CN112865667A - 用于驱动器安全系统的电机速度估计 - Google Patents

用于驱动器安全系统的电机速度估计 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于驱动器安全系统的电机速度估计。根据一方面，提供了用于评估由变频器控制的电机速度的安全性的方法。该方法包括，首先，测量从变频器馈送至电机的三相电源的第一相电流、第二相电流以及第三相电流，并且基于其形成第一电流测量对、第二电流测量对以及第三电流测量对。然后，基于每个测量对分别估计电机的速度，以产生针对电机速度的相应的第一估计、第二估计以及第三估计。表决逻辑被应用于第一估计、第二估计以及第三估计。表决逻辑的输出被馈送至控制变频器的至少一个安全功能的安全逻辑。表决逻辑的输出包括针对电机速度的估计以及根据表决逻辑所述最终估计是否有效的指示。

Description

用于驱动器安全系统的电机速度估计
技术领域
各种示例实施方式涉及工业过程的控制。
背景技术
使用驱动器(或等同的变频器)来控制机器的运动通常以实现从给定的机器或多个机器中获得最佳性能和效率。驱动器应用在需要精确运动控制的许多应用例如采用升降机、起重机以及/或者传送带的生产线自动化应用中。在许多应用中，电机的速度不超过安全操作所允许的特定预定义限值通常是至关重要的。因此，已经实施了用于估计安全电机速度的各种方案，以确保这种情况不会发生。许多这样的方案都是基于监测与电机相关联的电压或者两相或三相电流。然而，当将已建立的方案应用到通常难以获得有用的电压/电流测量结果的低速应用中时，所述已建立的方案通常会冲突甚至完全失败。
因此，需要用于对电机速度进行安全监测的更好的方法，以克服或减轻至少一些以上提到的问题。
发明内容
根据一方面，提供了用于评估由变频器控制的电机的速度或频率的方法。实施方式在本发明的替选实现方式中定义。
在附图和以下描述中更详细地阐述了一个或更多个实现方式的示例。其他特征将根据说明书和附图以及根据权利要求书而变得明显。
一些实施方式提供了用于评估由变频器控制的电机的速度或频率的方法、装置、系统以及计算机可读介质。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施方式，在附图中，
图1示出了根据实施方式的示例性工业系统；
图2A和图2B示出了根据实施方式的示例性表决架构；
图3示出了由根据实施方式的安全逻辑执行的处理；以及
图4和图5示出了根据实施方式的装置。
具体实施方式
以下实施方式仅作为示例给出。尽管说明书可能在文本的若干位置提到“一”、“一个”或“一些”实施方式和/或示例，但这并不一定意指每个参照都是针对相同的实施方式和/或示例做出的，或者特定特征仅应用于单个实施方式和/或示例。不同实施方式和/或示例的单个特征也可以被组合以提供其他实施方式和/或示例。
图1示出了可以应用本发明的实施方式的系统的总体架构。图1示出了仅示出一些元件和功能实体(即，仅示出一些功能安全相关的元件和功能实体)的简化的系统架构，所有这些元件和功能实体都是逻辑单元，其实现方式可以与所示的不同。图1所示的连接是逻辑连接；实际的物理连接可以不同。对于本领域技术人员而言明显的是，该系统还可以包括其他功能和结构。
图1示出了包括控制电机111的驱动器100的系统。驱动器100(同样称为电机驱动器)至少包括基于表决的速度分析单元108、安全逻辑109以及STO安全功能110。电机111还可以连接至机械系统，使得驱动器100、电机111以及机械系统一起形成工业系统(例如，生产或组装线系统或其一部分)。
驱动器100是用于控制电机111的运动的设备。所述控制可以通过改变驱动器100的一个或更多个驱动参数来实现，所述一个或更多个驱动参数可以包括诸如扭矩、速度、功率、电压、频率、电机控制模式(例如，标量、矢量或直接扭矩控制)、比例-积分-微分(PID)控制器设置、加速斜坡设置、减速斜坡设置的参数以及/或者影响驱动器的操作的其他参数。具体地，驱动器100可以是电驱动器(支持低到高电压和/或低到高电机速度的AC驱动器)。驱动器100同样可以被称为变频器。驱动器100可以是可编程逻辑控制器(PLC)或(电机)软启动器。在实施方式中，驱动器100可以是变速驱动器(VSD)或变频驱动器(VFD)。与术语“驱动”的一些定义相反，在本申请的上下文中，被驱动的电机111不形成驱动器100自身的一部分。
驱动器100可以包括用于向电机111供电的至少一个高电压功率单元(图1中未示出)和用于向功率单元提供控制信号以控制驱动器100的驱动参数和安全功能的低电压控制单元(至少包括元件108、109、110)。在一些实施方式中，控制单元和功率单元可以集成到单个单元中。
驱动器100可以使用(有线)连接来连接至驱动工业或非工业过程(即，驱动用于执行工业或非工业过程的机器、设备、部件、装置或系统)的电机111。具体地，驱动器100(或具体地，其至少一个功率单元)通过三相电源向电机111供电。电机111可以是例如异步电机(例如感应电机)、同步电机(例如永磁电机)或磁阻电机(例如同步磁阻电机)。电机可以用于运行例如用于运输材料的系统例如泵、风扇、压缩机、鼓风机、传送带、起重机以及/或者升降机，和/或用于处理材料的系统例如造纸机、研磨机、搅拌器以及/或者离心机。虽然图1示出了单个电机111，但是在其他实施方式中，驱动器100可以用于控制包括多个电机的电子机器。
基于表决的速度分析单元108用于基于馈送至电机111的三相功率来评估电机111的速度，并且用于向安全逻辑109指示电机速度的估计值是否可靠(即，其是否可信)。除了电机111的速度之外或作为电机111速度的替代，基于表决的速度分析单元108可以基于电机的频率进行其分析，所述电机的频率是与电机111的速度密切相关的量(如将在下面更详细讨论的)。将在对所示系统的其他元件的讨论之后进一步详细地讨论根据实施方式的基于表决的速度分析单元108。
安全逻辑109是用于基于电机111和/或驱动器100的状态来管理驱动器100的一个或更多个安全功能的单元。换句话说，安全逻辑109用于连续地确定特定安全功能是否将在给定时间处被触发。一个或更多个安全功能可以至少包括STO安全功能110。除了从基于表决的速度分析单元108接收的信息之外，安全逻辑109可以被配置成从驱动器100的一个或更多个其他元件和/或从驱动器100外部的一个或更多个元件接收关于电机状态的另外的信息。例如，安全逻辑可以从转速表接收关于电机111的转速的信息。此外，安全逻辑可以在其分析中使用关于(当前)驱动参数(如上所列)的信息。安全逻辑还可以接收来自一个或更多个传感器(例如，指示人当前处于危险区域的存在传感器和/或指示与安全相关的机械门或舱口当前打开的传感器)和/或驱动器100的紧急停止按钮的信号。
STO安全功能110是用于使驱动器安全地转至无扭矩状态的基于驱动的功能安全的基本基础。STO安全功能110可以用于防止电机111的意外启动和/或用于使电机111停止(例如，由于过热或超速保护目的或作为电机111的紧急停止)。具体地，所述紧急停止满足停止类别0。停止类别0意指通过立即切断机器致动器的电源来停止(即，不受控制的停止——通过切断机器致动器的电源来停止机器运动)。电机111的停止可以通过以(预定义的)受控方式关闭驱动器100的功率单元来实现。
在一些实施方式中，除了STO安全功能110之外，驱动器可以包括(或连接至)一个或更多个其他安全功能(图1中未示出)。例如，所述一个或更多个其他安全功能可以包括以下中的一个或更多个：安全停止1(SS1)、安全停止紧急情况(SSE)110、安全限制速度(SLS)、安全最大速度(SMS)以及安全制动控制(SBC)。所述一个或更多个其他安全功能也可以由安全逻辑109(和/或一个或更多个另外的安全逻辑)控制。
虽然安全逻辑109和STO安全功能110(以及一个或更多个其他安全功能)可以是驱动器100的组成部分(如图1所示)，但是在其他实施方式中，一个或更多个元件可以形成单独的系统(在驱动器100外部)。
如以上所提到的，驱动器100(或变频器)使用三相电源向电机111供电。下面按照共同的惯例用字母U、V以及W表示这三个相。基于表决的速度分析单元108测量从驱动器100馈送至电机111的三相电源的第一相电流IU 101、所述三相电源的第二相电流IV 102以及所述三相电源的第三相电流IW 103。假设在理想操作下，第一相电流IU 101、第二相电流IV102以及第三相电流IW 103可以分别具有相位φU、φV＝φU+120°以及φW＝φU+240°。然后，基于表决的速度分析单元108形成第一电流测量对、第二电流测量对以及第三电流测量对，其中，第一电流测量对包括第一相电流和第二相电流(IU，IV)，第二电流测量对包括第二相电流和第三相电流(IV，IW)，以及第三电流测量对包括第一相电流和第三相电流(IU，IW)。
在元件104、105、106中，基于表决的速度分析单元108分别基于第一电流测量对(IU，IV)、第二电流测量对(IV，IW)以及第三电流测量对(IU，IW)中的每一对估计电机111的速度，以产生相应的针对电机速度(即，电机的转速)的第一估计n1、第二估计n2以及第三估计n3。例如，可以执行元件104、105、106中的估计，使得首先计算基于每个电流测量对中的每个电流的针对电机速度的单独的初步估计，并且然后，基于与对应的电流测量对相关联的两个初步估计(例如作为平均值)来计算所述第一估计n1、第二估计n2和第三估计n3中的每一个。
根据电机类型，电机111的速度可以以任何常规的方式例如基于馈送电机111的电流的频率(即，电机111的频率)来估计。例如，同步电机的转速(同步速度)n(以每分钟转数RPM给出)可以使用以下等式计算：
Figure BDA0002798125130000051
其中，f是以赫兹为单位的馈送电流的频率，以及p是电机的极对数。例如，感应电机的转速也可以用这个等式来估计，尽管感应电机的转速还受滑差Δn的影响。然而，在若干应用中，可以忽略滑差的影响，并且仍然可以获得足够精确的速度估计。
馈送电流的频率(即，电机的频率)可以例如通过使用锁相环基于电流来确定。可替选地，馈送电流的频率可以基于过零方法来确定，即，通过监测当馈送电流为零时(或可替选地，当馈送电流函数的符号从正变为负或者从负变为正时)的连续时间实例之间的间隔(或时间段)来确定。
在一些实施方式中，基于表决的速度分析单元108可以在元件104、105、106中估计电机的频率代替电机的速度，如以上所讨论的，电机的频率指示电机的速度(在大多数应用中与电机的速度成正比)。换句话说，基于表决的速度分析单元108可以在元件104、105、106中基于第一电流测量对(IU，IV)、第二电流测量对(IV，IW)以及第三电流测量对(IU，IW)中的每一对分别估计电机111的频率，以产生相应的针对电机频率的第一估计f1、第二估计f2以及第三估计f3。该估计可以分两部分进行(以与针对以上描述的速度估计类似的方式)，使得基于每个电流测量对中的每个电流来计算第一单独估计，并且然后基于与对应的电流测量对相关联的两个估计(例如，作为平均值)来计算针对电机频率的所述第一估计f1、第二估计f2以及第三估计f3中的每一个。频率可以简单地被认为是用于量化电机速度的另一种度量。在这样的实施方式中，元件107和/或108中的进一步分析可以使用频率来执行，而不是使用以RPM为单位的电机速度。
基于表决的速度分析单元108在元件107中将表决逻辑应用于针对电机速度(或频率)的第一估计、第二估计以及第三估计，以生成组合的最终估计，并且确定最终估计是否有效(即，可信或可靠)。表决逻辑107可以具体地对应于实现安全仪表系统(SIS)表决架构的三通道表决系统。可以通过表决逻辑107将表决逻辑107的输入(对应于所述三个通道)与预定义的标准(例如，上限阈值，其定义了估计与另外两个估计中的一个或两个之间的相对差应当小于10％)进行比较，并且如果特定预定义数量的输入(和/或可选地一个或更多个诊断测试的结果)指示否定结果(例如，任何两个估计彼此相差都不在10％以内，或者所有三个估计彼此相差都不在10％以内)，则确定估计应当不可信，并且因此产生负输出。否则，可能产生正输出。
在一些实施方式中，表决逻辑可以在表决中采用一个或更多个预定义标准，所述一个或更多个预定义标准至少包括针对任何两个估计之间的绝对差或相对差的上限阈值和/或针对估计与第一估计、第二估计以及第三估计的平均值之间的绝对差或相对差的上限阈值。例如，使用所述上限阈值的表决逻辑可以要求每个可接受(或有效)估计应该与所有或一个或更多个其他(可接受)估计相差在10％以内。在其他实施方式中，替代地或另外地，可以定义针对任何两个或三个估计之间的绝对偏差或相对偏差的上限阈值和/或针对估计与第一估计、第二估计以及第三估计的平均值之间的绝对偏差或相对偏差的上限阈值。在其他实施方式中，预定义标准可以包括针对电机的速度或频率的预定义上限和/或针对电机的速度或频率的预定义下限。
表决逻辑107可以采用某种表决架构，同样称为安全仪表功能(SIF)或安全仪表系统(SIS)架构。具体地，表决逻辑107可以使用以下中的一种：三选一(one out of three)(1oo3)表决架构、三选二(two out of three)(2oo3)表决架构、三选三(three out ofthree)(3oo3)表决架构、三选一诊断(1oo3D)表决架构、三选二诊断(2oo3D)表决架构以及三选三诊断(3oo3D)表决架构。关于图2A和2B，详细讨论了两种示例性表决架构，即2oo3和1oo3D表决架构。
表决逻辑107可以生成至少关于速度或频率的估计值(即，基于第一估计、第二估计以及第三估计生成的最终估计)和指示给定的最终估计是否有效(即，其是否可信)的指示(例如，标记)的信息作为其输出。包括指示所提供的估计有效的指示和指示所提供的估计无效的指示的输出可以分别等同地称为正输出和负输出。根据指示的状态(即，有效/无效)，在由安全逻辑109执行的安全评估中，针对速度或频率的最终估计可以以不同的方式使用(或者甚至根本不使用)。
在一些实施方式中，表决逻辑的输出可以另外携带关于测量和/或估计值以及/或者它们是否满足一个或更多个预定义标准的另外的信息。具体地，表决逻辑的输出可以包括关于以下中的一个或更多个的信息：
第一电流测量对的测量值；
第二电流测量对的测量值；
第三电流测量对的测量值；
针对电机的速度或频率的第一估计；
针对电机的速度或频率的第二估计；
针对的电机速度或频率的第三估计；
关于第一估计是否满足一个或更多个预定义标准的信息；
关于第二估计是否满足一个或更多个预定义标准的信息；
关于第三估计是否满足一个或更多个预定义标准的信息；
第一估计的诊断状态；
第二估计的诊断状态；以及
第三估计的诊断状态。
以上提到的第一/第二/第三估计的诊断状态可以包括例如关于分别针对产生第一/第二/第三估计的表决逻辑的通道执行的任何诊断测试的结果的信息。
基于表决的速度分析单元108将表决逻辑的输出馈送至控制驱动器的至少一个安全功能的安全逻辑109。所述至少一个安全功能可以包括至少STO安全功能110。具体地，安全逻辑109可以被配置成接收表决逻辑的输出，至少基于表决逻辑的输出评估一个或更多个预定义安全标准，以及响应于未能满足的驱动器的一个或更多个预定义安全标准中的至少一个，触发至少包括STO安全功能110的一个或更多个安全功能。一个或更多个预定义安全标准可以包括用于电机的速度和/或频率的估计的至少一个安全标准(例如，阈值)。所述至少一个安全标准只有在表决逻辑的输出中指示其中提供的估计是有效的情况下才会被评估。
图2A和2B示出了根据实施方式的两个示例性替选表决架构，其可以应用于驱动器的基于表决的速度分析单元的表决逻辑中(即，在图1的元件107中)。即，图2A示出了2oo3表决架构，以及图2B示出了1oo3D表决架构。
在例如图2A所示的2oo3表决架构中，输入201、202、203中的至少两个必须失败(即，指示失败)，以使表决逻辑提供指示估计(非常)不可靠的负输出(并且因此可能不应当用于评估是否触发电机的停止)。因此，2oo3表决架构对应于多数表决场景。
将2oo3表决架构应用于输入201、202、203(例如，图1的元件107中)包括以下步骤。首先，表决逻辑在框204中对照针对电机允许的速度的一个或更多个预定义标准来评估针对电机速度的第一估计、第二估计以及第三估计。所述一个或更多个预定义标准可以具体地定义针对电机速度的任何两个估计之间或者任何估计与第一估计、第二估计以及第三估计的平均值之间的绝对差(例如，200RPM)或相对差(例如，10％)的上限阈值。换句话说，表决逻辑可以在框204中评估第一估计、第二估计以及第三估计中的每一个与其他两个估计的偏差是否超过所述阈值所允许的。具体地，可以定义，如果至少一个其他估计在预定义阈值内，则特定估计满足预定义阈值。在其他实施方式中，可以代替如关于图1所描述的绝对差或相对差而应用偏差或相对偏差。
响应于在框205中第一估计、第二估计以及第三估计中的两个或更多个满足一个或更多个预定义标准，表决逻辑在框206中生成正输出。具体地，所述正输出可以包括关于速度或频率的估计值(即，最终估计)和指示给定的速度或频率估计有效(即，其可以信任)的指示(例如，标记)的信息。可以通过表决逻辑基于第一估计、第二估计以及第三估计的全部或一些或者具体地基于满足一个或更多个预定义标准的第一估计、第二估计以及第三估计的一个或更多个(如果存在)来计算(或生成)速度或频率的最终估计值。该估计值可以被计算为例如一个或更多个估计的任何前述集合的平均值、中值、最小值或最大值。
相反地，响应于第一估计、第二估计以及第三估计中的两个或更多个未能满足一个或更多个预定义标准(或者等同响应于第一估计、第二估计以及第三估计中只有零个或一个满足一个或更多个预定义标准)，表决逻辑在框207中生成负输出。具体地，所述负输出可以包括关于速度或频率的估计值以及指示给定速度或频率估计无效(即，其不可信)的指示(例如，标记)的信息。在这种情况下，估计值可以是满足一个或更多个预定义标准的值，或者它可以被计算为例如所有估计的平均值、中值、最小值或最大值。
使用1oo3和3oo3表决架构的实施方式可以以与关于图2A讨论的2oo3表决架构相比完全类似的方式操作。显然，唯一的区别可能是需要满足一个或更多个预定义标准的用于生成正输出的估计的数量是一个或更多个(1oo3)或者三个(3oo3)。
在例如图2B所示的1oo3D表决架构中，所有三个输入211、212、213必须失败(或指示失败)，以使表决逻辑生成负输出。此外，1oo3D表决架构可以利用(外部)诊断覆盖(即，周期性地执行的一个或更多个诊断测试)来改进危险故障的检测(如在“1oo3D”中用于诊断的“D”所指示的)。
将1oo3D表决架构应用于输入211、212、213(例如，图1的元件107中)包括以下步骤。首先，表决逻辑在框214中对照一个或更多个预定义标准分别评估针对电机速度的第一估计、第二估计以及第三估计(如关于图1和/或图2A所描述的)。然后，表决逻辑在框215中执行一个或更多个诊断测试。具体地，表决逻辑可以针对对应于第一估计、第二估计以及第三估计的表决逻辑的三个通道中的每一个执行一个或更多个诊断测试。例如，一个或更多个诊断测试可以包括一个或更多个芯片输入电压测试以及/或者一个或更多个存储器测试。
响应于所有第一估计、第二估计以及第三估计都不满足一个或更多个预定义标准，表决逻辑在框219中生成负输出。响应于在框216中第一估计、第二估计以及第三估计中的一个或更多个满足一个或更多个预定义标准，在框217中，进一步确定一个或更多个诊断测试是否指示针对与第一估计、第二估计以及第三估计中的满足一个或更多个预定义标准的所述一个或更多个相对应的表决逻辑的一个或更多个通道的正确操作。表决逻辑可以基于框217中一个或更多个诊断测试的结果有效地禁用表决逻辑的一个或更多个通道。因此，响应于第一估计、第二估计以及第三估计中没有一个满足一个或更多个预定义标准同时还通过(或者准确地说，对应的通道通过)一个或更多个诊断测试，表决逻辑还在框219中生成负输出。在框218中只有响应于第一估计、第二估计以及第三估计中的一个或更多个满足一个或更多个预定义标准并且一个或更多个对应通道通过一个或更多个诊断测试，表决逻辑才在框218中生成正输出。负输出和正输出可以如关于图1和2A描述的那样定义，尽管在一些实施方式中，所述负输出和正输出也可以包括关于一个或更多个诊断测试的结果的信息。
在一些实施方式中，框216、217中的检查可以以不同的顺序执行。
应当注意，一个或更多个诊断测试可以以与测量三相电流的周期相比不同的周期周期性地进行。具体地，虽然三相电流的测量可以有效地是连续的过程(或与非常小的周期相关联的过程)，但是一个或更多个诊断测试可以不太频繁地执行。尽管如此，表决逻辑的操作也可以是连续的，使得在框215中执行一个或更多个诊断测试可以包括仅从存储器中检索一个或更多个诊断测试的最新值。
使用2oo3D和3oo3D表决架构的实施方式可以以与关于图2B讨论的1oo3D表决架构相比完全类似的方式操作。显然，唯一的区别可能是，需要满足一个或更多个预定义标准并且通过一个或更多个诊断测试的用于生成正输出的估计的数量是两个或更多个(2oo3D)或三个(3oo3D)。
虽然输入201、202、203(n1、n2以及n3)在图2A和图2B中对应于电机的估计速度，但是在其他实施方式中，可以在表决中代替地使用电机的估计频率(f1、f2以及f3)，类似于关于图1所描述的那样。对应地，在这样的实施方式中，可以针对电机所允许的频率定义一个或更多个预定义标准，并且表决逻辑的输出可以包括关于频率的估计值和指示给定频率估计无效(即，其不可信)的指示(例如，标记)的信息。在一些实施方式中，输出量(即，速度或频率)可以不同于表决中使用的量(即，分别为频率或速度)。
图3示出了根据实施方式的由安全逻辑执行的处理。具体地，响应于接收到表决逻辑的输出，安全逻辑可以执行所示出的处理。所讨论的安全逻辑可以是图1的安全逻辑109。
参照图3，安全逻辑在框301中接收基于表决的速度分析单元的表决逻辑的输出。在接收到时，安全逻辑在框302中至少基于表决逻辑的输出来评估一个或更多个预定义安全标准。响应于在框303中未能满足变频器的一个或更多个预定义安全标准中的至少一个，安全逻辑在框304中触发至少一个安全功能。所述至少一个安全功能可以包括至少安全扭矩关闭STO安全功能。
在一些实施方式中，一个或更多个预定义的安全标准可以包括针对由变频器控制的电机的速度或频率的预定义阈值(或上限和下限阈值)。这里，还假设在框301中接收的表决逻辑的输出包括针对所述电机的速度或频率的最终估计以及根据表决逻辑所述最终估计是否有效的指示。在这样的实施方式中，在框302中一个或更多个预定义安全标准的评估包括仅响应于指示最终估计有效的指示而对照预定义阈值评估最终估计。如果最终估计被指示是无效的，则其可以被忽略或用在其他(不太重要的)处理中。
以上通过图1、图2A、图2B以及图3描述的块、相关功能以及信息交换不是绝对的时间顺序，并且它们中的一些可以同时执行或者以不同于给定顺序的顺序执行。其他功能也可以在它们之间或它们内执行，并且可以发送其他信息以及/或者可以应用其他规则。一些块或块的部分或一条或更多条信息也可以被省略或被相应的块或块的部分或者一条或更多条信息代替。
图4提供了根据一些实施方式的基于表决的速度分析单元401。具体地，图4可以示出基于表决的速度分析单元，其被配置成至少执行以上描述的与估计电机的速度或频率以及确定估计的有效性相关的功能。基于表决的速度分析单元401可以是图1的基于表决的速度分析单元108。基于表决的速度分析单元401可以包括：一个或更多个控制电路420，例如至少一个处理器；以及至少一个存储器430，其包括一个或更多个算法431例如计算机程序代码(软件)，其中，至少一个存储器和计算机程序代码(软件)被配置成与至少一个处理器一起使得基于表决的速度分析单元执行以上描述的基于表决的速度分析单元的示例功能中的任何一个。该至少一个处理器可以是或者可以包括例如通用数字信号处理器(DSP)。所述至少一个存储器430还可以包括至少一个数据库432。
参照图4，基于表决的速度分析单元401的一个或更多个控制电路420至少包括测量电路421，测量电路421被配置成执行三相电流的测量并且确定相关联的电机的频率和速度。为此，测量电路421被配置成执行上面借助于使用一个或更多个单独的电路的图1中的元件101至106中的任何一个描述的功能。基于表决的速度分析单元401的一个或更多个控制电路420还包括用于实现表决架构的表决电路422。表决电路422被配置成执行上面借助于使用一个或更多个单独的电路的图1的块107、图2A以及/或者图2B中的任何一个描述的功能。根据不同的实施方式，使用特定的集成电路例如ASIC(专用集成电路)或其他部件和设备来实现上述功能也是可行的。
参照图4，基于表决的速度分析单元401还可以包括不同的接口410，例如包括用于根据一个或更多个通信协议来实现通信连接的硬件和/或软件的一个或更多个通信接口。具体地，一个或更多个通信接口410可以包括例如提供连接至安全逻辑的接口。一个或更多个通信接口410可以包括由对应的控制单元控制的标准公知部件例如放大器、滤波器、频率转换器、(去)调制器以及编码器/解码器电路，以及一个或更多个天线。
图5提供了根据一些实施方式的安全逻辑501。具体地，图5可以示出安全逻辑，该安全逻辑被配置成至少执行以上描述的与以下相关的功能：接收表决逻辑的输出、至少基于所述输出评估一个或更多个安全标准以及在检测到安全性受到损害的情况下触发STO和/或其他安全功能。安全逻辑501可以是图1的安全逻辑109。安全逻辑501可以包括：一个或更多个控制电路520，例如至少一个处理器；以及至少一个存储器530，其包括一个或更多个算法531例如计算机程序代码(软件)，其中，至少一个存储器和计算机程序代码(软件)被配置成与至少一个处理器一起使得安全逻辑执行以上描述的安全逻辑的示例功能中的任何一个。至少一个处理器可以是或者可以包括例如通用数字信号处理器(DSP)。所述至少一个存储器530还可以包括至少一个数据库532。
参照图5，安全逻辑501的一个或更多个控制电路520至少包括安全分析电路521，所述安全分析电路521被配置成执行关于电机的安全分析并且相应地控制一个或更多个安全功能。为此，安全逻辑521被配置成执行上面借助于使用一个或更多个单独的电路的图1的元件109和图3描述的功能。根据不同的实施方式，使用特定的集成电路例如ASIC(专用集成电路)或其他部件和设备来实现上述功能也是可行的。
参照图5，安全逻辑501还可以包括不同的接口510，例如包括用于根据一个或更多个通信协议来实现通信连接的硬件和/或软件的一个或更多个通信接口。具体地，一个或更多个通信接口510可以包括例如提供到至少包括STO的一个或更多个安全功能的连接的接口。一个或更多个通信接口510可以包括由对应的控制单元控制的标准公知部件例如放大器、滤波器、频率转换器、(去)调制器和编码器/解码器电路，以及一个或更多个天线。
参照图4和图5，存储器430、530可以使用任何合适的数据存储技术来实现，例如使用基于半导体的存储设备、闪存、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器以及可移动存储器来实现。
如在本申请中所使用的，术语“电路”可以指以下的一个或更多个或者全部：(a)纯硬件电路实现方式，例如仅在模拟和/或数字电路中的实现方式，以及(b)硬件电路和软件(和/或固件)的组合，例如(如适用)：(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及(ii)具有软件的硬件处理器的任何部分，其包括一起工作以使得装置例如终端设备或接入节点执行各种功能的数字信号处理器、软件以及存储器；以及(c)需要用于操作的软件(例如固件)的硬件电路和处理器例如微处理器或微处理器的部分，但是当操作不需要软件时，软件可以不存在。在本申请中，包括在任何权利要求中，“电路”的这种定义适用于该术语的所有使用。作为另一示例，如在本申请中所使用的，术语“电路”还涵盖了仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或硬件电路或处理器的部分及其(或它们的)伴随软件和/或固件的实现方式。术语“电路”也可以涵盖术语“逻辑”(如在例如“表决逻辑”中使用的)。
在实施方式中，描述的与图1、图2A、图2B以及图3相关的至少一些处理可以由包括用于执行至少一些所描述的处理的相应装置的设备来执行。用于执行这些处理的一些示例装置可以包括以下的至少一个：检测器、处理器(包括双核和多核处理器)、数字信号处理器、控制器、接收器、发送器、编码器、解码器、存储器、RAM、ROM、软件、固件、显示器、用户接口、显示电路、用户接口电路、用户接口软件、显示软件、电路、滤波器(低通、高通、带通以及/或者带阻)、传感器、电路系统、反相器、电容器、电感器、电阻器、运算放大器、二极管以及晶体管。在实施方式中，至少一个处理器、存储器以及计算机程序代码形成处理装置或包括用于执行根据图1、图2A、图2B以及图3的实施方式中的任一个的一个或更多个操作或其操作的一个或更多个计算机程序代码部分。在一些实施方式中，至少一些处理可以使用分立部件来实现。
所描述的实施方式也可以全部或至少部分地以由计算机程序或其部分定义的计算机处理的形式来实现。描述的与图1、图2A、图2B以及图3相关的方法的实施方式可以通过执行包括相应指令的计算机程序的至少一部分来实现。计算机程序可以作为包括存储在其上的程序指令的计算机可读介质来提供，或者作为包括存储在其上的程序指令的非暂态计算机可读介质来提供。计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式或某种中间形式，并且其可以存储在可以是能够承载程序的任何实体或设备的某种载体中。例如，计算机程序可以存储在计算机或处理器可读的计算机程序分发介质上。例如，计算机程序介质可以是例如但不限于记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发包。计算机程序介质可以是非暂态介质。用于执行所示出和所描述的实施方式的软件的编码完全在本领域普通技术人员的范围内。
这些实施方式可以在现有系统例如在逆变器和/或驱动器的监视系统中实现，或者可以以集中或分散的方式使用分立元件和设备。现有设备例如逆变器通常包括可以用于实现实施方式的功能的处理器和存储器。因此，实施方式的实现所需要的改变和组装可以至少部分地由软件例程来处理，而软件例程又可以被实现为添加或更新的软件例程(如前一段所描述的那样来定义)。
尽管上面已经参照根据附图的示例描述了实施方式，但是显然，实施方式不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以若干方式进行修改。因此，所有的词语和表达应当被广义地解释，并且它们旨在说明而非限制实施方式。对于本领域技术人员来说明显的是，随着技术的进步，本发明的构思可以以各种方式实现。此外，对于本领域技术人员来说明显的是，所描述的实施方式可以但不要求以各种方式与其他实施方式相结合。

Claims (15)

1.一种用于评估由变频器(100)控制的电机(111)的速度或频率的方法，所述方法包括：
测量(101，102，103)从所述变频器(100)馈送至所述电机(111)的三相电源的第一相电流、第二相电流以及第三相电流；
形成第一电流测量对、第二电流测量对以及第三电流测量对，其中，所述第一电流测量对包括所述第一相电流和所述第二相电流，所述第二电流测量对包括所述第二相电流和所述第三相电流，以及所述第三电流测量对包括所述第三相电流和所述第一相电流；
基于所述第一电流测量对、所述第二电流测量对以及所述第三电流测量对中的每一对分别估计(104，105，106)所述电机(111)的速度或频率，以产生针对所述电机(111)的速度或频率的相应的第一估计、第二估计以及第三估计；
将表决逻辑(107)应用于针对所述电机(111)的速度或频率的所述第一估计、所述第二估计以及所述第三估计，其中，所述表决逻辑(107)在表决中采用一个或更多个预定义标准，并且基于以下之一：
三选一1oo3表决架构，
三选二2oo3表决架构，
三选三3oo3表决架构，
三选一诊断1oo3D表决架构，
三选二诊断2oo3D表决架构以及
三选三诊断3oo3D表决架构；以及
将所述表决逻辑(107)的输出馈送至安全逻辑(109)，所述安全逻辑(109)控制所述变频器的至少一个安全功能，其中，所述表决逻辑(107)的输出包括针对所述电机(111)的速度或频率的最终估计以及根据所述表决逻辑(107)所述最终估计是否有效的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个预定义标准至少包括针对任何两个估计之间或估计与所述第一估计、所述第二估计以及所述第三估计的平均值之间的绝对差或相对差的上限阈值，或者针对任何两个或三个估计之间或估计与所述第一估计、所述第二估计以及所述第三估计的平均值之间的绝对偏差或相对偏差的上限阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个安全功能至少包括安全扭矩关闭STO安全功能。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一电流测量对、所述第二电流测量对以及所述第三电流测量对中的每一个分别估计(104，105，106)所述电机的速度包括针对每个电流测量对执行以下处理：
基于所述电流测量对中的两个相电流中的每一个分别估计馈送至所述电机(111)的所述三相电源的频率；
基于所估计的频率分别计算针对所述电机(111)的速度的两个初步估计；以及
将针对所述电机(111)的速度的估计计算为针对所述电机(111)的速度的所述两个初步估计的平均值，
其中，基于所述第一电流测量对、所述第二电流测量对以及所述第三电流测量对中的每一个分别估计所述电机的频率包括针对每个电流测量对执行以下处理：
通过对基于所述电流测量对中的两个相电流计算的频率进行平均来估计馈送至所述电机(111)的所述三相电源的频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表决逻辑使用所述2oo3表决架构，应用所述表决逻辑(107)包括：
对照所述一个或更多个预定义标准分别评估(204)针对所述电机(111)的速度或频率的所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)；
响应于所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)中的两个或更多个未能满足所述一个或更多个预定义标准(205)，生成(207)包括针对所述电机(111)的速度或频率的所述最终估计和指示所述最终估计无效的指示的负输出；以及
响应于所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)中的两个或更多个满足所述一个或更多个预定义标准(205)，生成(206)包括针对所述电机(111)的速度或频率的所述最终估计和指示所述最终估计有效的指示的正输出。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表决逻辑(107)使用所述1oo3D表决架构，应用所述表决逻辑(107)包括：
对照所述一个或更多个预定义标准分别评估(214)针对所述电机(111)的速度或频率的所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)；
针对对应于所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)的所述表决逻辑(107)的三个通道中的每一个执行(215)一个或更多个诊断测试；
响应于所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)中没有一个满足所述一个或更多个预定义标准同时还通过所述一个或更多个诊断测试(216，217)，生成(219)包括针对所述电机(111)的速度或频率的所述最终估计和指示所述估计无效的指示的负输出；以及
响应于所述第一估计(201)、所述第二估计(202)以及所述第三估计(203)中的一个或更多个满足所述一个或更多个预定义标准同时还通过所述一个或更多个诊断测试(216，217)，生成(218)包括针对所述电机(111)的速度或频率的所述最终估计和指示所述估计有效的指示的正输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或更多个诊断测试包括一个或更多个芯片输入电压测试和/或一个或更多个存储器测试。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述表决逻辑(107)基于所有所述第一估计、所述第二估计以及所述第三估计或者基于所述第一估计、所述第二估计以及所述第三估计中的满足所述一个或更多个预定义标准的一个或更多个来生成针对所述电机的速度或频率的所述最终估计。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最终估计被计算为一个或更多个估计的集合的平均值、中值、最小值或最大值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表决逻辑(107)的每个输出包括关于以下中的一个或更多个的信息：
所述第一电流测量对的测量值；
所述第二电流测量对的测量值；
所述第三电流测量对的测量值；
针对所述电机(111)的速度或频率的所述第一估计；
针对所述电机(111)的速度或频率的所述第二估计；
针对所述电机(111)的速度或频率的所述第三估计；
关于所述第一估计是否满足所述一个或更多个预定义标准的信息；
关于所述第二估计是否满足所述一个或更多个预定义标准的信息；
关于所述第三估计是否满足所述一个或更多个预定义标准的信息；
所述第一估计的诊断状态；
所述第二估计的诊断状态；以及
所述第三估计的诊断状态。
11.一种装置(108)，其包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述至少一个处理器一起使得执行根据任一前述权利要求所述的方法。
12.一种其上存储有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算设备执行时使所述计算设备执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
13.一种变频器，包括：
基于表决的速度分析单元，其包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述至少一个处理器一起使得执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法；以及
安全逻辑(109)，其包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述至少一个处理器一起使得：
接收(301)所述基于表决的速度分析单元(108)的表决逻辑(107)的输出；
至少基于所述表决逻辑(107)的输出评估(302)一个或更多个预定义安全标准；以及
响应于未能满足(303)变频器(100)的所述一个或更多个预定义安全标准中的至少一个，至少触发(304)安全扭矩关闭STO安全功能(110)。
14.根据权利要求13所述的变频器(100)，还包括：
至少包括所述STO安全功能的一个或更多个安全功能。
15.根据权利要求13所述的变频器(100)，其中，所述一个或更多个预定义安全标准包括针对由所述变频器(100)控制的电机(111)的速度或频率的预定义阈值，并且所述表决逻辑(107)的输出包括针对所述电机(111)的速度或频率的最终估计和根据所述表决逻辑(107)所述最终估计是否有效的指示，评估(302)所述一个或更多个预定义安全标准包括：
响应于指示所述最终估计有效的指示，对照所述预定义阈值评估所述最终估计。
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