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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorsteuergeräte und insbesondere auf Motorsteuergeräte mit Anschlüssen für ein industrielles Netzwerksystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Motorsteuergeräte, zum Beispiel Frequenzumrichter, werden oft als Teil eines größeren industriellen Systems verwendet, das zum Beispiel andere Frequenzumrichter, zentrale Steuercomputer, programmierbare Logiken und andere Prozesssteuergeräte aufweist. Zum Verbinden der Geräte mit dem industriellen Netzwerk müssen die Geräte mit einem physikalischen Anschlusspunkt zum Aufnehmen des passenden Kabels versehen werden. Die Geräte im Netzwerksystem müssen auch dasselbe Netzwerkprotokoll anwenden, um die Kommunikation zu ermöglichen. Ein bekanntes Beispiel für eine Familie von industriellen Computernetzwerkprotokollen ist ein Feldbus.
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Wenn ein Motorsteuergerät, zum Beispiel ein Frequenzumrichter oder dergleichen, in einem industriellen Computernetzwerk installiert wird, wird die Kommunikation des installierten Geräts sichergestellt, indem eine bestimmte Optionskarte im Gerät installiert wird. Eine solche Optionskarte enthält einen dedizierten Prozessor, der für den Netzbetrieb sorgt. Für jeden Typ von industriellen Computernetzwerken oder jeden Typ von Feldbus wird eine unterschiedliche Karte gebraucht, um für jedes Netzwerkprotokoll sorgen zu können.
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Die Benutzung einer zusätzlichen Optionskarte steigert die Kosten der Gesamtlösung und erhöht die Komplexität des Designs. Darüber hinaus weist die Schnittstelle der Optionskarte oft Beschränkungen auf, was die Feldbus-Unterstützungsfähigkeit begrenzt.
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Wegen der Benutzung einer Optionskarte gibt es eine zusätzliche Komponente zwischen dem Hauptprozessor des Geräts und dem Feldbus. Da die Optionskarte eine zusätzliche Komponente ist, erzeugt sie inhärent eine Verzögerung in der Nachricht, die von dem Feldbus kommt und den Hauptprozessor des Geräts erreicht. Wenn das Gerät zum Beispiel ein Servoantrieb ist, kann das Gerät über den Feldbus Informationen über Bewegungssteuerung empfangen. Da die Information zum Beispiel ein Sollwert für Steuerung sein kann, ist klar, dass die erzeugte Verzögerung eine Auswirkung auf die Steuerungseigenschaften hat und solche Verzögerungen bei der Einstellung des Steuergeräts berücksichtigt werden sollten. In einigen Steuerstrukturen kann der Zusatz einer Verzögerung in der Kommunikation zu komplexen steuerungsbezogenen Problemen führen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Motorsteuergerät bereitzustellen, so dass die oben erwähnten Probleme gelöst werden. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Motorsteuergerät erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, was im unabhängigen Schutzanspruch angegeben wird. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, dass die Unterstützung von verschiedenen industriellen Netzwerkprotokollen in das Motorsteuergerät integriert wird. Das einzusetzende Protokoll kann anhand von physikalischen Wahlmitteln, die sich im Motorsteuergerät befinden, ausgewählt werden.
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Das Motorsteuergerät der Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Verzögerungen in der Kommunikation minimiert werden, da zusätzliche Komponenten auf dem Kommunikationspfad vermieden werden. Weiterhin werden die auf das Motorsteuergerät, zum Beispiel einen Frequenzumrichter, bezogenen Kosten verringert, weil keine Optionskarte benötigt wird.
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Die Verwendung des Motorsteuergeräts der Erfindung ermöglicht, dass das Motorsteuergerät auf einfache Weise ersetzt werden kann. Das einzusetzende Protokoll kann auf einfache Weise mit Schaltern oder anderen ähnlichen Wahlmitteln vor der Installierung des Geräts ausgewählt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen:
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1 eine vereinfachte industrielle Netzwerkstruktur ist; und
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2 ein Blockschaltbild über das Auswählen eines Netzwerkprotokolls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt eine vereinfachte industrielle Netzwerkstruktur. Im Folgenden wird die industrielle Netzwerkstruktur als Feldbus bezeichnet. Die spezifischen Protokolle des Feldbusses umfassen zum Beispiel Ethernet-basierte Protokolle wie EtherCAT oder Ethernet Powerlink. In 1 ist ein Hauptsteuergerät 1 mit dem System verbunden, um Betriebsregeln an andere mit dem Feldbus 2 verbundene Geräte zu liefern. Im Beispiel von 1 ist der Feldbus mit zwei Servoantrieben 3, 4 verbunden, die im Prinzip Frequenzumrichter sind, die einen Motor antreiben. Die Servoantriebe sind an die Eingangsspannung und an die zu steuernden Motoren (nicht dargestellt) angeschlossen, um die Motoren auf eine von dem Hauptsteuergerät 1 angewiesene Weise anzutreiben.
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2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild über das Auswählen eines Netzwerkprotokolls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Blockschaltbild von 2 wird in einem Motorsteuergerät verwirklicht, um ein gewünschtes Netzwerkprotokoll in Gebrauch zu nehmen. Das Motorsteuergerät der Erfindung weist physikalische Anschlussmittel auf, mit denen das Motorsteuergerät mit einem industriellen Kommunikationsnetz verbunden werden kann. Das physikalische Anschlussmittel ist zum Beispiel ein Stecker, der die separaten Leitungen des Netzwerks mit den entsprechenden Eingangsklemmen des Motorsteuergeräts verbindet. Ein Beispiel für einen solchen Stecker ist ein industrieller Ethernet-Stecker.
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Das Motorsteuergerät der Erfindung weist ferner Wahlmittel 21, 22 auf, die angepasst sind, das Netzwerkprotokoll auszuwählen. Das Motorsteuergerät weist ferner Mittel 23 auf, die angepasst sind, das ausgewählte Netzwerkprotokoll in den physikalischen Anschlussmitteln in Gebrauch zu nehmen. Anhand der Wahlmittel kann der Benutzer des Systems auswählen, welches Kommunikationsprotokoll in dem Motorsteuergerät, zum Beispiel einem Frequenzumrichter oder einem Servoantrieb, ausgeführt wird. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Wahlmittel einen oder mehrere mechanische Schalter 21 auf. Solche Schalter befinden sich auf der Außenfläche des Motorsteuergeräts, so dass diese Schalter für die Auswahl des Protokolls bedient werden können. Die Schalter sind zum Beispiel Drehschalter.
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Die Mittel, die angepasst sind, das Netzwerkprotokoll auszuwählen, weisen vorzugsweise Mittel 22 auf, die angepasst sind, die Position des einen oder mehreren mechanischen Schalter zu lesen. Die Position der Schalter wird im Motorsteuergerät elektronisch gelesen, so dass zum Beispiel ein Prozessor im Steuergerät aufgrund der Position des einen oder mehreren Schalter angemessene Maßnahmen durchführen kann.
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Die Mittel, die angepasst sind, das ausgewählte Netzwerkprotokoll in Gebrauch zu nehmen, weisen einen Datenspeicher 24 auf, in dem auf verschiedene Netzwerkprotokolle bezogene Daten gespeichert sind. Die gespeicherten Daten im Speicher umfassen zum Beispiel ein FPGA-Bild und die entsprechenden Parametereinstellungen. Der Datenspeicher wird als Reaktion auf die Position der mechanischen Schalter gelesen, so dass das gewünschte Protokoll in Gebrauch genommen wird. Der die Position der Konfigurationsschalter lesende Prozessor 23 weist somit an, das gewünschte Bild in eine FPGA-Schaltung 25 zu laden, oder lädt das gewünschte Bild darin so, dass die FPGA-Schaltung das gewünschte Protokoll ausführt. Der Datenspeicher weist FPGA-Bilder für verschiedene Netzwerkprotokolle auf, wobei der Benutzer der Vorrichtung aus verschiedenen Protokollen je nach dem im Feldbus einzusetzenden Protokoll auswählen kann.
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Die Konfiguration des die Erfindung anwendenden Motorsteuergeräts wird auf folgende Weise ausgeführt. Wenn das Steuergerät ohne Strom ist, wählt der Benutzer die richtige Position des einen oder mehreren Schalter aus, so dass ein gewünschtes Netzwerkprotokoll angezeigt wird. Wenn das Motorsteuergerät, zum Beispiel ein Frequenzumrichter oder ein Servoantrieb, mit Strom versorgt wird, liest die Firmware des Steuergeräts die Schalter und wählt das passende FPGA-Bild für das Programm und einen entsprechenden Parametersatz zur Verwendung aus. Das FPGA-Bild und die Parameter werden von einer Datenbank oder einem entsprechenden Datenspeicher, in dem sie gespeichert sind, gelesen.
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Oben wird eine FPGA-Schaltung als Beispiel für eine mögliche Verarbeitungsschaltung angegeben, die das gewünschte Protokoll verwirklicht. Wie bekannt ist, sind FPGA-Schaltungen programmierbare Schaltungen und das Programm kann aus unterschiedlichen Möglichkeiten in die Schaltung geladen werden. Die FPGA-Schaltung wird nur als Beispiel angegeben und auch andere auf gleiche Weise funktionierende Schaltungen können verwendet werden.
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Die Wahlschalter werden zum Auswählen des einzusetzenden Netzwerkprotokolls im Motorsteuergerät verwendet. Die Wahlschalter können auch zum Konfigurieren des Steuergeräts als Mastergerät oder als Slave-Gerät verwendet werden. Die Anzahl von Protokollen, aus denen das einzusetzende Protokoll ausgewählt wird, wird durch die Erfindung nicht begrenzt. Die Protokolle werden nur durch den Typ des physikalischen Anschlussteils des Geräts begrenzt, was bedeutet, dass sich der Typ des physikalischen Anschlussteils für das wählbare Protokoll eignen muss. Zum Beispiel Ethernet-basierte Protokolle wie EtherCAT und Ethernet Powerlink verwenden ein gleichartiges physikalisches Medium des Feldbusses und somit sind diese Protokolle Beispiele für Protokolle, die auf der Liste von wählbaren Protokollen sein können. Es gibt auch andere Protokollfamilien, die die ähnlichen physikalischen Eigenschaften des Feldbusses verwenden, und somit ist die Erfindung nicht auf die Ethernet-basierten Protokolle beschränkt.
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Das Motorsteuergerät der Erfindung ist vorzugsweise ein Servoantrieb, der als Teil eines gesteuerten Systems dient.
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Einem Fachmann ist offensichtlich, dass der erfinderische Gedanke auf viele Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind auf die oben beschriebenen Beispiele nicht beschränkt, sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.
