CN101714842A - 马达控制中心通信系统 - Google Patents

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CN101714842A CN200910204096A CN200910204096A CN101714842A CN 101714842 A CN101714842 A CN 101714842A CN 200910204096 A CN200910204096 A CN 200910204096A CN 200910204096 A CN200910204096 A CN 200910204096A CN 101714842 A CN101714842 A CN 101714842A
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Abstract

本发明涉及构造成与通信网络(16)连接的马达控制中心通信系统(100)。该系统包括多个马达控制单元(MCUs)(18)，以及构造成通过通信网络(16)将数据信号传输到多个MCUs(18)且从多个MCUs(18)接收数据信号的MCU控制器(12)。多个MCUs(18)中的各个包括具有可在打开位置和关闭位置之间操作的电接触件的磁性接触器(22)，以及本地控制模块(30)，本地控制模块(30)操作地连接到相关联的磁性接触器(22)和MCU控制器(12)上，且构造成监视电接触件的状态，将监视到的状态信息传输到MCU控制器(12)，并且基于从MCU控制器(12)接收到的数据信号促动相关联的磁性接触器(22)。

Description

马达控制中心通信系统
技术领域
本发明涉及马达控制中心(MCC)通信系统。更具体地，本发明涉及采用用于控制MCC通信系统的MCC内的散列元的集中式控制构造的MCC通信系统。
背景技术
MCC实现将电功率应用于马达。MCC通常连接到将三相交流电功率供给到MCC中的主功率线路上。MCC的一个实例是具有总线系统以将共同的总线上的电功率分配到可安装在隔室内的多个马达控制单元上的多隔室钢封装件。这些马达控制单元被称为“散列元”。例如，这些散列元包括多种电子构件，例如磁性接触器、过载继电器，以及断路器。在传统的散列元中，通信是建立在电子构件中的。例如，过载继电器可包括用于传递电流和电压状态以及马达执行能力的通信端口。在传统的MCC中，多个散列元通过大约120V或更高电压的控制配线操作地连接到远程面板上和操作地受控制。这常常需要在导管中有数百英尺的控制配线。在操作的过程期间，散列元内的控制器可能会需要升级。因而，为了升级控制器，可能必须改变控制配线，且可能会需要另外的配线，这可能会导致导管内塞满线材，以及增加安装和维护成本。
尽管现有的MCC通信系统适于它们所意图的目的，但是需要这样的改进了的MCC通信系统，即该系统允许在扩展已安装的MCC通信系统过程中的灵活性，并且还使用低压控制配线，以便减少系统的生产和维护成本。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种构造成与通信网络连接的马达控制中心通信系统。该系统包括多个马达控制单元(MCUs)，以及构造成通过通信网络将数据信号传输到多个MCUs和从多个MCUs接收数据信号的MCU控制器。多个MCU中的各个包括具有可在打开位置和关闭位置之间操作的电接触件的磁性接触器，以及本地控制模块，该本地控制模块操作地连接到相关联的磁性接触器和MCU控制器上，且构造成监视电接触件的状态，将监视到的状态信息传输到MCU控制器，并且基于从MCU控制器接收到的数据信号促动相关联的磁性接触器。
本发明的另一个示例性实施例提供了一种用于马达控制中心通信系统的马达控制单元(MCU)。该MCU包括具有可在打开位置和关闭位置之间操作的电触动件的磁性接触器，以及本地控制模块，该本地控制模块操作地连接到磁性接触器和设置在MCU外部的MCU控制器上，且构造成监视电接触件的状态，通过通信网络将监视到的状态信息传输到MCU控制器，并且基于从MCU控制器接收回的数据信号促动相关联的磁性接触器。
通过本发明的示例性实施例的技术实现了其它的特征和优点。本文对本发明的其它实施例和方面进行了详细的描述，且将之认为是要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明的优点和特征，请参看说明书和附图。
附图简述
图1是传统的马达控制单元的正视图。
图2是传统的MCC通信系统的正视图。
图3是可在本发明的实施例内实现的MCC通信系统的简图。
图4是可在本发明的备选实施例内实现的MCC通信系统的简图。
图5是可在本发明的备选实施例内实现的MCC通信系统的简图。
图6是可在本发明的实施例内实现的MCC通信系统的MCU控制器的详细示意图。
图7是可在本发明的实施例内实现的、图5所示的MCU控制器的方块图。
图8是可在本发明的实施例内实现的MCC通信系统的马达控制单元的本地控制模块的详细示意图。
图9是可在本发明的实施例内实现的、图8所示的本地控制模块的方块图。
图10是可在本发明的实施例内实现的、MCU控制器和本地控制模块之间的通信协议的简图。
图11是传统的全电压非反转的(FVNR)马达启动器的电路图。
图12是可在本发明的实施例内实现的FVNR马达启动器的电路图。
标号列表
  1   主断开器/断路器
  2   磁性接触器
  3   过载继电器
  4   控制功率变换器
  5   操作员控制器
  7   监视单元
  8   远程面板
  9   控制配线
  10   马达控制单元
  11   功率源
  12   MCU控制器
  14   远程面板
  16   通信网络
  17   马达控制中心
  1   主断开器/断路器
  18   马达控制单元
  20   MCC通信系统
  21   断开器/断路器
  22   磁性接触器
  24   过载继电器
  26   控制功率变换器
  28   操作员控制器
  30   本地控制模块
  31   输入端口
  32   输入装置
  33   输出端口
  34   状态指示器
  36   无线网络
  38   无线转换器
  39   微处理器
  40   地址设置装置
  41   A/D转换器
  42   通信端口
  43   信号衰减器
  44   功率连接器
  45   信号放大器
  46   通信驱动器
  1   主断开器/断路器
  47   通信端口
  48   地址设置装置
  49   微处理器
  50   输入端口
  51   A/D转换器
  52   功率连接器
  53   信号衰减器
  54   基本帧
  55   信号放大器
  56   通信驱动器
  59   输出端口
  60   FVNR马达启动器
  61   马达启动器接触件
  62   马达
  63   保险丝
  70   FVNR马达启动器
  71   马达启动接触件
  72   马达
  73   保险丝
  100   MCC通信系统
  L1   三相功率的相
  L2   三相功率的相
  1   主断开器/断路器
  L3   三相功率的相
  T1   接口
  T2   接口
  T3   接口
  START   启动按钮
  Stop   停止按钮
  RSTART   远程马达启动继电器
  RStop   远程马达停止继电器
  M   辅助接触件
具体实施方式
现在更详细地参看附图，将看到的是图1中有传统的马达控制单元10，其包括用以保护系统不受瞬时故障影响的主断开器或断路器1、有利于电流流向马达和中断电流流向马达的磁性接触器2、用以通过检测流向马达的电流来保护马达不受过电流情况影响的过载继电器3、用以对马达控制单元10提供功率的控制功率变换器4、以及用以操作马达控制单元10的操作员控制器5。
图2是传统的MCC通信系统20的简图。如图2所示，多个马达控制单元10堆叠在一起，且操作地连接到不同的马达上。这些马达控制单元10通过大约120V的控制配线9连接到远程面板8上。马达控制单元10从功率源11接收三相功率。
图3示出了可在本发明的实施例内实现的MCC通信系统。如图3所示，MCC通信系统100包括至少一个MCU控制器12和包括多个马达控制单元18的MCC 17。MCU控制器12远离MCC 17而设置在远程面板14中。或者，根据另一个示例性实施例，MCU控制器12可设置在MCC 17中。MCU控制器12通过通信网络16传输和接收数据信号。
根据示例性实施例，例如，各个马达控制单元18包括多个电子构件，例如，主断开器或断路器12、具有可在打开和关闭位置之间操作的电接触件的磁性接触器22、过载继电器24、控制功率变换器26和操作员控制器28。各个马达控制单元18进一步包括本地控制模块30，该本地控制模块30操作地可连接到磁性接触器22和MCU控制器12上，且监视磁性接触器22的接触件的状态(例如，如图12中所描绘的)，以确定接触件是打开还是关闭的，且在需要的时候将接触件状态信息传输到MCU控制器12。MCU控制器12将数据信号发送到相应的本地控制模块30，指示本地控制模块30打开或关闭接触件(在下面结合图8和9对本地控制模块30的细节和操作特性进行了论述)。然后本地控制模块30基于从MCU控制器12接收到的数据信号促动磁性接触器22。
根据示例性实施例，如图3所示，MCU控制器12包括至少一个输入装置32，例如，用以接收命令的按钮或开关，而且MCU控制器12通过通信网络16将命令传输到各本地控制模块30中。MCU控制器12还可包括状态指示器34，以指示，例如，各个马达控制单元18或警报器的状态。根据备选实施例，可提供多个MCU控制器12。本发明不限于任何特定数量的MCU控制器12或在通信网络16上提供的本地控制模块30。MCU控制器12和本地控制模块30的数量可例如取决于带宽容量和线路(如图4所描绘的)上的负载而变化。
如图4所示，当根据另一个示例性实施例的MCC通信系统100包括连接到相同的通信网络16上的多个MCU控制器12时，因此，本地控制模块30可通过相应的MCU控制器12操作地连接。也就是说，例如，本地控制模块30中的一些可与一个MCU控制器12连通，而剩余的本地控制模块30可与另一个MCU控制器12连通。或者，可存在不止一个MCU控制器12与相同的本地控制模块30连通。例如，MCU控制器12可基于预编程将信号发送到相同或不同的本地控制模块30。根据另一个实施例，多个MCU控制器12中的MCU控制器12还可在通向特定的本地控制模块30的专用线路上进行操作。
根据示例性实施例，本地控制模块30以串级链构造连接(例如，图3所描绘的)。或者，MCU控制器12和本地控制模块30可以星形连接，其中各个本地控制模块30通过专用线缆连接到MCU控制器12上。然而，本发明不限于此，且可使用任何适当的构造。
另外，根据示例性实施例，通信网路16可为例如监控数据采集(SCADA)网络。通信网络16可为有线网络。另外，根据一个示例性实施例，通信网络16的通信媒介是例如在MCC 17内部或外部的且延伸到MCU控制器12的两线线缆或低压四线线缆。在实施例中，两线或四线线缆的低压为，例如，约12V或24V。然而，本发明不限于此，且可相应地变化。例如，可使用光纤，或者通信网络可为如以下结合图5所描述的无线网络。
图5示出了可根据本发明的备选实施例实现的MCC通信系统。图5所示的特征中的一些与图3所示的相同，因此，省略了这些特征的详细描述。如图5所示，MCU控制器12和本地控制模块30通过无线网络36彼此连通。无线网络36包括分别与MCU控制器12和本地控制模块30进行有线连接的多个无线转换器38。
现将参考图6-9对MCU控制器12和本地控制模块30进行具体描述。
图6示出了根据本发明的示例性实施例的MCU控制器12。如图6所示，MCU控制器12为电气装置，该电气装置包括连接到输入端口31上的输入装置32(例如，如图3所描绘的)，以及连接到输出端口33上的状态指示器34(如图3所描绘的)、地址设置装置40、通信端口42和功率连接器44。MCU控制器12具有可通过地址设置装置40进行分配的可选通信地址。根据本示例性实施例，地址设置装置40为如图6所示的一系列双列直插式开关，然而，本发明不限于此。或者，例如，MCU控制器12的通信地址可通过计算机或旋转式拨号盘设置。由于MCU控制器12具有可选通信地址，所以当相同的通信网络16上有多个MCU控制器12时，各个MCU控制器12可被唯一地识别。另外，可在生产期间或在MCC通信系统中使用期间对MCU控制器12进行预编程。通信端口42将MCU控制器12连接到本地控制模块30上。使用功率连接器44将功率从功率源供应到MCU控制器12。以下结合图7对涉及MCU控制器12的操作的另外的细节进行描述。
如图7所示，MCU控制器12进一步包括微处理器39、模拟/数字(A/D)转换器41和通信驱动器46。MCU控制器12通过通信端口42由微处理器39将信号传输到本地控制模块30和从本地控制模块30接收信号。通信驱动器46将通过通信端口42从本地控制模块30接收到的信号和发送到本地控制模块30的信号处理成用于微处理器39的输入和输出信号。根据一个实施例，MCU控制器12可进一步包括将输入信号调整到适于A/D转换器41的范围的信号衰减器43。例如，MCU控制器12构造成通过使微处理器39将请求发送到相应的本地控制模块30而请求例如相应的马达控制单元18的电子构件(例如磁性接触器)的状态。基于从相应的本地控制模块30接收到的状态信息，微处理器39可将请求发送到相应的本地控制模块30以促动磁性接触器22。如上所述，输入装置32和状态指示器34(例如，如图3所示)分别连接到输入端口31和输出端口33上。微处理器39可将通过信号放大器45放大了的信号，例如，通过输出端口33发送到状态指示器34。
图8示出了可在本发明的实施例内实现的本地控制模块30。如图8所示，本地控制模块30具有类似于MCU控制器12的特征。本地控制模块30为包括通信端口47、地址设置装置48、输入端口50和输出端口59以及功率连接器52的电气装置。各个本地控制模块30通过通信端口47操作地连接到MCU控制器12或另一个本地控制模块30上。本地控制模块30通过通信端口47发送和接收数据信号。本地控制模块30测量例如磁性接触器22上的电压，且基于从MCU控制器12接收到的命令将测量到的电压发送到MCU控制器12。地址设置装置48用于为本地控制模块30选择通信地址。如图8所示，地址设置装置48为一系列双列直插式开关。或者，本地控制模块30的通信地址可通过多种适当的装置和方法来设置，例如但不限于旋转式拨号盘，或通过使本地控制模块30直接连接到计算机上，以及在计算机上提供软件以将本地控制模块30置于编程模式中。输入连接器50和输出连接器59可包括例如按钮、状态指示器。使用功率连接器52将功率从功率源供应到本地控制模块30。在下面结合图9对涉及本地控制模块30的另外的细节进行描述。
如图9所示，根据本发明的一个实施例，各个本地控制模块30进一步包括微处理器49和A/D转换器51。本地控制模块30通过通信端口47由微处理器49将信号传输到MCU控制器12和从MCU控制器12接收信号。根据一个实施例，本地控制模块30可进一步包括通过通信端口47将传输到MCU控制器12的和从MCU控制器12接收到的信号处理成用于微处理器49的输入信号和输出信号的通信驱动器56。例如，相应的马达控制单元18的马达启动接触件71(如图12所描绘的)、过载继电器24和辅助接触件M(如图12所描绘的)连接到输入端口50上。根据一个实施例，可提供信号衰减器53来将输入信号调整到符合A/D转换器51的范围。当相应的本地控制模块通过MCU控制器12接收对例如相应的马达控制单元18的磁性接触器22的状态的请求时，本地控制模块30的微处理器49从A/D转换器51读取采样。另外，磁性接触器22和过载继电器24的线圈，以及指示器灯连接到输出端口59上。当本地控制模块30由MCU控制器12指示促动磁性接触器22时，例如，微处理器49则将由信号放大器55放大到适当水平的低压信号应用到(例如)辅助接触件M，以通过输出端口59促动磁性接触器22。
图10示出了用于在例如MCU控制器12和本地控制模块30之间传输数据信号的通信协议。MCU控制器12和本地控制模块30传输基本帧或包信息。如图10所示，基本帧54包括接收装置即MCU控制器12或本地控制模块30的地址、表明接收装置用接收到的数据将执行的动作的类型(例如，读或写)的功能代码。另外，基本帧54包括对应于特定的传输装置的数据信息。例如，对于MCU控制器传输，各个单独的比特表明本地控制模块30所请求的状态，而对于本地控制模块传输，各个单独的比特表明相应的马达控制单元18的磁性接触器22的当前状态。另外，基本帧54包括表明帧信息有效性的错误信息，以确保已发送的帧没有被破坏。
图11和12分别示出了传统的全电压、非反转的(FVNR)马达启动器和根据本发明的示例性实施例的FVNR马达启动器。
如图11所示，传统的FVNR马达启动器60在传动的马达控制单元10内。如图11所示，三相功率L1、L2和L3流入MCC通信系统20(如图2所描绘的)中。三相功率L1、L2和L3的流由断开器/断路器1保护。另外，促动马达启动器接触件61、线圈和辅助接触件M，以启动和停止马达62。另外，提供过载继电器3来保护不受过电流的影响，且接口T1、T2和T3与马达62连接。还提供了保险丝63来保护三相功率，且功率通过控制功率变换器4来变换成工作功率。在单个马达控制单元10处提供启动按钮START(即打开)和停止按钮STOP(即关闭)。因此，当启动按钮START被激励时，磁性接触器2两端的电压将使接触件关闭，并且电流流到马达62。在另一方面，当停止按钮STOP被激励时，电流连接被终止。马达控制单元10的控制操作在单个马达控制单元10处执行。
图12示出了根据本发明的示例性实施例的FVNR马达启动器。本发明不限于使用FVNR马达启动器，而是可相应地变化。如图12所示，三相功率L1、L2和L3流入马达控制单元18中，马达控制单元18包括断开器/断路器21，该断开器/断路器21控制流到包括马达启动接触件71、过载继电器24和马达72的下游构件的三相功率L1、L2和L3的流。马达控制单元18接收功率，且通过控制功率变换器26将功率变换成工作的功率。另外，对于停止按钮STOP和启动按钮START，FVNR马达启动器70包括对应于常开(NO)接触件和常闭(NC)接触件的远程马达停止继电器RSTOP和远程马达启动继电器RSTART。远程马达启动继电器RSTART和远程马达停止继电器RSTOP在本地控制模块30的外部，且继电器线圈由本地控制模块30的输出促动。本地控制模块30读取磁性接触器22和包括辅助接触件M的辅助装置的状态，且将接触件状态信息发送到MCU控制器12。然后，MCU控制器12指示本地控制模块30关闭或打开接触件，以便启动或停止马达72。
根据本发明的示例性实施例的MCC通信系统100的优点是：在MCU控制器12处的集中式控制，在MCU控制器12和本地控制模块30处的可选地址，以及在MCU控制器12和本地控制模块30之间的低压控制配线，或在MCU控制器12和本地控制模块30之间的无线通信，使得能够实现用于扩展MCC通信系统100的灵活性。
尽管已经关于示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行多种改变，且可用等效物来代替示例性实施例的元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改，以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于作为构思用于实施本发明的最佳模式而公开的具体实施例，而是将包括落在权利要求书范围内的所有实施例。此外，使用术语第一、第二等并不表示任何顺序或重要性，而是用术语第一、第二等来区分不同的元件。

Claims (10)

1.构造成与通信网络连接的马达控制中心通信系统(100)，所述系统包括：
多个马达控制单元(MCUs)(18)；以及
构造成通过所述通信网络(16)将数据信号传输到所述多个MCUs(18)且从所述多个MCUs(18)接收数据信号的MCU控制器(12)，其中，各所述多个MCUs(18)包括：
具有可在打开位置和关闭位置之间操作的电接触件的磁性接触器(22)；以及
本地控制模块(30)，所述本地控制模块(30)操作地连接到相关联的所述磁性接触器(22)和所述MCU控制器(12)，且构造成监视所述电接触件的状态，将监视到的状态信息传输到所述MCU控制器(12)，以及基于从所述MCU控制器(12)接收到的数据信号促动所述相关联的磁性接触器(22)。
2.根据权利要求1所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述MCU控制器(12)将数据信号传输到所述本地控制模块(30)，请求所述相关联的磁性接触器(22)的状态信息，以及基于所接收到的所述状态信息将指令传输到所述本地控制模块(30)，并且所述本地控制模块(30)基于从所述MCU控制器(12)接收到的指令促动所述相关联的磁性接触器(22)。
3.根据权利要求1所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述MCU(18)进一步包括远程马达启动继电器(RSTART)和远程马达停止继电器(RSTOP)，所述远程马达启动继电器(RSTART)和所述远程马达停止继电器(RSTOP)在所述本地控制模块(30)的外部，且构造成基于所述本地控制模块(30)的输出而被促动，以启动或停止马达(72)。
4.根据权利要求1所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述MCU控制器(12)包括：
构造成接收命令的至少一个输入装置(32)；
通过所述通信网络(16)将所述命令传输到所述本地控制模块(30)的通信端口(42)；
指示所述本地控制模块(30)的状态的至少一个状态指示器(34)。
5.根据权利要求4所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述MCU控制器(12)进一步包括构造成设置所述MCU控制器(12)的通信地址的地址设置装置(40)。
6.根据权利要求4所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述MCU控制器(12)的通信地址可通过计算机选择。
7.根据权利要求1所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述本地控制模块(30)包括通信端口(47)，所述通信端口(47)构造成使所述本地控制模块(30)操作地连接到另一个本地控制模块(30)和所述MCU控制器(12)，而且所述通信端口(47)将数据信号传输到所述MCU控制器(12)，且从所述MCU控制器(12)接收所述数据信号。
8.根据权利要求7所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述本地控制模块(30)测量所述相关联的磁性接触器(22)上的电压，且基于从所述MCU控制器(12)接收到的数据信号将所述测量值传输到所述MCU控制器(12)。
9.根据权利要求7所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，所述本地控制模块(30)进一步包括构造成设置所述本地控制模块(30)的通信地址的地址设置装置(48)。
10.根据权利要求1所述的马达控制中心通信系统(100)，其特征在于，用于各个MCU(18)的所述本地控制模块(30)以串级链构造彼此连接。
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