芯片、第二晶振和外部设备。模/数转换电路接收主控CPU指令将系统运行的实时交流电信号转换为数字量传输至主控CPU；主控CPU采集系统运行电气量并进行电参数和控制算法的计算；协处理CPU接收主控CPU输出的脉冲信号计算结果并输出触发脉冲信号；CPLD逻辑控制电路接收协处理CPU触发脉冲信号，进行规格化处理输出到晶闸管。本发明实现变频调速控制器的高智能化、高稳定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的，节约了生产成本。
文档编号H02P25/02GK103023423SQ20121056418
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者陈歆技 申请人:东南大学