CN102866639A

CN102866639A - 提供用于控制系统的多个通信协议

Info

Publication number: CN102866639A
Application number: CN2012102537750A
Authority: CN
Inventors: R·皮霍; R·爱德华兹; M·阿波哈萨尼; E·勒德斯马; A·斯科尔茨; T·凯斯特
Original assignee: HITCO-WESTINGHOUSE ENGINE CO LTD
Current assignee: HITCO-WESTINGHOUSE ENGINE CO LTD
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102866639B; US8601190B2; US20120331195A1

Abstract

提供用于控制系统的多个通信协议。针对诸如驱动或变换器系统之类的受控系统可以提供控制系统。为了在这样的系统中提供控制，可以存在主控制器，经由第二通信协议从耦合到主控制器的壳体控制器接收受控设备的状态信息、至少部分基于状态信息产生控制信息以及经由第二通信协议将控制信息传送到壳体控制器。依次，壳体控制器可以产生以及经由第一通信协议传递控制分组到受控设备。这个分组可以被交织在从壳体控制器传递到所述设备的另一消息内。

Description

提供用于控制系统的多个通信协议

背景技术

不同通信协议能够在各种控制系统中存在。例如，许多工业控制系统从控制器到受控设备传递控制信息。这些通信可以在各种物理部件例如光纤电缆或电力电缆，例如以太网、电缆或其他串行或并行链路上发送。

另外，实际通信可以是根据给定通信方案。许多控制系统具有定制的通信方案，针对被传递的特定类型信息，该定制的通信方案被调整。然而，一些控制系统可以要求发送具有不同大小、等待时间等等的非常不同类型的信息使得单个通信协议不能被调整到多个通信需求。

在不同领域中，计算机系统可以具有各种总线和其他通信接口使得诸如存储器、磁盘驱动器、处理器、外围设备等等的各种设备能够彼此通信。典型地，计算机系统使用标准通信接口诸如PCI总线协议以使得外围设备能够与设备通信，以及SATA通信协议以使得磁盘驱动器或其他大容量存储器能够与设备通信。多个通信方案仍然不能典型地扩展到控制系统。控制系统总线的例子包括控制器区域网络(CAN)、过程现场总线(Profibus)、模总线(Modbus)和工业以太网。

发明内容

根据一个方面，本发明涉及包括主控制器和至少一个从控制器的控制系统。主控制器可以被配置经由第二通信协议从从控制器接收受控设备的状态信息、基于状态信息产生控制信息以及经由第二通信协议将控制信息传送到从控制器。依次，从控制器可以被配置传送状态信息到主控制器并且从主控制器接收控制信息。从控制器进一步被配置经由第一通信协议与设备通信。两个协议可以被调整用于不同类型的通信，使得第一通信协议可以对于小、低等待时间通信是合适的。另外，至少第一通信协议可以提供用于在另一类型的较大消息内交织特定类型的消息。作为一个特定例子，在另一消息内要插入的消息可以是脉宽调制(PWM)命令，用于控制设备的桥接电路的切换。

本发明的又另一方面涉及诸如驱动或变换器系统的系统，其包括一个或多个模块化的变压器，每个模块化的变压器具有耦合到输入电源的初级线圈以及次级线圈，每个次级线圈耦合到功率箱(power cube)。另外，多个相位输出线路的每个可以具有至少第一和第二功率箱。为了在这种系统中提供控制，主控制器可以存在以经由第二通信协议从耦合到主控制器的壳体控制器(cabinet controller)接收功率箱的状态信息，至少部分基于状态信息产生控制信息，以及经由第二通信协议将控制信息传送到壳体控制器。依次，壳体控制器可以产生脉宽调制(PWM)分组并且经由第一通信协议将该脉宽调制(PWM)分组传送到功率箱之一。这个分组可以在从壳体控制器传递到功率箱的另一消息内被交织。在一个实施例中，PWM分组可以是单个分段，而另一个消息可以具有多个分段格式。PWM分组可以被功率箱用于控制桥接电路的切换。依次，功率箱可以将PWM分组回声返回到壳体控制器以确定其接收和精确性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的控制系统的高级框图。

图2是根据本发明的实施例的PWM分段的往返行程通信的框图。

图3是根据本发明的实施例的用于SCI1分组的分组格式的图例。

图4是根据本发明的一个实施例的SCI1分组通信与PWM数据的示例性交织。

图5是根据本发明的实施例的用于SCI1分组的报头格式的图例。

图6是根据本发明的一个实施例的用于SCI2通信的分组格式的图例。

图7是根据本发明的实施例的系统的框图。

图8A是根据本发明的一个实施例的用于主控制器的基本控制循环(control loop)的流程图。

图8B是根据本发明的一个实施例的用于壳体控制器的基本控制循环的流程图。

图8C是根据本发明的一个实施例的用于执行功率箱的控制的方法的流程图。

具体实施方式

在各种实施例中，在控制系统中可以提供多个通信协议以使得能够实现各种类型信息的有效通信。通常，第一通信协议可以提供在本地控制环境内的短、时间敏感控制消息的通信。第二通信协议可以用于提供用于状态的更大量信息以及较低优先级控制信息的通信。另外，第二通信协议除了在本地控制环境内的某些通信之外还可以用于在控制系统的不同实体之间的通信。

尽管实施例适合用于许多不同类型的工业控制系统等等，但是在此公开的一个特定实施例是关于诸如低电压、中等电压或高电压驱动系统的变换器或驱动系统内的通信，其被配置在例如公用连接(utilityconnection)和动力系统(powered system)，例如各种工业马达等等之间。更加具体而言，在此描述的实施例可以关于模块化的驱动系统，其中存在主控制器连同包括本地控制器和多个变换器单元或箱的一个或多个壳体。这些各个的箱可以包括合适的变换器电路，包括整流设备、切换设备、DC总线设备等等(可能包括再生电路)，用于接收输入多相位AC信号、处理该信号并且提供处理的给定相位的AC输出信号。在不同的实现中，给定壳体的这些多个箱可以被配置对称地或非对称地提供处理的多个相位的功率。另外，取决于期望的应用，可以提供多个这类壳体。可以在US专利号7830681中看到这类系统的例子，其全文内容在此引入以供参考。但是，本发明的范围不限于这一点，并且实施例可以用于其他控制系统中。

关于通信协议，通常在主控制器和一个或多个各个壳体的本地控制器之间的通信可以是根据第二通信协议，而从壳体内的本地控制器到壳体内的一个或多个各个箱的控制信息可以是通过第一通信协议(以及可选地，在本地控制器和箱之间经由第二通信协议的另一通信信道也是可能的)。根据第二通信协议，可以发送包括例如电流、电压、温度、警报、故障等等操作参数的监控信息的反馈信息。

现在参考图1，示出了控制系统100的高级框图，该控制系统100包括在图1的实施例中实现为主控制板110的主控制器和在图1实施例中实现为从或壳体控制板1500-150n的一个或多个本地控制器。注意尽管在此描述为“板”，但是理解的是本发明的范围不限于这一点或者可以经由许多不同技术来实现控制器或控制机制，这可以包括提供控制机制，例如微控制器或其他可编程逻辑，而没有遍及如图1所示的系统的单独的电路板。

图1的控制系统的架构因此基于集中的主控制板(MSCB)(以及也称为主控制器)110和一个或多个壳体或变换器控制板(ISCB)150。在一个实施例中，MSCB负责无传感器矢量马达控制电压、用户接口、输入和输出电压以及电流感测和参考控制电压产生。依次，ISCB负责脉宽调制(PWM)产生、通过各个单独变换器箱的多级功率切换和可选再生、本地ISCB环境监控和本地ISCB控制。

如在图1中看到的，主控制板110可以包括主控制电路120，其可以用于基于接收的信息(包括经由用户接口125接收的用户信息)，例如根据以太网上的模总线TCP/IP协议，以及从主反馈电路(也称为主高电压反馈电路(MHVF))135接收的状态信息执行各种处理。如进一步看到的，在主控制板110和各种壳体控制板150之间的通信可以是经由通信接口130，该通信接口可以包括各种电路，该各种电路包括通信现场可编程门阵列(FPGA)。依次，通信接口130执行在主控制器110和ISCB之间的串行通信控制，并且执行在主反馈电路135和主控制电路120之间的串行通信控制。通常，在主控制电路120和通信接口130之间的通信可以包括不同类型的信息，包括例如从各种壳体接收状态信息，以及感测信息，其再次可以从各种壳体以及从主反馈电路135被接收。在主控制器110和通信接口130之间的这类通信可以是经由通信路径，例如并行数据总线，具有成帧位以指示分组边界以及使用4边缘(edge)握手控制信号以控制数据在两个设备的不同时钟域之间的流动。状态链路可以包含从系统中的所有ISCB返回到MSCB的所有业务。温度状态链路可以用于每个ISCB以偶然地更新每个箱的温度状态并且将其报告返回到MSCB，以及DC干线(DCrail)平均链路可以用于每个ISCB以偶然地更新ISCB到MSCB的平均DC干线电压。传感器链路提供MHVF相关数据、读取响应和状态到主控制电路120。

来自主控制电路120的输出通信可以包括各种消息，其可以是提供给各种壳体控制板150的状态或控制信息。另外，参考信息(其可以是用于检测控制系统内的状况目的的参考或阈值水平)可以被提供给例如主反馈电路135以及各个壳体。这个参考链路因此提供用于马达控制和用于可选再生控制的参考电压，其可以在这个接口上发送给每个ISCB。

在图1示出的实施例中，在通信接口130和主反馈电路135之间的通信以及在通信接口130和壳体控制板150之间的通信可以是经由第二通信协议，其可以是基于光学的串行通信协议，在此称为SCI2。在用于如图1中的驱动系统的实施例中，SCI2接口是全双工串行通信方案以在系统控制器和一个或多个壳体控制器之间传达电压参考、控制和状态数字数据。数据速率可以是10Mbit/s，以及通信可以是经由耦合在主控制器和每个壳体控制器之间的塑料光纤。

关于壳体控制板150，各种通信可以在壳体控制电路160、通信接口165和多个功率箱170₀-170_n之间流动。来自主控制板110的输入通信可以是经由第二通信协议SCI2。为了提供用于控制壳体的各种箱170的控制信息，壳体控制电路160可以产生控制信号，即可以提供给通信接口165的脉宽调制(PWM)控制信号，其依次产生PWM消息，该PWM消息可以经由第一通信协议(即在此称为SCI1的基于光学的串行通信协议)被发送到所述箱。SCI1接口目标针对在壳体控制器和给定箱之间传送PWM信号。然而，这个协议足够灵活以允许更高级状态和控制信息的额外通信。在一个实施例中，SCI1接口是全双工串行通信方案以在壳体控制器和每个变换器箱之间传达PWM信号、控制和状态数字数据。数据速率可以是10Mbit/s，并且通信可以是经由在通信接口和每个箱之间耦合的塑料光纤介质。SCI1通信协议因此可以用于将用于每个箱H桥接器的PWM切换状态、高水平命令从壳体控制电路160传递到每个箱，以及将单元状态从箱170传递到壳体控制电路160。尽管在图1中没有示出，但是在一些实施例中，可以经由SCI1接口发送额外的通信，尽管在其他实施例中，可以跨越单独的SCI2光纤发送这样的通信。

如在图1中看到的，在通信接口165和箱170之间的通信路径可以是双向的。从壳体控制电路160到通信接口165的额外通信可以包括消息，其可以是包括被指向主控制器110的状态消息、错误消息等等的消息。在接收方向中，可以由壳体控制电路160接收各种状态信息。另外，可以由壳体控制电路160接收包括电压和电流等等的各种感测的信息。另外，参考信息(其可以对应于由主控制电路120产生的参考信号)可以在壳体控制电路160中被接收并且用于产生包括PWM信号的不同控制信号。如在图1中进一步看到的，壳体控制板150可以进一步包括壳体反馈电路175(也称为变换器高电压反馈电路(IHVF))，其提供关于所述箱的操作的反馈信息到通信接口165，用于例如沿着壳体控制电路160传递并且返回到主控制电路120。因此，在壳体控制电路160和通信接口165之间的数据接口可以包括状态链路，沿着该状态链路，来自变换器壳体中的所有箱的状态和读取响应可以被发送返回到ISCB，以及可以进一步包括从MSCB到这个ISCB的命令。消息接口允许主控制器110传递到所述箱、MSCB和IHVF。DCR链路可以用于例如各个地传递所有箱的目前DC干线电压。可以在这个接口上传递参考链路，其提供用于马达控制的电压。传感器链路提供IHVF相关数据、读取响应和状态给主控制器110。尽管利用在图1的实施例中的这个特定实现示出，但是理解的是，本发明的范围不限于这一点。

在一个实施例中，可以使用可重配置的输入/输出控制器(例如，从德克萨斯州奥斯汀国家仪器(National Instruments，Austin，Tx)可获得的Compact RI0^TM控制器)实现主控制电路120。主控制电路120可以执行参考电压产生和用户接口功能。另外，在图1的实施例中，可以使用Compact RIO^TM控制器和通信FPGA实现壳体控制器150。壳体控制电路160根据从MSCB110接收的参考电压执行PWM产生。通信接口165将来自壳体控制电路160的PWM状态编码为可传送的串行量子(quanta)，即SCI1消息，执行在本地控制电路160和变换器箱170之间的串行通信控制，以及执行在本地控制电路160和MSCB之间的串行通信控制。

在图1的实施例中，在系统中的SCI2接口的位置包括HVF电压和电流传感器数据交换。包含采样的输入电流以及输入和输出电压的数据的分组被传达到通信接口165以及接着到主控制器110。这个协议的其他位置提供MSCB到ISCB数据传送。从MSCB发送到ISCB的数据包括ISCB控制。这种控制通信可以发送到特定ISCB或广播到所有ISCB。SCI2协议的又进一步实例可以用于马达控制参考电压分组，其可以被广播到所有ISCB，以及再生电压分组，其被广播到系统中的所有箱。

从ISCB发送到MSCB的数据可以包括ISCB状态以及平均ISCB DC干线电压，以及在系统中的ISCB和箱之间的包括可选再生能力的再生数据。在这种情况中，系统电压参考可以被发送到所述箱中的再生控制。在控制器ISCB和所述箱再生接口之间的SCI2接口传达这个以及来自ISCB的其他控制信息。来自所述箱的再生状态还在这个接口上被发送到ISCB。

在一个实施例中，SCI2串行数据位流由多个字符构成，每个字符的总位是12。每个位是100毫微秒(ns)并且因此包括一个字节数据的一个字符消耗1.2微秒(μs)。根据本发明的一个实施例的SCI2字符的格式在表1中示出。

表1

SCI2分组包括一系列字符，其形成消息、响应或状态。用于给定控制系统的不同支持分组的格式可以是可编程的，使得在给定控制系统中可获得不同分组。现在参考表2，示出了根据本发明的一个实施例的采样命令分组。

表2

如在表2所看到的，可以发送具有循环冗余校验和(CRC)的分组，循环冗余校验和是在全部分组上计算的CCITT CRC-8字符。在一个实施例中，用于CRC的CRC多项式是：x⁸+x²+x+1。

在图1的实施例中，在系统中SCI1接口的位置是针对马达控制PWM切换状态传输。在ISCB中的壳体控制电路160根据接收的参考电压产生PWM脉冲。更加具体而言，在各种实施例中，壳体控制电路160产生通用消息数据(例如，在表1中的数据位0-7)。依次，通信接口165将该消息格式化为具有如在表1和3中所示的关联串行开销位(例如，开始、分组结束、奇偶校验、停止)的SCI1或SCI2分组，并且可以进一步计算和校验CRC。在相应壳体控制器中接收之后，PWM脉冲的状态被编码并且在SCI1接口上发送到相应箱170，其中它们然后被解码以驱动电流切换IGBT。还可以在这个相同SCI1接口上交换箱控制和状态。

PWM切换状态传输可以与控制数据传输交织以最小化PWM抖动。因此，根据本发明的实施例使用SCI1接口，PWM分段可以与其他分组分段交织，因此保持“原始”PWM传送的低等待时间和实时质量，并且同时允许较大、较长等待时间数据传送。然而，理解的是，不是在另一分组内交织PWM分段，而是单个PWM分段可以被发送以传达一组PWM切换控制信号。另外，包括非PWM数据并且由多个分段形成的分组还可以独立于PWM数据而被传递。然而，在某些实施例中，根据SCI1通信协议的分组可以由至少四个分段形成，使得可以传达数据的全部字节。

SCI1串行数据位流由多个分段构成，每个分段的总位为7。每个位是100ns，因此一个分段消耗700ns。在表3中示出根据本发明的实施例的SCI1分段的格式。在一个实施例中，SCI1数据可以被传送，具有不归零(NRZ)异步数据。除了开始位、数据(2-4位)和奇偶校验位之外，可以提供停止位以提供位滑动(bit slip)消除。

表3

在用于变换器控制系统的实施例中，具有数据位0-3的SCI1分段编码PWM控制命令或分组数据的2位，如在表4中所示出的。

表4

SCI1格式化的数据的分组可以用于传达消息、响应和状态。这些分组由多个分段组成。在一个实施例中，其可以采用四个分段以构成分组数据的一个字节，因为每个分段编码分组数据的仅仅两个位，如在表4中所示出的。

在这样的实施例中，2字节分组加上其CRC采取14个分段。每个分段是用于总共98个位的7个位。发送这个分组的总时间是9.8μs，因为每个位是100ns。CRC是在全部分组上计算的CCITT CRC-8字符。在一个实施例中，用于CRC的CRC多项式是：x⁸+x²+x+1。

如可以看到的，SCI1不被调整以传送显著量的分组数据，并且代替地，SCI1的主要益处是交织PWM切换状态连同分组数据的其能力，对PWM切换定时具有最小的影响。接收不正确CRC的箱可以忽略接收的分组。依次，主控制器可以在其正请求读取时在获得响应中超时，因此主控制器可以读回任何写入数据，例如温度设置点，以检验其被适当地加载。在丢掉任何先前状态的情况下可以周期性地发送状态数据，并且主控制器可以发送多个关闭(shut down)命令以考虑潜在错误。

SCI1和SCI2分组的报头包含关于各种分组如何到达其预定目的地的路由信息。每个分组的第一字节包含这个报头字节。在表5中示出根据一个实施例的用于SCI1和SCI2协议的这个报头的定义。

表5

为了理解在其他数据的正在进行通信内交织PWM信息，可以参考表6，其示出如何可以传递这个交织的例子。例如，假设PWM从状态(A上，B下)切换到状态(A上，B上)到状态(A下，B上)。还假设状态(A上，B下)在发送分组之前已经活动。

表6

在这种情况下，PWM切换状态把两个更多分段相加到通信(分段3和12)。所计算和传递的CRC保持相同(好像交织的PWM切换分段不存在)，因为CRC计算仅仅包含分组相关的分段。在各种实施例中，可以在分组分段之间的任何地方交织PWM切换分段。然而，在一些实现中，PWM交织可以发生在预定位置上，例如在报头之后或在CRC信息之前。

对于PWM通信，通过奇偶校验保护定义PWM状态内容的四个位，并且当状态变化被发送时，将PWM分段从给定箱170回声返回到壳体控制电路160。通常，通信接口165传送PWM分段并且开始等于传送三个分段所花费的时间段的超时。箱控制器170立即传送(回声)在没有错误情况下接收的分段(如上所述)返回到通信接口165。在正确接收回声的分段时，通信接口165退出该特定PWM传输、复位超时延迟，并且然后传送后面的一个(或多个)分段。

现在参考图2，示出根据本发明的实施例的PWM分段的往返行程通信的框图。如在图2中所示的，通信路径可以向箱接口180提供在壳体控制电路160中发起的PWM分段，该箱接口180可以存在在箱170的给定之一中。注意：为了便于图示，没有示出其中根据从壳体控制电路160提供的PWM状态产生SC1PWM分段(以及回声的分段被接收)的介入通信接口165。

如在图2中看到的，PWM分段可以从壳体控制电路160被传送到箱接口180。另外，回声的分段可以被返回回到壳体控制电路160。注意尽管在图2的实施例中的这个高级别上示出，但是在各种实施例中回声的PWM分段可以被使用并且被通信接口165消耗，如上面所述的。如进一步看到的，箱接口180可以包括各种部件，其包含接收机182和传送机184。接收机182被耦合以将所接收的分段提供给分段分组解码器183，该分段分组解码器依次提供控制信号给门控制电路185，该门控制电路提供门驱动信号给所述箱的IGBT。依次，门控制电路185进一步提供电压反馈信号给分组编码器187，该分组编码器进一步从模拟到数字接口186接收感测信息使得编码的状态信息经由SCI1数据分组可以被发送返回到壳体控制电路160。如进一步看到的，箱接口180还可以包括时钟产生电路188，其在一个实施例中可以经由相位锁环来实现。

通信接口165(在图2中没有示出)分析回声的PWM分段并且如果检测到错误的回声，或如果检测到往返行程超时，则重新发送PWM分段，这确保PWM传送质量。因此，SCI1协议的另一特征是可以通过所述箱将PWM分段回声返回到ISCB以确认成功接收。当箱接收到不具有奇偶校验错误的PWM分段时，其将它传送返回到ISCB。如果所述箱不正确地接收到PWM，则ISCB将重传PWM分段，因为由于所述箱对其没有回声所以存在超时；或者回声的PWM分段没有匹配所传送的分段。如果回声的PWM分段匹配由ISCB传送的分段，则PWM状态被认为相干(coherent)的。同样地，ISCB没有发送另一PWM消息到所述箱直到状态变化将要发生。当在ISCB中产生新的PWM状态时，ISCB将传送另一PWM状态分段给所述箱，其反映这个新的状态。

现在参考图3，示出根据本发明的实施例的用于SCI1分组的分组格式的图例。如在图3中示出的，分组200可以包括多个字段，包括分组开始字段210，其在一个实施例中可以是单个分段。接下来，报头字段212可以存在，其可以对应于数据的字节。然后，提供命令字段214，其也可以是数据的字节。之后，提供有效载荷字段216，其可以包括对应于数据有效载荷的多个字节(例如，1-N个字节)。在传输有效载荷之后，传送(例如，单个分段的)分组结束字段218，最后之后是CRC字段220，其在所示出的该实施例中还可以是单个字节。尽管利用图3的实施例中的这个特定分组格式示出，理解的是本发明的范围不限于这一点，并且在其他实施例中，可以提供额外或不同信息，并且另外可以以不同的顺序呈现该信息。

现在参考图4，示出SCI1分组通信与PWM数据的示例性交织。如在图4中所示的，分组200′可以包括上面关于图3所述的相同字段。另外，注意存在PWM分段215，其可以并入在命令字段214的开始和结束部分(分别地部分214a和214b)之间的分组结构内。注意尽管PWM交织分段位于图4的实施例中的这个特定字段内，理解的是本发明的范围不限于这一点。

在一个实施例中，用于SCI1传输的报头定义用于分组的目的地标识符(ID)。目的地ID0可以对应于主控制器，其是用于任何状态或读取响应数据的目的地。目的地ID0x1F意味广播，其在一个实施例中以所有箱为目标。

现在参考图5，示出根据本发明的实施例的用于SCI1分组的报头格式的图例。如在图5中示出的，报头字段212可以包括目的地ID，其可以经由多个分段212₀-212₃来实现。现在参考表7，示出根据本发明的一个实施例的目的地ID的示例性编码。

表7

■位4:0＝单元ID(CCCCC)

■0＝系统控制器

■1到0x1E＝单元1到30

■0x1F＝广播到所有单元

命令定义分组是什么，并且在一个实施例中，用于SCI1分组的命令格式可以包括在表8中所示的以下信息。

表8

■位7:5＝命令(MMM)

■0＝写

■1＝读

■2＝读取响应

■3＝状态

■4到7＝保留

■位4:0是命令相关(xxxxx)

在一个实施例中，写分组可以用于将维护或控制信息从主控制器发送到箱。采样写分组可以包括各种断路点(trip point)的设置，例如温度断路点、DC干线断路点、5伏特和3.3伏特断路点、错误计数的清除等等。依次，读分组可以用于将维护或控制信息从箱发送到主控制器。示例性读分组命令可以包括这些各种值(例如，断路点或现在的感测值，例如温度、DC干线电压、系统电压等等)的读取。响应于读分组，读取响应分组将数据从箱发送到主控制器，并且状态分组将状态从箱发送到主控制器。作为一个例子，这样的状态分组可以是未被恳求的数据，正如在通知情形中。

在一个实施例中，用于SC I2通信的分组格式可以如在图6中看到的。如在图6中看到的，SCI2分组格式300可以包括(例如，单个字节的)报头字段302、有效载荷字段304(其可以包括多个字节)以及CRC字段306，其再次可以是一个字节。然而，理解的是，在其他实施例中包括信息字段的不同大小和类型的不同格式可以存在。在一个实施例中，SCI2报头包含根据下面表9的目的地壳体标识符(ID)和分组的类型。

表9

■位4:0＝壳体ID

■0＝系统控制器

■1到0x1E＝壳体1到30

■0x1f＝广播(所有壳体)

■位7:5＝分组类型

■0＝正常分组

■1＝电压参考

■2＝再生参考

■3＝ID

■4，5，6，7＝保留

电压参考分组可以同时在载波频率上发送电压参考到所有壳体。这个分组可以被壳体控制电路转换为PWM脉冲。在一个实施例中，这个分组可以包括报头、相位A字节0和1(相位A电压参考的16个位)；相位B字节0和1(相位B电压参考的16个位)；相位C字节0和1(相位C电压参考的16个位)；以及CRC。

在一个实施例中，再生参考分组被用于同时地将再生参考(V和I)发送到所有壳体，以及分组可以被通信接口165拦截并且直接地发送到所述箱，并且因此不流动到壳体控制电路160。写分组可以用于将维护或控制信息从主控制器发送到壳体，以及在写命令之后的数据可以是主控制电路想要从主控制器到壳体控制器所传达的任何数据。

读分组可以用于读取从壳体控制器到主控制器的维护或控制信息，并且在读命令之后的数据可以是主控制电路想要从主控制器到壳体控制器所传达的任何数据以进一步定义所述读取。读取响应分组可以响应于读分组将数据从箱发送到主控制电路。在各种实施例中，这种类型的分组的格式除了用于读取响应的报头和命令之外可以包括用于识别正发送分组的壳体号的壳体标识符。在这个壳体标识符之后，相应于响应数据的有效载荷数据可以被发送，后面是终止CRC字段。

状态分组将状态从壳体发送到主控制器。这可以是未被恳求的数据，正如在通知情形中并且其中状态分组可以具有类似读取响应分组的格式。

在各种实施例中，传感器可以并入反馈电路内以及所述箱内。要被感测的各种参数，例如在系统级上的输入和输出电流以及在系统级上的输出电压可以通过例如模数转换器(ADC)的数字器被耦合，其中数字化的信息可以然后通过反馈电路的通信FPGA被传递用于传递返回到主控制电路110。另外，以这种相同方式还可以传递返回壳体反馈信息，包括输出电流和诸如电阻式热设备(RTD)的热电偶。

对于不同类型的通信可以忍受不同的等待时间。对于PWM处理，总等待时间可以包括系统反馈等待时间，其中来自箱的状态信息被提供返回到主控制电路110，在主控制电路中的参考计算等待时间、矢量传输，其中矢量信息被传送到所选择的壳体。这个信息然后被提供给壳体控制电路160，其中PWM计算可以被执行，其然后被传送到所指示的箱。尽管在各种实施例中本发明的范围不被限于这一点，但是这个全部往返行程等待时间可以是相对最小的，例如大约近似50-100μs，尽管本发明的范围不被限于这一点。

现在参考图7，示出了根据本发明的实施例的系统的框图。如在图7中所示的，系统600可以是具有仅仅单个壳体的中等电压驱动器。特别地，在图7的实施例中，示出三相中等电压驱动器，其包括多个功率单元箱620A1-620C3(在图7中称为二极管前端(DFE)单元)，尽管本发明的范围不被限于这一点，并且在一些实施例中，至少一些前端可以替代地是有源前端。如看到的，本地箱控制器626_A1-626_c3与每个功率箱相关联。

如看到的，这些本地控制器的每个可以与壳体控制器660(例如，对应图1的壳体控制板150)通信。在一些实现中，一对单向光纤通道可以耦合在每个本地控制器和壳体控制器660之间以根据SCI1协议传送。依次，壳体控制器660与主控制器640通信，例如，对应主控制板110。

主控制器640可以提供控制信号给壳体控制器660用于传输到不同箱控制器。在一个实施例中，这些控制信号可以是电压参考信号，其导致壳体控制器执行某些处理以产生所需要的切换信号。在其他实现中，切换信号本身可以由主控制器640发送用于传输到本地单元控制器。

如在图7中进一步看到的，主反馈电路650(例如，对应于图1的主反馈电路135)可以存在以感测或执行关于各种信息的信号处理，即从输入电源和耦合到负载630(其在一个实施例中可以是马达)的不同相位输出线路的输出二者获得的电压和/或电流信息。

主控制器640可以进一步与诸如键盘和/或触摸屏显示器的用户输入设备655相关联，并且其可以被适配在用户接口湾(user interfacebay)内以使得用户输入能够控制各种特征，例如被使能的不同功率单元的速度、扭矩、选择等等，以及经由给定显示器或其他输出装置提供状态信息给用户。

如在图7中示出的，可以从诸如公用连接的输入电源供应提供到变压器模块610的输入功率。

参考图8A，示出了根据本发明的一个实施例的用于主控制器的基本控制循环的流程图。如在图8A所示出的，可以通过主控制器在连续的基础上执行方法500。特别地，基于输入电流和输出电压以及在主控制器中接收的电流信息(例如，从主反馈电路和从一个或多个壳体控制器，经由SCI2通信协议)以及包括电流和电压额定值、速度、频率、扭矩等等的各种命令参数，可以计算电压参考(框510)。在一个实施例中，可以使用标准马达矢量控制算法，例如处理扭矩和磁通命令(flux command)和转子位置来计算电压或电流参考。接下来，可以基于来自不同壳体(也经由SCI2通信协议)的各种信息来确定该系统是否在其操作参数内正操作(菱形520)。如果不是，则可以触发警报(框525)，之后为主控制动作，如果需要的话。否则，正常操作可以继续并且可以将参考矢量传送到所有壳体(框530)。在一个实施例中，根据SCI2命令分组可以将这个参考矢量连续地编码并且例如经由光纤接口发送到壳体。

现在参考图8B，示出了根据本发明的一个实施例的用于壳体的基本控制循环的流程图。如在图8B中看到的，方法550可以开始于从壳体控制器中的主控制器经由SCI2链路接收参考矢量。根据这个参考矢量，可以计算使用脉宽调制方案或用于壳体内的单元的任何其他调制技术的切换模式(框560)。在一个实施例中，这个PWM计算可以是根据从主控制器接收的命令和通用驱动操作状态。然后，基于各种状态信息(包括来自环境传感器和各种功率箱的信息)，可以确定壳体是否在其操作参数内正操作(菱形570)。如果不是，则可以触发警报(框575)。否则，正常操作可以继续并且PWM信号可以被发送到壳体的功率箱(框580)。在一个实施例中，PWM信号可以被连续地编码并且例如经由光纤接口发送到所述箱。PWM信号经由SCI1通信协议作为独立通信或正在进行的分组通信内的交织可以被传递到各个箱控制器。

现在参考图8C，示出了根据本发明的一个实施例的用于经由功率箱的本地控制器执行功率箱的控制的方法的流程图。如在图8C中看到的，方法600可以开始于每个本地控制器从壳体的壳体控制器接收编码的PWM信号。根据这个信息可以计算门驱动信号(框610)。在一个实施例中，这些信号可以由功率箱内的本地FPGA计算，并且这些计算基于从壳体控制器接收的箱状态和PWM命令信号。然后，基于包括环境传感器和切换元件自身的状态的各种信息，可以确定所述箱是否在其操作参数内正操作(菱形620)。如果不是，可以触发警报(框625)。否则，正常操作可以继续并且可以将门驱动信号发送到切换元件(框630)。虽然利用在图8A-8C的实施例中的这个特定控制实现来示出，但是本发明的范围不限于这一点。另外，理解的是可以以不同的顺序执行所描述的各种控制操作，并且可以在不同的控制器中执行使得取决于期望的实现在更多本地或全局基础上可以处理不同的控制。

虽然已经关于有限数目的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解其中多个修改和变型。旨在随附权利要求覆盖如落入本发明的真实精神和范围内的所有这种修改和变型。

Claims

1.一种系统，包括：

主控制器，经由第二通信协议从耦合到主控制器的至少一个从控制器接收至少一个从控制器控制的设备的状态信息，至少部分基于状态信息产生控制信息，以及经由第二通信协议将控制信息传送到至少一个从控制器；以及

至少一个从控制器，将状态信息传送到主控制器以及从主控制器接收控制信息，其中至少一个从控制器进一步产生以及经由第一通信协议与所述设备通信，其中第一通信协议提供命令数据和状态数据到所述设备的通信，并且其中本地控制器被配置在具有多个第一通信协议分段的消息内交织包括第一命令类型的第一通信协议的第一分段。

2.根据权利要求1所述的系统，其中主控制器包括：

主通信接口，具有与耦合到至少一个从控制器的链路对接的端口；

主控制电路，接收状态信息以及产生控制信息；以及

主反馈电路，监视所述系统的至少一个参数并且经由第二通信协议将所述至少一个参数传递到主通信接口。

3.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个从控制器包括：

从通信接口，具有与耦合到主通信接口的链路对接的第一端口以及与耦合到所述设备的链路对接的第二端口；

从控制电路，接收控制信息并且产生第一分段；以及

从反馈电路，监视所述系统的至少一个参数并且经由第二通信协议将所述至少一个参数传递到从通信接口。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述设备包括接口，所述接口具有：

接收机；

传送机；

解码器，解码第一分段和消息；以及

门控制电路，接收解码的第一分段以及响应于此，控制所述设备的桥接电路。

5.根据权利要求1所述的系统，其中第一通信协议使得能够实现具有多个分段的分组的通信，每个分段包括具有第一预定格式的多个位。

6.根据权利要求5所述的系统，其中第一预定格式包括开始位、多个数据位、奇偶校验位和停止位。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述分组包括第一定界符分段、至少一个报头分段、至少一个命令分段、第二定界符分段和至少一个校验和分段。

8.根据权利要求1所述的系统，其中第一分段包括控制所述设备的桥接电路的切换的脉宽调制(PWM)命令。

9.根据权利要求1所述的系统，其中第二通信协议使得能够实现具有多个字符的分组的通信，每个字符包括具有第二预定格式的多个位。

10.根据权利要求9所述的系统，其中第二预定格式包括开始位、分组结束位、多个数据位、奇偶校验位和停止位。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述分组包括报头字符、至少一个命令字符、至少一个数据字符和校验和字符。

12.一种系统，包括：

至少一个模块化的变压器，具有耦合到输入电源的初级线圈以及多个次级线圈，每个次级线圈耦合到功率箱；

第一相位输出线路，具有至少第一功率箱和第二功率箱；

第二相位输出线路，具有至少第一功率箱和第二功率箱；

第三相位输出线路，具有至少第一功率箱和第二功率箱；

主控制器，经由第二通信协议从耦合到主控制器的壳体控制器接收相位输出线路的第一和第二功率箱的状态信息，至少部分基于状态信息产生控制信息、以及经由第二通信协议将控制信息传送到壳体控制器；

壳体控制器，经由第二通信协议的第一链路耦合到主控制器，其中壳体控制器将状态信息传送到主控制器并且从主控制器接收控制信息，以及基于控制信息的一部分产生并且经由第一通信协议传递脉宽调制(PWM)分组到第一相位输出线路的第一功率箱，其中所述壳体控制器被配置在具有从壳体控制器传递到第一功率箱的第一通信协议的多个分段的消息内交织PWM分组。

13.根据权利要求12所述的系统，其中PWM分组是单个分段。

14.根据权利要求12所述的系统，其中第一相位输出线路具有第三功率箱，以及其中第一功率箱相对中性具有与第二功率箱相同或更高的电压电势，以及第二功率箱相对中性具有与第三功率箱相同或更高的电压电势。

15.根据权利要求12所述的系统，其中初级线圈是基于多个次级线圈的相移来移动的相位。

16.根据权利要求12所述的系统，其中PWM分组要控制第一功率箱的桥接电路的切换。

17.根据权利要求12所述的系统，其中第一通信协议使得能够实现具有多个分段的第一分组格式的通信，每个分段包括具有第一预定格式的多个位以及第二通信协议使得能够实现具有多个字符的第二分组格式的通信，每个字符包括具有第二预定格式的多个位，并且其中多个分段位的数目小于多个字符位的数目。

18.根据权利要求12所述的系统，其中第一通信协议的分组包括用于控制功率箱之一的桥接电路的切换状态的PWM分组或多个分段形成的分组的字节的一部分。

19.根据权利要求12所述的系统，其中PWM分组不被包括在用于消息的校验和计算中。

20.根据权利要求12所述的系统，其中第一功率箱要将PWM分组回声返回到壳体控制器。

21.根据权利要求20所述的系统，其中如果回声的PWM分组不匹配由壳体控制器传递的PWM分组，则壳体控制器要重传PWM分组到第一功率箱。