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)，它是針對級聯(lián)式多電平高壓變頻器而設計的，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)本地和遠程監(jiān)控的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
級聯(lián)式多電平高壓變頻器已經(jīng)應用在工業(yè)生產(chǎn)中，裝置采用的是多個功率單元級聯(lián)方式構(gòu)成，系統(tǒng)較為復雜，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，很多的自動化產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，實現(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)場總線能夠?qū)崿F(xiàn)本地監(jiān)控和遠程監(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)場總線；其中，高壓變頻器的控制單元包括數(shù)字信號處理器(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、估計控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運算。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)場總線聯(lián)接，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)可編程邏輯控制器(PLC)和遠程監(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，實現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時間和下降時間可以任意設定；同時，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)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元，對故障信號進行處理。
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、估計控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運算構(gòu)成。通過從現(xiàn)場采集的模擬信號(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)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元的控制量，進行相應的控制。
遠程監(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)，實現(xiàn)遠程管理和實時監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控。參數(shù)設定可以對頻率的上升時間和下降時間進行設置，可以對系統(tǒng)進行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時，可以對系統(tǒng)運行的頻率的大小設置，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，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。
遠程控制能進行運行狀態(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，能夠從遠程監(jiān)控系統(tǒng)中讀取高壓變頻器運行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時，對所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進行顯示；使用遠程控制，可以對高壓變頻器系統(tǒng)進行啟動、停止和系統(tǒng)復位操作。
遠程控制能進行故障監(jiān)控遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對高壓變頻器運行過程中出現(xiàn)的故障進行實時監(jiān)控，并且可以對歷史故障進行保留，便于系統(tǒng)的維護。
本地監(jiān)控系統(tǒng)采用的是人機對話界面觸摸屏(PMU)和可編程邏輯控制器(PLC)通過現(xiàn)場總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏(PMU)實現(xiàn)對參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠程監(jiān)控所列的功能。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)使用現(xiàn)場總線聯(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，實現(xiàn)對反饋信號的閉環(huán)控制。(3)通過現(xiàn)場總線的聯(lián)接，可以實現(xiàn)高壓變頻器的本地監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(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控制規(guī)則解模糊控制數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫控制量運算。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本專利作進一步的說明。
圖1、圖2是本發(fā)明的一種具體實施方式
。
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，實現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時間和下降時間可以任意設定。同時，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)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元，對故障信號進行處理。通過從現(xiàn)場采集的模擬信號(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)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號處理器(DSP)數(shù)字控制單元的控制量，進行相應的控制。
模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，采集現(xiàn)場的模擬量——壓力或流量(P&Q)反饋后，與系統(tǒng)給定值(P*&Q*)進行比較，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，所以，經(jīng)過變量值單位化后，產(chǎn)生單元值誤差信號e和單位值誤差變化信號ce，將輸入的清晰信號e和ce輸入模糊集合，進行模糊化處理，將輸入清晰信號轉(zhuǎn)換成模糊信號。之后要進行模糊規(guī)則正確性的評定，輸入模糊信號的隸屬度是由模糊數(shù)據(jù)的隸屬函數(shù)和對應模糊集的隸屬函數(shù)兩者所共有的最大隸屬度決定的，在完成進行模糊規(guī)則正確性的評定后，最后輸出的控制信號要進行解模糊控制，輸出清晰控制值du，通過控制量運算，將此單元信號du轉(zhuǎn)換成實際信號DU，最后通過運算，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)場反饋的信號，通過對輸入清晰信號的模糊化等一系列的操作和運算，輸出了高壓變頻器控制單元所要求的清晰值U。
遠程監(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)，實現(xiàn)遠程管理和實時監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控。參數(shù)設定可以對頻率的上升時間和下降時間進行設置，可以對系統(tǒng)進行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時，可以對系統(tǒng)運行的頻率的大小設置，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，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。運行監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)中讀取系統(tǒng)的額定值，能夠從遠程控制系統(tǒng)讀取高壓變頻器運行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時，對所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進行顯示。同時，使用遠程控制，可以對高壓變頻器系統(tǒng)進行啟動、停止和系統(tǒng)復位操作。故障監(jiān)控遠程控制系統(tǒng)可以對高壓變頻器運行過程中出現(xiàn)的故障進行實時監(jiān)控，并且可以對歷史故障進行保留，便于系統(tǒng)的維護。
本地監(jiān)控系統(tǒng)采用的是人機對話界面觸摸屏(PMU)和可編程邏輯控制器(PLC)通過現(xiàn)場總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏(PMU)實現(xiàn)對參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠程監(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)場總線；其中，高壓變頻器的控制單元包括數(shù)字信號處理器數(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、估計控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運算；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)場總線聯(lián)接，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)可編程邏輯控制器和遠程監(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，實現(xiàn)觸發(fā)控制，此脈沖頻率可調(diào)，并且頻率的上升時間和下降時間可以任意設定；同時，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)字信號處理器數(shù)字控制單元，對故障信號進行處理。
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、估計控制規(guī)則、解模糊控制、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制量運算構(gòu)成；通過從現(xiàn)場采集的模擬信號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)字信號處理器數(shù)字控制單元，根據(jù)輸入到數(shù)字信號處理器數(shù)字控制單元的控制量，進行相應的控制。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠程監(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)，實現(xiàn)遠程管理和實時監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控；參數(shù)設定可以對頻率的上升時間和下降時間進行設置，可以對系統(tǒng)進行開環(huán)和閉環(huán)控制模式的選擇，采用開環(huán)控制模式時，可以對系統(tǒng)運行的頻率的大小設置，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，經(jīng)過模糊控制器產(chǎn)生控制量對系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。
5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠程控制能進行運行狀態(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，能夠從遠程監(jiān)控系統(tǒng)中讀取高壓變頻器運行的輸出電流、輸出電壓和輸出頻率，同時，對所執(zhí)行的操作和出現(xiàn)的故障能用模擬指示燈進行顯示；使用遠程控制，可以對高壓變頻器系統(tǒng)進行啟動、停止和系統(tǒng)復位操作。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于遠程控制能進行故障監(jiān)控遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對高壓變頻器運行過程中出現(xiàn)的故障進行實時監(jiān)控，并且可以對歷史故障進行保留，便于系統(tǒng)的維護。
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)采用的是人機對話界面觸摸屏和可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場總線總線聯(lián)接，本地監(jiān)控是通過觸摸屏實現(xiàn)對參數(shù)設定、運行監(jiān)控和故障監(jiān)控，能完成上述遠程監(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)場總線聯(lián)接，實現(xiàn)本地監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)可編程邏輯控制器和遠程監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)接，實現(xiàn)遠程監(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)點在于簡化了電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對反饋信號的閉環(huán)控制，實現(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H02M5/00GK1763668SQ20051010577
公開日2006年4月26日 申請日期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, 楊德剛, 胡培青, 趙如凡, 安虹, 段巍, 張軍, 韓智玲, 魏小棟 申請人:北京金自天正智能控制股份有限公司, 冶金自動化研究設計院