CN113054873B - 分布式变频箱及输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例中公开了一种分布式变频箱及输送系统。其中，变频箱包括：柜内安装式变频器，用于控制外部的变频电机；第一接口转换模块，用于在所述柜内安装式变频器与所述AS‑I总线之间进行接口转换；至少一个第二接口转换模块，每个第二接口转换模块用于在所述至少一个现场传感器与所述AS‑I总线之间进行接口转换；和一箱体，所述箱体满足防护等级IP65，且所述柜内安装式变频器与外部电源之间的接口、与所述变频电机之间的接口、所述AS‑I总线与外部AS‑I网络之间的接口、所述第二接口转换模块与所述至少一个现场传感器之间的接口均为插接式接口。本发明实施例中的技术方案能够以较低的成本实现具有较宽功率范围以及较小电网冲击启动的可调速的电机驱动器。

Description

分布式变频箱及输送系统
技术领域
本发明涉及物流输送设备领域，特别是一种分布式变频箱及输送系统。
背景技术
机场和物流中心的分拣系统输送线，由于设备比较分散，输送电机适合机旁控制，通常需要高防护等级驱动器，并进行AS-I通讯。目前实际使用的一种解决方案是：采用如下两种防护等级为IP65的控制输送电机的方式：一、采用分布式变频器G110D控制输送电机的变频启动，分布式变频器G110D集成AS-I通讯。二、采用电机启动器M200D控制输送电机的直接启动，电机启动器M200D集成AS-I通讯。
但上述两种方式中，G110D变频器成本较高，功率范围较小；而M200D属于直接启动，不能调速，启动时对电网有冲击。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例中一方面提出了一种分布式变频箱，另一方面提出了一种输送系统，用于以较低的成本实现具有较宽功率范围以及较小电网冲击启动的可调速的电机驱动器。
本发明实施例中提出的分布式变频箱，包括：柜内安装式变频器，所述柜内安装式变频器通过DI/DO端子控制外部的变频电机且该柜内安装式变频器的防护等级在IP65以下；第一接口转换模块，所述第一接口转换模块分别与所述柜内安装式变频器以及AS-I总线电连接，用于在所述柜内安装式变频器与所述AS-I总线之间进行接口转换；至少一个第二接口转换模块，每个第二接口转换模块分别与至少一个现场传感器以及所述AS-I总线电连接，用于在所述至少一个现场传感器与所述AS-I总线之间进行接口转换；和一箱体，所述箱体满足防护等级IP65，且所述柜内安装式变频器与外部电源之间的接口、与所述变频电机之间的接口、所述AS-I总线与外部AS-I网络之间的接口、所述第二接口转换模块与所述至少一个现场传感器之间的接口均为插接式接口；所述AS-I总线能够被一外部可编程逻辑控制器PLC通过AS-I网关访问。
在一个实施方式中，进一步包括：接触器，用于在所述柜内安装式变频器的控制下控制所述变频电机的抱闸回路。
在一个实施方式中，进一步包括：冷却风扇，用于对所述分布式变频箱内部进行冷却；单相开关，用于手动控制所述冷却风扇的启动和停止。
在一个实施方式中，进一步包括：检修开关，用于在检修时切断所述柜内安装式变频器的主回路电源。
在一个实施方式中，进一步包括：控制方式选择开关，用于在远程控制方式、本地控制方式和停机之间进行选择；其中，在远程控制方式下，所述柜内安装式变频器由所述PLC控制，此时，所述PLC通过AS-I网关访问所述AS-I总线，输出指示所述柜内安装式变频器对所述变频电机进行相应控制的控制命令，所述第一接口转换模块将来自所述PLC的所述控制命令提供给所述柜内安装式变频器；和本地转换开关，用于在所述控制方式选择开关选择本地控制方式时，向所述柜内安装式变频器输出对所述变频电机进行相应控制的控制指令。
在一个实施方式中，所述控制命令包括：控制所述变频电机正转或反转、高速旋转或低速旋转的控制命令。
在一个实施方式中，进一步包括：故障指示灯；所述状态反馈信号包括：所述柜内安装式变频器在自身出现故障时向所述第一接口转换模块输出指示存在故障的的故障反馈信号，并在接收到来自所述第一接口转换模块的故障复位控制命令时，向所述第一接口转换模块输出指示故障解除的故障反馈信号；所述第一接口转换模块将所述故障反馈信号集成到所述AS-I总线上以提供给所述PLC，并将所述PLC发送至所述AS-I总线上的故障复位控制命令提供给所述柜内安装式变频器；所述第二接口转换模块根据所述PLC发送至所述AS-I总线上的指示存在故障的信号点亮所述故障指示灯；根据所述PLC发送至所述AS-I总线上的指示故障解除的信号，熄灭所述故障指示灯。
在一个实施方式中，所述第一接口转换模块进一步用于将检修开关状态和自动模式选择状态集成到所述A-I总线上提供给所述PLC。
在一个实施方式中，所述第一接口转换模块和所述至少一个第二接口转换模块均为带有四个输入/输出接口的AS-I SlimLine模块。
本发明实施例中提出的一种输送系统，包括：可编程逻辑控制器PLC；AS-I网关；和如上任一实施方式中所述的分布式变频箱；所述PLC通过所AS-I网关访问所述分布式变频箱中的AS-I总线。
从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中的电机驱动器采用了柜内安装式变频器加在AS-I总线与柜内安装式变频器之间进行接口转换的分布式变频箱实现方式，而柜内安装式变频器可调速，且变频启动对电网冲击小。此外，柜内安装式变频器成本较低，但功率范围宽。因此，本发明实施例中的技术方案能够以较低的成本实现具有较宽功率范围以及较小电网冲击启动的可调速的电机驱动器。此外，由于分布式变频箱的箱体采用IP65设计，且所有接口采用兼容SINAMICS G110D的接插件，从而实现了较高的防护等级。
另外，箱体内的抱闸接触器控制由柜内安装式变频器控制，无需PLC或上位控制系统参与，简化了PLC控制程序。
此外，箱体内接口转换模块自带4个DI接口和4个DO接口，并且还可以继续扩展，因此可连接更多现场IO设备。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明实施例中一种分布式变频箱的内部结构示意图。
图2A和图2B为本发明实施例中所述分布式变频箱的箱体结构示意图。
图3A至图3E为本发明实施例中分布式变频箱的控制原理图。其中，图3A为柜内安装式变频器侧的电机控制电路示意图。图3B为第一接口转换模块侧的接口转换电路示意图。图3C为第二接口转换模块侧的接口转换电路示意图。图3D为远程控制模式下的电路示意图。图3E为本地控制模式下的电路示意图。
其中，附图标记如下：
Figure BDA0002972923010000031
Figure BDA0002972923010000041
具体实施方式
本发明实施例中，为了以较低的成本得到具有较宽功率范围以及较小电网冲击启动的可调速的电机驱动器，考虑采用成本较低的防护等级在IP65以下的柜内安装式变频器，如V20变频器来控制外部的变频电机，同时为了实现AS-I通信，考虑使用第一接口转换模块如AS-I SlimLine模块把柜内安装式变频器的DI/DO点集成到AS-I总线，最终发送给可编程逻辑控制器PLC做控制和反馈。同时，增加至少一个第二接口转换模块如AS-ISlimLine模块用于采集现场其他I/O信号。并且为了提高防护等级，考虑采用IP65防护等级标准设计容纳所述柜内安装式变频器和所述接口转换模块的箱体，并且在箱体上设计用于内部元器件和外部元器件进行连接的插接式接口。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例中分布式变频箱的内部结构示意图，图2A和图2B为本发明实施例中分布式变频箱的箱体结构示意图。如图1至图2B所示，该分布式变频箱可包括：防护等级在IP65以下的柜内安装式变频器1、第一接口转换模块2、至少一个第二接口转换模块3和箱体4。
其中，柜内安装式变频器1用于控制外部的变频电机10，所述柜内安装式变频器的防护等级在IP65以下。具体实现时，该柜内安装式变频器1可以采用SINAMICS V20变频器等实现。
第一接口转换模块2分别与柜内安装式变频器1以及AS-I总线5电连接，用于在柜内安装式变频器1与AS-I总线5之间进行接口转换，将柜内安装式变频器1的控制命令和状态反馈信号集成到AS-I总线5上。例如，在一个实施方式中，具体可用于：将通过AS-I总线5接收的来自PLC 6的控制命令提供给柜内安装式变频器1，将来自柜内安装式变频器1的状态反馈信号，如故障反馈信息、检修开关状态和控制模式选择状态等通过AS-I总线5反馈给PLC 6。其中，PLC 6可通过AS-I网关7访问所述AS-I总线。具体实现时，第一接口转换模块2可采用AS-I SlimLine模块实现。
每个第二接口转换模块3分别与至少一个现场传感器8以及AS-I总线5电连接，用于在至少一个现场传感器8与AS-I总线5之间进行接口转换，将采集的现场传感器信号集成到AS-I总线5上。具体实现时，第二接口转换模块3可采用带有四个输入/输出接口的AS-ISlimLine模块实现，并且第二接口转换模块3的数量可根据实际需要进行扩展，例如，若需要采集现场信号的现场传感器比较多，则可扩展第二接口转换模块3的数量。
箱体4满足防护等级IP65，且柜内安装式变频器1与外部电源9之间的电源接口X1、与变频电机10之间的电机接口X2、AS-I总线5与外部AS-I网络之间的总线接口X100、第二接口转换模块3与所述至少一个现场传感器8之间的传感器接口X201～X203均为插接式接口。
此外，本实施例中，进一步包括一控制方式选择开关S1、一本地转换开关S2和一故障指示灯H1。
其中，控制方式选择开关S1用于在远程控制方式、本地控制方式和停机之间进行选择。其中，当控制方式选择开关S1打到“自动(或远程)”档位时，柜内安装式变频器1处于远程控制方式下，此时，柜内安装式变频器1由外部PLC 6控制，此时，PLC 6通过AS-I网关7访问AS-I总线5，输出指示柜内安装式变频器1对变频电机10进行相应控制的控制命令，第一接口转换模块2将来自PLC 6的所述控制命令提供给柜内安装式变频器1。本实施例中，控制命令可包括：控制变频电机10正转或反转、高速旋转或低速旋转的控制命令，或控制柜内安装式变频器1故障复位的控制命令。当控制方式选择开关S1打到“停止”挡位时，柜内安装式变频器停机，本地远程均不能控制柜内安装式变频器。当控制方式选择开关S1打到“本地”挡位时，柜内安装式变频器处于本地控制方式下，此时，柜内安装式变频器由分布式变频箱的本地转换开关S2控制。具体实现时，为了避免误操作，控制方式选择开关S1可以为钥匙控制型开关。
本地转换开关S2用于在控制方式选择开关S1选择本地控制方式时，向柜内安装式变频器1输出对所述变频电机进行相应控制的控制指令。本实施例中，控制指令可包括控制变频电机10正转或反转的控制指令。例如，当本地转换开关S2打到“正转”挡位时，柜内安装式变频器1控制变频电机10正转；当本地转换开关S2打到“反转”挡位时，柜内安装式变频器1控制变频电机10反转。
故障指示灯H1用于在柜内安装式变频器1出现故障时点亮，并在故障复位时熄灭。具体控制过程可包括：柜内安装式变频器1在自身出现故障时向第一接口转换模块2输出指示存在故障的故障反馈信号，并在接收到来自所述第一接口转换模块的故障复位控制命令时，向所述第一接口转换模块输出指示故障解除的故障反馈信号。第一接口转换模块2将所述故障反馈信号集成到AS-I总线5上以提供给PLC，并将所述PLC发送至所述AS-I总线上的故障复位控制命令提供给所述柜内安装式变频器。同时，第二接口转换模块3根据PLC发送到AS-I总线5上的指示存在故障的信号点亮故障指示灯H1；根据所述PLC发送至所述AS-I总线上的指示故障解除的信号，熄灭所述故障指示灯。
图3A至图3E为本发明实施例中分布式变频箱的控制原理图。
图3A为柜内安装式变频器侧的电机控制电路示意图。如图3A所示，该电路中，三相五线电源(L1、L2、L3、N、PE)通过位于箱体4上的电源接口X1接入分布式变频箱，为分布式变频箱内的柜内安装式变频器1、和冷却风扇E1等相关元器件供电。
变频电机10通过位于箱体4上的电机接口X2接入分布式变频箱，与分布式变频箱内的柜内安装式变频器1的控制端电连接。
变频电机10的抱闸回路11通过位于箱体4上的电机接口X2接入分布式变频箱，与分布式变频箱内的接触器KM1电连接。
检修开关Q1连接在电源(L1、L2、L3、N、PE)与柜内安装式变频器1、接触器KM1的开关、冷却风扇E1之间，用于在检修时切断柜内安装式变频器1的电源(L1、L2、L3)和冷却风扇E1的电源(L2)。
接触器KM1的线圈由柜内安装式变频器1控制，当线圈动作时，接触器KM1的开关闭合，用于在柜内安装式变频器1的控制下控制变频电机10的抱闸回路11。
单相开关F2连接在检修开关Q1与冷却风扇E1之间，用于手动控制冷却风扇E1的启动和停止。
冷却风扇E1用于对分布式变频箱内的环境进行风冷。
图3B为第一接口转换模块侧的接口转换电路示意图。如图3B所示，该电路中，AS-I总线(AS+、AS-、24L+、24M)通过位于箱体4上的总线接口X100接入分布式变频箱，进而通过导线W100与第一接口转换模块2在箱体4内连接的接口X11对接，同时，接入接口X11的AS-I总线会引出一个分支连接图3C中的第二接口转换模块3。
PLC 6通过AS-I总线传输的控制数据通过第一接口转换模块2将总线数据转换为对应的数字量之后输出给柜内安装式变频器1。其中，柜内安装式变频器1的DI 1为正向启动输入，DI 2为反向启动输入，DI 3为高低速选择输入，DI 4为故障复位。可见，本实施例中，来自PLC 6的控制命令可包括：控制所述变频电机正转或反转、高速旋转或低速旋转的控制命令，或控制所述柜内安装式变频器故障复位的控制命令。
K2对应的位置为远程控制方式选择继电器K2的触点，用于在远程控制方式选择继电器K2的线圈动作时闭合，K3对应的位置为远程控制方式反馈继电器K3的触点，用于在远程控制方式反馈继电器K3的线圈动作时闭合。用于在控制方式选择开关S1打到“自动(或远程)”档位时闭合。
Q1对应的位置为检修开关Q1的辅助触点，用于在检修开关Q1动作时动作，例如在检修开关Q1闭合时，辅助触点Q1闭合，在检修开关Q1断开时，辅助触点Q1断开。
柜内安装式变频器1用于在自身存在故障时，通过DO1向第一接口转换模块2输出指示存在故障的故障反馈信号并在接收到来自所述第一接口转换模块的故障复位控制命令时，通过DO1向第一接口转换模块2输出指示故障解除的故障反馈信号。
第一接口转换模块2用于将这些DI/DO信号集成到AS-I总线5，进而提供给PLC。
图3C为第二接口转换模块侧的接口转换电路示意图。如图3C所示，该电路中，从图3B中接入接口X11的AS-I总线(AS+、AS-、24L+、24M)引出的AS-I总线分支连接图3C中的第二接口转换模块3的AS-I总线接口(AS+、AS-、L+、L-)连接。
外部的三个现场传感器81、82、83分别通过位于箱体4上的三个传感器接口X201、X202、X203接入分布式变频箱，进而分别通过导线W201、W202、W203与第二接口转换模块3的DI 0接口、DI 1接口、DI 2接口电连接。第二接口转换模块3用于将分别采集的现场传感器信号由数字量信号转换为AS-I总线信号后上传至AS-I总线，进而提供给PLC 6。
此外，第二接口转换模块3还根据所述PLC发送至AS-I总线上的指示存在故障的信号点亮故障指示灯H1，并根据所述PLC发送至AS-I总线上的指示故障解除的信号控制故障指示灯H1熄灭。
可见，本实施例中，第一接口转换模块2和至少一个第二接口转换模块3均为带有四个输入/输出(DI/DO)接口的AS-I SlimLine模块。
图3D为远程控制模式下的电路示意图。如图3D所示，该电路中，当控制方式选择开关S1打到“自动(或远程)”档位时，图3D中的开关触点S1闭合，远程控制继电器K2的线圈以及远程控制方式反馈继电器K3的线圈动作。第一接口转换模块2通过AS-I总线向PLC反馈当前控制模式为远程控制模块，并可接收PLC 6通过AS-I网关向AS-I总线输出的电机控制命令，如正向启动或反向启动控制命令、高速旋转或低速旋转的控制命令等。当柜内安装式变频器1启动时，控制抱闸控制点K1的线圈动作时，抱闸控制点K1的开关闭合，此时抱闸接触器KM1的线圈动作，同时图3A中的抱闸接触器KM1的开关闭合。
图3E为本地控制模式下的电路示意图。如图3E所示，该电路中，当控制方式选择开关S1打到“本地”档位时，图3E中的开关触点S1闭合，同时本地转换开关S2控制S2的闭合方向，图3E中开关S2的左侧对应正转，此时向柜内安装式变频器1输出用于指示控制变频电机10正转的控制指令，右侧对应反转，此时向柜内安装式变频器1输出用于指示控制变频电机10反转的控制指令。当柜内安装式变频器1控制抱闸控制点K1的线圈动作时，图3D中的抱闸控制点K1的开关闭合。
本发明实施例中的分布式变频箱相比于M200D电机启动器，使用柜内安装式变频器可调速，变频启动对电网冲击小。相比于G110D变频器，柜内安装式变频器成本较低，功率范围宽，驱动功能与G110D变频器相当，可以增加在机场和物流行业解决方案的竞争力。此外，由于分布式变频箱的箱体采用IP65设计，免控制柜安装，且所有接口采用兼容SINAMICSG110D的接插件，真正即插即用。此外，箱体内AS-I SlimLine模块自带4DI/4DO，还可以继续扩展，可连接更多现场IO设备。另外，箱体内的抱闸接触器控制由SINAMICS柜内安装式变频器控制，无需PLC或上位控制系统参与，简化了PLC控制程序。最后，当选用柜内安装式变频器的“智能连接模块”时，可以提供支持手机或电脑的WIFI调试方式，可以方便客户对柜内安装式变频器进行调试和诊断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.分布式变频箱，其特征在于，包括：
柜内安装式变频器(1)，所述柜内安装式变频器(1)用于控制外部的变频电机且所述柜内安装式变频器(1)的防护等级在IP65以下；
第一接口转换模块(2)，所述第一接口转换模块(2)分别与所述柜内安装式变频器(1)以及AS-I总线(5)电连接，用于在所述柜内安装式变频器(1)与所述AS-I总线(5)之间进行接口转换；
至少一个第二接口转换模块(3)，每个第二接口转换模块(3)分别与至少一个现场传感器(8)以及所述AS-I总线(5)电连接，用于在所述至少一个现场传感器(8)与所述AS-I总线(5)之间进行接口转换；
和一箱体(4)，所述箱体(4)满足防护等级IP65，且所述柜内安装式变频器(1)与外部电源(9)之间的接口(X1)、与所述变频电机(10)之间的接口(X2)、所述AS-I总线(5)与外部AS-I网络之间的接口(X100)、所述第二接口转换模块(3)与所述至少一个现场传感器(8)之间的接口均为插接式接口且分别一一对应地设置在所述箱体上；
所述柜内安装式变频器(1)、所述第一接口转换模块(2)、所述至少一个第二接口转换模块(3)和所述AS-I总线(5)均设置在所述箱体(4)的内部；
所述AS-I总线(5)能够被一外部可编程逻辑控制器PLC(6)通过AS-I网关(7)访问。
2.根据权利要求1所述的分布式变频箱，其特征在于，进一步包括：
接触器(KM1)，用于在所述柜内安装式变频器(1)的控制下控制所述变频电机(10)的抱闸回路(11)。
3.根据权利要求1所述的分布式变频箱，其特征在于，进一步包括：
冷却风扇(E1)，用于对所述分布式变频箱内部进行冷却；
单相开关(F2)，用于手动控制所述冷却风扇(E1)的启动和停止。
4.根据权利要求1所述的分布式变频箱，其特征在于，进一步包括：
检修开关(Q1)，用于在检修时切断所述柜内安装式变频器(1)的主回路电源。
5.根据权利要求1所述的分布式变频箱，其特征在于，进一步包括：
控制方式选择开关(S1)，用于在远程控制方式、本地控制方式和停机之间进行选择；其中，在远程控制方式下，所述柜内安装式变频器(1)由所述PLC(6)控制，此时，所述PLC(6)通过AS-I网关(7)访问所述AS-I总线(5)，输出指示所述柜内安装式变频器(1)对所述变频电机(10)进行相应控制的控制命令，所述第一接口转换模块(2)将来自所述PLC(6)的所述控制命令提供给所述柜内安装式变频器(1)；和
本地转换开关(S2)，用于在所述控制方式选择开关(S1)选择本地控制方式时，向所述柜内安装式变频器(1)输出对所述变频电机(10)进行相应控制的控制指令。
6.根据权利要求5所述的分布式变频箱，其特征在于，所述控制命令包括：控制所述变频电机正转或反转、高速旋转或低速旋转的控制命令。
7.根据权利要求1所述的分布式变频箱，其特征在于，进一步包括：
故障指示灯(H1)；
所述柜内安装式变频器(1)在自身出现故障时向所述第一接口转换模块(2)输出指示存在故障的故障反馈信号，并在接收到来自所述第一接口转换模块(2)的故障复位控制命令时，向所述第一接口转换模块(2)输出指示故障解除的故障反馈信号；
所述第一接口转换模块(2)将所述故障反馈信号集成到所述AS-I总线(5)上以提供给所述PLC(6)，并将所述PLC(6)发送至所述AS-I总线(5)上的故障复位控制命令提供给所述柜内安装式变频器(1)；
所述第二接口转换模块(3)根据所述PLC(6)发送至所述AS-I总线(5)上的指示存在故障的信号，点亮所述故障指示灯(H1)；根据所述PLC(6)发送至所述AS-I总线(5)上的指示故障解除的信号，熄灭所述故障指示灯(H1)。
8.根据权利要求6所述的分布式变频箱，其特征在于，所述第一接口转换模块(2)进一步用于将检修开关状态和自动模式选择状态集成到所述AS-I总线(5)上以提供给所述PLC(6)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的分布式变频箱，其特征在于，所述第一接口转换模块(2)和所述至少一个第二接口转换模块(3)均为带有四个输入/输出接口的AS-ISlimLine模块。
10.输送系统，其特征在于，包括：
可编程逻辑控制器PLC(6)；
AS-I网关(7)；和
如权利要求1至9中任一项所述的分布式变频箱；
所述PLC(6)通过所AS-I网关(7)访问所述分布式变频箱中的AS-I总线(5)。
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