一种新型的高压变频分布式控制系统

2 分布式控制系统的设计

　　本文设计的高压变频控制系统结构如图3所示。分布式系统由中央控制单元、CAN总线光纤通信部分和分布单元控制器三部分组成。中央控制单元以CAN总线和分布单元控制器建立通信，建立任务分工，协调控制系统的运行。以分布式控制系统代替传统的集中式的控制系统，解决了集中式控制方式在数据就地采集、处理和独立控制等方面的问题，减少了中央处理单元的负担，而且扩展了系统功能，实现了高压变频器的远程智能化监视和控制，改进了系统的性能，同时也更加符合工业现场的应用；由于CAN总线的通信采用光纤作为介质，中央控制单元及分布式单元通过两根光纤和HUB连接即可完成系统的组装；由于分布单元结构相同，可采用硬件ID软件识别的方法使系统的可替换性和伸缩性增强。

图3 分布式控制系统结构图

　　2.1中央控制单元
　　基于ARM的嵌入式控制系统为核心的中央控制单元主要包括：I/O模块、A/D数据采集模块、液晶显示模块、GPRS远程通信模块、CAN总线通信模块等外围的功能模块，其结构如图4所示。采用分布式系统的功能划分，并且利用ARM的32位的运算能力设计的中央控制单元所要执行的任务包括：高压变频系统电源控制、人机交互操作、GPRS远程通信实现变频器的异地监护和远程参数设定以及远程运行控制等、电机的调速以及调速系统的运行状态控制。其中，电机的调速控制是系统的核心，保持分布式单元的实时同步、变频控制算法实时运算工作的合理分配是实现调速控制的关键环节。本文通过中央单元的实时校正和总线协议的可靠性保证系统分布单元的同步性，运算任务分配的原则是中央控制单元处理人机交互信息中关于变频调速的整体信息，并将此信息传送给各分布式单元，由各个单元完成PWM算法实现电压叠加和电机控制。任务分配的实现是以稳定高效的总线协议为前提的。

图4 中央控制单元结构

　　2.2 分布式控制单元
　　基于TI公司的DSP芯片TMS320F2407设计的分布式控制单元，充分利用芯片丰富的外设模块。CAN总线模块实现和中央控制单元的通信，接收并反馈控制信息；A/D转换和数字输入输出口的配合使用，实现桥臂电压和模块过流等保护信号的监测和处理；事件模块是分布单元控制的核心，根据中央控制单元发送的电压频率、实时同步信息、误差校正信息，以PWM电压串联的处理方法，计算本控制单元当前时间的PWM电压输出的周期和占空比。每相的8个分布式单元输出的PWM电压串联叠加波形如图5所示。通过调整分布单元的PWM输出波形，可以使叠加波形逼近完美的正弦波，使变频系统实现无谐波的控制。

图5 分布单元电压叠加波形