WO2014180522A1 - System und verfahren zum betreiben eines systems - Google Patents

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WO2014180522A1
WO2014180522A1 PCT/EP2014/000803 EP2014000803W WO2014180522A1 WO 2014180522 A1 WO2014180522 A1 WO 2014180522A1 EP 2014000803 W EP2014000803 W EP 2014000803W WO 2014180522 A1 WO2014180522 A1 WO 2014180522A1
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signal electronics
converter
protocol
side signal
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PCT/EP2014/000803
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Torsten Philipp
Rochus Hien
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Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/30—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wired architecture

Definitions

  • the invention relates to a system and method for operating a system.
  • a converter-fed motor is powered by a supply cable. It is also known to provide an angle sensor for detecting the rotor shaft angle position on the motor.
  • the invention is therefore based on the object, as simple and as possible
  • the object is achieved in the system according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features indicated in claim 7 or 12.
  • Supply cable from an inverter-fed electric motor are that system comprising a via a connecting cable, in particular supply cable, powered by a converter electric motor, motor-side signal electronics is arranged, in particular wherein the
  • Signal electronics includes at least one sensor, an actuator and / or a data memory, and signals via the connecting cable from the signal electronics to a
  • the converter-side signal electronics are transmitted, wherein the converter-side signal electronics means for determining times of switching events, in particular the controllable switch of the inverter and / or the brake control comprises, and means for generating an interrogation signal, which is then sent when between times, in particular PWM switching times, a sufficiently large period of trouble-free transmission of a protocol is to be expected, wherein the motor-side and / or converter-side signal electronics has a means for transmitting a protocol, in particular wherein the motor-side and the converter-side signal electronics each have a means for transmitting a bit-serial digital protocol, the protocol comprising information which each detected by the sensor
  • Switching events allows a time period that has the minimum length for trouble-free data transmission to be predictable. Because the temporally around the switching event around caused interference sound within a known time period so far, so that at sufficiently large time interval between two switching events a trouble-free data transmission is executable.
  • the data is always transmitted when the disturbance generated by the change in the energy signal on the motor line has decayed so far that no impairment during the time of the data transmission can be expected.
  • the converter-side signal electronics has a
  • Time base in particular clock on and / or the motor-side signal electronics also has a time base, especially clock on. It is advantageous in this case that the acquired data can be provided with a time stamp, and thus can be interpolated in terms of time after synchronization of the time bases in such a way that simultaneous data can be used for the data stored in the
  • the supply cable is designed as a completely or partially shielded cable, wherein at least the signal-carrying lines are arranged within a screen.
  • the advantage is therefore that the shielded space area is designed as a communication signal and the power signal together with the higher-frequency modulated data signal in the same carrier can be transmitted.
  • the electric motor is a three-phase motor and the supply cable has three lines for the passage of the power signal.
  • the advantage here is that a high performance can be generated in a compact manner.
  • the senor is a temperature sensor or a
  • Angle sensor The advantage here is that temperature measured values and / or angle measured values can be detected and are transferable.
  • the protocol has address data, sensor signal data and time data.
  • each detected measured value can be transmitted together with a time stamp and thus an asynchronous, ie irregular transmission, of detected values can be transferred and still simultaneous values are taken into account in the control of the engine.
  • Important features in the method for operating a system are that it comprises a powered by a power supply cable from an inverter electric motor, on the motor side signal electronics is arranged and at least one sensor is arranged, the signals via the supply cable to an inverter side
  • the converter-side signal electronics determines times of switching events, in particular the controllable switch of the inverter and / or the brake control, the converter-side signal electronics generates an interrogation signal, which is then sent when between the times one for the transmission of a protocol sufficiently large trouble-free time is to be expected, the motor-side signal electronics, in particular immediately after receipt of the interrogation signal a protocol on the supply cable to the inverter side
  • Signal electronics transmits, wherein the protocol comprises information which each detected by the sensor
  • Measured value and an associated timestamp includes.
  • the advantage here is that whenever, due to the deterministic of the interference signals, so the forecast of
  • the advantage here is that a simple cabling in the system is providable, since only a single cable to connect the inverter with the engine is provided.
  • the time length of the protocol is or is set at the beginning.
  • Data transmission is given if it lasts longer than the length of time of the protocol.
  • synchronization is carried out at the beginning of the method, in particular for determining a correction value for the time bases.
  • the advantage here is that for converting the time stamp recorded on the motor side
  • Correction value can be determined, which can be determined by means of the synchronization.
  • a simple conversion of the time values is executable.
  • a respective protocol comprises a measured value and a time stamp and / or an address information and / or a check information, in particular a check bit.
  • Important features in the method for operating a system are that it comprises an electric motor fed via a supply cable from an inverter, wherein a motor-side signal electronics is arranged on the motor and at least one sensor is arranged, whose signals via the supply cable to a converter side
  • the converter-side signal electronics determines times of switching events, in particular the controllable switch of the inverter and / or the brake control, the converter-side signal electronics to the motor-side signal electronics information on a for data transmission from the motor-side signal electronics for
  • the time period is so long that it is sufficiently long and trouble-free for the transmission of a protocol, wherein the motor-side Signalelektronikim in the period one or more protocols transmits via the supply cable to the converter-side signal electronics, the respective protocol respectively comprises information which comprises a measured value respectively detected by the sensor and an associated time stamp.
  • the advantage here is that a high data transmission rate is achievable. Because after transmission of the beginning and end of a time window, several protocols can be transmitted consecutively without having to send out a respective interrogation signal from the converter-side signal electronics for each protocol.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of the device according to the invention is shown schematically.
  • An inverter 10 has a pulse width modulated inverter 9 which feeds a motor, in particular its stator windings 1. This is a
  • the data signals are not transmitted in baseband but modulated onto a carrier frequency, in particular amplitude-modulated, frequency-modulated and / or phase-modulated.
  • the supply cable is preferably designed shielded.
  • the data transmission between inverter and motor is bidirectional executable. Since the inverter 9 has controllable semiconductor switches which are operated in pulse width modulation, deterministic switching operations take place. It determines the inverter 9
  • Signal electronics of the inverter 10 the switching times and therefore has the information about the planned switching operations.
  • the switching operations cause interference, which interferes with the data transmission integrated in the supply cable.
  • a temperature sensor 2 On the engine, in particular in heat-conducting contact with the stator windings of the motor, a temperature sensor 2 is arranged. On the motor is also an angle sensor 3 for
  • Brake control 4 arranged to supply and control an electromagnetically actuated brake 5 of the engine.
  • the signals from the sensors are at the motor-side interface 6 of the
  • Communication channel 7 is disposed within the shield of the supply cable.
  • the signals are modulated as data signals to the power signal, which is fed from the inverter 9 to the supply cable.
  • the supply cable including the
  • the corresponding recording and / or demodulation unit 11 of the converter 10 is also capable of modulating signals to the power signal in the supply cable.
  • signals for driving the brake 5 are transmitted to the brake control 4.
  • the converter-side signal electronics function as master of the data transmission between inverter 10 and motor.
  • the inverter-side signal electronics determined by means of an interrogation signal when data from the motor to the inverter 10 are transmitted. For this purpose, first the next switching time or the next switching times of the converter side
  • the motor-side signal electronics has a time base, so that the means of
  • the converter-side signal electronics also receive the transmitted data in
  • variable time grids not isochronous.
  • the transmitted data in the converter-side signal electronics can be assigned to the further measured values fed to this electronics, such as, for example, current measured values.
  • these further measured values are preferably detected by the converter-side signal electronics and thus assigned to the time base there.
  • a corresponding time correction of the measured values recorded on the motor side is carried out.
  • An interpolation is preferably also applicable in order to determine the values corresponding to the measured values as simultaneously as possible.
  • a synchronization signal is transmitted when the system is started or started, in particular a corresponding edge whose detection triggers the synchronization.
  • the inverter-side and motor-side timebase are so accurate that during operation, the relative time drift remains insignificant.
  • the braking drive signals caused by the converter-side signal electronics in turn also cause deterministic disturbances. Because the operation of the brake, so the energizing of the brake coil, generates disturbing current components on the lines of
  • the transmission system 13 comprises the motor-side interface 6 of the
  • the inverter 14 comprises the inverter 9 and the recording and / or demodulation unit 11.
  • interference regions 21 are present in the time regions around the edges of the pulse width modulation drive signal 20, so that the time windows 22 are arranged for transmission outside these interference regions 21.
  • Transmission signal 23 is shown.
  • the transmission signal 23 comprises respective interrogation signals and the associated responses which contain the measured values detected during the angular position measurement 25 or values 24 detected by a sensor and the respective associated time stamps, ie the time points associated with the respective detection (t_MessO, t_Mess1, t_Mess2, t_Mess3), include.
  • the time base 26, in particular clock, is read out as the time stamp.
  • the interrogation signal ie the transmission request 30, followed by the data transmission 31 from the inverter or from
  • the data signals are transmitted to the power line respectively separate signal lines, but also within the screen of the
  • the inverter-side signal electronics although in turn determines the switching times, but no interrogation signal is transmitted to the motor-side signal electronics but information is transmitted that define the time slots released for data transmission. For example, the converter-side signal electronics determines the times of the next and the next but one
  • the invention thus also relates to an electric drive system, consisting of a drive unit, a converter and an electrical connection between them, which is formed from one or more cables.
  • the number of lines required depends on the type and number of next to the engine to be controlled or monitored other components of the drive system, such as Rotorpositions- and speed sensor, motor-side data storage, transmission, brake, cooling systems, bearings, etc. and the between motor and inverter selected data transmission procedure.
  • this connection represents a significant cost factor
  • Time base in particular clock, for measuring time point detection t_Mess0 first measuring time

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Abstract

System und Verfahren zum Betreiben eines Systems, umfassend einen über ein Verbindungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, am Motor eine motorseitige Signalelektronik angeordnet ist und zumindest ein Sensor angeordnet ist, dessen Signale über das Verbindungskabel an eine umrichterseitige Signalelektronik übertagen werden, wobei die umrichterseitige Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung von Zeitpunkten von Schaltereignissen, insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, aufweist und ein Mittel zur Erzeugung eines Abfragesignals, welches dann gesendet wird, wenn zwischen den Zeitpunkten eine für die Übertragung eines Protokolls genügend große störungsfreie Zeit zu erwarten ist, wobei die motorseitige Signalelektronik ein Mittel zur Übertragung eines Protokolls aufweist, wobei das Protokoll Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten Messwert umfasst.

Description

System und Verfahren zum Betreiben eines Systems
Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Betreiben eines Systems.
Es ist allgemein bekannt, dass ein umrichtergespeister Motor über ein Versorgungskabel versorgt wird. Außerdem ist bekannt, am Motor einen Winkelsensor zur Erfassung der Rotorwellenwinkellage vorzusehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ein möglichst einfache und
kostengünstige Verkabelung zu erreichen weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 7 oder 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System, umfassend einen über ein
Versorgungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, sind, dass System, umfassend einen über ein Verbindungskabel, insbesondere Versorgungskabel, von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, am Motor eine motorseitige Signalelektronik angeordnet ist, insbesondere wobei die
Signalelektronik zumindest einen Sensor, einen Aktuator und/oder einen Datenspeicher umfasst, und Signale über das Verbindungskabel von der Signalelektronik an eine
umrichterseitige Signalelektronik übertragen werden, wobei die umrichterseitige Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung von Zeitpunkten von Schaltereignissen, insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, aufweist und ein Mittel zur Erzeugung eines Abfragesignals, welches dann gesendet wird, wenn zwischen den Zeitpunkten, insbesondere PWM-Schaltzeitpunkten, eine für die Übertragung eines Protokolls genügend große störungsfreie Zeit zu erwarten ist, wobei die motorseitige und/oder umrichterseitige Signalelektronik ein Mittel zur Übertragung eines Protokolls aufweist, insbesondere wobei die motorseitige und die umrichterseitige Signalelektronik je ein Mittel zur Übertragung eines bitseriellen digital Protokolls aufweisen, wobei das Protokoll Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten
Messwert oder von anderen Datenquellen, wie Aktuator oder Datenspeicher, stammenden Datenwert repräsentiert.
Von Vorteil ist dabei, dass die Daten immer dann übertragen werden, wenn keine Störung erwartet wird, also keine deterministisch einplanbare Störung während der Zeit der
Datenübertragung vorhanden ist. Denn die Prognose der in Zukunft auszulösenden
Schaltereignisse erlaubt, dass ein Zeitabschnitt vorhersehbar ist, der die Mindestlänge zur störungsfreien Datenübertragung aufweist. Denn die zeitlich um das Schaltereignis herum bewirkten Störsignale klingen innerhalb einer jeweils bekannten Zeitspanne soweit ab, so dass bei genügend großem zeitlichen Abstand zwischen zwei Schaltereignissen eine störungsfreie Datenübertragung ausführbar ist.
Von Vorteil ist auch, dass die Daten immer dann übertragen werden, wenn die durch die Änderung des Energiesignales auf der Motorleitung erzeugte Störung soweit abgeklungen sind, dass keine Beeinträchtigung während der Zeit der Datenübertragung erwartet werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die umrichterseitige Signalelektronik eine
Zeitbasis, insbesondere Uhr, auf und/oder die motorseitige Signalelektronik weist ebenfalls eine Zeitbasis, insbesondere Uhr, auf. Von Vorteil ist dabei, dass die erfassten Daten mit einem Zeitstempel versehbar sind und somit nach Synchronisation der Zeitbasen zeitlich derart interpolierbar sind, dass zeitgleiche Daten verwendbar sind für die in der
umrichterseitigen Signalelektronik implementierte Regelung für den Motor. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Versorgungskabel als ganz oder teilweise abgeschirmtes Kabel ausgeführt, wobei zumindest die signalführenden Leitungen innerhalb eines Schirms angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass einerseits eine Störabstrahlung des übertragenen Signals nach außen reduziert ist und andererseits eine verringerte
Einkopplung der PWM auf das Datensignals erreicht wird. Von Vorteil ist also, dass der abgeschirmte Raumbereich als Kommunikationssignal ausgeführt ist und das Leistungssignal zusammen mit dem höherfrequent aufmodulierten Datensignal im selben Träger übertragbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor ein Drehstrommotor und das Versorgungskabel weist drei Leitungen zur Durchleitung des Leistungssignals auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Leistung in kompakter Weise erzeugbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Temperatursensor oder ein
Winkelsensor. Von Vorteil ist dabei, dass Temperaturmesswerte und/oder Winkelmesswerte erfassbar sind und übertragbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Protokoll Adressdaten, Sensorsignaldaten und Zeitdaten auf. Von Vorteil ist dabei, dass jeder erfasste Messwert mit einem Zeitstempel zusammen übertragbar ist und somit eine asynchrone, also unregelmäßige Übertragung, von erfassten Werten übertragbar ist und trotzdem zeitgleiche Werte bei der Regelung des Motors berücksichtigbar sind.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Systems sind, dass es einen über ein Versorgungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor umfasst, wobei am Motor eine motorseitigen Signalelektronik angeordnet ist und zumindest ein Sensor angeordnet ist, dessen Signale über das Versorgungskabel an eine umrichterseitige
Signalelektronik übertagen werden, wobei die umrichterseitige Signalelektronik Zeitpunkte von Schaltereignissen bestimmt, insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, wobei die umrichterseitige Signalelektronik ein Abfragesignal erzeugt, welches dann gesendet wird, wenn zwischen den Zeitpunkten eine für die Übertragung eines Protokolls genügend große störungsfreie Zeit zu erwarten ist, wobei die motorseitige Signalelektronik, insbesondere unmittelbar, nach Empfang des Abfragesignals ein Protokoll über das Versorgungskabel an die umrichterseitige
Signalelektronik überträgt, wobei das Protokoll Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten
Messwert und einen zugehörigen Zeitstempel umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass immer dann, wenn aufgrund der Deterministik der Störsignale, also der Prognose der
Schaltereignisse und der davon verursachten und/oder bewirkten Störungen, ein
störungsfreier Zeitraum absehbar ist, Daten übertragbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Datenübertragung auf einem
Kommunikationskanal ausgeführt, in welchem auch das Leistungssignal übertragen wird, insbesondere also das Versorgungskabel als Kommunikationskanal verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Verkabelung in der Anlage vorsehbar ist, da nur ein einziges Kabel zur Verbindung des Umrichters mit dem Motor vorzusehen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird oder ist die zeitliche Länge des Protokolls zu Beginn festgelegt. Von Vorteil ist dabei, dass ein störungsfreier Zeitraum nur dann zur
Datenübertragung frei gegeben wird, wenn er länger andauert als die zeitliche Länge des Protokolls.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zu Beginn des Verfahrens eine Synchronisation ausgeführt, insbesondere zur Bestimmung eines Korrekturwertes für die Zeitbasen. Von Vorteil ist dabei, dass zur Umrechnung des motorseitig erfassten Zeitstempels ein
Korrekturwert bestimmbar ist, der mittels der Synchronisation bestimmbar wird. Somit ist eine einfache Umrechnung der Zeitwerte ausführbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst ein jeweiliges Protokoll einen Messwert und einen Zeitstempel und/oder eine Adressinformation und/oder eine Prüf Information, insbesondere ein Prüfbit. Von Vorteil ist dabei, dass der jeweilige Messwert zusammen mit einem Zeitstempel übertragbar ist und somit zeitlich interpolierte Werte bestimmbar sind, so dass die für die Regelung des Motors verwendeten Werte zeitgleich sind, insbesondere der motorseitig erfasste Winkelwert und der umrichterseitig erfasste Stromwert. .
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Systems sind, dass es einen über ein Versorgungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor umfasst, wobei am Motor eine motorseitigen Signalelektronik angeordnet ist und zumindest ein Sensor angeordnet ist, dessen Signale über das Versorgungskabel an eine umrichterseitige
Signalelektronik übertagen werden, wobei die umrichterseitige Signalelektronik Zeitpunkte von Schaltereignissen bestimmt, insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, wobei die umrichterseitige Signalelektronik an die motorseitige Signalelektronik Information über ein für die Datenübertragung von der motorseitigen Signalelektronik zur
umrichterseitigen Signalelektronik zugelassenen Zeitabschnitt, insbesondere Zeitfenster, sendet, wobei der Zeitabschnitt derart lang ist, dass er für die Übertragung eines Protokolls genügend lang und störungsfrei ist, wobei die motorseitige Signalelektronikim im Zeitabschnitt ein oder mehrere Protokolle überträgt über das Versorgungskabel an die umrichterseitige Signalelektronik, wobei das jeweilige Protokoll jeweils Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten Messwert und einen zugehörigen Zeitstempel umfasst.
Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Datenübertragungsrate erreichbar ist. Denn nach Übertragung des Beginns und Endes eines Zeitfenster sind mehrere Protokolle aufeinander folgend übertragbar, ohne dass für jedes Protokoll ein jeweiliges Abfragesignal von der umrichterseitigen Signalelektronik abgesendet werden muss.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein schematischer Schaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.
Ein Umrichter 10 weist einen pulsweitenmoduliert betriebenen Wechselrichter 9 auf, welcher einen Motor, insbesondere dessen Statorwicklungen 1 , speist. Hierzu ist ein
Versorgungskabel zwischen Umrichter 10 und Motor angeordnet, auf dessen Leitungen nicht nur das pulsweitenmodulierte Leistungssignal sondern auch aufmodulierte Datensignale übertragen werden.
Vorzugsweise werden die Datensignale nicht im Basisband übertragen sondern auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert, insbesondere amplitudenmoduliert, frequenzmoduliert und/oder phasenmoduliert.
Das Versorgungskabel ist vorzugsweise abgeschirmt ausgeführt.
Die Datenübertragung zwischen Umrichter und Motor ist bidirektional ausführbar. Da der Wechselrichter 9 steuerbare Halbleiterschalter aufweist, die pulsweitenmoduliert betrieben werden, finden deterministische Schaltvorgänge statt. Dabei bestimmt die
Signalelektronik des Umrichters 10 die Schaltzeitpunkte und hat daher die Information über die von ihr geplanten Schaltvorgänge. Die Schaltvorgänge bewirken Störsignale, welche die im Versorgungskabel integrierte Datenübertragung stört.
Daher findet die Datenübertragung nur auf Anfrage der Signalelektronik an die motorseitige Signalelektronik statt.
Am Motor, insbesondere im wärmeleitenden Kontakt mit den Statorwicklungen des Motors, ist ein Temperatursensor 2 angeordnet. Am Motor ist außerdem ein Winkelsensor 3 zur
Erfassung der Winkelstellung der Rotorwelle vorgesehen.
Des Weiteren ist am Motor, vorzugsweise im Anschlusskasten des Motors, eine
Bremsansteuerung 4 angeordnet zur Versorgung und Steuerung einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse 5 des Motors. Die Signale der Sensoren werden an der motorseitigen Schnittstelle 6 des
Kommunikationskanals 7 an diesen Kommunikationskanal 7 übergeben, wobei der
Kommunikationskanal 7 innerhalb des Schirms des Versorgungskabels angeordnet ist.
Insbesondere werden die Signale als Datensignale aufmoduliert auf das Leistungssignal, welches vom Wechselrichter 9 ins Versorgungskabel eingespeist wird.
An seinem umrichterseitigen Endbereich weist das Versorgungskabel, also auch der
Kommunikationskanal eine umrichterseitige Schnittstelle 8 des Kommunikationskanals 7 auf, so dass die an den Umrichter übertragenen Signale dort übergeben werden an die
Signalelektronik des Umrichters 10.
Die entsprechende Auf- und/oder Demodulationseinheit 11 des Umrichters 10 ist aber auch in der Lage Signale auf das Leistungssignal im Versorgungskabel aufzumodulieren. Hierbei werden Signale zum Ansteuern der Bremse 5 an die Bremsansteuerung 4 übertragen.
Die umrichterseitige Signalelektronik fungiert als Master der Datenübertragung zwischen Umrichter 10 und Motor. Somit bestimmt die umrichterseitige Signalelektronik mittels eines Abfragesignals, wann Daten vom Motor zum Umrichter 10 übertragen werden. Hierzu wird zunächst der nächste Schaltzeitpunkt oder die nächsten schaltzeitpunkte von der der umrichterseitigen
Signalelektronik vorausberechnet. Wenn dabei ein genügend langer störungsfreier
Zeitabschnitt erkennbar ist, sendet die umrichterseitige Signalelektronik nach dem
Schaltzeitpunkt ein Abfragesignal an die motorseitige Signalelektronik, die daraufhin unmittelbar mit der Übertragung eines Protokolls, umfassend ein Datenwort, beginnt. Die Dauer des Protokolls ist festgelegt und wird von der umrichterseitigen Signalelektronik berücksichtigt bei der Bestimmung, ob ein störungsfreier Zeitabschnitt absehbar ist, der für die ungestörte Datenübertragung, also Übertragung eines Protokolls, verwendbar ist.
Die motorseitige Signalelektronik weist eine Zeitbasis auf, so dass die mittels der
Übertragung der Protokolle übertragenen von den Sensoren erfassten Werte stets
zusammen mit der Zeit bei der Erfassung des jeweiligen Wertes übertragen werden. Jeder übertragene Messwert hat also sozusagen seinen Zeitstempel. Die umrichterseitige Signalelektronik empfängt die übertragenen Daten auch in
veränderlichen Zeitrastern, also nicht isochron. Mittels des Zeitstempels sind aber die übertragenen Daten in der umrichterseitigen Signalelektronik den weiteren dieser Elektronik zugeführten Messwerten, wie beispielsweise Strommesswerte, zuordenbar. Dabei werden diese weiteren Messwerte vorzugsweise von der umrichterseitigen Signalelektronik erfasst und somit zur dortigen Zeitbasis zugeordnet. Um also die motorseitig erfassten Messwerte den zeitgleichen umrichterseitig erfassten Messwerten zuzuordnen, wird eine entsprechende Zeitkorrektur der motorseitig erfassten Messwerte ausgeführt. Dabei ist vorzugsweise auch ein Interpolation anwendbar, um die den Messwerten entsprechenden Werte möglichst zeitgleich zu bestimmen.
Zur anfänglichen Synchronisation der motorseitigen Zeitbasis und der umrichterseitigen Zeitbasis wird bei Inbetriebnahme oder Start des Systems ein Synchronisationssignal übertragen, insbesondere eine entsprechende Flanke, deren Erkennung die Synchronisation auslöst. Die umrichterseitige und motorseitige Zeitbasis sind derart genau, dass während des Betriebs die relative Zeitdrift nur unwesentlich bleibt.
Wenn das störungsfreie Zeitfenster lang genug ist, ist nach dem vorbeschriebenen System auch die Übertragung mehrere Protokolle ermöglicht.
Auch die von der umrichterseitigen Signalelektronik bewirkten Bremsansteuersignale bewirken wiederum deterministische Störungen. Denn das Betätigen der Bremse, also das Bestromen der Bremsspule, erzeugt störende Stromanteile auf den Leitungen des
Versorgungskabels.
Zusätzlich kann auch ein Mittel zur Bestimmung von Fehlern bei der Datenübertragung vorgesehen sein, wobei bei erkanntem Fehler das entsprechende Protokoll nochmals übertragen wird. Wie in Figur 1 gezeigt, weist die Antriebskomponente 12 den Motor mit Statorwicklung 1 , den darin angeordneten Temperatursensor 2, den Winkelsensor 3 zur Erfassung der
Winkelstellung der Rotorwelle, die Bremsansteuerung 4 und die elektromagnetisch betätigbare Bremse 5 auf. Das Übertragungssystem 13 umfasst die motorseitige Schnittstelle 6 des
Kommunikationskanals 7, den Kommunikationskanal 7 und die umrichterseitige Schnittstelle 8 des Kommunikationskanals. Der Umrichter 14 umfasst den Wechselrichter 9 und die Auf- und/oder Demodulationseinheit 11.
In Figur 2 ist das Übertragungsprinzip näher dargestellt. Dabei sind in den Zeitbereichen um die Flanken des Pulsweitenmodulationsansteuersignals 20 herum jeweils Störbereiche 21 vorhanden, so dass die Zeitfenster 22 für Übertragung außerhalb dieser Störbereiche 21 angeordnet sind.
In diesen Zeitfenstern 22 findet die Datenübertragung statt, was in Figur 2 mit dem
Übertragungssignal 23 dargestellt ist. Dabei umfasst das Übertragungssignal 23 jeweilige Abfragesignale und die zugehörigen Antworten, welche die bei der Winkelpositionsmessung 25 erfassten Messwerte oder von einem Sensor erfasste Werte 24 sowie die jeweiligen zugehörigen Zeitstempel, also die zur jeweiligen Erfassung zugehörigen Zeitpunkte (t_MessO, t_Mess1 , t_Mess2, t_Mess3), umfassen. Dabei wird als Zeitstempel jeweils die Zeitbasis 26, insbesondere Uhr, ausgelesen.
Das jeweils übertragene Protokoll ist in Figur 3 dargestellt. Dabei ist das Abfragesignal, also die Sendeanforderung 30, gefolgt von der Datensendung 31 vom Umrichter oder vom
Datensendung 31 vom Motor.
In einer alternativen Ausführung werden die Datensignale über zur Leistungsleitung jeweils separate Signalleitungen übertragen, die aber auch innerhalb des Schirms des
Versorgungskabels angeordnet sind. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bestimmt die umrichterseitige Signalelektronik zwar wiederum die Schaltzeitpunkte, jedoch wird kein Abfragesignal an die motorseitige Signalelektronik übertragen sondern es werden Informationen übertragen, die die zur Datenübertragung freigegebenen Zeitfenster definieren. Beispielsweise bestimmt die umrichterseitige Signalelektronik die Zeitpunkte des nächsten und übernächsten
Schaltereignisses und daraus ein Zeitfenster für die Datenübertragung, wobei das Zeitfenster zeitlich zwischen den beiden Zeitpunkten angeordnet ist. Somit genügt die Übertragung des Zeitpunktes des Beginns und des Endes des Zeitfensters an die motorseitige
Signalelektronik. Somit betrifft die Erfindung also auch ein elektrisches Antriebssystem, bestehend aus einer Antriebseinheit, einem Umrichter und einer elektrischen Verbindung zwischen diesen, die aus einem oder mehreren Kabeln gebildet ist. Die Anzahl der benötigten Leitungen hängt dabei von Art und Anzahl der neben dem Motor zu steuernden oder zu überwachenden weiteren Komponenten des Antriebssystems, wie Rotorpositions- und Drehzahlsensor, motorseitige Datenspeicher, Getriebe, Bremse, Kühlsysteme, Lager, usw. sowie dem zwischen Motor und Umrichter gewählten Datenübertragungsverfahren ab.
Abhängig von der Länge der elektrischen Verbindung, der zu übertragenden Leistung und der Anzahl der Leitungen stellt diese Verbindung einen nennenswerten Kostenfaktor des
Antriebssystem dar.
Bezugszeichen liste
I Statorwicklungen des Motors
2 Temperatursensor
3 Winkelsensor zur Erfassung der Winkelstellung der Rotorwelle
4 Bremsansteuerung
5 Elektromagnetisch betätig bare Bremse
6 motorseitige Schnittstelle des Kommunikationskanals
7 Kommunikationskanal
8 umrichterseitige Schnittstelle des Kommunikationskanals
9 Wechselrichter
10 Umrichter
I I Auf- und/oder Demodulationseinheit
2 Antriebskomponenten
13 Übertragungssystem
14 Umrichter
20 Pulsweitenmodulationsansteuersignal
21 Störbereich
22 Zeitfenster für Übertragung
23 Übertragungssignal
24 von einem Sensor erfasster Wert
25 Positionsmessung
26 Zeitbasis, insbesondere Uhr, für Messzeitpunkterfassung t_Mess0 erster Messzeitpunkt
t_Mess1 erster Messzeitpunkt
t_Mess2 erster Messzeitpunkt
t_Mess3 erster Messzeitpunkt

Claims

Patentansprüche:
1. System, umfassend einen über ein Verbindungskabel, insbesondere Versorgungskabel, von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, am Motor eine motorseitige Signalelektronik angeordnet ist, insbesondere wobei die
Signalelektronik zumindest einen Sensor, einen Aktuator und/oder einen Datenspeicher umfasst, und Signale über das Verbindungskabel von der Signalelektronik an eine
umrichterseitige Signalelektronik übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die umrichterseitige Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung von Zeitpunkten von
Schaltereignissen, insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, aufweist und ein Mittel zur Erzeugung eines Abfragesignals, welches dann gesendet wird, wenn zwischen den Zeitpunkten, insbesondere PWM-Schaltzeitpunkten, eine für die Übertragung eines Protokolls genügend große störungsfreie Zeit zu erwarten ist, wobei die motorseitige und/oder umrichterseitige Signalelektronik ein Mittel zur Übertragung eines Protokolls aufweist, insbesondere wobei die motorseitige und die umrichterseitige Signalelektronik je ein Mittel zur Übertragung eines bitseriellen digital Protokolls aufweisen, wobei das Protokoll Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten
Messwert oder von anderen Datenquellen, wie Aktuator oder Datenspeicher, stammenden Datenwert repräsentiert.
2. System nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die umrichterseitige Signalelektronik eine Zeitbasis, insbesondere Uhr, aufweist, und/oder dass die motorseitige Signalelektronik ebenfalls eine Zeitbasis, insbesondere Uhr, aufweist.
3. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungskabel als abgeschirmtes Kabel ausgeführt ist, insbesondere wobei die Leitungen innerhalb eines Schirms angeordnet sind.
4. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor ein Drehstrommotor ist und das Verbindungskabel drei Leitungen zur Durchleitung des Leistungssignals aufweist.
5. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor ein Temperatursensor, ein Bremsenzustandsinitiator und/oder ein Winkelsensor ist.
6. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Protokoll Adressdaten, Kommandodaten, Sensorsignaldaten und Zeitdaten aufweist.
7. Verfahren zum Betreiben eines Systems, umfassend einen über ein Verbindungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, wobei am Motor eine motorseitigen Signalelektronik angeordnet ist und zumindest ein Sensor angeordnet ist, dessen Signale über das Verbindungskabel an eine umrichterseitige
Signalelektronik übertagen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die umrichterseitige Signalelektronik Zeitpunkte von Schaltereignissen bestimmt,
insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, wobei die umrichterseitige Signalelektronik ein Abfragesignal erzeugt, welches dann gesendet wird, wenn zwischen den Zeitpunkten eine für die Übertragung eines Protokolls genügend große störungsfreie Zeit zu erwarten ist, wobei die motorseitige Signalelektronik, insbesondere unmittelbar, nach Empfang des Abfragesignals ein Protokoll über das Verbindungskabel an die umrichterseitige
Signalelektronik überträgt, wobei das Protokoll Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten
Messwert und einen zugehörigen Zeitstempel umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Datenübertragung auf einem Kommunikationskanal ausgeführt wird, in welchem auch das Leistungssignal übertragen wird, insbesondere also das Verbindungskabel als Kommunikationskanal verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zeitliche Länge des Protokolls zu Beginn festgelegt wird oder ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
zu Beginn des Verfahrens eine Synchronisation ausgeführt wird, insbesondere zur
Bestimmung eines Korrekturwertes für die Zeitbasen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein jeweiliges Protokoll einen Messwert und einen Zeitstempel und/oder eine
Adressinformation und/oder eine Prüfinformation, insbesondere ein Prüfbit, umfasst.
12. Verfahren zum Betreiben eines Systems, umfassend einen über ein Verbindungskabel von einem Umrichter gespeisten Elektromotor, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , wobei am Motor eine motorseitigen Signalelektronik angeordnet ist und zumindest ein Sensor angeordnet ist, dessen Signale über das Verbindungskabel an eine umrichterseitige
Signalelektronik übertagen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die umrichterseitige Signalelektronik Zeitpunkte von Schaltereignissen bestimmt,
insbesondere der steuerbaren Schalter des Umrichters und/oder der Bremsansteuerung, wobei die umrichterseitige Signalelektronik an die motorseitige Signalelektronik Information über ein für die Datenübertragung von der motorseitigen Signalelektronik zur
umrichterseitigen Signalelektronik zugelassenen Zeitabschnitt, insbesondere Zeitfenster, sendet, wobei der Zeitabschnitt derart lang ist, dass er für die Übertragung eines Protokolls genügend lang und störungsfrei ist, wobei die motorseitige Signalelektronikim im Zeitabschnitt ein oder mehrere Protokolle überträgt über das Verbindungskabel an die umrichterseitige Signalelektronik, wobei das jeweilige Protokoll jeweils Information umfasst, welche einen jeweils vom Sensor erfassten Messwert und einen zugehörigen Zeitstempel umfasst.
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