DE3928451A1

DE3928451A1 - Intelligentes steuer- und regelsystem fuer komplexe antriebe

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

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Verzeichnis der Abbildungen

Fig. 1 zwei Elemente eines komplexen Antriebssystems mit logischen Verbindungen und Energiezuleitungen,

Fig. 2 Vernetzung der einzelnen Elemente des Antriebssystems,

Fig. 2a sternförmige Vernetzung mit externem Masterrechner,

Fig. 2b ringförmige Vernetzung mit externem Masterrechner,

Fig. 2c ringförmige Vernetzung mit in einem Element integriertem Masterrechner.

Bezugszeichenliste

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

Claims

1. Vorrichtung zur Regelung und Steuerung eines elektrischen An triebssystems, insbesondere für mehrere Motoren, vorzugsweise Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element des Antriebssystems kompakt in einem gegenüber elektromagnetischer Strahlung abschirmenden Gehäuse einen Steuer- bzw. Regelungsrechner, Einrichtungen zur Meßwerterfassung, die Leistungselektronik und die eigentliche Antriebseinheit enthält und daß diese Elemente des Systems untereinander in geeigneter Weise miteinander logisch verknüpft sind und daß die - vorzugsweise elektrische - Energieversorgung der einzelnen Elemente wahlweise dezentral und mit verschiedenen Energieformen realisiert werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen des Antriebssystems durch Standard-Schnittstellen mit Protokollen nach dem bekannten Stand der Technik realisiert sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rechner der Systemelemente durch optische Signalübertragung miteinander kommunizieren.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rechner der Systemelemente durch elektromagnetische Signalübertragung miteinander kommunizieren.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rechner der Systemelemente durch akustische Signalübertragung miteinander kommunizieren.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regelungsrechner in den einzelnen Elementen des Antriebssystems in geeigneter Weise untereinander und mit einem Master-Rechner verbunden sind, wobei der Master-Rechner selbst ein in einem Element des Antriebssystems integrierter Steuer- und Regel-Rechner sein kann.