CN202548627U - 一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元 - Google Patents

一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元 Download PDF

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张宇
何维国
刘隽
包海龙
朴红艳
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Abstract

一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，涉及一种用于交流干线或交流配电网络设备的网络控制电路单元，尤其是适用于高压交流电网电能调节装置控制***的EtherCAT网络主站控制，包括数字信号处理器，以太网接口，第一和第二EtherCAT从站控制器和开关量输入输出接口模块；数字信号处理器通过以太网接口连接到第一和第二EtherCAT从站控制器；第一和第二EtherCAT从站控制器的LVDS输出端连接外部从站构成EtherCAT网络；数字信号处理器连接到开关量输入输出接口模块，并通过IO端口连接到主控子***。该EtherCAT网络控制单元结合以太网通和CPLD在***编程控制，传送速率高，可实现报文硬件校验，核心控制器处理能力强，可以根据现场配置修改控制逻辑，并具有远程配置和监控的功能。

Description

一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元
技术领域
本实用新型涉及一种用于交流干线或交流配电网络设备的网络控制电路单元，尤其是适用于高压交流电网电能调节装置控制***的EtherCAT网络主站控制。
背景技术
城市电网中现代工业、商业和居民用电设备，如高性能办公设备、精密实验仪器、变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机***等对电源特性变化敏感性负荷呈逐年上升趋势，对电能质量的要求不断提高。对敏感用户(如半导体制造企业)而言，几十毫秒的电压暂降就可能导致设备损坏、生产线停产，造成巨大经济损失。与此同时，分布式能源、冲击性和干扰性负荷的大量接入等因素都使得电网电能质量存在日趋恶化的趋势，严重威胁电力***的安全运行和用电设备的正常工作。
针对敏感负荷电能质量控制问题，国内外开展了电能质量控制产品的研究制造。但是，电能质量控制装置还没有形成标准化的产品，并且主要停留在低压小容量范围，中国实用新型专利“低谐波电源质量控制***”(实用新型专利号：ZL201020133972公开号：CN201656479)公开了一种低谐波电源质量控制***。该低谐波电源质量控制***包含检测装置、电力调整装置、阻性负载装置。检测装置接收来自于阻性负载装置的反馈信号。检测装置输出的控制信号可以用电压或电流为信号。电力调整装置接收到所述控制信号后，以比例方式输出驱动电压。所述比例方式为在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。阻性负载装置接收驱动电压后，输出反馈信号到检测装置。以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压，将能够有效的减少产生电力的谐波。但是该装置仅适用于小功率的阻性负载装置，没有涉及高压大功率的电网电能质量控制，也没有解决使用EtherCAT网络实现电能质量调节装置的***级监控的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，解决使用EtherCAT网络实现电能质量调节装置的***级监控的技术问题。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，连接到电能质量调节装置的主控子***和以太网，其特征在于：
所述的EtherCAT网络控制单元包括数字信号处理器，以太网接口A，以太网接口B，以太网接口C，第一EtherCAT从站控制器，第二EtherCAT从站控制器和开关量输入输出接口模块；
所述的数字信号处理器通过以太网接口A连接到以太网，通过以太网接口B连接到第一EtherCAT从站控制器，通过以太网接口C连接到第二EtherCAT从站控制器；
所述的第一EtherCAT从站控制器的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的输出口，所述的第二EtherCAT从站控制器的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的环网返回口，连接外部从站构成EtherCAT网络；
所述的数字信号处理器连接到开关量输入输出接口模块，并通过IO端口连接到所述的主控子***。
本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的第一EtherCAT从站控制器通过光纤收发器提供两个耦合器端口。
本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的另一种较佳的技术方案，其特征在于所述的第二EtherCAT从站控制器通过光纤收发器提供两个耦合器端口。
本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的一种更好的技术方案，其特征在于所述的开关量输入输出接口模块包括至少一对光入光出端口。
本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的一种改进的技术方案，其特征在于所述的数字信号处理器通过CAN总线接口电路提供CAN总线接口。
本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的另一种改进的技术方案，其特征在于所述的数字信号处理器通过RS232接口电路提供串行通讯接口。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，采用实时串行以太网(EtherCAT)总线技术，传送速率高，可实现报文硬件校验，且无信息冲突；核心控制板采用高速专用芯片，大大增强了核心控制器的处理能力。
2.通过采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现开关量输入输出接口，提高了开关量输入输出模块的灵活性，降低了复杂性。
3.结合以太网通信技术和CPLD在***编程控制，本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，可以根据电能质量调节装置的现场配置修改控制逻辑，并具有远程配置和监控的功能。
附图说明
图1是本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的主电路图；
图2是电能质量调节装置的控制***的主电路图。
以上图中的各部件的标号：100-三相电源，800-电能质量调节装置，810-主控子***，811-主控EtherCAT主站，812-PTCT输入单元，813-调节保护单元，814-故障录波单元，815-开关量输入单元，816-开关量输出单元，820-通讯耦合子***，821-模块EtherCAT主站，822-EtherCAT耦合器，830-调节控制器，910-以太网交换机，920-PC监控终端，8111-数字信号处理器，8112-以太网接口A，8113-以太网接口B，8114-以太网接口C，8115-第一EtherCAT从站控制器，8116-第二EtherCAT从站控制器，8117-开关量输入输出接口。
具体实施方式
为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步详细描述。
图2是电能质量调节装置的控制***的主电路图，包括主控子***810、通讯耦合子***820和3n个调节控制器830，其中n≥1；所述的电能质量调节装置800包括3n个功率单元(图中未表示)，分别连接到三相电网100上，所述的调节控制器830分别对应连接到电能质量调节装置800的每个功率单元，主控子***810通过通讯耦合子***820分别连接到每个调节控制器830；通讯耦合子***820包括连接在LVDS接口上的模块EtherCAT主站821，以及至少一个EtherCAT耦合器822，与EtherCAT从站互相连接构成模块EtherCAT网络；调节控制器构成EtherCAT从站，经由EtherCAT耦合器，连接到模块EtherCAT网络，调节保护单元813通过光耦或者光纤隔离，连接到调节控制器830。如图2所示，电能质量调节装置的控制***的主控子***810，包括主控EtherCAT网络和主控EtherCAT主站811，以及PTCT输入单元812、调节保护单元813、故障录波单元814、开关量输入单元815和开关量输出单元816。电能质量调节装置的控制***还包括以太网接口，主控子***810和通讯耦合子***820，通过以太网接口和以太网交换机910，连接到本地或远程PC监控终端920。
图1是本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的主电路图，所述的EtherCAT网络控制单元可以用作主控EtherCAT主站811，连接到电能质量调节装置800的主控子***810，或者通过以太网交换机910连接到以太网。本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元也可以作为模块EtherCAT主站821，连接到通讯耦合子***820。所述的EtherCAT网络控制单元包括数字信号处理器8111，以太网接口A8112，以太网接口B 8113，以太网接口C 8114，第一EtherCAT从站控制器8115，第二EtherCAT从站控制器8116和开关量输入输出接口模块8117；数字信号处理器8111通过以太网接口A 8112连接到以太网，通过以太网接口B 8113连接到第一EtherCAT从站控制器8115，通过以太网接口C 8114连接到第二EtherCAT从站控制器8116；第一EtherCAT从站控制器8115的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的输出口，第二EtherCAT从站控制器8116的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的环网返回口，连接外部从站构成EtherCAT网络。数字信号处理器8111连接到开关量输入输出接口模块，并通过IO端口连接到所述的主控子***。
在图1所示的实施例中，第一EtherCAT从站控制器8115通过光纤收发器提供两个耦合器端口；第二EtherCAT从站控制器8116通过光纤收发器提供两个耦合器端口；开关量输入输出接口模块8117包括至少一对光入光出端口。
如图1所示的本实用新型的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元的实施例，数字信号处理器8111还通过CAN总线接口电路提供CAN总线接口，通过RS232接口电路提供串行通讯接口。
在图1所示的的实施例中，数字信号处理器8111为TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，该处理器具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。在该实施例中，以太网接口8112～8114采用多功能网络接口芯片W3150；EtherCAT从站控制器8115～8116采用EtherCAT从站控制器集成电路ET1100。通过ET1100将以太网的物理接口转为LVDS，直接接入主控子***机箱背板上的LVDS信号线。每片ET1100剩余的两个端口可以作为耦合器，通过光纤收发器AFBR-5803ATZ转换成光信号实现不同子***机箱间的连接。开关量输入输出接口8117采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)，CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，MacroCell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性。在本实用新型的电能质量调节装置的开关量输入输出单元中，CPLD用于开关量输入输出的采样时序控制、串并行转换和输入输出逻辑控制，CPLD芯片可采用EPM7128S、XC9510或者LC4128V。在编程方式上，CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程，编程次数可达1万次，其优点是***断电时编程信息也不丢失。CPLD还可以实现在***编程，可以根据电能质量调节装置的实际配置修改控制逻辑。开关量输入输出接口8117预留16个IO口接入背板，用于子***内部个单元之间的IO通讯，比如来自PTCT输入单元812从站、用于启动EtherCAT主站发送数据的信号，EtherCAT主站启动其它从站单元接收EtherCAT数据的信号等。主站提供两个光入光出用于和其它子***的IO信号连接。此外，DSP还预留一个232接口和一个CAN接口备用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的技术方案，而并非用作为对本实用新型的限定，任何基于本实用新型的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，连接到电能质量调节装置的主控子***和以太网，其特征在于：
所述的EtherCAT网络控制单元包括数字信号处理器，以太网接口A，以太网接口B，以太网接口C，第一EtherCAT从站控制器，第二EtherCAT从站控制器和开关量输入输出接口模块；
所述的数字信号处理器通过以太网接口A连接到以太网，通过以太网接口B连接到第一EtherCAT从站控制器，通过以太网接口C连接到第二EtherCAT从站控制器；
所述的第一EtherCAT从站控制器的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的输出口，所述的第二EtherCAT从站控制器的LVDS输出端，作为EtherCAT网络主站的环网返回口，连接外部从站构成EtherCAT网络；
所述的数字信号处理器连接到开关量输入输出接口模块，并通过IO端口连接到所述的主控子***。
2.根据权利要求1所述的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，其特征在于所述的第一EtherCAT从站控制器通过光纤收发器提供两个耦合器端口。
3.根据权利要求1所述的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，其特征在于所述的第二EtherCAT从站控制器通过光纤收发器提供两个耦合器端口。
4.根据权利要求1所述的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，其特征在于所述的开关量输入输出接口模块包括至少一对光入光出端口。
5.根据权利要求1至4所述的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，其特征在于所述的数字信号处理器通过CAN总线接口电路提供CAN总线接口。
6.根据权利要求1至4之任一项权利要求所述的电能质量调节装置的EtherCAT网络控制单元，其特征在于所述的数字信号处理器通过RS232接口电路提供串行通讯接口。
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