1、变频调速控制计算机系统的可靠性研究第 21 卷第 2 崩2O02 年 2 月煤炭技术CoalTechnologyVo1.21.02Feb.撇变频调速控制计算机系统的可靠性研究孙宝仁,董瑞海(1.黑龙江省机电设备总公司,黑龙江哈尔滨 1500012.鹋崮矿务局水电公司.黑龙江鹤岗 J100)摘要:根据交一交变频器的控制特 I 生,提出了较为新颖的计算机控制系统结构 .该结构集自诊断,容错,多 CPU控制技术于一体,不但提高了计算机控制系统的可靠性,并可实现较为复杂的系统控制策略.美键词:变翱器控制;故障诊断;容错中图分类号:TP302 文献标识码:A 文章编号:10088725(zoo2)o20
2、014030 概述 1 计算机控制系统结构针对提升机变频调速装置对计算机控制系统的要求,我们设计了一套计算机控制系统.该系统在选用高可靠元器件的基础上,集容错,自诊断,多 CPU 及CMOS 技术于一体,主 CPU 与各 I/O 模板 CPU 之间通过双端口 RAM 交换数据,使复杂的控制算法可以由各 CPU 共同完成;对重要的信息可以进行冗余存储和冗余计算,从而提高了系统的实时性和可靠性.计算机控制系统由主 CPU 模板及四块智能模板组成.主 CPU 模板与各智能模板之间有串行和并行两条数据总线,总线均为主从式结构,从 CPU 可通过中断方式向主 CPU 传递重要信息.系统的自诊断与容错设计
3、均建立在主 CPU 完好的基础上.主CPU 通过双端!ZlRAM 与各智能模板的子 CPU 共享数据.系统结构如图 1 所示.圈 1 计算机控制系统结构率行巷蛙并行巷墁电避蝇不足.前景比较宽广.4 结束语煤矿电气保护由于其环境复杂性,高压深入负荷中心,限制电火花,防触电等因素.供电安全采了的安全措施很多.但电气保护不正确动作率很高,高新技术应用和观念上的更新尤为重要,只有电气故障产生时.按经济损失,被保护对象的地位,设置选择性保护准确动作,才能防患于未然.电气保护逐步智能化.参考文献】天津大学】9842陈搜碌 .等】988.电力系境维电保护原理M.北京:水利电力出版杜低压触 F 保护器 M,上
4、海:上海科学技术出版杜3】李义编详国外煤矿井下电系统与设备M】.北京 :煤炭工业出版社.】98l4郇亨育一种快速琏扦性检漏器电路J煤矿自动化 ,1993,(2)TalkingabouttheselectivityofcoalmineelectricalapparatusZHANGXinyi,DAIRu 一 8o13g,(YnyingC9alMine,Yangquan(-5041,China)收稿日期:2(X32 一 O】一 13;修订日期:2002 一叭一 15作者简介:孙宝仁(1963 一).男,河北昌黎人,工程师,1986 年毕业于原黑龙江矿业学院 t1999 年毕业于奥地利多璋大学,获工
5、商管理硕士学位.现于黑龙江机电设备总公司从事技术工作.第 2 期孙宝仁等:变频调速控制计算机系统的可靠性研究总线子系统的容错设计采用了串行总线与并行总线的协同工作方式.这与采用两条完全相同的并行总线相比,系统结构大大简化,成本降低,可靠性相对提高;而且,其实时性完全满足系统的设计要求.在控制计算机内部,出错概率最大的就是数据存储器.在系统的可靠性设计时,各子 CPU 与主 CPU共享的多双端口 RAM 数据存储器结构,这有利于系统数据发生错误时的数据恢复.2 控制计算机系统的可靠性设计在计算机控制系统中,系统参数,状态检测电路是与外部直接相连的,容易受到干扰.实践经验表LF13508TLOB2
6、:明,这部分电路的故障率最高.为此本系统对这部分电路进行了冗余设计,通过软,硬件相结合的方法可使系统参数及状态检测系统具有一定的容错能力.这部分电路包括模拟量检测电路,开关量检测电路,零电流检测电路及速度检测电路等.2.1 模拟检测电路设计模拟量检测电路用来检测系统的大部分参数.模拟量检测采用两套完全相同的接口电路,两套电路的芯片是相互独立的.一套电路故障不会影响另外一套电路的正常工作,并且每一套电路都设有自诊断功能,与故障诊断软件配合可使模拟量检测部件具有一定的容错能力.模拟量检测电路的冗余设计如图 2 所示.毒茎L丰三!三:!:三三麓 趣 i愁 LL亚卜t 亘卜】图 3 模拟量检测系统故障
7、诊断框图2.2 开关量输入,输出电路的容错与自诊断设计图如图 4 所示.开关信号的检测电路主要由光电耦台器及总线 2.3 零电流检测电路设计缓冲器组成,其可靠性相对较高.采用了三模表决方零电流检测电路的可靠性直接影响到系统晶闸式(TMR),由 24 路组成 8 路三模冗余开关信号输人管换桥的可靠性.本系统对零电流的检测采用两套系统.三模冗余的表决电路由单片机来实现.原理框完全相同的零电流检测电路,与系统三相低频电流?16?煤炭技术第 2 期的模拟量检测相配合,可实现系统零电流检测电路的自诊断和容错功能,零电流检测电路如图 5 所示.图 4 开关量检测三模表决电路原理图一一一一一一一一一一一一一
8、 l_:一一:_,一一,一一一一一一一一一一一一 .:图 5 变频器一相零电流检测电路原理图如图 5 所示,零电流检测的硬件电路分别来自是诊断系统是否完好,防止故障扩大,避免系统的故两块不同的零电流检测模板,用于确定两套检测电障运行.如发现故障,则指出故障位置,等待维修人路是否均已发出过零信号,通过在模拟量检测中得员处理.到的该相电流的瞬时值的大小,可确认零电流检测的真实性.2.4 速度检测电路设计对于变频调速闭环控制系统,运行速度是极为重要的参数.本系统对此设有两套速度检测电路一套是利用轴脉冲编码器输人的脉冲信号来检测系统速度:另一套是利用系统的测速发电机来检测系统速度.系统正常运行时,速度
9、参数以轴脉冲编码检测为准,测速发电机检测的速度用于检验轴脉冲编码器检测电路工作是否正常.如果在减速段轴脉冲编码器的检测电路发生故障,系统将以测速发电机检测的速度为准.测速发电机检测电路的正确性可通过模拟量检测电路的自诊断来保证.2.5 计算机控制系统的自诊断设计计算机控制系统送电以后,首要的任务就是上电自诊断.自诊断的内容包括:单片机及其最小系统,各功能单元,系统总线,触发脉冲通道,功率元件等.容错设计的目的是在系统出现故障时,屏蔽故障的影响,使系统有正确的输出.而上电自诊断的目的3 软件功能模块的可靠性设计程序的模块化设计不仅有利于并行处理,系统重构,更重要的是它可以很好地支持软件的冗余设计
10、,以模块为基本单位构成容错系统.本系统容错设计的最大特点是采用软件与硬件相结合的方式.对软件功能模块的容错设计也是如此,将各重要的软件功能模块由各触发模板同时进行计算,处理,并将结果存于规定的 RAM 单元中.主 CPu 对这些结果进行比较,采用三模表决的方式取出正确的结果,这样可以抑制软件的瞬时故障和设计上的缺陷.对系统的电流调节器,速度调节器的输出计算模块,各冗余运算单元可以采用不同的算法(版本),并使各种算法尽量不同,尽量独立.本系统设计与一般“ 软件的 N 版本设计方法“ 的不同之处是腺软件的版本不同以外,各版本的运算由不同的 CPu 来完成,不存在时间冗余问题,提高了容错系统的实时性
11、.而且,对软件,硬件均有容错能力.软件系统的功能模块容错设计框图如图 6 所示.第 21 卷第 2 期2/X)2 年 2 月煤炭技术C0a1Teehnolo,Vol2I.No2Feb.20026502 电气集中故障实例分析张丽萍,梁永胜(鹤岗矿务局铁路运输部,黑龙江鹤岗 154100)摘要:根据接点重复利用,影响运输效率,故障状况的实例 ,有针对性地提出事项及改进措施.关键词:接点;运输效率;故障导向安全中图分类号:U284 文献标识码:B 文章编号:100g 一 8725(zooz)o20017020 前言6502 电气集中是用继电器接点实现对一处铁路的道岔,进路和信号机的集中控制与监督的车
12、站联锁,它是车站信号控制系统的一种.由于集中控制,反映情况及时,准确,控制迅速.不再需要车站值班员与扳道员之间的联系,节省了联系时间,避免了联系中可能产生的错误.6502 电气集中是目前在我国广泛推广使用的典型的车站联锁设备.车站控制系统的三十控制对象,各有两种状态,均可以用二值的逻辑元件安全型继电器来反映.而改变它们的状态,又受它们之问的相互制约关系的限制,规定有一定的先后顺序.6502 电气集中是用继电器接点的逻辑电路实现联锁的尽管 65o2 电气集中电路动作严谨,安全可靠,但设计不当,也会抑制运输效率.此外,随着器材检修周期的加长,或是元件性能的下降,有时继电器的配合会出现偏差.下面分类
13、解决各种故障现象.l 接点重复利用不当1.1 故障现象如图 1,经由区段 4DG 有两个进站口,当开放 sz信号机,列车进站经由此区段时,此区段不解锁.图 11.2 故障分析由于设计粗心,进路继电器 2Ij 的第 6 组接点在解锁电路与闭塞电路之中重复利用,且 61 接点分别图 6 软件功能模块的三模表决程序框图图 6 所示的软件结构中,采用了三模表决的决策算法.对重要的运算模块,功能模块,也可以让主CPU 模板和智能 A/D 转换模板参与运算 ,形成五模表决容错系统.4 结论本文对计算机控制系统的可靠性进行了研究.提出了基于故障诊断与容错技术的变频调速控制计算机可靠性设计方法.Researc
14、honthereliabilityoffrequency.conversionspeedregulationcomputercontrolsystemSUNBaoreng.D0NGRuihai(1.HeilongjlangProvinceMeehano-EleetroEquipmentGerteralCccnp.,Harbin15G001,China;2.WaterPowerComp,HegangMir,JngBureau,Hegang154100,China)Abstract:Accordingtothecontrolcharactersof 日一 aequeneyconverter,pro
15、vide 日newcomputercontrolsystemIti,mludesse-eheek,toleranceandmtdtiple-CPUcontroltechnology.hcouldnotonlyliftthereliabilityofthecomputercontrolsystembutalsocouldrealizemoreeonlplexsystemcontrolstrategyKeywords:frequencyconverter;faultcheck;tolerance收稿日期:20011208;修订日期20020115作者简介:张丽萍(1968 一),女,工程师,1991 年毕业于北方交通大学通控系,现从事技术工作.
