[实用新型]基于高压变频器的双CPU冗余容错系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于高压变频器的多CPU冗余容错系统及其实现方法，是一种对高压变频系统中抗干扰和实现控制系统容错运行的设计方法。属于电力电子与电气传动领域。

背景技术

随着我国改革开放的深入和经济建设的飞速发展，节能环保的需要日益显著，高压变频调速技术作为最优的交流电机调速方式得到了推广使用。在某些行业内对于高压变频设备的可靠性要求很高。

高压变频器可广泛应用于电力、市政、冶金矿产、化工等工业部门的中高压大功率电机的转速控制，取代传统档风板或节流阀，可以根据负载大小适时控制风量或流量，显著提高节能效果。同时，还可以大大提高系统的智能化水平，调节和改善运行环境，平滑加减速，并减少电机启动过程中的冲击电流，延长电机使用寿命，提高系统工艺水平。

在某些行业内对于高压变频设备的可靠性要求很高。此实用新型将大大提高高压变频器控制系统的稳定性，可以使高压变频器的控制系统容错运行，减少停机检修的频率，提高生产的可靠性。

本实用新型所实现的控制系统适合不同拓扑方式的高压变频器。即可以实现多PWM直接输出控制方式，也可以实现多功率模块串行控制方式。同时通过FPGA对CPU的实时监控，实现了主用CPU和备用CPU之间的相互切换，主用CPU和备用CPU非硬件故障的自动恢复和长期持续运行。符合高压变频器的高可靠性应用要求。

控制权判断模块集成在大规模逻辑器件之中，电气硬件结构更为灵活。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单的基于高压变频器的多CPU冗余容错系统，可提高高压变频器的最核心部分的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于高压变频器的双CPU冗余容错系统，包括主用CPU和备用CPU，其特征在于：所述主用CPU和备用CPU之间通过并行或串行通信实现数据高速并行处理和共享，主用CPU和备用CPU分别通过地址线、数据线、脉冲信号线、复位信号线与FPGA相通信。

前述的基于高压变频器的双CPU冗余容错系统，其特征在于：所述主用CPU和备用CPU分别通过地址线、数据线与一双口RAM相连。

前述的基于高压变频器的双CPU冗余容错系统，其特征在于：所述主用CPU和备用CPU分别通过地址线、数据线与FPGA相连，FPGA与单片RAM通过单独的地址线、数据线相连。

前述的基于高压变频器的双CPU冗余容错系统，其特征在于：所述主用CPU和备用CPU分别通过地址线、数据线与FPGA相连，FPGA内部虚拟有RAM。

所述FPGA包括以下各功能模块：

功率模块控制模块：用于将具有控制权的CPU输出信息转化成功率模块所能接收的驱动控制信号，输出给相应的功率模块。达到对功率模块输出实时控制的目的。

外部数字量输入模块：用于将外部的数字信号进行转化，通过总线方式传送给多CPU，以便CPU进行相应的处理。

外部数字量输出模块：用于将主CPU输出给FPGA的外部数字量输出控制信息进行转化，再将转化的数字量输出信号输出给外部数字量输出电路。

外部模拟量输入模块将外部的模拟信号进行转化，通过总线方式传送给多CPU，以便CPU进行相应的处理。

外部模拟量输出模块：用于将主CPU输出给FPGA的外部模拟量输出控制信息进行转化，再将转化的模拟量输出信号输出给外部模拟量转化电路。

功率模块故障处理模块：用于将功率模块的故障信号进行转化，通过总线方式传送给多CPU，以便CPU进行相应的处理。

CPU控制权切换和处理模块：将主用和备用CPU的状态脉冲信号采集，确定主用和备用的工作状态，通过如图4的控制权判断流程确定是否需要进行主用备用之间的切换。如确定切换，将现有的CPU控制权由主用转为备用，并将主用CPU进行硬件复位，以备下次切换。

通讯管理模块：用于将根据CPU控制权，采用有控制权的CPU通讯通道和外部控制系统(如PC)进行串行通讯。

前述的基于高压变频器的双CPU冗余容错系统的冗余实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)正常工作时，主用CPU和备用CPU同时通过脉冲信号线给FPGA发送状态脉冲，在初始状态，主用CPU控制权标志信号有效，备用CPU控制权标志信号失效，并实时将过程变量写入同时与主用CPU和备用CPU相连的双口RAM或与FPGA相连的外部RAM或FPGA内部虚拟RAM中，以备切换时恢复正常运行状态用；