專利名稱：功率部件,驅動調節器及調節單元與功率部件的聯網方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制電傳動裝置的功率部件，一種以所述功率部件為基礎的驅動調節器及調節單元與一個或多個所述功率部件之間的聯網方法。
背景技術：
迄今為止，公知的驅動調節器是通過所謂的脈沖接口在智能化調節器(例如驅動處理器)和無源的功率部件之間進行信息交換的。這種脈沖接口迄今為止并沒有形成標準，甚至在制造商的驅動器開發中也無法進行自由更換。
調節器的任務(除了本身的調節算法和驅動功能外)一方面是，向功率部件晶體管提供最佳方式的控制脈沖。為此目的，在公知的調節器一側設置位于電流調節器輸出端的控制組件，它對電壓額定值進行換算，該值通常作為電壓值和電壓相位或作為相電壓存在，經脈沖或脈沖三角波轉換成整流器信號(非同步控制組件)或者從所述電壓額定值中計算出同步脈沖模型(脈沖邊沿調制、優化的脈沖模型)。
在實際值一側，公知的方式是將電流實際值作為負載電壓傳輸給調節組件。對測量值的接受，即硬件特性的規范和計算是在復雜的調節處理器中完成的。對于各變流器都要在調節軟件中存儲特定的參數。因為功率部件的型號有一部分無法通過軟件自動識別出來，所以必須經常所有者手工輸入型號。這意味著額外的費用，從而增加了成本。此外還存在錯誤設定的可能。
出于成本的原因，所述脈沖接口在公知系統中是通信瓶頸。對接口配置的定義大多是從功能的角度出發，按照判斷要求的成本確定的。

發明內容
本發明的目的在于提供一種功率部件(Leistungsteil)與電流調節脈沖中的調節裝置相互連接的方案，其中可實現各部分之間的標準化通信。
為了實現上述目的，提供一個調節單元與一個或多個功率部件之間的聯網方法，該方法包括以下步驟-將調節單元的計算能量劃分成電子調節部分和所屬的功率部件；-通過實時數字接口，將調節單元與各功率部件連接；-通過數字傳輸協議，使調節單元與各功率部件之間的通信實現同步。
對此可提高以上方法效率的方案是-在調節單元中，測定的數字電壓額定值經所述數字接口傳輸給對應的功率部件；-在相應的功率部件(L1、L2、L3)中測定需控制的電機的控制脈沖；-在對應的功率部件中采集需控制的電機對應的相電流實際值；-通過所述數字接口同步將該相電流實際值向相應的功率部件對應的調節單元傳輸，以得到調節脈沖。
此外，根據本發明所述方法，可通過中央調節級對器件進行綜合的識別，其方式是，在相應的功率部件的初級階段中，經所述數字接口向所述調節單元傳輸相應的明確特征值，根據該值所述調節單元可對相應的功率部件進行識別和/或參數化。
如通信經所述數字接口通過雙向串行數據進行傳輸，則本發明的實現成本可以很低。
本發明的以上目的在于提供用于控制電傳動裝置的功率部件，它包括-用于產生相連電傳動裝置相電流的整流器；-用于產生所述整流器的控制信號的計算裝置；-用于采集相電流實際值及將所采集的電流實際值數字化的裝置，其中尤其在計算裝置內實現所述數字化；-同步接口，用于將數字化相電流實際值向上級的處理單元傳輸，以及接收數字電壓額定值，以在計算裝置內產生相應的控制信號。
所述同步接口不僅可采用雙向串行接口，還可采用總線系統以實現更大的傳動連接能力，尤其連接內插軸系統。
一種有利的方案是，所述整流器是晶體管橋式電路，尤其是交流橋式電路，并且所述的功率部件是換流器或變流器。
所述功率部件包括識別裝置，通過該裝置經同步接口提供特征值，用于明確識別所述功率部件，這樣可通過中央調節級對功率器件進行綜合識別，其中有利的方案是，所述識別裝置是非易失性存儲器，它含有所述明確特征值。
按照本發明另一種有利的方案，所述功率部件具有可采集功率部件的溫度實際值并將所采集的溫度實際值數字化的裝置，其中所述數字化尤其在計算裝置內進行所述數字化，所述同步接口用于向上級處理單元傳輸所述數字化溫度實際值。
按照本發明，為達到開始所提出的目的，提供一種具有本發明所述功率部件的驅動調節器，包括調節單元，該調節單元具有相同的同步接口并經所述接口進行相互通信，其方式是，為實現調節目的，所述調節單元由功率部件給定數字化相電流實際值，且所述功率部件由調節單元在電流調節脈沖中給定數字化電壓額定值。
在各功率部件的初始階段，經所述數字接口向所述調節單元傳輸相應的明確特征值，根據該值所述調節單元可對相應的功率部件進行識別和/或參數化，如此便可在驅動調節器內通過所述調節單元實現對功率部件的識別。
此外，一種被證明有利的方案是，為實現調節目的，所述調節單元由功率部件給定功率部件的數字化溫度實際值。這樣便可用較低的費用利用接口的優點進行附加的參數計算。
以上所述優點在達到本發明的目的中尤其是通過以下方案體現的，即所述驅動調節器的同步接口是具有主從結構的通信系統，其中調節單元是主單元，功率部件是從單元。
這樣便可以低成本及尤其簡單的方式構成具有多個變流器的所謂“電子軸”，其中，調節單元作為主單元，有若干功率部件作為從單元，它們經所述同步通信系統以統一的電流調節脈沖進行同步控制。
本發明所述方案的優點是可實現智能分散化，也就是說功率部件失去了其無源特性，并且以微處理器的形式得到了智能化，所述方案可實現以下優點-各部分之間的接口可以實現標準化；-各部件可以在遵守接口定義的條件下獨立進行改變或擴展；-可實現與不同功率部件需求的聯系(例如用于機床和制造機械的功率為0.5kW至大約120kW，用于大型傳動設備和裝置的功率為50kW至大約10MW)；
-可優化支持選項結構；-因此在中央調節級中沒有功率部件特定的硬件器件，而且串行接口可驅動邏輯總線，因此所連接的功率部件的數量是靈活的；-在調節組件軟件中不必包含功率部件數據的列表。所以用戶專用的功率部件不會產生兼容性問題；-可在硬件(考慮到時限比例、等距性等)和軟件(考慮到協議內容)的通信距離上實現同步；且例如可實現-在電流調節范圍內具有可比較動態的內插軸系統(加速對稱)；-通過多個換流器的同步實現“電子軸”；且-實現功率部件的并聯，具有各個執行機構的比較動態。


通過下面結合示例性地示出一例的附圖進行的描述，本發明的上述和其它目的和特點將會變得更加清楚。對此具有相同功能的器件采用相同標記。
圖1表示本發明所述通過聯網具有調節單元及多個功率部件的網絡拓撲圖的實例；圖2表示本發明所述驅動調節器的框圖，具有本發明所述的功率部件。
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細說明本發明的實施例。
如圖1所示，用于3臺電機M1至M3的驅動調節器具有一個通信網絡，其包括3個不同的通信系統KOMSYS1、KOMSYS2和KOMSYS3，經該系統將與電機對應的功率部件L1至L3與上級的調節單元R進行通信。在所示的結構中例如可有3個相互連接的工業加工機械的傳動裝置，例如機床或機器人。
根據本發明，通過使用高功率同步傳輸系統KOMSYS1至KOMSYS3，可以部分地將計算能力從調節單元R轉移到功率部件L1至L3上。所述調節單元包括調節處理器1，相應的功率部件L1至L3額外分別分配給微處理器或微控制器P1至P3。
該網絡中的各用戶，無論是調節單元R或功率部件L1至L3具有相應的通信組件Kom，通過該組件將用戶互連。其還可是一種具有通信功能的總線結構。
通信用戶擁有兩個或多個這種通信組件Kom(這里是指調節單元R)，因此可在多個部分之間實現聯網。通信距離可延伸到其它用戶。所述通信組件Kom采用數字傳輸協議工作、且可實現雙向通信，從而能按電流調節時鐘脈沖向調節單元R提供必要的相電流實際值、且向所述功率部件L1至L3提供電壓額定值，這也是按調節脈沖提供的。
這種適于實時使用的同步傳輸系統的實例可建立在物理以太網基礎上的通信網絡，其通過合適的數字傳輸協議構成確定的傳輸系統。
因為圖1所示的應用不僅適于高精度保持實時條件的情況，也適于以高可靠性傳輸的情況，所以標準的傳輸層2(數據幀和訪問方法)的(快速)以太網不能滿足該要求，通過新的數據協議和新的訪問控制可進行完全的重新定義，所以物理以太網可作為驅動部件之間的實時通信基礎。因此調節單元R和功率部件L1至L3之間的通信是可采用該網絡實現的。
關于主單元，例如調節單元R及從單元，例如本發明所述功率部件L1至L3之間的同步采用以下方式是有利的，即從單元根據主單元進行同步，其方式是，各從單元經相應的時間計數器以給定的總循環時間得到脈沖，其通過循環接收來自主單元的專用于從單元的同步信息而得到設定。
因此所使用的是一種主從通信結構體系。為了實現以相同的脈沖時刻進行循環數據交換，可讓主單元和所有從單元建立共同時基。從單元對主單元的同步可通過專門標記的有時間定義的數據進行，該數據由主單元向從單元發送，且向從單元內的單個參數化時間計數器發送。
對此有效數據信息和專用同步數據均被傳輸，后者分別包含有同步信息。作為選擇可以將所述同步信息集成在作出標記的有效數據信息內。
對此所述通信系統的穩定性可采用以下方式進一步提高，即從單元的各時間計數器在相應的同步信息失效時，預定的總循環時間結束之后可自行開始新的循環。
對于發送和接收工作而言，在所述循環數據傳輸中例如可使用時隙訪問法，它由主單元在網絡中激活且允許實現靜止時間優化的數據傳輸。通過該方式可對數據的干擾及提前或延遲的傳輸進行精確監控。
為實現起始，主單元在通信線路上擁有完全的發送權，并且向各僅具有應答權的從單元發送消息，所述消息涉及相應從單元的專用數據以及總循環時間，在總循環時間內的哪個時隙中，相應的從單元應當從主單元接收哪則數據，以及在哪個時隙內它應當發送其數據。
對此一種有利的方案是，各從單元在初始階段內分別通知同步時刻信息。
如果在各從單元內，即相應的功率部件L1至L3內，在共同的時刻，尤其在循環的開始，存儲相應的瞬變值(例如所連接的電機M1至M3的相電流實際值等)，則可實現調節單元R的同時和等距脈沖。
此外每個由主單元向從單元發送的數據中加入檢測信息，用該信息可直接激活在從單元內的安全功能。
有效數據可在數據幀內傳輸，該數據幀除了包括從單元地址和數據長度信息外，還包括數據集成性的安全措施，它例如可通過CRC總檢測以及其它與安全性相關的數據區間實現。數據幀內的數據不僅可以由應用處理器處理，且還可由通信組件Kom處理。
各從單元隨著各數據向主單元發送信號。主單元在該信號失效的情況下可將相應的從單元有控制地關閉。
盡管所使用的傳輸技術是按照以太網標準的原理只允許點對點連接，但是例如在(快速)以太網中，也可通過使用網絡節點(所謂的HUBs)構成網絡，使更多的或者各通信用戶都可通過交換裝置構成網絡節點，該節點可用于繼續朝其它主單元或其它從單元的方向傳輸數據，而且在通信用戶之間經網絡節點的通信同樣可按照以上所述的方式進行。
借助于以上所述的方式可在物理以太網構成的通信系統基礎上實現時隙通信。其中也可以采用分層網絡，具有經網絡節點相連的物理以太網的點對點連接，用于在更大的網絡拓撲圖范圍內建立實時通信。
該方案也適于分布式驅動系統的聯網與連接，其中將調節單元R作為通信系統KOMSYS1、KOMSYS2或KOMSYS3的主單元，其具有對應的功率部件L1至L3作為從單元。
驅動部分如調節單元R和功率部件L1至L3之間的通信，以及其它部分如傳感器系統和運動控制裝置之間的通信可通過以上所述大功率傳輸系統實現，該系統來自辦公通信技術，通過全新的協議以及主從同步和時隙訪問法實現通信的實時性，所以在時間要求嚴格的應用中也能以很高的調節脈沖完成。
當然為實現本發明所述功率部件L1至L3與調節單元R的網絡，還可采用其它通信網絡，這些網絡可以不同于以上作為實例描述的網絡，但條件是必須保證在電流調節脈沖中通信的傳輸帶寬。
圖2表示的是本發明所述功率部件L及其與調節單元R之間的通信結構，圖中采用框圖表示。所述調節單元R具有公知的結構，包括調節處理器或傳動處理器1。該處理器發出或接收其數據是通過通信組件Kom即2實現的，其作為調節單元R的驅動組件工作，且在其中對數字傳輸協議進行處理。其中例如可涉及以上所述的基于物理以太網的傳輸協議。
此外作為實例給出了圖1所示的3個功率部件L1至L3中的功率部件L1。該功率部件同樣包括本發明所述的微處理器7或P1，其最好是微控制器(因此可包括接口和模擬數字轉換器)。該微控制器7同樣與通信組件Kom或6連接，其相當于調節單元。兩個通信組件或驅動組件經通信線路4相互連接，該線路如是圖1所示的通信系統KOMSYS1。通信是通過兩個驅動組件2和6的數字傳輸協議完成的。
數字電壓額定值例如可通過串行接口2、4、6向所述功率部件L1傳輸，在其中通過微控制器7將控制脈沖優化計算到當時的功率部件類型。所述微控制器7因此而生成專門針對功率部件優化的整流器8的控制信號10，所述整流器如是6相晶體管橋式電路。
所述方案具有以下優點-對新的晶體管技術(器件、第二源、靜止時間)的匹配可降到最低，且不會對調節產生副作用；-可通過控制邏輯電路的復制實現并行電路；-更易于集成綜合的控制方法，例如電壓空間指示器在振幅、起始角和其它額外從轉速中導出的電子轉速特性內的自行轉動。所以不現實的小電流控制脈沖與高轉速電機的聯系的壓力降低量減小；-控制邏輯電路與所連接的功率部件無關，可加載新的軟件。
本發明所述功率部件L1還具有電流實際值采集裝置9。它所測定的相電流實際值向微控制器7傳輸，并在其中如通過集成的模擬數字轉換器變換成數字方式。同樣的方法也可用于溫度實際值采集裝置(圖中未畫出)。
所連接的電機數字化相電流實際值以及所測定的功率部件的溫度實際值由微控制器7經串行接口6、4、2向調節單元R傳輸。
因此可實現以下優點
-測量方法的改變不會對調節算法產生副作用；-測量值根據硬件實現方式的接收和換算可在功率部件的本地進行；-通過微控制器7可進行附加的標準化監控；-可傳輸更詳細的狀態信息；-通過分散化智能可以提供靜止時間最小化的實際值，用于調節單元R的調節算法。
如上所述還可將功率部件的組件L1的溫度測量值經串行接口向調節單元R傳輸。所以可實現以下優點-識別測量值的類型(例如IGBT整流器、風扇或環境空氣的溫度測量值)可同時提供；-調節單元R不需要傳感器類型的信息(如PT100、KTY84)；-如果沒有溫度測量值，則溫度可通過模型測定，模型算法的特性值可以存儲在功率部件上，或者用于算法計算的調節，或者直接在功率部件上的計算中考慮；-這里也可采用標準化監控方法計算并且傳輸更詳細的狀態信息；-可計算更綜合的監控算法，例如晶體管的I2t。
智能化以微控制器7的形式存在于功率部件L1中，它可用于新的判斷方案。所以可朝故障原因歸類的方向進行決定性步驟(選擇性)，從而實現維護次數和費用的減少。
關于識別的問題，在功率部件L1中例如設置非易失性存儲器，它除了存儲功率部件控制器的程序外，還包含所有用于功率部件L1登錄調節處理器1時所需的基本數據(典型的數據是功率部件的等級或者器件專用的參數測量值、系列號)。在該存儲器內還可存儲故障和判斷數據，這些數據可改善和簡化產品的數據采集。
將傳動裝置的智能化分配在調節單元R和一個或多個智能功率部件L1至L3上，并采用能在大功率條件下使用的標準化串行接口2、4、6將這些部件相互連接，以上方案可實現對不同部件及其性能數據的識別，且進行判斷。此外還可進行部件的獨立改進而無需對其它部件產生相應的影響。
本發明不限于上述實施例，在不脫離本發明范圍的情況下，可以進行各種變形和修改。
本說明書基于。其內容全部包含于此。
本發明具有產業上的可利用性。
標號說明M1、M2、M3 電機R 調節單元L1、L2、L3 功率部件KOMSYS1 bis KOMSYS3、4 通信系統Kom，2、6 通信/協議組件1、7、P1、P2、P3 微處理機或微控制器8 晶體管橋式電路9 相電流實際值采集10 控制信號
權利要求
1.一種調節單元(R)與一個或多個功率部件(L1、L2、L3)之間的聯網方法，包括以下方法步驟-將驅動調節器(Antriebsregelung)的計算容量(Rechenleistung)劃分為電子調節部分和所屬的功率部件(L1、L2、L3)；-通過實時數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)將調節單元(R)與各功率部件(L1、L2、L3)連接；-通過數字傳輸協議(Kom)使調節單元(R)與各功率部件(L1、L2、L3)之間的通信(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)實現同步。
2.按照權利要求1所述的調節單元(R)與一個或多個功率部件(L1、L2、L3)之間的聯網方法，其特征在于，-在調節單元(R)中測定的數字電壓額定值經所述數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向對應的功率部件(L1、L2、L3)傳輸；-從中在對應的功率部件(L1、L2、L3)中測定需控制的電機(M1、M2、M3)的控制脈沖；-在對應的功率部件(L1、L2、L3)中采集需控制的電機(M1、M2、M3)的對應相電流實際值(9)；-將該相電流實際值(9)通過所述數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)同步傳輸給每個功率部件(L1、L2、L3)對應的調節單元(R)，以得到調節時鐘脈沖。
3.按照權利要求1或2所述的一個調節單元(R)與一個或多個功率部件(L1、L2、L3)之間的聯網方法，其特征在于，在一個初始化階段中，各功率部件(L1、L2、L3)經所述數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向所述調節單元(R)分別傳輸一個相應的單義特征值，根據該值所述調節單元可對相應的功率部件(L1、L2、L3)進行識別和/或參數化。
4.按照權利要求1、2或3所述的一個調節單元(R)與一個或多個功率部件(L1、L2、L3)之間的聯網方法，其特征在于，經所述數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)通過雙向串行數據傳輸進行通信。
5.一種用于控制電傳動裝置(M1、M2、M3)的功率部件(L1、L2、L3)，包括-用于產生相連電傳動裝置相電流的整流器(8)；-用于產生所述整流器(8)的控制信號(10)的計算裝置(7)；-用于相電流實際值采集(9)和所采集電流實際值數字化的裝置，其中所述數字化尤其是在計算裝置(7)內實現；-一個同步接口(Kom，6)，用于將數字化相電流實際值傳輸給上級的處理單元(R)，以及接收數字電壓額定值，以使在計算裝置(7)內產生相應的控制信號(10)。
6.按照權利要求5所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，所述同步接口(Kom，6)是雙向串行接口。
7.按照權利要求5或6所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，所述同步接口是總線系統(4，KOMSYS1、KOMSYS2)。
8.按照權利要求5至7中任一項所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，所述整流器(8)是一個晶體管橋式電路，尤其是三相橋式電路。
9.按照權利要求5至8中任一項所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，其是換流器或變流器。
10.按照權利要求5至9中任一項所述用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，所述功率部件(L1、L2、L3)包括一個識別裝置，通過該裝置經同步接口(Kom，6)提供一個特征值，用于單義識別所述功率部件(L1、L2、L3)。
11.按照權利要求10所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，所述識別裝置是非易失性存儲器，其含有所述單義特征值。
12.按照權利要求5至11中任一項所述的用于控制電傳動裝置的功率部件，其特征在于，具有可采集所述功率部件(L1、L2、L3)的溫度實際值并將所采集溫度實際值數字化的裝置，其中所述數字化尤其是在計算裝置(7)內進行，所述同步接口(Kom，6)用于將所述數字化溫度實際值向一個上級處理單元(R)傳輸。
13.一種具有如權利要求5至12中任一項所述的功率部件(L1、L2、L3)以及一個調節單元的驅動調節器，該功率部件及調節單元具有相同的同步接口(Kom，2、4、6)并經所述接口進行相互通信，其方式是，為實現調節目的，由功率部件(L1、L2、L3)將數字化相電流實際值傳送給調節單元(R)，且所述功率部件(L1、L2、L3)由調節單元(R)按電流調節脈沖給定數字化電壓額定值。
14.按照權利要求13所述的驅動調節器，其中包括如權利要求10或11所述的功率部件，其特征在于，在一個初始化階段，由各功率部件(L1、L2、L3)經所述數字接口(KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)向所述調節單元(R)分別傳輸一個相應的單義特征值，根據該值所述調節單元可對相應的功率部件(L1、L2、L3)進行識別和/或參數化。
15.按照權利要求13所述的驅動調節器，其中包括按照權利要求12所述的功率部件，其特征在于，為實現調節目的，所述調節單元(R)由功率部件(L1、L2、L3)給定功率部件的數字化溫度實際值。
16.按照權利要求13、14或15所述的驅動調節器，其特征在于，所述同步接口是一個具有主從結構的通信系統(4，KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)，其中的調節單元(R)是主單元，功率部件(L1、L2、L3)是從單元。
17.按照權利要求16所述的驅動調節器，其特征在于，作為主單元的調節單元(R)經所述同步通信系統(4，KOMSYS1、KOMSYS2、KOMSYS3)按一個統一的電流調節脈沖，同步控制若干個作為從單元的功率部件(L1、L2、L3)。
全文摘要
將傳動裝置智能化分配在一個調節單元R和一個或多個智能功率部件L1至L3上,并采用能在大功率條件下使用的標準化串行接口2、4、6將這些部件相互連接,以上方案可實現對不同功率部件及其性能數據的識別,并且進行判斷。此外還可獨立地改進部件而無需對其它部件產生相應的影響。
文檔編號H02P5/00GK1368790SQ01138559
公開日2002年9月11日 申請日期2001年9月10日 優先權日2000年9月27日
發明者格哈德·海涅曼, 喬基姆·姆希, 亞歷山大·瓦根菲爾 申請人:西門子公司