高压变频器控制器故障信号处理系统及其工作方法.pdf

本发明公布了一种高压变频器控制器故障信号处理系统及其工作方法，所述系统包括变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、PLC、风机保护单元和电源系统，其中变压器柜的输入端接外部交流电源，变压器柜的输出端串接功率单元柜后通过控制光线与控制单元柜通信，PLC和风机保护单元分别与控制单元柜连接，电源系统给控制单元柜供电。所述方法先将故障分类为静态和动态故障后将静态故障分级。本发明系统稳定性高，同时在采用分级处理运行故障及静态故障后，系统的故障检测分类更加清楚，从而使调试更加方便。

1.  一种高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于包括变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、PLC、风机保护单元和电源系统，其中变压器柜的输入端接外部交流电源，变压器柜的输出端串接功率单元柜后通过控制光线与控制单元柜通信，PLC和风机保护单元分别与控制单元柜连接，电源系统给控制单元柜供电。

2.  根据权利要求1所述的高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于所述控制单元柜包括双DSP系统、上位机、相控板模块、操作面板和接口电路，其中双DSP系统分别与上位机、相控板模块、操作面板和接口电路连接，相控板模块通过控制光线与功率单元柜连接。

3.  根据权利要求2所述的高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于所述相控板模块由三相相控板构成。

4.  一种高压变频器控制器故障信号处理系统的工作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、所有的电气故障FELEC由变压器过热故障TROVHF、高压合闸后柜门打开CUDOL、高压合闸后柜风跳闸封锁CUFON、辅助电源合AXON组成，均由PLC完成预处理，然后由控制光线通过MODBUS协议送至DSP统一处理；
(2)、功率单元柜中的功率单元光纤板处理功率部分的故障信号包括电源故障PSF、过压OVVF、流过OVCF1、过流OVCF2、无PWM脉冲NPWM、欠压UNVF、CPLD器件故障CPLD、控制通讯异常CCUA、无相控脉冲NOPF、IGBT不导通、NCOF1、IGBT不导通、NCOF2、备用5V电源1P5故障1P5A、缺相PHFA、电容异常COUA、单元过热OVTA、电压＜90％和DCLA，由相控板ABC相应处理后送到DSP控制器；
(3)、控制器类故障由器件类故障和通讯故障组成；其中器件由CPLD加看门狗电路完成检测；通讯类故障由DSP检测；
控制器故障将产生控制箱封锁(CBDIS)--PS_Fault.12信号，其逻辑关系式是：
CPU_CPLD故障+AD_CPLD故障+AD板电源故障＝控制箱封锁CBDIS。

高压变频器控制器故障信号处理系统及其工作方法
技术领域
本发明一种实现高压变频器控制器对于故障处理的方法，目的是保证系统的稳定运行及故障检测，属于电子技术领域。
背景技术
高压变频调速系统作为高压电动机调速节能的一种手段，是必不可少的。目前变频器使用U/f＝C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式，其特点是控制电路结构简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在各个领域得到广泛应用。但是，由于高压变频器电压等级较高，不同于低压变频器，要使用功率单元串联的方式，目前市场上较长见的是6KV系统18个功率单元，10KV系统27个功率单元串联，系统的拓扑结构还不尽如人意，且系统结构复杂、控制曲线会随负载的变化而变化，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，故障率高等。而高压变频器(Highvoltage variable frequency drives，简称HVVFD)在石油化工、电力、冶金等应用场合对高压变频器的可靠性、稳定性提出了更高的要求，
系统控制器使用DSP(数字信号处理器)及相关控制元件协同分级处理系统的运行故障及静态故，系统整体拓扑如图1所示，控制器部分结构如图2所示。
控制单元与每台功率单元之间均采用了两根光纤进行连接和控制。它可以从操作面板，I/O接口或通信通道接收操作命令和给定信号，处理后输出电压、频率给定信号给三个相控单元，在那里转换成PWM控制信号，经电/光转换器转换成光信号，从光发送器端口发往各功率单元。来自功率单元的应答信息经光/电转换器转换成电信号，予处理后送主控制器集中处理。主控制器根据控制命令、给定信号及运行信息、应答信息进行运行控制、状态分析、故障诊断等运算，检测出故障后按故障性质进行故障处理，如封锁系统、高压跳闸等，并给出相应故障信号，还提供故障音响信号。
该处理方法的缺陷是增加了部分故障处理代码，由于系统可处于运行报警状态中，需要人工及时处理.
主控器包括控制箱及PLC模块，装于控制柜的中部及下部，模块外部接线端子。控制箱的主要部件有：
(1)、双DSP系统
其中一个主的管理控制、报警、通信等逻辑处理，另一个从的主要管理调节功能，两者通过一双口RAM芯片互访公共数据，其优点是硬件空间很大，运算速度很高，为提高软件功能提供了充足的硬件平台，外围设备接口比较容易，缺点是系统比较复杂。
面板上有RUN绿色指示灯，当上电正常、程序运行后灯就亮，否则就有故障。
(2)、接口电路
包含以下几部分：
1)模拟量输入
接受来自模拟量输入I/O模块的模入信号，送A/D变换芯片，这是±11位精度的，可以同时采入6路模拟量再逐个变换，保证了采入的6个模拟量的同时性，可以适于一些要求采样同时性较高的场合。变换后的数字量送CPU处理。
2)模拟量输出
接受来自CPU的数字信号，变换成模拟量送模拟量输出I/O模块输出，共有4路，精度±11位，电位隔离输出。
3)开关量输入及开关量输出
接受来自CPU板的数字信号，送开关量输出I/O模块，共有8路。继电器接点输出。面板上有模入、模出插头，通过对较扁平电与模块相连。面板上还有开关量输出指示灯。开关量输出则通过总线板上的端子与I/O模块相连。
(3)、相控板
其主要功能有正弦波参改电压波生成、三角载波生成、同点、PWM波生成、控制信号生成、调制等。分ABC相共计3块。
6KV系统每板6个对应接收各相6个功率单元的应答信号，予处理后送主CPU。别处，相控板还包括光发送/接收回路共6对，分别与各相6个功率单元的接收/发送回路相连。
(4)、PLC模块共有
模入模块一个，6路，其中两路为0-±10V/0-20ma可送；
模出模块一个，4路，0-±10V，电位隔离；
开入模块一个，共4×4＝16路，～110V输入；
开出模块一个，共2×4＝8路，继电器接点输入-24V/～220V。
6)、操作面板
装于柜门上，其上有指示灯指示运行状态，数码管显示运行数据或参数，键盘输入操作命令或显示修改参数。它通过电源与CPU板的X3操作面板接口相连。
从以上主控制器的构成来看，其系统构成较为复杂，容易出现一些电气干扰与不影响运行的局部故障，这些都要求系统的故障处理有一个合理化的方法。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种高压变频器控制器故障信号处理系统及其工作方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于包括变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、PLC、风机保护单元和电源系统，其中变压器柜的输入端接外部交流电源，变压器柜的输出端串接功率单元柜后通过控制光线与控制单元柜通信，PLC和风机保护单元分别与控制单元柜连接，电源系统给控制单元柜供电。
所述的高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于所述控制单元柜包括双DSP系统、上位机、相控板模块、操作面板和接口电路，其中双DSP系统分别与上位机、相控板模块、操作面板和接口电路连接，相控板模块通过控制光线与功率单元柜连接。
所述的高压变频器控制器故障信号处理系统，其特征在于所述相控板模块由三相相控板构成。
高压变频器控制器故障信号处理系统的工作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、所有的电气故障FELEC由变压器过热故障TROVHF、高压合闸后柜门打开CUDOL、高压合闸后柜风跳闸封锁CUFON、辅助电源合AXON组成，均由PLC完成预处理，然后由控制光线通过MODBUS协议送至DSP统一处理；
(2)、功率单元柜中的功率单元光纤板处理功率部分的故障信号包括电源故障PSF、过压OVVF、流过OVCF1、过流OVCF2、无PWM脉冲NPWM、欠压UNVF、CPLD器件故障CPLD、控制通讯异常CCUA、无相控脉冲NOPF、IGBT不导通、NCOF1、IGBT不导通、NCOF2、备用5V电源1P5故障1P5A、缺相PHFA、电容异常COUA、单元过热OVTA、电压＜90％和DCLA，由相控板ABC相应处理后送到DSP控制器；
(3)、控制器类故障由器件类故障和通讯故障组成；其中器件由CPLD加看门狗电路完成检测；通讯类故障由DSP检测；
控制器故障将产生控制箱封锁(CBDIS)--PS_Fault.12信号，其逻辑关系式是：
CPU_CPLD故障+AD_CPLD故障+AD板电源故障＝控制箱封锁CBDIS。
本发明在6KV和10KV高压变频器在使用之后，系统的无故障运行时间由原来的5000小时上升至8000小时以上，平均无故障运行时间增加60％，大大提高了系统的稳定性。同时在采用分级处理运行故障及静态故障后，系统的故障检测分类更加清楚，从而使调试更加方便。
附图说明
图1：本发明整体结构图。
图2：本发明控制单元柜结构图。
图3：本发明方法流程图。
图4：电气故障(FELEC)。
图5：运行故障RUNFAULT。
图6：控制器故障将产生控制箱封锁(CBDIS)--PS_Fault.12信号的逻辑关系式功能图。
图7：DIS2功能图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
该处理方法的工作原理，流程如框图3所示.其工作方法如下：
1、高压变频器控制器的故障信号输入使用DSP(数字信号处理器)加PLC分布式故障控制的方法。
(1)、所有的电气故障(FELEC)，如图4所示，包括变压器过热故障TROVHF，高压合闸后柜门打开(CUDOL)，高压合闸后柜风跳闸封锁(CUFON)，辅助电源合(AXON)组成，均由PLC完成处理，然后由光纤总线通过MODBUS协议送至DSP统一处理。
(2)、功率单元光纤板处理其中的功率部分的故障信号包括电源故障PSF、过压OVVF，流过OVCF1，过流OVCF2，无PWM脉冲NPWM，欠压UNVF、CPLD器件故障CPLD，控制通讯异常CCUA，无相控脉冲NOPF，IGBT不导通，NCOF1、IGBT不导通，NCOF2，备用5V电源1P5故障1P5A，缺相PHFA，电容异常COUA，单元过热OVTA，电压＜90％，DCLA等16种。由相控板ABC相应处理后送到DSP控制器。
(3)、控制器类故障主要由器件类故障和通讯故障组成。其中器件由CPLD加看门狗电路完成检测。通讯类故障由DSP检测。
控制器故障将产生控制箱封锁(CBDIS)--PS_Fault.12信号，其逻辑关系式是：CPU_CPLD故障+AD_CPLD故障+AD板电源故障＝控制箱封锁(CBDIS)，功能图如图6所示。
基于系统是否运行来分别进行故障处理的方法，即系统包括非运行故障(静态故障)和运行故障.
(1)、静态故障处理部分(非运行)进行全部的故障处理，包括功率单元故障、电气故障，控制系统共三大类故障.
(2)、运行故障只处理其中的最重要故障，主要包括电源故障PSF、过压OVVF，过流OVCF1，过流OVCF2，无PWM脉冲NPWM，无相控脉冲NOPF，IGBT不导通，NCOF1、IGBT不导通，NCOF2，单元过热OVTA，输出短路OUTSCF，输出过流OOTOCF运行中跳高压等。
由系统反馈的电压、电流等模拟量值及开关量判断系统出现哪些故障及报警信号，并将相应运行故障RUN_Fault寄存器置1。
运行故障寄存器RUN_Fault各位定义：
D0：输出短路(OUTSCF)
D1：输出过流(OUTOCF)
D2：马达过热(MOVHF)
D5：输出电压异常故障(OUTVF)
D7：超速故障(OVSDF)
D8：堵转(BLOCF)
D9：变压器过热(TROVHF)
D10：功率单元平均直流欠压(DCLVF)
由于不同的运行环境所要求的故障门槛也不一梓，可以调节相应P参数来设置运行故障的参数：