变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组

文档序号:424075 发布日期:2021-12-21 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组 (Control system and method of converter, converter and wind generating set ) 是由 林振斌 于 2020-06-18 设计创作,主要内容包括:本申请提供了一种变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组。该变流器的控制系统包括:主控制器和多个并联的通信链路;每个通信链路均包括串联的多级从站控制器形成的系统下行通信链路和系统上行通信链路;每个通信链路中的第一级从站控制器与主控制器通信连接;在每个通信链路中,系统下行通信链路和系统上行通信链路用于实现本通信链路中各级从站控制器与主控制器之间的通信。本申请可在不重新设计主控制器以及不影响原有控制架构的基础上满足节点数量的实际需求,提高新整机产品的开发效率,降低新整机产品的研发成本。(The application provides a control system and method of a converter, the converter and a wind generating set. The control system of this converter includes: a master controller and a plurality of parallel communication links; each communication link comprises a system downlink communication link and a system uplink communication link which are formed by a plurality of stages of slave station controllers connected in series; the first-level slave station controller in each communication link is in communication connection with the master controller; in each communication link, a system downlink communication link and a system uplink communication link are used for realizing communication between each level of slave station controller and master controller in the communication link. The method and the device can meet the actual requirements of the number of the nodes on the basis of not redesigning the main controller and not influencing the original control framework, improve the development efficiency of new complete machine products, and reduce the research and development cost of the new complete machine products.)

变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组

技术领域

本申请涉及变流器技术领域,具体而言,本申请涉及一种变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组。

背景技术

变流器发展不断趋向于大功率,导致越来越多的大功率变流器出现,受单个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)功率以及成本限制,目前大多变流器采用的是多并联技术。随着总功率的增加,需要并联的IGBT数量越来越多,同时由于模块化设计的原因,变流器中的控制器需要控制的功能模块数量越来越多。

在以往的变流器中,控制器主要采用星形网络进行连接,该种连接方式存在以下问题:控制器为星形网络主节点,其星形分支数量限制了所连接的下级节点数量,由于需求的不断增加,会导致控制器下层节点数最终无法满足需求,或者控制器的体积变得特别庞大,每次下层拓扑结构发生变化时都需要重新进行控制器的设计,增加控制器的版本,提高了研发成本和维护成本;下级节点的通信不是同一源,且走线路径不一致,会有同步性的差异,容易导致同步性不满足要求。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点,提出一种变流器的控制系统、方法、变流器及风力发电机组,用以解决现有的控制器连接方式对下级节点数量产生限制技术问题以及下级节点通信不同源导致的同步性差异问题。

第一方面,本申请实施例提供了一种变流器的控制系统,包括:主控制器和多个并联的通信链路;

每个通信链路均包括串联的多级从站控制器形成的系统下行通信链路和系统上行通信链路;

每个通信链路中的第一级从站控制器与主控制器通信连接;

在每个通信链路中,系统下行通信链路和系统上行通信链路用于实现本通信链路中各级从站控制器与主控制器之间的通信。

第二方面,本申请实施例提供了一种变流器,包括:本申请实施例第一方面提供的变流器的控制系统、以及至少一个功能模块;

每个功能模块与控制系统中的一个从站控制器连接。

第三方面,本申请实施例提供了一种风力发电机组,包括:本申请实施例第二方面提供的变流器。

第四方面,本申请实施例提供了一种变流器的控制方法,应用于本申请实施例第一方面提供的变流器的控制系统;

该控制方法包括:

在控制系统的每个通信链路中,主控制器通过系统下行通信链路向各级从站控制器下发控制数据包,并接收各级从站控制器通过系统上行通信链路上传的针对控制数据包的反馈数据包;

每一级从站控制器从控制数据包中识别出针对本级从站控制器的控制数据,根据控制数据执行相应的操作;

每一级从站控制器在识别出控制数据后,通过系统上行通信链路向主控制器上传本级从站控制器的反馈数据包,或在下一级从站控制器完成下一级从站控制器的反馈数据包的发送后,通过系统上行通信链路向主控制器上传本级从站控制器的反馈数据包。

本申请实施例提供的技术方案,至少具有如下有益效果:

1)本申请实施例由主控制器出发设置了多个并联的通信链路,通过通信链路的形式确定将主控制器的星形分支的数量;在每个通信链路中设置了串联的多级从站控制器,各级从站控制器可通过系统下行通信链路和系统上行通信链路与主控制器进行通信,即通过从站控制器及形成的系统下行通信链路和系统上行通信链路的形式,将主控制器的控制功能进行扩展,该种连接方式下,可通过增加从站控制器的数量的方式,对各通信链路直接进行扩展,在星形分支数量固定的情况下仍可增加主控制器星形分支的下级连接数量,从而可在不重新设计主控制器以及不影响原有控制架构的基础上满足实际需求,提高新整机产品的开发效率,降低新整机产品的研发成本。

2)本申请实施例的每个通信链路中的通信来源于同一个信号,且相对通信路径唯一,提高了通信链路中各个从站控制器之间的同步性,提高控制精度,提高产品可靠性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1为本申请实施例提供的一种变流器的控制系统的结构框架示意图;

图2为本申请实施例提供的另一种变流器的控制系统的结构框架示意图;

图3为本申请实施例中从站控制器的结构框架示意图;

图4为本申请实施例中从站下行通信链路导通时的通信数据传输示意图;

图5为本申请实施例中从站下行通信链路断开时的通信数据传输示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请,本申请的实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外,如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的,则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语),具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语,应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样被特定定义,否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例一种风力发电机组包括本申请实施例提供的变流器,本申请实施例提供的变流器,包括:变流器的控制系统、以及多个功能模块;每个功能模块与控制系统中的从站控制器连接。

可选地,本申请实施例的多个功能模块包括至少一个类型的功能模块;当多个功能模块包括多个类型的功能模块时,对于每个类型,该类型下的各功能模块分别与变流器的控制系统中一个通信链路中的各从站控制器电连接。

作为举例,本申请实施例中的功能模块的类型包括但不限于以下几种类型:机侧功率模块、网侧功率模块、制动模块、通用扩展模块。其中,通用扩展模块主要用于扩展DIO(Digital Input Output,数字量输入输出)、AI(Analogy Input,模拟量输入)、AO(AnalogyOutput,模拟量输出)、状态监测等资源。

本申请实施例中通过上述方式可将功能模块的类型与变流器的控制系统中的通信链路一一匹配连接,同一类型下的各个功能模块与所匹配的一个通信链路中的各个从站控制器一一匹配连接,从而各通信链路按照所连接的功能模块的类型进行分组,有利于实现数据的分类或分组传输。

如图1所示,本申请实施例中的变流器的控制系统包括:主控制器和多个并联的通信链路。

每个通信链路均包括串联的多级从站控制器形成的系统下行通信链路和系统上行通信链路;每个通信链路中的第一级从站控制器与主控制器通信连接;在每个所述通信链路中,系统下行通信链路和系统上行通信链路用于实现本通信链路中各级从站控制器与主控制器之间的通信。

本申请实施例对通信链路的数量不作限制,可根据实际需求设置任意数量的通信链路;在一个示例中,可设置4个通信链路(如图1和图2中的通信链路1-4),每个通信链路中的第一级从站控制器(如图1和图2中的链路从站1部分的各从站控制器1)与主控制器通信连接。

可选地,每个通信链路中的各从站控制器可与同一类型的功能模块连接,例如,图1和图2中的通信链路1中的从站控制器1-n可分别与机侧功能模块1-n连接,通信链路2中的从站控制器1-n可分别与网侧功能模块1-n连接,通信链路3中的从站控制器1-n可分别与制动模块1-n连接,通信链路4中的从站控制器1-n可分别与通用扩展模块1-n连接,以实现对通信链路的分组。

图1和图2中链路从站1-n用于标注各通信链路中的不同从站控制器,便于对图1和图2中不同通信链路中的从站控制器进行对照。

可选地,如图2所示,主控制器和从站控制器均包括通信连接的数据处理模块和光纤通信模块。

在每个通信链路中,第一级从站控制器中的光纤通信模块与主控制器中的光纤通信模块通过光纤连接;任意相邻两级从站控制器之间,上一级从站控制器中的光纤通信模块,与下一级从站控制器中的光纤通信模块通过光纤连接。

可选地,如图3所示,主控制器和从站控制器中的光纤通信模块均包括:下行光纤接收单元、下行光纤发送单元、上行光纤接收单元和上行光纤发送单元。

任意相邻两级从站控制器之间,上一级从站控制器中的下行光纤发送单元,与下一级从站控制器中的下行光纤接收单元通过光纤连接;上一级从站控制器中的上行光纤接收单元,与下一级从站控制器中的上行光纤发送单元通过光纤连接。

可选地,在本申请实施例的每个通信链路中,系统下行通信链路可包括每两个相邻级从站控制器中的第一级(即相邻两级中的第一级)从站控制器中的下行光纤发送单元与第二级(即相邻两级中的第二级)从站控制器中的下行光纤接收单元连接后所形成的通路;系统上行通信链路可包括每两个相邻级从站控制器中的第一级(即相邻两级中的第一级)从站控制器中的上行光纤接收单元与第二级(即相邻两级中的第二级)从站控制器中的上行光纤发送单元连接后所形成的通路。

可选地,本申请实施例对下行光纤接收单元、下行光纤发送单元、上行光纤接收单元、上行光纤发送单元的带宽不作限定,可根据实际情况设置,例如可以设置为50M(兆)。

在一些实施方式中,如图3所示,从站控制器中的数据处理模块包括第一控制单元、从站下行通信链路和从站上行通信链路;

从站下行通信链路和从站上行通信链路均与第一控制单元电连接;从站下行通信链路的接收端、发送端分别与本级从站控制器中的下行光纤接收单元、下行光纤发送单元电连接;从站上行通信链路的接收端、发送端分别与本级从站控制器的上行光纤接收单元、上行光纤发送单元电连接。

可选地,在本申请实施例的每个通信链路中,系统下行通信链路可包括本通信链路中各从站控制器中的从站下行通信链路,系统上行通信链路可包括本通信链路中各从站控制器中的从站上行通信链路。

可选地,主控制器中的数据处理模块可用于:检测各级从站控制器是否发生故障;对于发生故障的最后一级从站控制器,控制上一级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路断开;对于发生故障的最后一级从站控制器之外的任意一级从站控制器,维持从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路的导通状态。

在一个可选的实施方式中,数据处理模块可以ZynQ(赛灵思公司即Xilinx推出的一种处理器)芯片,第一控制单元可以是ZynQ芯片中的MCU(Micro Control Unit,微控制单元)单元(PS侧),从站下行通信链路和从站上行通信链路可以是ZynQ芯片中的FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)单元(PL侧)中的通信链路。

在另一个可选的实施方式中,第一控制单元可以是MCU、ARM(Advanced RISCMachines,高级精简指令集计算机)、DSP(Digital Signal Processor,数据信号处理器)中的任意一种芯片,从站下行通信链路和从站上行通信链路可以是FPGA芯片或CPLD(ComplexProgrammable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)芯片中的通信链路。

可选地,如图3所示,从站下行通信链路和从站上行通信链路均包括:通信链路控制单元和三态缓冲器301。

通信链路控制单元的一端与第一控制单元电连接,另一端与三态缓冲器301的第一端电连接;从站下行通信链路的三态缓冲器301的第二端、第三端分别作为所属的从站下行通信链路的接收端和发送端,分别与本级从站控制器中的下行光纤接收单元和下行光纤发送单元电连接;从站上行通信链路中的三态缓冲器301的第二端、第三端分别作为所属的从站上行通信链路的接收端和发送端,分别与本级从站控制器中的上行光纤接收单元和上行光纤发送单元电连接。

通信链路控制单元用于控制三态缓冲器301的开通和关断,使三态缓冲器301所在的从站下行通信链路或从站上行通信链路导通或断开。

三态缓冲器301的通断可控制所属的从站下行通信链路或从站上行通信链路的通断,三态缓冲器301开通时,该三态缓冲器301所属的从站下行通信链路或从站上行通信链路导通,可传输数据;三态缓冲器301关断时,该三态缓冲器301所属的从站下行通信链路或从站上行通信链路断开,停止传输数据;从站下行通信链路的导通与断开及相应的通信数据的传输分别如图4和图5所示。

参照图4,从站下行通信链路导通,在进行下行通信时,通信数据可从下行光纤接收单元经下行光纤发送单元直接发给下一个通信对象,即下一级从站控制器;从站上行通信链路导通的情况同理,由此可实现不相邻的从站控制器之间或中间级从站控制器(除第一级和最后一级从站控制器之外)和主控制器之间的跨级通信。

若前面各级从站控制器的从站上行通信链路均导通,通信数据可由当前从站控制器直达主控制器,若后面各级从站控制器中的从站下行通信链路均导通,相关的数据可由当前从站控制器或主控制器直达最后一级从站控制器,从而整体通信速度加快,且由于各级从站控制器之间通过硬件连接,其通信延迟大幅度降低,同时,当从站下行通信链路或从站上行通信链路导通时,本级从站控制器不发送数据,可防止因数据竞争而导致的通信紊乱。

可选地,本申请实施例中的三态缓冲器301可以是集成于ZynQ芯片或FPGA芯片中的三态缓冲器芯片,也可以是独立设置的三态缓冲器芯片。

可选地,如图3所示,从站下行通信链路所属的控制单元(如ZynQ芯片中的FPGA单元)还可包括:第一串并转换单元、解码单元、编码单元和第二串并转换单元。

第一串并转换单元的串口输入端与本级从站控制器中的下行光纤接收单元电连接,并口输出端与解码单元的输入端电连接,解码单元的输出端与第一控制单元电连接;编码单元的输入端与第一控制单元电连接,输出端与第二串并转换单元的并口输入端连接,第二串并转换单元的串口输出端与本级从站控制器中的下行光纤发送单元电连接。

可选地,如图3所示,从站上行通信链路所属的控制单元(如ZynQ芯片中的FPGA单元)还可包括:第一串并转换单元、解码单元、编码单元和第二串并转换单元。

第一串并转换单元的串口输入端与本级从站控制器中的上行光纤接收单元电连接,并口输出端与解码单元的输入端电连接,解码单元的输出端与第一控制单元电连接;编码单元的输入端与第一控制单元电连接,输出端与第二串并转换单元的并口输入端连接,第二串并转换单元的串口输出端与本级从站控制器中的上行光纤发送单元电连接。

第一串并转换单元、解码单元、编码单元和第二串并转换单元可形成一个通信支路,当本级从站控制器中的从站下行通信链路断开时,如图5所示,本级从站控制器可经该通信支路接收通信数据以及控制通信数据的发送,以完成下行通信,其通信过程具体如下:

接收数据时,第一串并转换单元可将通过下行光纤接收单元接收到的、上一级从站控制器或主控制器发送的串行数据转换为并行数据,并向解码单元发送并行数据;解码单元可对接收到的并行数据进行解码,并向第一控制单元发送解码后的并行数据;第一控制单元可根据需要利用接收到的并行数据。

发送数据时,第一控制单元将需要发送的并行数据送入编码单元;编码单元可第一控制单元发送的并行数据进行编码,并向第二串并转换单元发送编码后的并行数据;第二串并转换单元可将接收到的并行数据转换为串行数据,并通过下行光纤发送单元向下一级从站控制器或主控制器发送并行数据。

从站上行通信链路导通时的通信过程与图4所示的通信过程同理,从站上行通信链路断开时的通信过程与图5所示的通信过程同理,此处不再赘述。

可选地,从站控制器中的数据处理模块还包括:同步检波单元。

同步检波单元的一端与第一控制单元电连接,另一端与本级从站控制器中的下行光纤接收单元或上行光纤接收单元电连接。

同步检波单元用于根据通过下行光纤接收单元或上行光纤接收单元接收到的同步校正数据包,检测本级从站控制器相对于其它的从站控制器或主控制器的数据延时情况,根据数据延时情况对本级从站控制器进行同步校正。

可选地,在每个通信链路中,各级同步检波单元可根据接收到的同步校正数据包中的数据生成同步脉冲,本通信链路中的各级从站控制器可根据该同步脉冲进行同步校正,以消除通信线缆和晶振差异导致的延迟,使各级从站控制器的同步性满足需求。

本申请实施例提供的变流器的控制系统的具体工作原理,可参照后面的方法实施例。

基于同一发明构思,本申请实施例提供了一种变流器的控制方法,可应用于本申请实施例提供的变流器的控制系统,参照图1或图2所示的变流器控制系统,该控制方法包括:

在控制系统的每个通信链路中,主控制器通过系统下行通信链路向各级从站控制器下发控制数据包,并接收各级从站控制器通过系统上行通信链路上传的针对该控制数据包的反馈数据包;

每一级从站控制器从控制数据包中识别出针对本级从站控制器的控制数据,根据该控制数据执行相应的操作;

每一级从站控制器在识别出控制数据后,通过系统上行通信链路向主控制器上传本级从站控制器的反馈数据包,或在下一级从站控制器完成下一级从站控制器的反馈数据包的发送后,通过系统上行通信链路向主控制器上传本级从站控制器的反馈数据包。

本申请实施例中系统下行通信链路(包括本通信链路中的各级从站控制器中的从站下行通信链路)的数据由主控制器决定,主控制器负责向各从站控制器下发数据,并通过系统上行通信链路(包括本通信链路中的各级从站控制器中的从站上行通信链路)接收各从站控制器上传的反馈数据包,以实现对各从站控制器的监控。

可选地,本申请实施例中的各从站控制器在接收主控制器下发的控制数据包时,仅进行控制数据包的接收以及根据控制数据包中的识别出的控制数据执行相应的操作,而不通过本通信链路中的系统下行通信链路向后面的从站控制器发送数据,以防止出现通信数据紊乱。

可选地,本申请实施例中主控制器下发控制数据包的操作可由主控制器中的数据处理模块执行,数据处理模块通过光纤通信模块来实现数据的下发。

可选地,各从站控制器在向主控制器上传反馈数据包时,可对下一级从站控制器的数据包发送情况进行监控,仅在确定下一级从站控制器当前没有发送反馈数据包或下一级从站控制器的反馈数据包当前已经发送完毕后,才发送本级从站控制器的反馈数据包,即在系统上行通信链路中每个时刻只发送和传输一个从站控制器的反馈数据包,以防止出现数据在同一时刻发送和传输导致的通信紊乱。

在一个示例中,最后一级从站控制器接收主控制器通过系统下行通信链路发送的控制数据包并识别出该控制数据包中的针对该从站控制器的控制数据后,通过系统上行通信链路发送该从站控制器的反馈数据包,此时系统上行通信链路为开通状态,该反馈数据包可以直接通过系统上行通信链路传送给主控制器,与最后一级从站控制器直接相连的倒数上一级从站控制器在监控到最后一级从站控制器的数据包发送完成后,再通过系统上行通信链路发送该从站控制器的反馈数据包,按照该方式,依次发送各级从站控制器的反馈数据包,直到与主控制器直接相连的第一级从站控制器的反馈数据包发送完毕,以防止出现通信紊乱。

可选地,本申请实施例中的从站控制器对控制数据的识别、基于控制数据的操作以及反馈数据包的上传均可由如图3所示的第一控制单元来执行。

可选地,本申请实施例中的反馈数据包中至少包含:针对接收并识别出的控制数据的反馈信息和本级从站控制器的状态信息。

可选地,本申请实施例提供的变流器的控制方法还包括:

检测各级从站控制器是否发生故障;对于发生故障的最后一级从站控制器,控制上一级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路断开(断开状态如图5所示);对于发生故障的最后一级从站控制器之外的任意一级从站控制器,维持该级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路的导通状态(导通状态如图4所示)。

可选地,各级从站控制器的故障检测,可由本通信链路中的主控制器(如主控制器中的数据处理模块)来执行,例如通过接收到的各级从站控制器的状态信息判断是否发生故障,若状态信息显示异常,则认为发生故障;也可以由本通信链路中的上一级的从站控制器(如从站控制器中的第一控制单元)来执行,例如,对于最后一级从站控制器,若上一级从站控制器在一个通信周期内,未收到最后一级从站控制器经系统上行通信链路发送的数据,则认为最后一级从站控制器发生了故障。

本申请实施例中的一个通信周期,指相邻两级从站控制器的一次数据交互周期,具体地,若相邻两级从站控制器中的第一级从站控制器向第二级从站控制器发送数据的时刻为第一时刻,第一级从站控制器接收到第二级从站控制器针对该数据进行操作后返回的应答信息的时刻为第二时刻,则第一时刻与第二时刻之间的时间范围(可包含第一时刻和第二时刻)为一个通信周期。

可选地,参照图3和图5,对于发生故障的最后一级从站控制器,在控制上一级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路断开时,可通过上一级从站控制器中两个通信链路控制单元分别控制两个三态缓冲器301关断,从而使从站下行通信链路和从站上行通信链路断开,使该上一级从站控制器转化为新的最后一级从站控制器,以实现对原最后一个从站控制器的故障隔离。

可选地,参照图3和图4,对于发生故障的最后一级从站控制器之外的任意一级从站控制器(指任意一级从站控制器发生故障的情况),维持该级从站控制器中的两个三态缓冲器301的开通状态,从而使该级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路维持导通状态,不再断开,使通信数据经由该从站控制器中的从站下行通信链路或从站上行通信链路转发下一级通信对象或上一级通信对象,而该从站控制器中的第一控制单元不再接收和发送数据,以实现对该级从站控制器的故障隔离。

可选地,主控制器通过系统下行通信链路向各级从站控制器下发控制数据包之前,还包括:

在每个通信链路中,第一级从站控制器接收到主控制器下发的自动配置命令时,在根据自动配置命令对第一级从站控制器进行配置后,将第一级从站控制器的配置信息向第二级从站控制器下发,并向主控制器上传配置成功信息;

第一级从站控制器之后的每一级从站控制器,接收上一级从站控制器下发的配置信息,在根据上一级从站控制器的配置信息对本级从站控制器进行配置后,将本级从站控制器的配置信息向下一级从站控制器下发,并向主控制器上传配置成功信息。

通过上述方式可实现对各级从站控制器各参数的自动配置,涉及的参数包括但不限于:ID(Identity Document,身份标识)号码、接口数量(例如在所有的接口中对多少个接口进行配置以供后续)、保护阈值、通信等待时间。

以ID号码的为例,可实现对各从站ID(Identity Document,身份标识)号码的自动配置,第一级从站控制器在接收到主控制器下发的自动配置命令时,将自身的ID号码配置为1,并将自身的配置信息写入数据包,下发至第二级从站控制器,并将配置成功信息上传至主控制器;第二级从站控制器接收到第一级从站控制器下发的数据包后,根据该数据包中的配置信息,将自身的ID号码配置为2,并将自身的配置信息写入数据包,下发至第三级从站控制器,并将配置成功信息通过上一级从站控制器上传至主控制器;依照同样的方式依次配置后面的各级从站控制器,直至最后一个从站控制器完成配置以及配置成功信息的上传。

可选地,最后一个从站控制器在完成自身的配置后,等待一个通信周期,若一个通信周期内未收到下一级从站控制器的配置成功信息,则将配置成功信息通过前面各级从站控制器上传至主控制器。

可选地,本申请实施例中各级从站控制器上传的配置成功信息包括各级从站控制器为自身配置的ID号码,最后一级从站控制器上传的配置成功信息还包括该从站控制器为最后一级控制器的信息。

可选地,本申请实施例中的从站控制器对基于自动配置命令或配置信息的操作以及配置成功信息的反馈均可由如图3所示的第一控制单元来执行。

可选地,在通过上述方式完成对各级从站控制器的自动配置之前,还包括:在控制系统启动后,对各级从站控制器进行初始化配置。

在一个可选的实施方式中,该初始化配置包括:断开各级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路,具体地,可通过各级从站控制器中的两个通信链路控制单元分别控制两个三态缓冲器301关断(断开状态如图5所示),使相应的从站下行通信链路和从站上行通信链路断开,断开各从站控制器等待主控制器下发自动配置命令。

可选地,主控制器通过系统下行通信链路向各级从站控制器下发控制数据包之前,还包括:

在每个通信链路中,每一级从站控制器在完成配置后,控制本级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路均导通。

本级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路导通后,可加快主控制器和各从站控制器之间的数据传输,并且有利于实现从站控制器的同步校正。

可选地,对于第一级从站控制器之后的每一级从站控制器,向主控制器上传配置成功信息,包括:

通过前面各级从站控制器中的从站上行通信链路向主控制器上传配置成功信息。

可选地,控制本级从站控制器中的从站下行通信链路和从站上行通信链路均导通之后,还包括:

对于每一个通信链路,主控制器在接收到最后一级从站控制器上传的配置成功信息后,向第一级从站控制器发送同步校正数据包,并通过各级从站控制器中的从站下行通信链路,向第一级从站控制器之后的各级从站控制器发送同步校正数据包;

每一级从站控制器根据接收到的同步校正数据包,确定本级从站控制器与主控制器之间的时钟偏差,根据该时钟偏差对本级从站控制器进行同步校正。

可选地,同步校正数据包包括第一校正数据包和第二校正数据包,主控制器在发送第一校正数据包之后发送第二校正数据包,第一校正数据包和第二校正数据包的发送间隔可根据实际需求设置,例如可设置为主控制器2000个时钟周期(即主控制器的主时钟周期),对于时钟频率为25MHz(兆赫)的主控制器,2000个时钟周期的总时间为80微秒,在其它示例中主控制器的时钟频率还可以是其它频率值,对应的总时间可以是其它时间值。

可选地,从站控制器中的同步检波单元每接收到一个数据包(例如第一校正数据包或第二校正数据包),可根据收到的数据包生成同步脉冲信号,若收到数据包之前默认为低电平,则同步检波单元在收到数据包的帧头时将信号置高,收到数据包的帧尾时将信号置低;同步检波单元在接收到第一校正数据包和第二校正数据包时,通过上述置高和置低的操作可产生基于两个数据包的两个脉冲,根据两个脉冲间的计数(从站主时钟的计数),可确定本级从站控制器与主控制器之间的时钟偏差,根据该时钟偏差可对本级从站控制器进行同步校正,使本级从站控制与主控制器同步。

在一个示例中,设主控制器的时钟周期为Tm,从站控制器的时钟周期为Ts,从站控制器的两个脉冲间的计数为N1,且Tm和N1均已知,由于控制系统中的硬件和线缆延迟短时间内不会突变,此时从站控制器在接收到第一校正数据包和第二校正数据包的时间间隔,应该与主控制器发送第一校正数据包和第二校正数据包的时间间隔一致,即2000Tm=N1*Ts,由此可确定出Ts=2000Tm/N1,根据确定出的Ts的值可确定出从站控制器和主控制器之间的时钟偏差,进而可根据确定出的时钟偏差对从站控制器进行校正。

可选地,主控制器向各级从站控制器下发同步校正数据包之后,还包括:

最后一级从站控制器在接收到同步校正数据包之后,通过前面的各级从站控制器中的从站上行通信链路,向前面的各级从站控制器发送同步校正数据包;

每一级从站控制器根据本级从站控制器第一次接收到同步校正数据包的时刻和第二次接收到同步校正数据包的时刻之间的计数,确定本级从站控制器相对于最后一级从站控制器的数据延时,根据该数据延时对本级从站控制器进行同步校正。

可选地,最后一级从站控制器在回传同步校正数据包时,可回传第一校正数据包和第二校正数据包中的至少一个数据包,在回传第一校正数据包和第二校正数据包时,最后一级从站控制器发送第一校正数据包和第二校正数据包的时间间隔与主控制器发送第一校正数据包和第二校正数据包的时间间隔一致。

可选地,每一级从站控制器可在第一次接收到第一校正数据包时(即从站控制器下行支路中的同步检波单元接收到第一校正数据包时)开始计数,第二次接收到第一校正数据包时(即从站控制器上行支路中的同步检波单元接收到第一校正数据包时)停止计数;或在第一次接收到第二校正数据包时(即从站控制器下行支路中的同步检波单元接收到第二校正数据包时)开始计数,第二次接收到第二校正数据包时(即从站控制器上行支路中的同步检波单元接收到第二校正数据包时)停止计数。

可选地,从站控制器在两个同步检波单元接收到第一校正数据包或第二校正数据包时,可根据两个第一校正数据包之间的计数或两个第二校正数据包之间的计数,确定本级从站控制器相对于最后一个从站控制器的数据延时,该数据延时对本级控制器进行校正,可因硬件及线缆的延时导致的各个从站控制器的数据延时情况,使各个从站控制器同步工作。

在一个示例中,由于在FPGA(PL侧)实现通信,最后一级从站控制器进行数据直接转发,其延迟时间非常短,可以忽略不计;任意一级从站控制器到下一级从站控制器的从站上行通信链路和从站下行通信链路的延迟可以等效为是一致的。

在一个示例中,各级从站控制器的同步检波单元在接收到主控制器下发的第一校正数据包时开始计数,在接收到最后一级从站控制器回传的第一校正数据包时停止计数,假设计数值为N2,本级从站控制器的时钟周期为Ts1,本级从站控制器到最后一级从站控制器的单向数据传输的物理延时为Td,由于从站上行通信链路和从站下行通信链路的延时一致,可得:2Td=N2*Ts1,进一步可得:Td=(N2*Ts1)/2,根据确定出的Td可对本级从站控制器进行同步校正,使本级从站控制器与最后一级从站控制器同步。

可选地,在通过上述方式完成从站控制器的同步校正后,可进入正常工作模式,在正常工作模式下,主控制器可向从站控制器下发控制数据包,并接收各从站控制器的反馈数据包。

应用本申请实施例,至少能够实现如下有益效果:

1)本申请实施例由主控制器出发设置了多个并联的通信链路,通过通信链路的形式确定将主控制器的星形分支的数量;在每个通信链路中设置了串联的多级从站控制器,各级从站控制器可通过系统下行通信链路和系统上行通信链路与主控制器进行通信,即通过从站控制器及形成的系统下行通信链路和系统上行通信链路的形式,将主控制器的控制功能进行扩展,该种连接方式下,可通过增加从站控制器的数量的方式,对各通信链路直接进行扩展,在星形分支数量固定的情况下仍可增加主控制器星形分支的下级连接数量,从而可在不重新设计主控制器以及不影响原有控制架构的基础上满足实际需求,提高新整机产品的开发效率,降低新整机产品的研发成本。

2)本申请实施例的每个通信链路中的通信来源于同一个信号,且相对通信路径唯一,提高了通信链路中各个从站控制器之间的同步性,提高控制精度,提高产品可靠性。

3)本申请实施例中各级从站控制器均包括光纤通信模块,不同从站控制器中的光纤通信模块之间采用光纤连接,可将原有的多根长光纤(控制器与各功能模块之间的光纤)变为长光纤(主控制器与第一级从站控制器之间的光纤)加短光纤(从站控制器之间的光纤)的组合,长光纤的数量可大幅度减少,布线更容易进行,同时可降低光纤多次折弯的概率,降低光纤出现故障的概率,对于n个功能模块来说,长光纤的数量可减少为1/n,功能模块越多,本申请实施例的上述优势越明显。

4)本申请实施例中的每一个通信链路中的各从站控制器可连接同一类型的功能模块,从而将主控制器的星形节点资源进行固化,实现链路分组,满足未来不同的需求,扩大产品的适用范围,且可以降低通信负荷,提高产品可靠性。

5)本申请实施例在从站控制器中设置了从站下行通信链路和从站上行通信链路,该两个从站通信链路通过光纤接收单元(下行光纤接收单元或上行光纤接收单元)和光纤发送单元(下行光纤发送单元或上行光纤发送单元)与相邻两级的从站控制器或主控制器中对应的光纤单元连接,以实现不同从站控制器之间的跨级通信以及从站控制器和主控制器之间的直接通信,在同一通信链路中从站数量较多时,可大幅度加快通信的速度。

6)本申请实施例通过设置通信链路控制单元和三态缓冲器,可实现对各从站下行通信链路和从站上行通信链路的通断控制,以根据实际需求来进行数据的传输,避免通信数据紊乱。

7)本申请实施例中的同步检波单元可接收主控制器或最后一级控制器发送的同步校正数据包,基于该同步检波数据包对各从站控制器进行同步校正,使各从站控制器能够同步工作,并与主控制器同步工作,从而提高各控制器的同步性,提高控制精度。

8)本申请实施例可以实现从站控制顺的故障自动隔离,而不影响其他部分正常工作,可提高产品可靠性和可用性。

本技术领域技术人员可以理解,本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地,具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地,现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解的是,虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,其可以以其他的顺序执行。而且,附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,其执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

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