DE3928451A1

DE3928451A1 - Intelligent control and regulation system for complex drives - has electric motors, measurement devices, power electronics, drive units with logical interconnection via standard interfaces

Info

Publication number: DE3928451A1
Application number: DE3928451A
Authority: DE
Inventors: Guenther Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Schmidt Guenther 4190 Kleve De
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1991-03-07

Abstract

An intelligent control and regulation system for complex electrical drives has each element of the drive system compactly installed in a screened housing of a control and regulation computer. The system contains measurement devices, power electronics and drive units which can be logically interconnected. The electrical power supplies for the individual elements can be decentralised and implemented as different types of power source. The logical connections are realised using standard interfaces and protocols. USE/ADVANTAGE - Control and regulation of several motors, pref. electric motors. The system eliminates complex cabling and reduces noise sensitivity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung, Steuerung und Überwachung eines komplexen Antriebssystems, welches aus Elementen besteht, die mit anderen Elementen logisch vernetzt sind und welches durch einen Master-Rechner durch Vorgabe von Parametern gesteuert wird.The invention relates to a control device, Control and monitoring of a complex drive system, which consists of There are elements that are logically networked with other elements and which is controlled by a master computer by specifying parameters becomes.

Vorrichtungen zur Regelung und Steuerung von vorzugsweise elektrischen Antriebssystemen sind seit langer Zeit bekannt. Diese Systeme zeichnen sich dadurch aus, daß Computereinheiten in der Nähe der Elektromotoren angebracht und durch entsprechende Kabel mit diesen verbunden sind. Die Vorgabewerte werden dabei von einem zentralen Masterrechner zur Verfügung gestellt. Gerade bei komplexen Antriebsanforderungen, wie z. B. extremer Gleichlauf zwischen verschiedenen Motoren einer Druckmaschine, ist häufig die Wegstrecke zwischen den einzelnen Antriebselementen kurz gegenüber der Entfernung der Antriebselemente zum Masterrechner. Darüber hinaus sind üblicherweise die einzelnen Satellitenrechner durch mehr oder weniger lange Kabel mit den Motoren verbunden. Alles in allem ist einmal die Verkabelung von komplexen Antriebssystemen sehr aufwendig und zum anderen wird mit jeder Kabelverbindung die Gefahr der Einstrahlung von elektromagnetischer Störstrahlung in das Antriebssystem erhöht. Ebenso sind in der Praxis durch die oberen Signalübertragungs-Grenzfrequenzen der Kabelverbindungen entweder aufwendige Kabelabschirmungen notwendig oder die Taktfrequenz wird durch die Kabelverbindungen merklich begrenzt.Devices for regulating and controlling preferably electrical Drive systems have been known for a long time. These systems stand out characterized in that computer units near the electric motors attached and connected to them by appropriate cables. The Default values are available from a central master computer posed. Especially with complex drive requirements such as B. more extreme Synchronization between different motors of a printing press is common the distance between the individual drive elements short compared to Removal of the drive elements to the master computer. Beyond that usually the individual satellite computers by more or less long Cables connected to the motors. All in all, there is the wiring complex drive systems are very complex and every cable connection the risk of electromagnetic radiation Interference radiation in the drive system increased. Likewise, are in practice the upper signal transmission limit frequencies of the cable connections either complex cable shielding is necessary or the clock frequency becomes noticeably limited by the cable connections.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuer- und Regelungseinrichtung für ein Antriebssystem zu finden, welches die obengenannten Nachteile der Störempfindlichkeit und komplexen Verkabelung vermeidet, durch geringe Anzahl der Einzelkomponenten eine höhere Eigensicherheit gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen besitzt und darüber hinaus einen geringen Platzbedarf erfordert, leicht kundenspezifisch modifizierbar ist und ohne Schnittstellenprobleme unterschiedliche Antriebselemente miteinander zu vernetzen erlaubt.The object of the invention is therefore a control and regulating device to find for a drive system that the above disadvantages of Noise sensitivity and complex cabling avoided by low Higher intrinsic safety compared to the number of individual components conventional drive systems and also a low one Requires space, can be easily customized and modified without Interface problems different drive elements with each other networking allowed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem Motor (1) direkt verbunden und im gleichen Gehäuse (10) befindlich, Vorrichtungen zur Lageerkennung und Drehzahlerfassung (2), zur elektronischen Kommutierung (3), zur Steuerung und Regelung (4) und zur Bewerkstelligung der Kommunikation (8) untergebracht sind. Die elektrische Antriebseinheit enthält dabei zwei Anschlüsse, von denen der eine die elektrische Energie an den Motor heranführt (6) und durch eine geeignete Anschlußmöglichkeit (7) an den Motor angeschlossen ist. Die Energieversorgungsleitungen können zentral oder dezentral an entsprechende Energiequellen angeschlossen werden. Ferner enthält die intelligente Antriebseinheit einen oder mehrere Anschlüsse für geeignete Leitungen zur Informationsübertragung (5). According to the invention this object is achieved in that directly connected to the motor ( 1 ) and located in the same housing ( 10 ), devices for position detection and speed detection ( 2 ), for electronic commutation ( 3 ), for control and regulation ( 4 ) and for Communication ( 8 ) are accommodated. The electric drive unit contains two connections, one of which feeds the electrical energy to the motor ( 6 ) and is connected to the motor by a suitable connection option ( 7 ). The energy supply lines can be connected centrally or decentrally to corresponding energy sources. The intelligent drive unit also contains one or more connections for suitable lines for information transmission ( 5 ).

Sind nun mehrere intelligente elektrische Antriebseinheiten (10) in einem Antriebssystem (12) miteinander verkoppelt, können die einzelnen Antriebskomponenten durch die Informationsübertragungsleitungen entweder sternförmig (Abb. 2a) oder ringförmig (Abb. 2b) an einen externen Steuerrechner (11) angeschlossen werden. Dieser externe Steuerrechner (11) übergibt in einem geeigneten Datenprotokoll nur die Sollvorgaben für die Antriebsaufgabe (z. B. Gleichlauf sämtlicher Motoren auch bei unterschiedlicher Belastung). Das System (12) arbeitet so lange autonom, bis entweder eine Störmeldung an den Kontrollrechner (11) gegeben wird oder der Kontrollrechner (11) eine Änderung der Parametrierung bewirkt. Die Funktion des externen Steuerrechners (11) kann auch von einem Masterrechner (13) übernommen werden, der dann an Stelle des Steuer- und Regel-Rechners (4) tritt (Abb. 2c). Für die Datenübertragungsprotokolle in den Informationsübertragungsleitungen (5) können bewährte Konzepte aus der Vernetzung von Computern verwendet werden. Wird die Informationsübertragung mit Hilfe von elektrischen Signalen bewerkstelligt, so empfiehlt sich die Realisierung von genormten Schnittstellenprotokollen zwischen den Antriebseinheiten.If several intelligent electric drive units ( 10 ) are now connected to each other in a drive system ( 12 ), the individual drive components can be connected to an external control computer ( 11 ) either in a star shape ( Fig. 2a) or in a ring ( Fig. 2b) through the information transmission lines. This external control computer ( 11 ) only transfers the target specifications for the drive task in a suitable data protocol (e.g. synchronous running of all motors even under different loads). The system ( 12 ) operates autonomously until either a fault message is sent to the control computer ( 11 ) or the control computer ( 11 ) changes the parameterization. The function of the external control computer ( 11 ) can also be taken over by a master computer ( 13 ), which then replaces the control and regulating computer ( 4 ) ( Fig. 2c). Proven concepts from the networking of computers can be used for the data transmission protocols in the information transmission lines ( 5 ). If the transmission of information is carried out with the aid of electrical signals, it is recommended to implement standardized interface protocols between the drive units.

Für komplexe Antriebsaufgaben in besonders stark von elektromagnetischen Störungen durchsetzten Räumen oder bei Antriebsaufgaben, bei denen die Antriebselemente auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegen, ist es sinnvoll, die Informationsübertragungsleitungen (5) als Lichtleiter auszubilden. Die Einführung der Lichtleiter in das intelligente Antriebselement (10) kann entsprechend durch eine Metallabschirmung der Lichtleitfaser praktisch absolut dicht gegenüber elektromagnetischer Strahlung ausgeführt werden.For complex drive tasks in rooms with particularly high levels of electromagnetic interference or for drive tasks in which the drive elements are at different electrical potentials, it makes sense to design the information transmission lines ( 5 ) as light guides. The introduction of the light guide into the intelligent drive element ( 10 ) can accordingly be carried out practically absolutely tight against electromagnetic radiation by means of a metal shielding of the optical fiber.

Zum Aufbau des Steuer- und Regelungsteiles (4) und des Kommunikationsteils (8) der Antriebseinheit kann auf die Erkenntnisse der Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen durch Verwendung von Dickschicht- und SMD-Techniken oder neuen Techniken zur Herstellung integrierter Schaltkreise zurückgegriffen werden. For the construction of the control and regulating part ( 4 ) and the communication part ( 8 ) of the drive unit, knowledge of the miniaturization of electronic circuits can be used by using thick-film and SMD techniques or new techniques for producing integrated circuits.

Verzeichnis der AbbildungenList of figures

Fig. 1 zwei Elemente eines komplexen Antriebssystems mit logischen Verbindungen und Energiezuleitungen, Fig. 1, two elements of a complex drive system with logical connections and power supply lines,

Fig. 2 Vernetzung der einzelnen Elemente des Antriebssystems, Fig. 2 cross-linking of the individual elements of the drive system,

Fig. 2a sternförmige Vernetzung mit externem Masterrechner, FIG. 2a star topology network with external master computer,

Fig. 2b ringförmige Vernetzung mit externem Masterrechner, Fig. 2b annular crosslinking with an external master computer,

Fig. 2c ringförmige Vernetzung mit in einem Element integriertem Masterrechner. Fig. 2c annular crosslinking with integrated in an item master computer.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Antriebselement (z. B. Elektromotor)
2 Meßaufnehmer
3 Motor-Leistungselektronik
4 Steuer- und Regelrechner
5 logische Verbindung zwischen den Systemelementen
6 Energiezuleitung
7 Anschlußvorrichtung für Energiezuleitung
8 Kommunikationselektronik-Teil
9 Antriebswelle
10 Element des Antriebssystems
11 externer Masterrechner
12 Antriebssystem
13 in ein Element integrierter Masterrechner 1 drive element (e.g. electric motor)
2 sensors
3 Motor power electronics
4 control and regulation computers
5 logical connection between the system elements
6 energy supply
7 Connection device for power supply
8 Communication electronics part
9 drive shaft
10 Element of the drive system
11 external master computers
12 drive system
13 master computer integrated in one element

Claims

1. Device for regulating and controlling an electrical drive system, in particular for a plurality of motors, preferably electric motors, characterized in that each element of the drive system is compact in a housing shielding against electromagnetic radiation, a control or regulating computer, devices for measured value acquisition, the power electronics and contains the actual drive unit and that these elements of the system are logically linked to one another in a suitable manner and that the - preferably electrical - energy supply of the individual elements can be implemented either decentrally and with different forms of energy.

2. Device according to claim 1, characterized in that the logical connections between the individual elements of the drive system with standard interfaces Protocols are implemented according to the known prior art.

3. Device according to one of claims 1-2, characterized in that the individual computers of the system elements by communicate optical signal transmission with each other.

4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the individual computers of the system elements by Communicate electromagnetic signal transmission with each other.

5. Device according to one of claims 1-4, characterized in that the individual computers of the system elements by Communicate acoustic signal transmission with each other.

6. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the control computer in the individual elements of the drive system in a suitable manner with each other and are connected to a master computer, the master computer even a control and integrated in one element of the drive system Rule calculator can be.