DE10323980A1

DE10323980A1 - motor control

Info

Publication number: DE10323980A1
Application number: DE2003123980
Authority: DE
Inventors: Oluf Mauritsen
Original assignee: Danfoss Drives AS
Current assignee: Danfoss Power Electronics AS
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-30
Also published as: WO2004107555A1

Abstract

Es wird eine Motorsteuerung (1) angegeben zur Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Elektromotors (7) mit einer Steuereinrichtung (2), die einen nach außen geführten ersten seriellen Kommunikationsbus (10) aufweist, und einer Zusatzeinrichtung (9, 11, 12). DOLLAR A Man möchte auch eine zeitkritische Kommunikation zwischen der Zusatzeinrichtung (9, 11, 12) und der Steuereinrichtung (2) ermöglichen. DOLLAR A Hierzu verbindet der erste Kommunikationsbus (10) die Steuereinrichtung (2) und die Zusatzeinrichtung (9, 11, 12) miteinander und ein zweiter serieller Kommunikationsbus (21) mit einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit als der erste Kommunikationsbus (10) ist vorgesehen, der die Steuereinrichtung (2) und die Zusatzeinrichtung (9, 11, 12) miteinander verbindet.A motor control (1) is specified for regulating the speed and / or the torque of an electric motor (7) with a control device (2) which has a first serial communication bus (10) guided outwards, and an additional device (9, 11, 12). DOLLAR A You also want to enable time-critical communication between the additional device (9, 11, 12) and the control device (2). DOLLAR A For this purpose, the first communication bus (10) connects the control device (2) and the additional device (9, 11, 12) to each other and a second serial communication bus (21) with a higher transmission speed than the first communication bus (10) is provided, which the Control device (2) and the additional device (9, 11, 12) connects together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerung zur Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Elektromotors mit einer Steuereinrichtung, die einen nach außen geführten ersten seriellen Kommunikationsbus aufweist, und einer Zusatzeinrichtung.The The invention relates to a motor controller for regulating the speed and / or the torque of an electric motor with a control device, some to the outside out has first serial communication bus, and an additional device.

Zur Drehzahlregelung und/oder Drehmomentregelung von Elektromotoren werden Steuerungen verwendet, die in größerem Umfang Kommunikationselektronik beinhalten. Die Kommunikationselektronik sorgt zum einen dafür, daß die jeweilige Steuerung mit der Außenwelt kommunizieren kann. Dies ist beispielsweise notwendig, um gewisse Vorgaben für den Betrieb des Motors machen zu können. Beispielsweise soll die Drehzahl oder die Drehrichtung des Motors von außen vorgegeben werden können, um bestimmten Prozeßanforderungen gerecht zu werden. Ähnliche Überlegungen gelten natürlich für andere Betrieb sparameter des Motors, wie dem Drehmoment. Zum anderen dient der Kommunikationsbus auch zum internen Datenaustausch zwischen einzelnen elektronischen Komponenten. Die interne Regelung einer Motorsteuerung ist heute überwiegend volldigitalisiert und ermöglicht somit die Bewältigung von großen Mengen von Eingabedaten.to Speed control and / or torque control of electric motors controls are used, which to a large extent communication electronics include. On the one hand, the communication electronics ensure that the respective control with the outside world can communicate. For example, this is necessary to certain Requirements for to be able to operate the engine. For example, the Speed or the direction of rotation of the motor can be specified from the outside certain process requirements to meet. Similar considerations apply of course for others Operation parameters of the engine, such as the torque. On the other hand, it serves the communication bus also for internal data exchange between individual electronic components. The internal regulation of a Engine control is predominant today fully digitized and enabled thus coping of great Amounts of input data.

Derartige Eingabedaten werden in bekannter Weise entweder durch eine Standardeingabe/ausgabe-Schnittstelle (I/O-Interface) geliefert, oder durch sogenannte option cards, d.h. Zusatzeinrichtungen in der Form von Zusatzkarten.such Input data is processed in a known manner either through a standard input / output interface (I / O interface), or by so-called option cards, i.e. Additional devices in the form of additional cards.

Die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle weist typischerweise Anschlüsse für digitale und Anschlüsse für analoge Eingangs/Ausgangs-Signale auf. Letztere sind beispielsweise als 4-20-mA-Signale ausgebildet. Auch werden serielle Schnittstellen verwenden, z.B. eine Schnittstelle vom Typ RS 485 zur Kommunikation mit anderen Geräten, wobei darunter auch andere Motorsteuerungen zu verstehen sein können.The Input / output interface typically has connections for digital and connections for analog Input / output signals. The latter are, for example, as 4-20 mA signals formed. Also serial interfaces use, e.g. an RS 485 interface for communication with other devices, which may also include other engine controls.

Viele Anwender haben aber besondere Wünsche zur Ein- und Ausgabe von Daten und die Motorsteuerung kann dementsprechend maßgeschneidert werden, indem Zusatzkarten in die Motorsteuerung eingebaut werden. Die Zusatzkarten können vom Hersteller oder vom Anwender eingebaut werden. Üblicherweise stehen eine Reihe von Zusatzkarten zur Verfügung. Zusatzkarten können z.B. eine PROFIBUS-Funktion beinhalten, wobei die Motorsteuerung es erlaubt, über diesen Feldbus zu kommunizieren. Andere Zusatzkarten beinhalten Spezialsoftware zur Steuerung von Hub- und Senkanwendungen oder zur Signalbe handlung von Daten von Codierern, beispielsweise Winkelcodierern, mit deren Hilfe eine Drehzahlerfassung realisiert werden kann.Lots But users have special requests for input and output of data and the engine control can be tailored accordingly by installing additional cards in the motor control. The additional cards can installed by the manufacturer or by the user. Usually a number of additional cards are available. Additional cards can e.g. contain a PROFIBUS function, whereby the motor control allows this Fieldbus to communicate. Other additional cards contain special software for Control of lifting and lowering applications or for signal handling of data from encoders, for example angular encoders, with their Help a speed detection can be realized.

Bei der Vielzahl von Möglichkeiten können insgesamt mehr als 100 Signalleiter intern in der Motorsteuerung von einer Zusatzeinrichtung zur Steuereinrichtung geleitet werden. Da die Steuereinrichtung und die Zusatzeinrichtung in der Regel auf Karten angeordnet sind, die in Steckplätze in der Motorsteuerung eingesteckt werden, wird im folgenden auch vereinfachend von "Steuerkarte" und "Zusatzkarte" gesprochen. Die große Menge an Leitern bedeutet eine entsprechend hohe Anzahl von Verbindungen auf den Karten. Um diesen relativ großen Aufwand zu vermindern, wird der serielle Kommunikationsbus verwendet, um die vielen einzelnen Leiter zu ersetzen. Damit kann die Anzahl von ungefähr 100 verschiedenen Signalleitern auf etwa 20 abgesenkt werden. Der serielle Bus kann vorteilhafterweise auch zwischen der Steuerkarte und einer in der Motorsteuerung angebrachten Leistungskarte verwendet werden, die letztendlich die Energie für den Motor steuert. Damit können Signale, wie "Temperatur" über den seriellen Bus geführt werden.at the multitude of possibilities can total more than 100 signal conductors internally in the motor control of one Additional device to be directed to the control device. Since the Control device and the additional device usually on cards are arranged in slots are plugged into the engine management system, too simply spoken of "tax card" and "additional card". The size The amount of conductors means a correspondingly high number of connections on the cards. To reduce this relatively large effort, the serial communication bus is used to control the many individual ones To replace ladder. So the number can be about 100 different Signal conductors are lowered to about 20. The serial bus can advantageously also between the control card and one in the Motor controller attached power card can be used that ultimately the energy for controls the engine. So that can Signals such as "temperature" are carried over the serial bus.

Die Verwendung eines seriellen Bus in einer Motorsteuerung ist aus DE 100 35 986 A1 bekannt. Hier kommuniziert eine Zusatzkarte mit einem Umrichter. Die hier beschriebene Vollduplexkommunikation vermindert die Anzahl der benötigten Signalleiter erheblich, kostet aber aufgrund der seriellen Übertragung in erheblichem Umfang Zeit.The use of a serial bus in a motor controller is off DE 100 35 986 A1 known. Here an additional card communicates with an inverter. The full-duplex communication described here considerably reduces the number of signal conductors required, but costs a considerable amount of time due to the serial transmission.

Als standardisierter Kommunikationsbus hat sich seit vielen Jahren der CAN-Bus (Controller Area Network-Bus) bewährt, der ursprünglich in Verbindung mit mobilen Anwendungen, beispielsweise Autos, Gabelstapler oder anderen Fahrzeugen, verwendet wurde. Wird von einer Zusatzkarte zur Steuerkarte eine CAN-Bus-Verbindung eingerichtet, so kann man eine serielle Kommunikation mit einer Übertragungsgeschwindigkeit realisieren, die hardwaremäßig bis 1 Mbit/s beträgt. Die effektive Übertragungsgeschwindigkeit ist jedoch wesentlich geringer, etwa halb so groß, also 500 kbit/s, weil der CAN-Bus protokollgebunden Zusatzinformationen übertragen muß, unter anderem CRC (Cyclic Redundancy Check), und Start- und Stopp-bits. Diese Effektivgeschwindigkeit reicht aber nicht aus, um eine Datenübertragung zwischen der Zusatzeinrichtung und der Steuereinrichtung in Echtzeit durchführen zu können. Beispielsweise muß eine Zusatzeinrichtung, die Winkelcodierersignale bearbeitet, diese Signale sofort und ohne Unterbrechung an die Steuereinrichtung weiterleiten können, um in kritischen Fällen eine zu hohe Drehzahl des Motors zu vermeiden. Eine derartige kritische Situation könnte auftreten, wenn Fehlersignale nicht rechtzeitig behandelt werden.As The standardized communication bus has been around for many years CAN-Bus (Controller Area Network-Bus), which was originally used in Connect to mobile applications such as cars, forklifts or other vehicles. Is from an additional card A CAN bus connection to the control card can be set up a serial communication with a transmission speed realize the hardware up Is 1 Mbit / s. The effective transmission speed is however much smaller, about half as large, i.e. 500 kbit / s, because of the CAN bus protocol-specific additional information must be transmitted under other CRC (Cyclic Redundancy Check), and start and stop bits. This effective speed but is not sufficient to transfer data between the additional device and to be able to carry out the control device in real time. For example, an additional device, processed the encoder signals, these signals immediately and without Interrupt can forward to the control device in critical cases to avoid excessive engine speed. Such a critical one Situation might occur if error signals are not dealt with in time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch eine zeitkritische Kommunikation zu ermöglichen.The The object of the invention is also time-critical communication to enable.

Diese Aufgabe wird bei einer Motorsteuerung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Kommunikationsbus die Steuereinrichtung und die Zusatzeinrichtung miteinander verbindet und ein zweiter serieller Kommunikationsbus mit einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit als der erste Kommunikationsbus vorgese hen ist, der die Steuereinrichtung und die Zusatzeinrichtung miteinander verbindet.This Task is with an engine control of the type mentioned solved by that the first communication bus, the control device and the additional device interconnected and a second serial communication bus with a higher transmission speed is provided as the first communication bus that the control device and connects the additional device to one another.

Mit dieser Ausbildung behält man die Vorteile des ersten seriellen Kommunikationsbusses, insbesondere seine Flexibilität, ohne auf eine Echtzeitübertragung der Signale verzichten zu müssen. Die Erfindung baut auf die Erkenntnis, daß das Kommunikationssystem zwischen Steuereinrichtung und Zusatzkarte mit zwei unterschiedlichen Echtzeiten arbeitet. Zum einen gibt es die Echtzeit der Motorregelungsschleife, die eine hohe Taktfrequenz von z.B. 7 kHz hat, und zum anderen die Echtzeit der Anwendungsregelschleife [Prozeßregelschleife], die eine Taktfrequenz von 1 kHz hat. Um den höheren Anforderungen der Motorregelungsschleife gerecht zu werden, wäre es aus herstellungstechnischen Gründen vorteilhaft die Buskommunikation zwischen Zusatzkarte und Steuereinrichtung zu verdoppeln, d.h. einen identischen zweiten Bus parallel zu dem ersten zu verlegen und dadurch die Belastung gleichmäßig zu verteilen. Es hat sich aber gezeigt, daß eine solche Lösung den Echtzeitansprüchen der Motorregelungsschleife nicht gerecht wird. Indem erfindungsgemäß ein zweiter Kommunikationsbus mit einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit als der erste benutzt wird, können beide "Echtzeitsysteme" Seite an Seite liegen ohne einander zu beeinträchtigen. Daten, die zur Motorregelschleife gehören, werden überwiegend dem zweiten Bus zugeordnet, und Daten die die Anwendungsregelungsschleife betreffen werden dem ersten Bus zugeordnet. Hierdurch ist es u.a. möglich, den Anteil der Datenübertragungszeit eines Zyklusses des ersten Busses so weit zu verringern, daß der restliche Zeitanteil des Zyklusses für die Steuereinrichtung für Rege lungsberechnungen zur Verfügung steht. Dies gibt insgesamt eine bessere Dynamik der Motorsteuerung.With retains this training to take advantage of the first serial communication bus, in particular its flexibility, without a real-time transmission of having to do without the signals. The invention builds on the knowledge that the communication system between control device and additional card with two different Real time works. First, there is the real-time engine control loop, which have a high clock frequency of e.g. 7 kHz, and the other Real time application control loop [process control loop] which is a clock frequency of 1 kHz. To the higher It would be enough to meet the requirements of the engine control loop manufacturing reasons advantageous bus communication between additional card and control device to double, i.e. an identical second bus in parallel to that to be installed first and thereby distribute the load evenly. However, it has been shown that a such solution the real-time claims does not do justice to the motor control loop. By inventing a second Communication bus with a higher transmission speed when the first one is used both "real time systems" are side by side without interfering with each other. Data belonging to the engine control loop are predominantly associated with the second bus, and data the application control loop concern are assigned to the first bus. This makes it possible, the share of the data transmission time of a Reduce the cycle of the first bus so far that the rest Time share of the cycle for the Control device for Control calculations are available stands. Overall, this gives better engine control dynamics.

Vorzugsweise ist der erste Kommunikationsbus als CAN-Bus ausgebildet. Wie oben erwähnt, ist der CAN-Bus ein weitgehend standardisierter Bus, der eine hohe Flexibilität bei der Verwendung ermöglicht. Insbesondere erlaubt der CAN-Bus die gleichzeitige Ansprache einer Vielzahl von Stationen. Jede Station filtert dann die benötigte Information heraus. Verglichen mit anderen Kommunikationsprotokollen ist das CAN-Protokoll weniger anfällig gegenüber Datenkollision und Störeinstrahlungen und deshalb relativ robust. Über den CAN-Bus werden anwendungsspezifische Steuersignale übertragen, unter anderem Drehzahlvorgaben, Statusmeldungen und Einstellungswerte bei der Inbetriebnahme der Motorsteuerung. Diese anwendungsspezifischen Steuersignale sind weniger zeit-kritisch als die motor-spezifischen Steuersignale.Preferably the first communication bus is designed as a CAN bus. As mentioned above, the CAN-Bus is a largely standardized bus that offers a high degree of flexibility Allows use. In particular, the CAN bus allows the simultaneous addressing of one Variety of stations. Each station then filters the required information out. This is compared to other communication protocols CAN protocol less vulnerable versus data collision and interference and therefore relatively robust. about application-specific control signals are transmitted to the CAN bus, among other things, speed specifications, status messages and setting values when starting up the motor control. These application specific Control signals are less time-critical than the engine-specific ones Control signals.

Vorzugsweise weist der zweite Kommunikationsbus eine synchronisierte Datenübertragung auf. Damit läßt sich die Übertragungsgeschwindigkeit vergrößern. Man "weiß", wann bestimmte Informationen zu erwarten sind und muß diese Informationen nicht erst aufbereiten, um zu erfahren, um welche Informationen es sich handelt.Preferably the second communication bus has a synchronized data transmission on. So that can increase the transmission speed. You "know" when certain Information is and must not be expected first prepare to learn what information it is is.

Bevorzugterweise ist der zweite Kommunikationsbus als Master-Slave-Verbindung ausgebildet. Der Master bestimmt das wann und wo der Kommunikation. Als Master wird bevorzugt eine Kontrolleinheit in die Steuereinrichtung eingesetzt. Das Kommunikationssystem weist somit zwei Mater auf, weil auch der erste Kommunikations bus einen Master hat, der vorzugsweise auch in der Steuereinrichtung angeordnet ist.preferably, the second communication bus is designed as a master-slave connection. The master determines when and where of communication. As a master a control unit is preferably inserted into the control device. The communication system thus has two matters, because that too first communication bus has a master, which preferably also is arranged in the control device.

Auch ist von Vorteil, wenn der zweite Kommunikationsbus als SPI-Bus (Serial Peripheral Interface-Bus) ausgebildet ist. Ein derartiger SPI-Bus hat eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 10 Mbit/s, d.h. er ist etwa zehnmal schneller als der CAN-Bus. Dieser zweite Bus ist für zeitkritische Signale vorgesehen. Wenn beispielsweise ein Aufzugantrieb aus irgendeinem Grund eine zu hohe Geschwindigkeit erreicht, dann muß diese Information unverzüglich zur Steuereinrichtung geleitet werden. Vom Drehzahlcodierer wird eine Anzahl von Impulsen pro Umdrehung an die entsprechende Zusatzeinrichtung geleitet. Diese Zusatzeinrichtung behandelt diese Information in eine Information um, die über den SPI-Bus gesendet wird. Hier dürfen keine Verzögerungen auftreten, wie sie beim CAN-Bus auftreten könnten.Also is advantageous if the second communication bus is an SPI bus (serial Peripheral interface bus) is formed. Such an SPI bus has a transmission speed up to 10 Mbit / s, i.e. it is about ten times faster than the CAN bus. This second bus is for time-critical signals provided. If, for example, an elevator drive reached too high a speed for some reason, then must this Information immediately be directed to the control device. From the speed encoder a number of pulses per revolution to the corresponding additional device directed. This additional device treats this information in information around that about the SPI bus is sent. There should be no delays here occur as they could occur with the CAN bus.

Vorzugsweise ist eine Zusatzleitung zur Übertragung eines globalen Taktes zwischen der Steuereinrichtung und der Zusatzeinrichtung vorgesehen, die von den Leitungen des ersten Kommunikationsbus und des zweiten Kommunikationsbus verschieden ist, wobei der globale Takt eine gleichzeitige Abtastung aller Signal- und Kommunikationsanschlüsse an der Steuereinrichtung und der Zusatzeinrichtung bewirkt. Damit läßt sich eine Gleichzeitigkeit innerhalb der Motorsteuerung erreichen. Der Takt kann beispielsweise eine Frequenz von 1 kHz haben und stellt sicher, daß alle Einheiten gleichzeitig ihre Eingänge ablesen, d.h. synchron. Der globale Takt, d.h. das Taktsignal, hat den weiteren Vorteil, daß Kommunikationstelegramme mit Steuerbefehlen, die von außen über den ersten seriellen Kommunikationsbus oder einen anderen Kommunikationsbus ankommen, relativ zu den globalen Taktsignalen definiert werden können. Nach einem globalen Taktsignal hat das System Zeit für eine Datenübertragung über den CAN-Bus und für eine Datenbearbeitung im Mikroprozessor oder einem digitalen Signalprozessor. Da der globale Takt über eine getrennte Leitung übertragen wird, wird der CAN-Bus entlastet.An additional line for transmitting a global clock between the control device and the additional device is preferably provided, which is different from the lines of the first communication bus and the second communication bus, the global clock effecting a simultaneous scanning of all signal and communication connections on the control device and the additional device , This allows simultaneity to be achieved within the motor control. The clock can have a frequency of 1 kHz, for example, and ensures that all units read their inputs simultaneously, ie synchronously. The global clock, ie the clock signal, has the further advantage that communication telegrams with control commands that arrive from outside via the first serial communication bus or another communication bus can be defined relative to the global clock signals. After a global clock signal, the system has time for data transmission via the CAN bus and for data processing in the microprocessor or a digital signal processor. Since the global clock is transmitted over a separate line, the CAN bus is relieved.

Auch ist von Vorteil, daß der globale Takt von der Zusatzeinrichtung erzeugt ist. Damit wird die Zusatzeinrichtung ein "Master" im System, dem zumindest im Hinblick auf den globalen Takt die übrigen Bestandteile folgen. Dies hat beispielsweise Vorteile, wenn die Zusatzeinrichtung eine Karte mit einer frei programmierbaren Funktion ist. Man erreicht dadurch ein sehr flexibles System.Also is advantageous that the global clock generated by the additional device. With that the Additional device a "master" in the system, at least with regard to the global clock, the remaining components follow. This has advantages, for example, if the additional device is a Card with a freely programmable function. You get there therefore a very flexible system.

Vorzugsweise ist ein Zusatzeinrichtungs-Synchronisationstakt zwischen einem motororientierten Teilbereich der Steuereinrichtung und der Zusatzeinrichtung vorgesehen, wobei der Synchronisationstakt und der globale Takt frequenz- und phasenmäßig miteinander verknüpft sind. Das Zusatzkarten-Synchronisationssignal muß eine Frequenz haben, die ein ganzzahliges Vielfaches des globalen Taktsignals ist. Der Phasenwinkel zwischen den beiden Taktsignalen muß so gesteuert werden, daß der Winkel konstant ist. Damit läßt sich eine Anpassung der beiden Taktssysteme aneinander erreichen.Preferably is an option synchronization clock between a motor-oriented Part of the control device and the additional device provided, the synchronization clock and the global clock frequency and in phases with each other connected are. The add-on card synchronization signal must have a frequency that is an integer multiple of the global clock signal. The phase angle between the two clock signals must be controlled so that the angle is constant. So that can achieve an adaptation of the two clock systems to each other.

Vorzugsweise ist die Zusatzeinrichtung dynamisch adressierbar. Damit läßt sich die Zusatzeinrichtung problemlos in verschiedene Schlitze oder Steckplätze in der Motorsteuerung einstecken, ohne daß man sich größere Gedanken über die Adressierung machen müßte.Preferably the additional device is dynamically addressable. So that can the additional device easily in different slots or slots in the Plug in the engine control unit without worrying about the Addressing would have to do.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigtThe In the following, the invention is illustrated by means of a preferred exemplary embodiment described in more detail in connection with the drawing. Here shows

die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Motorsteuerung.the single figure is a schematic representation of an engine control.

Eine Motorsteuerung 1 weist eine Steuerkarte 2 auf, die einen digitalen Signalprozessor (DSP) 3 enthält. Der DSP 3 steuert die Pulsbreitenmodulation (PWM) von Leistungshalbleitern auf einer Leistungskarte 4. Von der Leistungskarte 4 wird eine Information über eine Leitung 5 zurückgemeldet und in einem Analog/Digital-Wandler 6 in digital verwertbare Informationen umgewandelt, also digitalisiert. Der digitale Signalprozessor 3, der handelsüblich ist, steuert Strom, Spannung und Frequenz eines an die Leistungskarte 4 angeschlossenen Motors 7, der in der Regel als Mehrphasenmotor ausgebildet ist.An engine control 1 assigns a tax card 2 on that a digital signal processor (DSP) 3 contains. The DSP 3 controls the pulse width modulation (PWM) of power semiconductors on a power card 4 , From the performance card 4 becomes information about a line 5 reported back and converted in an analog / digital converter 6 into digitally usable information, ie digitized. The digital signal processor 3 , which is commercially available, controls the current, voltage and frequency of one to the power card 4 connected motor 7 , which is usually designed as a multi-phase motor.

Auf der Steuerkarte 2 befindet sich weiterhin ein Mikrocontroller 8, der den Ablauf einer konkreten Anwendung überwacht und steuert. Beispielsweise kann der Mikrocontroller 8 die Drehzahl des Antriebs eines Förderbandes, die Fördergeschwindigkeit eines Aufzugs o.dgl. regeln, d.h. der Mikrocontroller 8 regelt übergeordnet den digitalen Signalprozessor 3 und damit den Prozeßverlauf.On the tax card 2 there is still a microcontroller 8th who monitors and controls the flow of a specific application. For example, the microcontroller 8th the speed of the drive of a conveyor belt, the conveying speed of an elevator or the like. regulate, ie the microcontroller 8th regulates the digital signal processor 3 and thus the process.

Der Mikroprozessor 8 kommuniziert mit dem digitalen Signalprozessor 3 durch eine serielle Kommunikation, hier einen UART (Universal Asynchronous Receive and Transmit).The microprocessor 8th communicates with the digital signal processor 3 through serial communication, here a UART (Universal Asynchronous Receive and Transmit).

Eine Zusatzkarte 9 kommuniziert mit dem digitalen Signalprozessor 3 und dem Mikrocontroller 8 über einen CAN-Bus 10. Um die Anschlüsse in der Zusatzkarte 9, dem digitalen Signalprozessor 3 und dem Mikrocontroller 8 zu verdeutlichen, sind hier Anschlüsse "CAN" eingezeichnet. Weitere Anschlüsse CAN befinden sich auf weiteren Zusatzkarten 11, 12, die ebenfalls in Steckplätzen in einer Erweiterungsplatine 13 untergebracht sein können.An additional card 9 communicates with the digital signal processor 3 and the microcontroller 8th via a CAN bus 10 , To the connections in the additional card 9, the digital signal processor 3 and the microcontroller 8th To illustrate, "CAN" connections are shown here. Further CAN connections are located on additional cards 11 . 12 that are also in slots in an expansion board 13 can be accommodated.

Die bislang beschriebenen Karten werden als "Karten" bezeichnet, weil sie üblicherweise in der Form von kartenförmigen Schaltungsplatinen ausgebildet sind. Es liegt aber auf der Hand, daß mit dem Begriff "Karten" keine Beschränkung auf eine räumliche Ausbildung der dargestellten Steuer- und Zusatzeinrichtungen verbunden sein soll.The Cards described so far are called "cards" because they are usually in the form of card-shaped Circuit boards are formed. But it is obvious that with the term "cards" a spatial Training of the illustrated control and additional devices connected should be.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Erweiterungsplatine 13 drei Schlitze, in die man Zusatzkarten 9, 11, 12 einstecken kann. Jeder Schlitz weist elektrische Verbindungen für Versorgungsspannungen, einen SPI-Bus und den geschilderten CAN-Bus auf. Lediglich der Anschluß für den SPI-Bus ist durch die Buchstaben SPI dargestellt. Eine Versorgungsleitung 14 von einer 24 V Spannungsversorgung 15 ist hier lediglich schematisch dargestellt.In the present embodiment, the expansion board 13 three slots into which you can add additional cards 9 . 11 . 12 can plug in. Each slot has electrical connections for supply voltages, an SPI bus and the described CAN bus. Only the connection for the SPI bus is represented by the letters SPI. A supply line 14 from a 24 V power supply 15 is only shown schematically here.

Die Steuereinrichtung 2 weist eine Standardschnittstelle für Eingangs- und Ausgangssignale auf. Typischerweise sind hier Anschlüsse 17 für analoge Signale, 18 für digitale Signale, 19 in Form einer seriellen Schnittstelle RS 485 oder in Form einer USB-Schnittstelle (Universal Serial Bus) oder auch LCP-Schnittstelle 20 vorgesehen. LCP steht für Liquid Crystal Panel und bezeichnet das Bedienpanel des Benutzers. Da diese Standard-Schnittstelle 16 aber nur eine beschränkte Funktionalität hat, werden die Zusatzkarten 9 verwendet, um die Motorsteuerung 1 für einen Anwender Maß zu schneidern. Beispielsweise können die Zusatzkarten 9, 11, 12 eine Profibus-Funktion beinhalten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Zusatzkarten 9, 11, 12 spezielle Hard- und Software beinhalten, um Hub- oder Senkanwendungen zu steuern oder die Informationen von Drehzahl- oder Winkelcodierer zu verarbeiten.The control device 2 has a standard interface for input and output signals. Typically here are connections 17 for analog signals, 18 for digital signals, 19 in the form of a serial interface RS 485 or in the form of a USB interface (Universal Serial Bus) or LCP interface 20 intended. LCP stands for Liquid Crystal Panel and refers to the operator panel of the user. Because this standard interface 16 but has only a limited functionality, the additional cards 9 used to control the engine 1 tailor-made for a user. For example, the additional cards 9 . 11 . 12 include a Profibus function. Another possibility speed is that the additional cards 9 . 11 . 12 contain special hardware and software to control lifting or lowering applications or to process information from speed or angle encoders.

Der CAN-Bus 10 bildet eine erste Möglichkeit zur Kommunikation zwischen der Steuerkarte 2 und den Zusatzkarten 9, 11, 12. Der CAN-Bus ist ein serieller Kommunikationsbus, der gegen Datenkollision und Störeinstrahlung relativ robust ist. Mit dem CAN-Bus, der auf einer differentiellen 0-5 V Logik arbeitet (CAN Hi und CAN Lo), werden Übertragungsgeschwindigkeiten bis etwa 1 Mbps (Megabit pro Sekunde) erlaubt. Allerdings läßt sich diese technisch erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit nicht in vollem Umfang für die Informationsübertragung verwenden, weil über den CAN-Bus Start- und Stoppbits übertragen muß sowie CRC-Checks ausgeführt werden müssen. Darüber hinaus ist es beim CAN-Protokoll erforder lich, daß die Informationen jeweils mit Headern versehen sein müssen.The CAN bus 10 forms a first possibility for communication between the control card 2 and the additional cards 9 . 11 . 12 , The CAN bus is a serial communication bus that is relatively robust against data collision and interference. With the CAN bus, which works on a differential 0-5 V logic (CAN Hi and CAN Lo), transmission speeds of up to approximately 1 Mbps (megabits per second) are permitted. However, this technically achievable transmission speed cannot be used to the full extent for information transmission because start and stop bits must be transmitted via the CAN bus and CRC checks must be carried out. In addition, the CAN protocol requires that the information must be provided with headers.

Man verwendet daher den CAN-Bus 10 lediglich dazu, weniger zeitkritische Signale zu übertragen, beispielsweise Drehzahlvorgaben, Statusmeldungen und Einstellungswerte bei der Inbetriebnahme der Motorsteuerung. Bei den anwendungsspezifischen Steuersignalen handelt es sich um Echtzeitsignale, bei denen es aber im Vergleich zu den motorspezifischen Steuersignalen von kleinerer Bedeutung ist, wann genau sie zwischen der Steuerkarte 2 und den Zusatzkarten 9, 11, 12 ausgetauscht werden. Parallel zum CAN-Bus verläuft ein SPI-Bus 21, also ein "Serial peripheral Interface"-Bus, der eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 10 Mbit/s hat. Der SPI-Bus ist etwa zehnmal schneller als der CAN-Bus. Dieser Bus, der im Prinzip ein Master-Slave-Bus ist, ist für zeitkritische Signale vorgesehen. Falls beispielsweise ein Aufzug aus irgendwelchen Gründen eine zu hohe Geschwindigkeit erreicht, dann muß diese Information vom Drehzahldecoder über die zugehörige Zusatzkarte 9 unverzüglich zur Steuerkarte 2 geleitet werden, insbesondere zum digitalen Signalprozessor 3. Vom Decodierer werden eine Anzahl von Impulse pro Umdrehung des Motors 7 an die Zusatzkarte 9 geleitet. Die Zusatzkarte 9 konvertiert diese Information in eine Zahl, die über den SPI-Bus 21 gesendet wird. Der digitale Signalprozessor 3 vergleicht dann diese Zahl mit einem Referenzwert. Falls die Zahl zu hoch ist, also die Drehzahl zu hoch ist, wird die Drehzahl heruntergefahren.The CAN bus is therefore used 10 only to transmit less time-critical signals, such as speed specifications, status messages and setting values when starting up the engine control. The application-specific control signals are real-time signals, but when it is between the control card it is of less importance compared to the motor-specific control signals 2 and the additional cards 9 . 11 . 12 be replaced. An SPI bus runs parallel to the CAN bus 21 , ie a "serial peripheral interface" bus, which has a transmission speed of up to 10 Mbit / s. The SPI bus is about ten times faster than the CAN bus. This bus, which is basically a master-slave bus, is intended for time-critical signals. If, for example, an elevator reaches a speed that is too high for any reason, this information must be sent from the speed decoder via the associated additional card 9 to the tax card immediately 2 are routed, especially to the digital signal processor 3 , The decoder receives a number of pulses per revolution of the motor 7 to the additional card 9 directed. The additional card 9 converts this information into a number over the SPI bus 21 is sent. The digital signal processor 3 then compares this number with a reference value. If the number is too high, i.e. the speed is too high, the speed is reduced.

Die Zusatzkarte 9 beinhaltet die Möglichkeit, verschiedene Typen von Decodierern anzuschließen, beispielsweise Absolut, Inkremental oder Sinus/Cosinus-Decodierer. Die Versorgungsspannung ist beispielsweise 5 bis 10 V und das Ausgangssignal ist differentiell, was eine bessere Störungsunterdrückung ermöglicht.The additional card 9 includes the possibility to connect different types of decoders, for example absolute, incremental or sine / cosine decoders. The supply voltage is, for example, 5 to 10 V and the output signal is differential, which enables better interference suppression.

Verglichen mit der Übertragungszeit über den CAN-Bus 10 ist die Übertragungszeit um den Faktor 10 bis 20 kürzer. Der SPI-Bus 21 ist in diesem Fall eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit drei Leitern, d.h. hin, zurück und Takt und im Gegensatz zum CAN-Bus 10 eine synchronisierte Verbindung. Synchronisation bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der digitale Signalprozessor 3 die Taktsignale an die Zusatzkarten 9, 11, 12 abgibt. Die Synchronisation kann auf zwei Arten erreicht werden: Zum einen hardwaremäßig auf einem separaten Synchronisierungsbus 22, der vom digitalen Signalprozessor 3 zu den drei Zusatzkarten 9, 11, 12 verläuft, und zum anderen per Software, wobei das Taktsignal mit auf dem Bus gesendet wird. Die Verwendung einer getrennten Busleitung hat jedoch den Vorteil, daß die Busleitung und das Busprotokoll entlastet wird.Compared to the transmission time via the CAN bus 10 is the transmission time by the factor 10 to 20 shorter. The SPI bus 21 in this case is a point-to-point connection with three conductors, ie there, back and clock and in contrast to the CAN bus 10 a synchronized connection. In this context, synchronization means that the digital signal processor 3 the clock signals to the additional cards 9 . 11 . 12 emits. The synchronization can be achieved in two ways: First, in terms of hardware, on a separate synchronization bus 22 by the digital signal processor 3 to the three additional cards 9 . 11 . 12 runs, and on the other hand via software, whereby the clock signal is also sent on the bus. However, the use of a separate bus line has the advantage that the bus line and the bus protocol are relieved.

Die Zusatzkarte-Synchronisation über den Synchronisationsbus 22 verläuft mit einer Taktgeschwindigkeit von 4 bis 7 kHz und wird vom digitalen Signalprozessor 3 erzeugt. Der digitale Signalprozessor 3 ist hier der "master" und die Zusatzkarten 9, 11, 12 sind die "slaves". Mit den Zusatzkarten-Synchronisationssignal auf dem Synchronisierungsbus 22 steuert der digitale Signalprozessor 3, wann der nächste Arbeitsgang auf einer Zusatzkarte 9, 11, 12 ausgeführt werden muß. Bei spielsweise kann der digitale Signalprozessor 3 steuern, wann die Zusatzkarte 9 den Eingang eines Winkelcodierersignals ablesen soll.The additional card synchronization via the synchronization bus 22 runs at a clock speed of 4 to 7 kHz and is used by the digital signal processor 3 generated. The digital signal processor 3 here is the "master" and the additional cards 9 . 11 . 12 are the "slaves". With the add-on card synchronization signal on the synchronization bus 22 controls the digital signal processor 3 when the next operation on an additional card 9 . 11 . 12 must be carried out. For example, the digital signal processor 3 control when the additional card 9 read the input of an encoder signal.

Um eine Gleichzeitigkeit innerhalb der Motorsteuerung 1 zu erreichen, ist zusätzlich eine globale Taktleitung 23 zwischen dem digitalen Signalprozessor 3, dem Mikrocontroller 8 und den Zusatzkarten 9, 11, 12 vorgesehen. Dieser Takt hat eine Frequenz von beispielsweise 1 kHz und hat die Aufgabe sicherzustellen, daß alle Einheiten ihre Eingänge gleichzeitig ablesen, d.h. synchron. Wenn der globale Takt gegeben wird, erfolgt gleichzeitig eine Abtastung von allen Referenzwerten und Rückkopplungs-Signalen. Die abgetasteten Werte werden in den Regelschleifen benutzt. Das globale Taktsignal auf der Leitung 23 hat weiterhin den Vorteil, daß Kommunikationstelegramme mit Steuerbefehlen, die von außen über einen Kommunikationsbus kommen, in Bezug zum globalen Taktsignal definiert werden können. Nach einem globalen Taktsignal hat das System Zeit für eine Datenübertragung über den CAN-Bus 10 und für eine Datenbearbeitung im Mikroprozessor 8 und im digitalen Signalprozessor 3. Danach erfolgt ein neuer globaler Takt. Ein Vorteil dieses globalen Taktes ist, daß der CAN-Bus entlastet wird, weil er sich nicht mit der Taktgebung beschäftigen muß.To ensure simultaneity within the engine management system 1 A global clock line can also be achieved 23 between the digital signal processor 3 , the microcontroller 8th and the additional cards 9 . 11 . 12 intended. This clock has a frequency of 1 kHz, for example, and has the task of ensuring that all units read their inputs simultaneously, ie synchronously. When the global clock is given, all reference values and feedback signals are sampled simultaneously. The sampled values are used in the control loops. The global clock signal on the line 23 has the further advantage that communication telegrams with control commands that come from outside via a communication bus can be defined in relation to the global clock signal. After a global clock signal, the system has time for data transmission via the CAN bus 10 and for data processing in the microprocessor 8th and in the digital signal processor 3 , Then there is a new global clock. An advantage of this global clock is that the CAN bus is relieved because it does not have to deal with the clocking.

Das globale Takt-Signal könnte zwar auch per Software über den CAN-Bus 10 übertragen werden. Es wird aber bevorzugt, daß dieses Signal mit Hilfe von Hardware realisiert wird. Dies erhöht die Durchsichtigkeit der Busarchitektur der Motorsteuerung und erleichtert Systementwicklern verschiedene Messungen. Das globale Taktsignal bezieht sich in erster Linie auf prozeßbezogene Signale, beispielsweise die Drehzahl eines Förderbandes oder die Geschwindigkeit eines Aufzugs, wohingegen sich das Zusatzkarten-Synchronisationssignal auf der Leitung 22 an die Zusatzkarten 9, 11, 12 mit einer direkten Motorregelschleife wendet. Das Zusatzkarten-Synchronisationssignal muß daher eine Frequenz haben, die ein ganzzahliges Vielfaches des globalen Taktsignals ist. Ferner muß der Phasenwinkel zwischen den beiden Takten so gesteuert werden, daß der Winkel konstant ist.The global clock signal could also be software via the CAN bus 10 be transmitted. However, it is preferred that this signal be implemented using hardware. This increases the Transparency of the bus architecture of the motor control and system developers makes various measurements easier. The global clock signal primarily relates to process-related signals, for example the speed of a conveyor belt or the speed of an elevator, whereas the additional card synchronization signal is on the line 22 to the additional cards 9 . 11 . 12 with a direct motor control loop. The add-on card synchronization signal must therefore have a frequency that is an integral multiple of the global clock signal. Furthermore, the phase angle between the two clocks must be controlled so that the angle is constant.

Für die Ausbildung der Zusatzkarten 9, 11, 12 gibt es viele Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Zusatzkarte 11 eine "Profibus"-Kommunikationskarte sein und die Zusatzkarte 12 eine sogenannte "frei programmierbare Funktion"-Karte, auf der ein Anwender eine anwendungsspezifische Software unterbringt. Dies kann beispielsweise Software für eine Hub- und Senk-Anwendung sein.For the training of additional cards 9 . 11 . 12 there are many options. For example, the additional card 11 be a "Profibus" communication card and the additional card 12 a so-called "freely programmable function" card, on which a user houses application-specific software. This can be software for a lifting and lowering application, for example.

Normalerweise wird das globale Taktsignal und das Zusatzkarten-Synchronisationssignal vom digitalen Signalprozessor 3 erzeugt, aber in dem letztgenannten Fall kann es von Vorteil sein, wenn das globale Taktsignal von der "frei programmierbare Funktion"-Karte erzeugt wird, weil diese Karte die höchste Priorität hat. Diese Zusatzkarte 12 wird somit Master im System.Usually the global clock signal and the add-on card synchronization signal are from the digital signal processor 3 generated, but in the latter case it may be advantageous if the global clock signal is generated by the "freely programmable function" card because this card has the highest priority. This additional card 12 thus becomes master in the system.

Die Zusatzkarten 9, 11, 12 können problemlos in verschiedene Steckplätze in der Motorsteuerung 1 eingesteckt werden, weil die Adressierung dynamisch ist.The additional cards 9 . 11 . 12 can be easily inserted into different slots in the motor control 1 be plugged in because the addressing is dynamic.

Claims

Motor control for regulating the speed and / or the torque of an electric motor with a control device which has a first serial communication bus which is led outwards, and an additional device, characterized in that the first communication bus ( 10 ) the control device ( 2 ) and the additional device ( 9 . 11 . 12 ) and a second serial communication bus ( 21 ) with a higher transmission speed than the first communication bus ( 10 ) is provided, which the control device ( 2 ) and the additional device ( 9 . 11 . 12 ) connects with each other.

Motor control according to claim 1, characterized in that the first communication bus ( 10 ) is designed as a CAN bus.

Motor control according to claim 1 or 2, characterized in that the second communication bus ( 21 ) has a synchronized data transmission.

Motor control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second communication bus ( 21 ) is designed as a master-slave connection.

Motor control according to claim 3 or 4, characterized in that the second communication bus ( 21 ) is designed as an SPI bus.

Motor control according to one of claims 3 to 5, characterized in that an additional line ( 23 ) to transmit a global clock between the control device ( 2 ) and the additional device ( 9 . 11 . 12 ) is provided by the lines of the first communication bus ( 10 ) and the second communication bus ( 21 ) is different, the global clock being a simultaneous sampling of all signal and communication connections on the control device ( 2 ) and the additional device ( 9 . 11 . 12 ) causes.

Motor control according to claim 6, characterized in that the global clock from the additional device ( 9 . 11 . 12 ) is generated.

Motor control according to claim 6 or 7, characterized in that an additional device synchronization clock between a motor-oriented partial area of the control device ( 2 ) and the additional device ( 9 . 11 . 12 ) is provided, the synchronization clock ( 22 ) and the global clock are linked in terms of frequency and phase.

Motor control according to one of claims 1 to 8, characterized in that the additional device ( 9 . 11 . 12 ) is dynamically addressable.