CN102959853B

CN102959853B - 交流旋转机控制设备

Info

Publication number: CN102959853B
Application number: CN201280001666.8A
Authority: CN
Inventors: 糸鱼川信夫
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: EP2677657A4; EP2677657A1; JP2012170297A; JP5741045B2; EP2677657B1; US20130094599A1; WO2012111406A1; CN102959853A; US9018862B2

Abstract

提供了交流旋转机控制设备，其中通过在多个功率转换设备和其他附属仪器之间共享信息，且因此增强交流旋转机驱动链路，促进了整个功率转换系统的优化。功率转换系统具有分布式配置，构成主站的上层控制设备（10）、多个功率转换设备（11到13）、附属信息仪器（各种传感器仪器，诸如温度传感器（14）和压力传感器（15））等。该上层控制设备（10）通过第一通信线（22）连接至功率转换设备（11和12）。进一步地，这些功率转换设备（11和12）设置有两个或更多个通信功能，且功率转换设备（11和12）通过第二通信线（23）连接至其余功率转换设备（13）、温度传感器（14）、和压力传感器（15）。

Description

交流旋转机控制设备

技术领域

本发明涉及交流旋转机控制设备，尤其涉及其中功率转换设备设置有与附属信息仪器通信的功能的交流旋转机控制设备，其中该功率转换设备以预定速度驱动多个交流旋转机。

背景技术

操作带有多个逆变器设备（功率转换设备）的多个交流旋转机的功率转换系统一般可被构建为包括主设备的系统，该主设备形成该系统的上层控制设备，用于将交流旋转机旋转速度等指令为目标值，或用于执行监测等。用于驱动交流旋转机的这一类型的功率转换系统使得通过系统被构建为其中多个交流旋转机的逆变器设备由使用光学通信的通信链路连接的信息链路系统，在交流旋转机故障前基于逆变器设备所检测到交流旋转机的温度和电流信息进行合适的控制是可能的。

图6是示出现有技术功率转换系统的一个示例的系统配置图。

该功率转换系统使用上层控制设备10实现多个交流旋转机M1到M3的同步操作、比率操作、和起动/停止控制。此处，PLC（可编程逻辑控制器）或个人计算机被用作主站。具有相同功能的用于分别驱动交流旋转机M1到M3的多个功率转换设备11到13使用一条通信线21也被连接作为上层控制设备10的从设备。

此处，例如，光纤等被用作通信线21，且功率转换设备11到13中的每一个经由双向模块连接至上层控制设备10。诸如温度传感器14和压力传感器15之类的附属仪器也被连接作为从站，且因此可经由通信线21向上层控制设备10提供必要信息。

该已知的功率转换系统使得上层控制设备10集中地控制经由通信线21来自每一个功率转换设备11到13、以及诸如温度传感器14之类的附属仪器的信息，并在确定每一个的状态的同时向作为从设备的多个功率转换设备11到13发出各种命令，诸如启动/停止命令或速度命令。因此，在连接功率转换设备11到13的通信线21断开连接的情况下，有必要使得上层控制设备10实现停止上层控制设备10的输出的保护操作等等。因此，在由于诸如连接主站和从站的通信线21断开连接或通信控制仪器故障之类的原因来自主站的通信变得不可能的情况下，自动恢复是不可能的，且系统缺乏稳定性。

此外，还存在这样的情况：对于功率转换设备11到13的操作命令或速度命令不通过通信线传输，而是基于来自外部的模拟电压（电流）输入命令，由使用来自外部的数字开/关信号的操作命令或速度命令等发送。在这种情况下，有必要在机器故障前基于温度和逆变器电流信息来共享信息以供可预见的维护等。

作为另一个功率转换系统，提出了这样的一种系统：在包括：由电源单元和功率转换单元构成的电力单元；由可通过将事先安装的多个执行代码功能块的组合与参数链接定制的应用单元、由马达控制单元构成的执行代码单元以及执行执行代码的CPU（中央处理单元）构成的控制单元；以及与外界通信的接口单元的逆变器中，具有相同功能的多个逆变器设备的输入和输出由通信线连接，且每一个逆变器设备被指派为主站或从站（参看专利文献1）。

此处，具有相同功能的多个逆变器中的一个成为主站，且用其余逆变器设备实现写入数据或读出数据的发送和接收。因此，在不使用高成本PLC或通信控制选项卡的情况下，可实现小规模的系统。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2008-178236

本发明的概要

本发明要解决的问题

然而，使用专利文献1所描述的系统，除了多个逆变器设备外，不可能将诸如温度传感器之类的附属仪器连接至同一个通信线。因此，不可能将从各种附属仪器处获得的多项信息经由通信线用于作为从设备的逆变器设备所操作的交流旋转机的控制。

此外，也不可能经由主站将消息从各自具有不同功能（例如，速度检测、时钟等）的逆变器设备发送至同一通信线上的其他逆变器设备。因此，存在的问题在于，来自另一个逆变器设备的信息不可能在交流旋转机的控制等中通用。

此外，在构成主站的逆变器设备由于诸如通信线断开或控制仪器故障之类的原因变得不能通信的情况下，还存在的问题在于，自动恢复是不可能的，且多个逆变器设备之间的链接并不容易。

在了解这些点的基础上而做出的本发明的目的在于提供交流电旋转机控制设备，其中通过在多个功率转换设备和其他附属仪器之间共享信息、且因此增强了交流旋转机驱动链路来便于整个功率转换系统的优化。

此外，本发明的另一个目的在于提供交流旋转机控制设备，通过该设备可能构成这样的功率转换系统：即使在由于诸如通信线断开或故障之类的原因通信变得不可能的情况下自动恢复是可能的。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供了设置有在以预定速度驱动交流旋转机的多个功率转换设备和附属信息仪器之间进行通信的功能的交流旋转机控制设备。该交流旋转机控制设备包括：位于该功率转换设备之上层级处的上层控制设备，该上层控制设备向功率转换设备或信息仪器发出各种命令、或执行对功率转换设备或信息仪器的监测；第一通信装置，其连接所述上层控制设备和特定的功率转换设备，并在上层控制设备和功率转换设备之间收发信号；以及第二通信装置，其将多个功率转换设备彼此连接，并将该多个功率转换设备和信息仪器彼此连接，从而维持它们之间的相互链接。

该交流旋转机控制设备使得连接至上层控制设备的特定功率转换设备被用作为主站，从而可共享所有功率转换设备和信息仪器所持有的控制状态信息。本发明的优点

根据本发明，当多个功率转换设备被控制为共同操作时，驱动功率转换设备和其他仪器的多个交流旋转机的信息经由通信功能共享，有可能增强链接，且因此可能促进整个系统的优化。

通过示出作为本发明示例的实施例的附图、以及通过下文的相关描述，本发明上述和其他目的、特性、以及优势将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例1的功率转换系统的框图。

图2是示出主设备和从设备之间的信息传送的时序的时序图。

图3是示出根据本发明的实施例2的功率转换系统的框图。

图4是示出主设备和从设备之间的信息传送的通信协议的示图。

图5是示出用于改变主设备的判断过程的一个示例的流程图。

图6是示出现有技术功率转换系统的一个示例的系统配置图。

用于实现本发明的方式

下面，参考附图给出对本发明的各实施例的描述。

（实施例1）

图1是示出根据本发明的实施例1的功率转换系统的框图。

功率转换系统包括上层控制设备10、多个功率转换设备11到13、附属信息仪器等。上层控制设备10向功率转换设备11到13发出各种命令，诸如启动/停止命令或速度命令，或执行对功率转换设备11到13或交流旋转机M1到M3的状态的监测等。功率转换设备11到13分别控制交流旋转机M1到M3的速度。此处，附属信息仪器被假设为设置在由交流旋转机M1到M3等驱动的诸如泵浦之类的负载中的各种传感器仪器，诸如温度传感器14和压力传感器15。此外，功率转换设备11到13各自具有不同功能，例如，功率转换设备12配备有检测速度或位置的功能等，而功率转换设备13配备有时钟功能等。

此外，上层控制设备10通过第一通信线22连接至设置为主站的功率转换设备11以及设置为主站候选的功率转换设备12，且在上层控制设备10和所指定的功率转换设备11和12之间实现信号的发送和接收。进一步地，配备有两个或更多个通信功能的功率转换设备11和12通过没有通过上层控制设备10的第二通信线23连接至其余功率转换设备13以及各种传感器仪器，诸如温度传感器14和压力传感器15，并且在功率转换设备11到13之间、以及在功率转换设备11和12与诸如温度传感器14和压力传感器15的传感器仪器之间实现信号的发送与接收。

即，仅通过第一通信线22连接至上层控制设备10的两个功率转换设备11和12可以成为主站。此外，构成从站1和2的功率转换设备12和13通过第二通信线23连接彼此且连接至温度传感器14和压力传感器15，第二通信线23与第一通信线22分离且第二通信线并不通过上层控制设备10，且其中的相互链接被维持。因此，对于向多个交流旋转机M1到M3的分布的控制是可能的，且在不通过上层控制设备10的情况下，信息向/从附属信息仪器（即，温度传感器14和压力传感器15）的有效发送是可能的。进一步地，关于来自具有不同功能（速度检测功能、时钟功能等）的功率转换设备12和13的所检测到的速度值、时钟等的信息也可能被所有功率转换设备11到13共享。

在实施例1中，功率转换系统还可以是不包括诸如温度传感器14和压力传感器15之类的信息仪器的一个系统。例如，配置可以是：具有不同功能的功率转换设备11到13通过第二通信线23连接，且关于由每一个功率转换设备11到13分别保持的所检测到的速度值、时钟等的各项信息由所有功率转换设备11到13共享。

此处，功率转换设备11和12包括分别与第一和第二通信线23和23连接所必需的通信模块。此外，功率转换设备12和13包括与第二通信线23连接所必需的通信模块。第一和第二通信线22和23两者由光缆等构成，且发送与接收包括控制信号以及故障信号的其他信号。

图6中所示的已知功率转换系统的配置与实施例1中所述的不同之处在于，功率转换设备11到13和上层控制设备10仅通过具有单一通信功能的一条线21连接，且多个功率转换设备11到13全部具有相同的功能。

通过实施例1中所描述的系统配置，有可能实现驱动交流旋转机M1到M3的功率转换设备11到13对数字接口（DI/DO）或者模拟接口（AI/AO）、以及控制状态信息的共享，数字接口（DI/DO）用于从外界输入数字信号或将数字信号输出至外界，模拟接口（AI/AO）用于从外界输入模拟信号或将模拟信号输出至外界，而控制状态信息包括时钟功能、速度、位置等等，因此可能将比已知设备具有更高功能性的高成本功率转换设备限制为最低必要。同样，通过将通信选项卡等限制到最低必要，可能优化整个系统，且诸如比率操作之类的链接操作（可被应用于通过上层控制设备10的分布）在功率转换设备11到13中变得更容易。

进一步地，在设置为主站的功率转换设备11由于诸如第一通信线22断开或通信模块故障之类的原因变得不能通信的情况下，可能将预先指定为下一主站候选的功率转换设备12变为新的主站。因此，在不削弱整个系统的链接操作的情况下，自动恢复是可能的。

图2是示出主站和从站之间的信息传送的时序的时序图。

图2（A）示出主站和从站之间的信息传送的时序（1）。在正常时间，控制信号CT1,CT2,和CT3作为从主站到从站的周期性命令来供应，且必要数据响应于信号CT1,CT2和CT3作为响应信号CR1,CR2和CR3从从站传送到主站。需要从主站不断检索的数据（诸如举例而言速度数据和功耗数据）被包括在响应信号CR1,CR2,和CR3中。此处，通信线24被假设为半双工通信系统，但主站和从站也可通过全双工通信线连接。

在作为主站的功率转换设备11、和作为从站的功率转换设备12和13以及附属信息仪器（温度传感器14和压力传感器15）中，除了预定的周期性命令外，响应于中断处理的诸如故障检测信号之类的命令从作为主站的功率转换设备11发送到作为从站的功率转换设备12和13、温度传感器14、以及压力传感器15作为单触发命令，且在那儿被处理为中断信号INT。此时，响应于每一个功能的操作命令、速度命令、和写入/读取命令，响应信号ICR从从站返回至主站。

图2（B）还示出主站和从站之间的信息传送的时序（2）。在正常时间，控制信号CT1到CT4作为从主站到从站的周期性命令供应，且必要数据响应于信号CT1到CT4从从站传送到主站作为响应信号CR1到CR4。需要从主站不断检索的数据（诸如举例而言速度数据和功耗数据）被包括在响应信号CR1到CR4中。此处，图1中所示的通信线23被假设为半双工通信系统，但主站和从站也可通过全双工通信线连接。

在功率转换设备11和功率转换设备12之间，除了预定周期性命令外，响应于故障检测信号等的异常命令等从作为主站的功率转换设备11作为单触发命令发送，且异常命令在作为从站的功率转换设备12中处理作为中断信号INT。

在作为主站的功率转换设备11、和作为从站的功率转换设备12和13以及附属信息仪器（温度传感器14和压力传感器15）中，除了预定的周期性命令外，响应于中断处理的诸如故障检测信号之类的命令等从作为主站的功率转换设备11同时发送到作为从站的功率转换设备12和13以及附属信息仪器（温度传感器14和压力传感器15）作为广播命令，且在那处处理为中断信号INT，且来自主站的操作命令、速度命令等的相同数据被写入从站。

在图2（B）中，中断信号INT的相同数据通过使用广播方法同时从主站发送，并被写入所有从站，而在图2（A）中，基于中断信号INT单独地从主站实现针对每一个从站的数据写入/读取。

（实施例2）

图3是示出根据本发明的实施例2的功率转换系统的框图。

功率转换系统包括分别控制交流旋转机M1到M3的速度的多个功率转换设备11到13、附属信息仪器等。功率转换设备11到13各自具有不同功能，例如，功率转换设备12配备有检测速度或位置的功能等，而功率转换设备13配备有时钟功能等。此处，附属信息仪器被假设为是设置在由交流旋转机M1到M3等驱动的诸如泵浦之类的负载中的各种传感器仪器，诸如温度传感器14和压力传感器15。此外，通信线24将三个功率转换设备11到13彼此连接，并将功率转换设备11到13和附属于交流旋转机M1到M3的温度传感器14和压力传感器15彼此连接，且其中的相互链接被维持。

功率转换设备11到13、温度传感器14、和压力传感器15包括连接通信线24所必需的通信模块。此处，在功率转换设备11到13中，例如，功率转换设备11被指定为主站，而其余功率转换设备12和13、温度传感器14、和压力传感器15被认为是从站。此外，从设置为从站的功率转换设备12和13中预先设置要成为下一主站候选的功率转换设备（例如，功率转换设备12）。因此，必要的操作控制信息可能由所有功率转换设备、温度传感器14、和压力传感器15共享。进一步地，关于来自具有不同功能（速度检测功能、时钟功能等）的功率转换设备12和13的所检测到的速度值、时钟等的信息也可能被所有功率转换设备11到13共享。

在实施例2中，由于系统也可以是不包括诸如温度传感器14和压力传感器15之类的信息仪器的一个系统，配置可以是：仅具有不同功能的功率转换设备11到13通过通信线24连接，且关于由每一个功率转换设备11到13分别保持的所检测到的速度值、时钟等的各项信息由所有功率转换设备11到13共享。此处，通信线24由光缆等构成，且发送与接收包括控制信号以及故障信号的其他信号。

通过此处描述的实施例2的配置，可能实现对驱动交流旋转机M1到M3的功率转换设备11到13的数字接口（DI/DO）和模拟接口（AI/AO）、控制状态信息等的共享，该控制状态信息包括时钟功能、速度、位置等，且因此可能将比已知设备具有更高功能性的高成本功率转换设备限制到最低必要。此外，通过将通信选项卡等限制到最低必要，可能优化整个系统，且可应用于分布的诸如比率操作之类的链接操作在功率转换设备11到13中变得更容易。

此外，在设置为主站的功率转换设备11由于诸如通信线24断开或通信模块故障之类的原因变得不能与从站通信的情况下，可能将预先指派为下一主站候选的功率转换设备12变为新的主站。因此，在不削弱整个系统的链接操作的情况下，自动恢复是可能的。

进一步地，在用于驱动主交流旋转机的功率转换设备由于通信线断开或故障之类的原因变得不能通信的情况下，自动恢复也是可能的。

由于主站和从站之间的信息发送的时序与上述图2（A）和（B）中所述的一样，此处省略描述。

图4是示出主站和从站之间的信息传送的通信协议的示图。

图4（A）是从主站到从站的信息传送的通信协议，而图4（B）是从从站到主站的信息传送的通信协议。

此处，存储在地址00h（和00H）中的站号是用于从多个从站（即，功率转换设备11到13、温度传感器14、和压力传感器15）中标识出一个从站的号码。

存储在地址01h（和01H）中的FC表示一功能码，用于标识通信线22到24中的同一条通信线上的每一类功能。因此，即使当不具有相同功能的从站连接至通信线22到24中的同一条通信线时，可能仅在具有相同功能的设备中标识功能的应用。

地址02h和03h的操作命令以及地址04h和05h的频率设置将操作命令和频率命令从主站发送到从站。

存储查询（polling）功能数据的地址（即，查询功能地址）被设置在地址06h中。此处，查询功能是主站可从从站读取的任一类型功能。

存储选择功能数据的地址，即，选择功能地址（08h,09h）被设置在地址07h中。此处，选择功能是主站可写入从站的任一类型的功能。因此，选择功能数据被存储在地址08h和09h中的每一个。

在图4（B）的协议中，交流旋转机M2的操作状态监测器被存储在地址02H和03H中。此外，交流旋转机M3的操作状态监测器被存储在地址04H和05H中。进一步地，输出频率监测器被存储在地址06H和07H中。这些操作状态监测器、输出频率监测器等将监测器数据从从站发送到主站。

变化（Chg）信号和错误代码被存储在地址08H中。这些信号是用作从从属站到主站的变化命令的信号。

存储查询功能数据的地址（即，查询功能地址(0AH,0BH)）被与地址06h相关地设置在地址09H中。因此，实际的查询功能数据被存储在地址0AH和0BH的每一个中。

图5是示出用于改变主站的判断过程的一个示例的流程图。

此处示出的是如在图1和图3中分别示出的实施例1和2中的在作为下一主站备用的从站（功率转换设备12）中执行的判断过程。

在步骤S1，确定与主站的通信状态是否正常。即，只要周期性命令从主站（功率转换设备11）到功率转换设备12，就确定与主站的通信状态是正常的，且该过程移至步骤S5。同时，在作为第一主站的功率转换设备11由于诸如通信线断开或通信模块故障之类的原因变得不能通信的情况下，周期性命令不再从主站（功率转换设备11）到功率转换设备12，且该过程移至下一个步骤S2。

在步骤S2，在从站的监测定时器中开始计数，且该过程移至下一个步骤S3。在步骤S3，确定在特定时间内是否有来自主站的命令信号。当在监测定时器测得的特定时间内没有来自作为主站的功率转换设备11的命令信号时，确定存在异常，且该过程移至步骤S4。然后，执行主站变化过程，且备用作为下一主站的从站（功率转换设备12）被设置为新的主站。

如果在步骤S 1确定与主站的通信状态是正常的，或者如果在步骤S4执行了主站变化过程，则该过程分别移至步骤S5和S6，从站的监测定时器被清零，且该过程返回至步骤S1。

当在步骤S3中在由监测定时器测得的特定时间内命令信号从主站发送，该过程直接从新判断过程的处理（步骤S1）开始。

因此，通过本发明的交流旋转机控制设备，可能自动地将备用的从站（功率转换设备12）变为主站。作为控制，在下一个主站（功率转换设备12）中不断地监测第一主站（功率转换设备11）的状态，且在其中没有来自主站（功率转换设备11）的命令信号达特定时间的情况下，使得下一个主站（功率转换设备12）用作主站。因此，在实现了从其中第一主站（功率转换设备11）不能通信的状况的解除，功率转换设备11变成从站，主站（功率转换设备12）的通信状态被监测达特定时间的情况下，确定在没有通信时新主站（功率转换设备12）不存在，且第一主站（功率转换设备11）再次成为主站。

上文的描述简单地示出了本发明的原理。进一步地，对于本领域技术人员而言可有大量修改和改变，且本发明并不限于以上示出和描述出的准确的配置和应用，且根据所附权利要求及其等效物，所有的相应修改示例和等效物被视为落在本发明范围内。

附图标记的说明

10 上层控制设备

11 到13功率转换设备

14 温度传感器（附属仪器）

15 压力传感器（附属仪器）

22 第一通信线

23 第二通信线

24 通信线

Claims

1.一种交流旋转机控制设备，设置有在以预定速度驱动交流旋转机的多个功率转换设备和附属信息仪器之间通信的功能，所述交流旋转机控制设备的特征在于，包括：

位于所述功率转换设备之上的层级处的上层控制设备，所述上层控制设备向所述功率转换设备或所述信息仪器发出各种命令、或执行对所述功率转换设备或所述信息仪器的监测；

第一通信装置，所述第一通信装置连接所述上层控制设备和所述功率转换设备中可成为主站候选的特定的第一功率转换设备，并在所述上层控制设备和所述第一功率转换设备之间收发信号；以及

第二通信装置，所述第二通信装置将所述功率转换设备中所述第一功率转换设备和其余的第二功率转换设备彼此连接，并将所述多个功率转换设备和所述信息仪器彼此连接，从而维持它们之间的相互链接，其中

连接至所述上层控制设备的所述第一功率转换设备中的一个被用作为主站，并且可共享所有所述功率转换设备和信息仪器中所持有的控制状态信息。

2.如权利要求1所述的交流旋转机控制设备，其特征在于，所述上层控制设备将多个功率转换设备预先指定为所述主站的候选，且在经由所述第一通信装置在被设定为主站的所述第一功率转换设备中的一个与所述上层控制设备之间进行的通信变得不可能的情况下，未被设定为主站的所述第一功率转换设备中的另一个变成主站。

3.如权利要求1所述的交流旋转机控制设备，其特征在于，

所述多个功率转换设备具有不同功能。

4.一种交流旋转机控制设备，设置有在以预定速度驱动交流旋转机的多个功率转换设备之间通信的功能，所述多个功率转换设备的每一个具有不同功能，所述交流旋转机控制设备的特征在于，包括：

位于所述功率转换设备上的层级处的上层控制设备，其向所述功率转换设备发出各种命令或执行对所述功率转换设备的监测；

第二通信装置，所述第二通信装置将所述功率转换设备中所述第一功率转换设备和其余的第二功率转换设备彼此连接，从而维持它们之间的相互链接，其中

连接至所述上层控制设备的所述第一功率转换设备中的一个被用作为主站，并且可共享所有所述功率转换设备中所持有的控制状态信息。

5.如权利要求4所述的交流旋转机控制设备，其特征在于，所述上层控制设备将多个功率转换设备预先指定为所述主站的候选，且在经由所述第一通信装置在被设定为主站的所述第一功率转换设备中的一个与所述上层控制设备之间进行的通信变得不可能的情况下，未被设定为主站的所述第一功率转换设备中的另一个变成主站。