CN1368790A - 功率部件,驱动调节器及调节单元与功率部件的联网方法 - Google Patents
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Abstract
将传动装置智能化分配在一个调节单元R和一个或多个智能功率部件L1至L3上,并采用能在大功率条件下使用的标准化串行接口2、4、6将这些部件相互连接,以上方案可实现对不同功率部件及其性能数据的识别,并且进行判断。此外还可独立地改进部件而无需对其它部件产生相应的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制电传动装置的功率部件，一种以所述功率部件为基础的驱动调节器及调节单元与一个或多个所述功率部件之间的联网方法。
背景技术
迄今为止，公知的驱动调节器是通过所谓的脉冲接口在智能化调节器(例如驱动处理器)和无源的功率部件之间进行信息交换的。这种脉冲接口迄今为止并没有形成标准，甚至在制造商的驱动器开发中也无法进行自由更换。
调节器的任务(除了本身的调节算法和驱动功能外)一方面是，向功率部件晶体管提供最佳方式的控制脉冲。为此目的，在公知的调节器一侧设置位于电流调节器输出端的控制组件，它对电压额定值进行换算，该值通常作为电压值和电压相位或作为相电压存在，经脉冲或脉冲三角波转换成整流器信号(非同步控制组件)或者从所述电压额定值中计算出同步脉冲模型(脉冲边沿调制、优化的脉冲模型)。
在实际值一侧，公知的方式是将电流实际值作为负载电压传输给调节组件。对测量值的接受，即硬件特性的规范和计算是在复杂的调节处理器中完成的。对于各变流器都要在调节软件中存储特定的参数。因为功率部件的型号有一部分无法通过软件自动识别出来，所以必须经常所有者手工输入型号。这意味着额外的费用，从而增加了成本。此外还存在错误设定的可能。
出于成本的原因，所述脉冲接口在公知系统中是通信瓶颈。对接口配置的定义大多是从功能的角度出发，按照判断要求的成本确定的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率部件(Leistungsteil)与电流调节脉冲中的调节装置相互连接的方案，其中可实现各部分之间的标准化通信。
为了实现上述目的，提供一个调节单元与一个或多个功率部件之间的联网方法，该方法包括以下步骤：
-将调节单元的计算能量划分成电子调节部分和所属的功率部件；
-通过实时数字接口，将调节单元与各功率部件连接；
-通过数字传输协议，使调节单元与各功率部件之间的通信实现同步。
对此可提高以上方法效率的方案是：
-在调节单元中，测定的数字电压额定值经所述数字接口传输给对应的功率部件；
-在相应的功率部件(L1、L2、L3)中测定需控制的电机的控制脉冲；
-在对应的功率部件中采集需控制的电机对应的相电流实际值；
-通过所述数字接口同步将该相电流实际值向相应的功率部件对应的调节单元传输，以得到调节脉冲。
此外，根据本发明所述方法，可通过中央调节级对器件进行综合的识别，其方式是，在相应的功率部件的初级阶段中，经所述数字接口向所述调节单元传输相应的明确特征值，根据该值所述调节单元可对相应的功率部件进行识别和/或参数化。
如通信经所述数字接口通过双向串行数据进行传输，则本发明的实现成本可以很低。
本发明的以上目的在于提供用于控制电传动装置的功率部件，它包括：
-用于产生相连电传动装置相电流的整流器；
-用于产生所述整流器的控制信号的计算装置；
-用于采集相电流实际值及将所采集的电流实际值数字化的装置，其中尤其在计算装置内实现所述数字化；
-同步接口，用于将数字化相电流实际值向上级的处理单元传输，以及接收数字电压额定值，以在计算装置内产生相应的控制信号。
所述同步接口不仅可采用双向串行接口，还可采用总线系统以实现更大的传动连接能力，尤其连接内插轴系统。
一种有利的方案是，所述整流器是晶体管桥式电路，尤其是交流桥式电路，并且所述的功率部件是换流器或变流器。
所述功率部件包括识别装置，通过该装置经同步接口提供特征值，用于明确识别所述功率部件，这样可通过中央调节级对功率器件进行综合识别，其中有利的方案是，所述识别装置是非易失性存储器，它含有所述明确特征值。
按照本发明另一种有利的方案，所述功率部件具有可采集功率部件的温度实际值并将所采集的温度实际值数字化的装置，其中所述数字化尤其在计算装置内进行所述数字化，所述同步接口用于向上级处理单元传输所述数字化温度实际值。
按照本发明，为达到开始所提出的目的，提供一种具有本发明所述功率部件的驱动调节器，包括调节单元，该调节单元具有相同的同步接口并经所述接口进行相互通信，其方式是，为实现调节目的，所述调节单元由功率部件给定数字化相电流实际值，且所述功率部件由调节单元在电流调节脉冲中给定数字化电压额定值。
在各功率部件的初始阶段，经所述数字接口向所述调节单元传输相应的明确特征值，根据该值所述调节单元可对相应的功率部件进行识别和/或参数化，如此便可在驱动调节器内通过所述调节单元实现对功率部件的识别。
此外，一种被证明有利的方案是，为实现调节目的，所述调节单元由功率部件给定功率部件的数字化温度实际值。这样便可用较低的费用利用接口的优点进行附加的参数计算。
以上所述优点在达到本发明的目的中尤其是通过以下方案体现的，即所述驱动调节器的同步接口是具有主从结构的通信系统，其中调节单元是主单元，功率部件是从单元。
这样便可以低成本及尤其简单的方式构成具有多个变流器的所谓“电子轴”，其中，调节单元作为主单元，有若干功率部件作为从单元，它们经所述同步通信系统以统一的电流调节脉冲进行同步控制。
本发明所述方案的优点是可实现智能分散化，也就是说功率部件失去了其无源特性，并且以微处理器的形式得到了智能化，所述方案可实现以下优点：
-各部分之间的接口可以实现标准化；
-各部件可以在遵守接口定义的条件下独立进行改变或扩展；
-可实现与不同功率部件需求的联系(例如用于机床和制造机械的功率为0.5kW至大约120kW，用于大型传动设备和装置的功率为50kW至大约10MW)；
-可优化支持选项结构；
-因此在中央调节级中没有功率部件特定的硬件器件，而且串行接口可驱动逻辑总线，因此所连接的功率部件的数量是灵活的；
-在调节组件软件中不必包含功率部件数据的列表。所以用户专用的功率部件不会产生兼容性问题；
-可在硬件(考虑到时限比例、等距性等)和软件(考虑到协议内容)的通信距离上实现同步；且例如可实现
-在电流调节范围内具有可比较动态的内插轴系统(加速对称)；
-通过多个换流器的同步实现“电子轴”；且
-实现功率部件的并联，具有各个执行机构的比较动态。
附图说明
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚。对此具有相同功能的器件采用相同标记。
图1表示本发明所述通过联网具有调节单元及多个功率部件的网络拓扑图的实例；
图2表示本发明所述驱动调节器的框图，具有本发明所述的功率部件。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
如图1所示，用于3台电机M1至M3的驱动调节器具有一个通信网络，其包括3个不同的通信系统KOMSYS1、KOMSYS2和KOMSYS3，经该系统将与电机对应的功率部件L1至L3与上级的调节单元R进行通信。在所示的结构中例如可有3个相互连接的工业加工机械的传动装置，例如机床或机器人。
根据本发明，通过使用高功率同步传输系统KOMSYS1至KOMSYS3，可以部分地将计算能力从调节单元R转移到功率部件L1至L3上。所述调节单元包括调节处理器1，相应的功率部件L1至L3额外分别分配给微处理器或微控制器P1至P3。
该网络中的各用户，无论是调节单元R或功率部件L1至L3具有相应的通信组件Kom，通过该组件将用户互连。其还可是一种具有通信功能的总线结构。
通信用户拥有两个或多个这种通信组件Kom(这里是指调节单元R)，因此可在多个部分之间实现联网。通信距离可延伸到其它用户。所述通信组件Kom采用数字传输协议工作、且可实现双向通信，从而能按电流调节时钟脉冲向调节单元R提供必要的相电流实际值、且向所述功率部件L1至L3提供电压额定值，这也是按调节脉冲提供的。
这种适于实时使用的同步传输系统的实例可建立在物理以太网基础上的通信网络，其通过合适的数字传输协议构成确定的传输系统。
因为图1所示的应用不仅适于高精度保持实时条件的情况，也适于以高可靠性传输的情况，所以标准的传输层2(数据帧和访问方法)的(快速)以太网不能满足该要求，通过新的数据协议和新的访问控制可进行完全的重新定义，所以物理以太网可作为驱动部件之间的实时通信基础。因此调节单元R和功率部件L1至L3之间的通信是可采用该网络实现的。
关于主单元，例如调节单元R及从单元，例如本发明所述功率部件L1至L3之间的同步采用以下方式是有利的，即从单元根据主单元进行同步，其方式是，各从单元经相应的时间计数器以给定的总循环时间得到脉冲，其通过循环接收来自主单元的专用于从单元的同步信息而得到设定。
因此所使用的是一种主从通信结构体系。为了实现以相同的脉冲时刻进行循环数据交换，可让主单元和所有从单元建立共同时基。从单元对主单元的同步可通过专门标记的有时间定义的数据进行，该数据由主单元向从单元发送，且向从单元内的单个参数化时间计数器发送。
对此有效数据信息和专用同步数据均被传输，后者分别包含有同步信息。作为选择可以将所述同步信息集成在作出标记的有效数据信息内。
对此所述通信系统的稳定性可采用以下方式进一步提高，即从单元的各时间计数器在相应的同步信息失效时，预定的总循环时间结束之后可自行开始新的循环。
对于发送和接收工作而言，在所述循环数据传输中例如可使用时隙访问法，它由主单元在网络中激活且允许实现静止时间优化的数据传输。通过该方式可对数据的干扰及提前或延迟的传输进行精确监控。
为实现起始，主单元在通信线路上拥有完全的发送权，并且向各仅具有应答权的从单元发送消息，所述消息涉及相应从单元的专用数据以及总循环时间，在总循环时间内的哪个时隙中，相应的从单元应当从主单元接收哪则数据，以及在哪个时隙内它应当发送其数据。
对此一种有利的方案是，各从单元在初始阶段内分别通知同步时刻信息。
如果在各从单元内，即相应的功率部件L1至L3内，在共同的时刻，尤其在循环的开始，存储相应的瞬变值(例如所连接的电机M1至M3的相电流实际值等)，则可实现调节单元R的同时和等距脉冲。
此外每个由主单元向从单元发送的数据中加入检测信息，用该信息可直接激活在从单元内的安全功能。
有效数据可在数据帧内传输，该数据帧除了包括从单元地址和数据长度信息外，还包括数据集成性的安全措施，它例如可通过CRC总检测以及其它与安全性相关的数据区间实现。数据帧内的数据不仅可以由应用处理器处理，且还可由通信组件Kom处理。
各从单元随着各数据向主单元发送信号。主单元在该信号失效的情况下可将相应的从单元有控制地关闭。
尽管所使用的传输技术是按照以太网标准的原理只允许点对点连接，但是例如在(快速)以太网中，也可通过使用网络节点(所谓的HUBs)构成网络，使更多的或者各通信用户都可通过交换装置构成网络节点，该节点可用于继续朝其它主单元或其它从单元的方向传输数据，而且在通信用户之间经网络节点的通信同样可按照以上所述的方式进行。
借助于以上所述的方式可在物理以太网构成的通信系统基础上实现时隙通信。其中也可以采用分层网络，具有经网络节点相连的物理以太网的点对点连接，用于在更大的网络拓扑图范围内建立实时通信。
该方案也适于分布式驱动系统的联网与连接，其中将调节单元R作为通信系统KOMSYS1、KOMSYS2或KOMSYS3的主单元，其具有对应的功率部件L1至L3作为从单元。
驱动部分如调节单元R和功率部件L1至L3之间的通信，以及其它部分如传感器系统和运动控制装置之间的通信可通过以上所述大功率传输系统实现，该系统来自办公通信技术，通过全新的协议以及主从同步和时隙访问法实现通信的实时性，所以在时间要求严格的应用中也能以很高的调节脉冲完成。
当然为实现本发明所述功率部件L1至L3与调节单元R的网络，还可采用其它通信网络，这些网络可以不同于以上作为实例描述的网络，但条件是必须保证在电流调节脉冲中通信的传输带宽。
图2表示的是本发明所述功率部件L及其与调节单元R之间的通信结构，图中采用框图表示。所述调节单元R具有公知的结构，包括调节处理器或传动处理器1。该处理器发出或接收其数据是通过通信组件Kom即2实现的，其作为调节单元R的驱动组件工作，且在其中对数字传输协议进行处理。其中例如可涉及以上所述的基于物理以太网的传输协议。
此外作为实例给出了图1所示的3个功率部件L1至L3中的功率部件L1。该功率部件同样包括本发明所述的微处理器7或P1，其最好是微控制器(因此可包括接口和模拟数字转换器)。该微控制器7同样与通信组件Kom或6连接，其相当于调节单元。两个通信组件或驱动组件经通信线路4相互连接，该线路如是图1所示的通信系统KOMSYS1。通信是通过两个驱动组件2和6的数字传输协议完成的。
数字电压额定值例如可通过串行接口2、4、6向所述功率部件L1传输，在其中通过微控制器7将控制脉冲优化计算到当时的功率部件类型。所述微控制器7因此而生成专门针对功率部件优化的整流器8的控制信号10，所述整流器如是6相晶体管桥式电路。
所述方案具有以下优点：
-对新的晶体管技术(器件、第二源、静止时间)的匹配可降到最低，且不会对调节产生副作用；
-可通过控制逻辑电路的复制实现并行电路；
-更易于集成综合的控制方法，例如电压空间指示器在振幅、起始角和其它额外从转速中导出的电子转速特性内的自行转动。所以不现实的小电流控制脉冲与高转速电机的联系的压力降低量减小；
-控制逻辑电路与所连接的功率部件无关，可加载新的软件。
本发明所述功率部件L1还具有电流实际值采集装置9。它所测定的相电流实际值向微控制器7传输，并在其中如通过集成的模拟数字转换器变换成数字方式。同样的方法也可用于温度实际值采集装置(图中未画出)。
所连接的电机数字化相电流实际值以及所测定的功率部件的温度实际值由微控制器7经串行接口6、4、2向调节单元R传输。
因此可实现以下优点：
-测量方法的改变不会对调节算法产生副作用；
-测量值根据硬件实现方式的接收和换算可在功率部件的本地进行；
-通过微控制器7可进行附加的标准化监控；
-可传输更详细的状态信息；
-通过分散化智能可以提供静止时间最小化的实际值，用于调节单元R的调节算法。
如上所述还可将功率部件的组件L1的温度测量值经串行接口向调节单元R传输。所以可实现以下优点：
-识别测量值的类型(例如IGBT整流器、风扇或环境空气的温度测量值)可同时提供；
-调节单元R不需要传感器类型的信息(如PT100、KTY84)；
-如果没有温度测量值，则温度可通过模型测定，模型算法的特性值可以存储在功率部件上，或者用于算法计算的调节，或者直接在功率部件上的计算中考虑；
-这里也可采用标准化监控方法计算并且传输更详细的状态信息；
-可计算更综合的监控算法，例如晶体管的I2t。
智能化以微控制器7的形式存在于功率部件L1中，它可用于新的判断方案。所以可朝故障原因归类的方向进行决定性步骤(选择性)，从而实现维护次数和费用的减少。
关于识别的问题，在功率部件L1中例如设置非易失性存储器，它除了存储功率部件控制器的程序外，还包含所有用于功率部件L1登录调节处理器1时所需的基本数据(典型的数据是功率部件的等级或者器件专用的参数测量值、系列号)。在该存储器内还可存储故障和判断数据，这些数据可改善和简化产品的数据采集。
将传动装置的智能化分配在调节单元R和一个或多个智能功率部件L1至L3上，并采用能在大功率条件下使用的标准化串行接口2、4、6将这些部件相互连接，以上方案可实现对不同部件及其性能数据的识别，且进行判断。此外还可进行部件的独立改进而无需对其它部件产生相应的影响。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
本说明书基于。其内容全部包含于此。
本发明具有产业上的可利用性。
标号说明M1、M2、M3 电机R 调节单元L1、L2、L3 功率部件KOMSYS1 bis KOMSYS3、4 通信系统Kom，2、6 通信/协议组件1、7、P1、P2、P3 微处理机或微控制器8 晶体管桥式电路9 相电流实际值采集10 控制信号
Claims (17)
1.一种调节单元(R)与一个或多个功率部件(L1、L2、L3)之间的联网方法，包括以下方法步骤：
-将驱动调节器(Antriebsregelung)的计算容量(Rechenleistung)划分为电子调节部分和所属的功率部件(L1、L2、L3)；
-通过实时数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)将调节单元(R)与各功率部件(L1、L2、L3)连接；
-通过数字传输协议(Kom)使调节单元(R)与各功率部件(L1、L2、L3)之间的通信(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)实现同步。
2.按照权利要求1所述的调节单元(R)与一个或多个功率部件(L1、L2、L3)之间的联网方法，其特征在于，
-在调节单元(R)中测定的数字电压额定值经所述数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向对应的功率部件(L1、L2、L3)传输；
-从中在对应的功率部件(L1、L2、L3)中测定需控制的电机(M1、M2、M3)的控制脉冲；
-在对应的功率部件(L1、L2、L3)中采集需控制的电机(M1、M2、M3)的对应相电流实际值(9)；
-将该相电流实际值(9)通过所述数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)同步传输给每个功率部件(L1、L2、L3)对应的调节单元(R)，以得到调节时钟脉冲。
3.按照权利要求1或2所述的一个调节单元(R)与一个或多个功率部件(L1、L2、L3)之间的联网方法，其特征在于，在一个初始化阶段中，各功率部件(L1、L2、L3)经所述数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向所述调节单元(R)分别传输一个相应的单义特征值，根据该值所述调节单元可对相应的功率部件(L1、L2、L3)进行识别和/或参数化。
4.按照权利要求1、2或3所述的一个调节单元(R)与一个或多个功率部件(L1、L2、L3)之间的联网方法，其特征在于，经所述数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)通过双向串行数据传输进行通信。
5.一种用于控制电传动装置(M1、M2、M3)的功率部件(L1、L2、L3)，包括：
-用于产生相连电传动装置相电流的整流器(8)；
-用于产生所述整流器(8)的控制信号(10)的计算装置(7)；
-用于相电流实际值采集(9)和所采集电流实际值数字化的装置，其中所述数字化尤其是在计算装置(7)内实现；
-一个同步接口(Kom，6)，用于将数字化相电流实际值传输给上级的处理单元(R)，以及接收数字电压额定值，以使在计算装置(7)内产生相应的控制信号(10)。
6.按照权利要求5所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，所述同步接口(Kom，6)是双向串行接口。
7.按照权利要求5或6所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，所述同步接口是总线系统(4，KOMSYS1、KOMSYS2)。
8.按照权利要求5至7中任一项所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，所述整流器(8)是一个晶体管桥式电路，尤其是三相桥式电路。
9.按照权利要求5至8中任一项所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，其是换流器或变流器。
10.按照权利要求5至9中任一项所述用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，所述功率部件(L1、L2、L3)包括一个识别装置，通过该装置经同步接口(Kom，6)提供一个特征值，用于单义识别所述功率部件(L1、L2、L3)。
11.按照权利要求10所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，所述识别装置是非易失性存储器，其含有所述单义特征值。
12.按照权利要求5至11中任一项所述的用于控制电传动装置的功率部件，其特征在于，具有可采集所述功率部件(L1、L2、L3)的温度实际值并将所采集温度实际值数字化的装置，其中所述数字化尤其是在计算装置(7)内进行，所述同步接口(Kom，6)用于将所述数字化温度实际值向一个上级处理单元(R)传输。
13.一种具有如权利要求5至12中任一项所述的功率部件(L1、L2、L3)以及一个调节单元的驱动调节器，该功率部件及调节单元具有相同的同步接口(Kom，2、4、6)并经所述接口进行相互通信，其方式是，为实现调节目的，由功率部件(L1、L2、L3)将数字化相电流实际值传送给调节单元(R)，且所述功率部件(L1、L2、L3)由调节单元(R)按电流调节脉冲给定数字化电压额定值。
14.按照权利要求13所述的驱动调节器，其中包括如权利要求10或11所述的功率部件，其特征在于，在一个初始化阶段，由各功率部件(L1、L2、L3)经所述数字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向所述调节单元(R)分别传输一个相应的单义特征值，根据该值所述调节单元可对相应的功率部件(L1、L2、L3)进行识别和/或参数化。
15.按照权利要求13所述的驱动调节器，其中包括按照权利要求12所述的功率部件，其特征在于，为实现调节目的，所述调节单元(R)由功率部件(L1、L2、L3)给定功率部件的数字化温度实际值。
16.按照权利要求13、14或15所述的驱动调节器，其特征在于，所述同步接口是一个具有主从结构的通信系统(4，KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)，其中的调节单元(R)是主单元，功率部件(L1、L2、L3)是从单元。
17.按照权利要求16所述的驱动调节器，其特征在于，作为主单元的调节单元(R)经所述同步通信系统(4，KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)按一个统一的电流调节脉冲，同步控制若干个作为从单元的功率部件(L1、L2、L3)。
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