專利名稱：含有帶可選擇同步和通信的集成串行接口的馬達(dá)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及功率電子器件領(lǐng)域，并且尤其涉及用于馬達(dá)控制驅(qū)動器的硬件體
系結(jié)構(gòu)，以提供用于馬達(dá)和過程的通信和控制的接口。
背景技術(shù)：
存在針對功率電子器件的廣泛種類的應(yīng)用，諸如開關(guān)器件和系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中， 可針對廣泛的功能性來組合和互連多個部件。例如，在傳統(tǒng)的開關(guān)裝置應(yīng)用(諸如馬達(dá)驅(qū) 動器)中，一般提供將功率連同網(wǎng)絡(luò)信號、傳感器輸入和執(zhí)行器輸出等發(fā)送(route)入其 中的外殼。外殼內(nèi)的部件與外部電路互連，并且可以彼此互連以提供控制、監(jiān)視、電路保 護(hù)以及許多其它功能。然而，這種傳統(tǒng)途徑需要相當(dāng)多數(shù)量的各導(dǎo)體的終端、導(dǎo)體的布線 (routing)和各種部件的支架等。 在其他類型的封裝中，部件可在支架區(qū)域或者機(jī)架中彼此相關(guān)聯(lián)，該支架區(qū)域或 者機(jī)架電耦合到總線用于將功率發(fā)送到各個部件?？稍趥鹘y(tǒng)的馬達(dá)控制驅(qū)動器中找到這種 類型的封裝的示例，其中安裝并且經(jīng)由線束和線纜等彼此互連了各種控制、監(jiān)視和保護(hù)電 路。在其它應(yīng)用中，尤其是在功率水平低得多的應(yīng)用中，向可以耦合部件(諸如經(jīng)由插入式 連接)的應(yīng)用提供"背板"已經(jīng)變成了傳統(tǒng)。目前這種背板在整個工業(yè)應(yīng)用中使用，例如用 于向并從可編程邏輯控制器以及計算機(jī)部件和外設(shè)等提供數(shù)據(jù)和控制信號。通過該背板可 以容易地發(fā)送數(shù)據(jù)和控制信號，從包括大量接口部件的整個系統(tǒng)易于裝配、替換、服務(wù)和擴(kuò) 展的角度來看，這種背板的使用呈現(xiàn)了充分的優(yōu)勢。 然而，對于使用接收任意數(shù)量的信號的多個部件的背板來說，這種信號向馬達(dá)控 制驅(qū)動器的發(fā)送和定時可能對硬件和軟件提出了挑戰(zhàn)。發(fā)信號必須用以下方式操作使得 每個信號足夠快地到達(dá)馬達(dá)控制器驅(qū)動的主處理單元并可以被處理，以保證及時響應(yīng)。另 外，在需要多個馬達(dá)同步的場合，多個馬達(dá)和傳感器的信號的同步也提出了額外的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于馬達(dá)驅(qū)動器的配置和管理以及這種驅(qū)動器的信號同步的 新途徑。該途徑包括馬達(dá)驅(qū)動器，該馬達(dá)驅(qū)動器具有控制板以及經(jīng)由背板物理上連接到馬 達(dá)驅(qū)動器的一個或者更多個選擇板。選擇板可經(jīng)由一個或者更多個串行接口上的一個或者 更多個同步中斷來與控制板進(jìn)行通信。每個串行接口可包括具有第一中斷的第一通道和具 有第二中斷的第二通道。 支持所有進(jìn)行本發(fā)明的這些功能和其它功能的方法、器件和計算機(jī)程序用于。


當(dāng)參考附圖閱讀以下的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些特征和其它特征、特點和優(yōu)勢 將變得更好理解，在整個附圖中，相同的字符表示相同的部分，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的馬達(dá)驅(qū)動器的透視 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的馬達(dá)驅(qū)動器系統(tǒng)的框圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2的功率電子開關(guān)電路的示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的控制過程的多個馬達(dá)和驅(qū)動器的框圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的倉和背板的透視圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖5的倉和背板的剖面透視圖； 圖7-10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的配置用來和圖5和6的倉和背板一起使用的選
擇板的透視圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示出在控制板和各個選擇板之間的連接的框圖；
圖12描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例利用"控制事件"信號和"系統(tǒng)事件"信號用于 控制板和選擇板的同步操作的中斷表； 圖13描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例使用概要用于操作控制板和選擇板的過程；
圖14和15描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例用于配置控制板和選擇板的用戶界面的屏 幕截圖；以及 圖16是馬達(dá)驅(qū)動器對的圖解表示，示出了可如何將多個驅(qū)動器同步下降到功能 電路水平。
具體實施例方式
現(xiàn)在以圖1開始，描繪了馬達(dá)驅(qū)動器100的透視圖。在一個實施例中，馬達(dá)驅(qū)動器 可以是由威斯康星州密爾沃基的羅克韋爾自動化制造的PowerFlex驅(qū)動器。驅(qū)動器100可 包括外殼102，外殼102在驅(qū)動器100的一個或者更多個面上具有冷卻通風(fēng)孔104。為了便 于與馬達(dá)驅(qū)動器100相互作用，驅(qū)動器100可包括人機(jī)界面(HMI) 106。 HMI 106可包括顯 示器108，諸如LCD(液晶顯示器)或者其他顯示器以及允許用戶進(jìn)行輸入的鍵盤110。另 外，HMI 106是可移動的并且可對接在外殼102中的插座114中。 如下文進(jìn)一步描述的，馬達(dá)驅(qū)動器用于接收來自電源(諸如電網(wǎng))的三相功率并 且用于將恒定頻率的輸入功率轉(zhuǎn)化成受控頻率的輸出功率。馬達(dá)驅(qū)動器ioo可管理到負(fù)載 (通常包括各種機(jī)器或者馬達(dá))的電功率的兩種應(yīng)用。驅(qū)動器也可收集來自負(fù)載，或者來自 與負(fù)載或分離了負(fù)載的機(jī)器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各種傳感器的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可在監(jiān)視和控制功 能中使用，并且可包括諸如電流、電壓、速度、轉(zhuǎn)速、溫度和壓力等的參數(shù)。馬達(dá)驅(qū)動器100 可與在負(fù)載的操作和控制中使用的多種部件或者器件(未示出)相關(guān)聯(lián)。包含在馬達(dá)驅(qū)動 器100內(nèi)的示例性器件是馬達(dá)起動器、過載繼電器、斷路器以及固態(tài)馬達(dá)控制器件(諸如可 變頻率驅(qū)動器和可編程邏輯控制器等)。如下文進(jìn)一步討論的，馬達(dá)驅(qū)動器100通過增加安 裝在馬達(dá)驅(qū)動器100內(nèi)的背板中的選擇板可以包括可擴(kuò)展功能。另外，馬達(dá)驅(qū)動器100可 與其它馬達(dá)驅(qū)動器結(jié)合使用，以使得多個馬達(dá)驅(qū)動器可用于控制一個或者更多個過程。同 樣如下文討論的，同步了驅(qū)動器內(nèi)的功能，并且驅(qū)動器(及其內(nèi)部功能)可與整體機(jī)器系統(tǒng) 中的其它驅(qū)動器同步。 圖2是示出系統(tǒng)200中的驅(qū)動器100和其他器件的各種內(nèi)部部件的框圖200。例 如，驅(qū)動器100可包括控制電路202、驅(qū)動器電路204和功率電子開關(guān)電路206。功率電子 控制電路206可接受三相功率212，并且向馬達(dá)216輸出三相功率214。為了便于馬達(dá)驅(qū)動 器100的控制，可將遠(yuǎn)程控制監(jiān)視器208連接到馬達(dá)驅(qū)動器100。另外，也可將其它驅(qū)動器210連接到馬達(dá)驅(qū)動器100和遠(yuǎn)程控制監(jiān)視器208(諸如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò))。可經(jīng)由這種網(wǎng)絡(luò)連 接來進(jìn)行驅(qū)動器的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視功能以及協(xié)調(diào)操作。另外，這種網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)連接可基于
任何已知的或者隨后開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，包括標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和無線協(xié)議等。 如下文進(jìn)一步討論的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制電路202和驅(qū)動器電路204可包 括控制電路板和各種可選功能電路，可選功能電路在這里被稱作"選擇板"。驅(qū)動器電路204 向功率電子開關(guān)電路206的開關(guān)發(fā)信號，以迅速地閉合和打開，導(dǎo)致橫跨輸出端218、220和 222的三相波形輸出。通過控制電路202控制驅(qū)動器電路204，控制電路202可自主操作或 者可通過網(wǎng)絡(luò)對來自遠(yuǎn)程控制監(jiān)視器208的命令輸入進(jìn)行響應(yīng)。類似地，可經(jīng)由控制電路 協(xié)調(diào)驅(qū)動器電路和其它驅(qū)動器的操作?？赏ㄟ^控制電路實施許多不同的控制方案和功能， 并且可將針對這種操作的程序存儲在控制板上，諸如用于閉環(huán)速度控制、閉環(huán)扭矩控制，諸 如此類。 圖3是功率電子開關(guān)電路206的示意圖。如上所述，功率電子開關(guān)電路將通常接 收三相功率214(諸如來自電網(wǎng))作為輸入。三相電源電耦合到向整流電路232提供恒定 頻率的三相AC功率的一組輸入端226、228和230。整流電路232包括諸如進(jìn)行三相電壓波 形的全波整流的二極管234的部件。在整流之后，組合所有相的輸入功率，以向DC總線的 低壓側(cè)236到高壓側(cè)238提供DC功率。電感器240可耦合到DC總線的高壓和低壓側(cè)并且 用作平滑整流的DC電壓波形的扼流器。 一個或者更多個濾波電容器242可鏈接DC總線的 高壓側(cè)238和低壓側(cè)236，并且也配置為平滑整流的DC電壓波形。電感器和電容器一起用 來從波形消除大部分紋波，以使得DC總線傳送接近近似真正DC電壓的波形。應(yīng)注意的是， 這里所描述的實施三相電的目的不是限制性的，并且可在單相電路上以及在為馬達(dá)驅(qū)動器 之外的應(yīng)用設(shè)計的電路上使用本發(fā)明。 逆變器244耦合到DC總線并且產(chǎn)生所期望的頻率的三相輸出波形，用于驅(qū)動連接 到輸出端218、220和222的馬達(dá)216。在所示出的實施例中，在逆變器244內(nèi)，針對每相， 在DC總線的高壓側(cè)238和低壓側(cè)236之間，從集電極到發(fā)射極串聯(lián)地耦合兩個絕緣柵雙極 晶體管(IGBT)246。然后對于總共六個晶體管246，將三對這些晶體管對并聯(lián)耦合到DC總 線。輸出端218、220和222中的每個耦合到一對晶體管246對之間的一個輸出。驅(qū)動器電 路204向晶體管246發(fā)信號，以迅速地閉合和打開，導(dǎo)致橫跨輸出端218、220和222的三相 波形輸出。通過控制電路202控制驅(qū)動器電路204。 在某些實施例中，可以使用多個馬達(dá)驅(qū)動器和馬達(dá)來控制過程。例如，如圖4中所 示，可以由多個馬達(dá)304(諸如第一馬達(dá)M1、第二馬達(dá)M2、第三馬達(dá)M3和第四馬達(dá)M4)來控 制過程302?？梢杂筛髯缘鸟R達(dá)驅(qū)動器306來控制每個馬達(dá)304。例如，可以由馬達(dá)驅(qū)動器 Dl來控制馬達(dá)Ml ，可以由馬達(dá)驅(qū)動器D2來控制馬達(dá)M2，可以由馬達(dá)驅(qū)動器D3來控制馬達(dá) 302，以及可以由馬達(dá)驅(qū)動器D4來控制馬達(dá)M4。馬達(dá)驅(qū)動器306可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)308 (諸如 使用已知標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)(諸如工業(yè)DeviceNet、ControlNet或以太網(wǎng)))來連接到一 起?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)308將遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測站310連接到馬達(dá)驅(qū)動器，以提供對驅(qū)動器306、 馬達(dá)304和過程302的控制和監(jiān)測。 如上文所討論的，在某些實施例中，馬達(dá)驅(qū)動器可以通過安裝在馬達(dá)驅(qū)動器中的 選擇板的添加來添加功能、連接或這兩者。選擇板可以與其它馬達(dá)驅(qū)動器、馬達(dá)、傳感器或其它設(shè)備進(jìn)行通信。如上文關(guān)于圖4所討論的，例如，可以使用多個驅(qū)動器和馬達(dá)來控制過程。根據(jù)本發(fā)明的實施例，馬達(dá)驅(qū)動器可以提供一個或多個串行接口用于添加選擇板。此外，為了便于控制高度同步的驅(qū)動器和馬達(dá)，專用串行接口可以通過使用同步中斷來提供在每個選擇板和控制板或各馬達(dá)驅(qū)動器的電路之間的同步。此外，可以由用戶選擇并配置在選擇板和控制板之間的通信和同步，使得在維護(hù)同步時可以實現(xiàn)不同的通信速度。此外，某些實施例可以包括選擇并配置對選擇板的通信和同步的概要(profile)。
為了便于添加選擇板，馬達(dá)驅(qū)動器可以包括如圖5中所示的具有底座402的"倉"400。倉400可以安裝在馬達(dá)驅(qū)動器內(nèi)部，并用作下文所討論的選擇板的模塊板架。倉400可以包括控制板404，控制板404可以如下文所討論地管理并處理從選擇板接收的信號?？刂瓢?04可以包括一個或多個處理器406 (處理器406可以包括微處理器、CPU、現(xiàn)場可編程門陣列等)以提供應(yīng)用、管理和處理。處理器406可以包括存儲器或與存儲器相關(guān)聯(lián)，該存儲器具有用于操作控制板404、倉400中的選擇板或馬達(dá)驅(qū)動器中的任何其它設(shè)備的應(yīng)用。例如，處理器406可以包括諸如接口、扭矩控制、向量控制、驅(qū)動邏輯、以太網(wǎng)邏輯等的應(yīng)用?？刂瓢?04也可以包括用于通信和簡單處理任務(wù)的現(xiàn)場可編程門陣列。例如，在實施例中，現(xiàn)場可編程門陣列可以進(jìn)行傳遞、尺寸和CRC(循環(huán)冗余校驗)幀加法器與接收幀的剝離、CRC驗證、錯誤處理和無處理器干預(yù)的通信狀態(tài)。此外，控制板404可以包括根據(jù)特定數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(諸如IEEE 1588、以太網(wǎng)等)用于與其它馬達(dá)驅(qū)動器或設(shè)備連接的附加接口。 倉底座402可以包括一個或多個背板408，背板408通常支撐并提供在控制板404和各選擇板之間的物理相互連接。背板408可以包括具有任何數(shù)量的槽、插頭、連接器或其它接口結(jié)構(gòu)的印刷電路板。背板408提供功率和數(shù)據(jù)信號的分配，并使選擇卡能夠與網(wǎng)絡(luò)通過接口連接。例如，如圖5所示，背板408包括多個槽410，槽410配置為接收如下文進(jìn)一步描述的各選擇板。在一個實施例中，倉400可以包括兩個分別具有六個槽410的背板408。 倉底座402也可以包括附加特征，以提高可靠性和性能。底座402可以在底座402的任何部分包括一個或多個風(fēng)扇412和一個或多個通風(fēng)口 414，以允許空氣流動和散熱。
圖6是更詳細(xì)圖示倉400和背板408的倉400的剖視圖。背板408可以包括總線板416，總線板416提供接口槽410和發(fā)送(route)到控制板404所必要的總線。背板408也可以包括一個或多個通信端口 (諸如多引腳通信端口 418和以太網(wǎng)端口 420)。在一個實施例中，背板408可以具有六個接口槽并且可以接收多大六個選擇板。如下文所討論的，背板408可以包括一個或更多個接點422，配置為接納一個或更多個螺絲或其它緊固物以固定選擇板。當(dāng)然，取決于對于系統(tǒng)所預(yù)期的選擇范圍，可以提供任意數(shù)量的這樣的選擇板槽。 圖7至圖10圖解了配置為與接口槽410匹配的各選擇板。應(yīng)該認(rèn)識到，某些實施例可以包括下文未示出的選擇板，該選擇板包括任意數(shù)量的處理器、存儲器、接口 、輸入和/或輸出。選擇板可以提供任何所需的功能，包括輸入和輸出；信號調(diào)節(jié)；隔離；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；安全；模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換或其它數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；以及經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(諸如DeviceNet、 ControlNet和/或以太網(wǎng))的通信。如下文進(jìn)一步解釋的，各選擇板也可以包括一個或多個以下元件處理器、FPGA、存儲器、邏輯寄存器、時鐘、終端、輸入/輸出端口等。在當(dāng)前所預(yù)期的實施例中，有時可以開發(fā)特殊的選擇板以尋址(address)特定的系統(tǒng)和應(yīng)用需要、進(jìn)行特定類型的數(shù)據(jù)處理以及與繼承系統(tǒng)進(jìn)行接口連接等。 例如，從圖7開始，第一選擇板500可以包括處理器502和FPGA 503。為了接合接口槽410，選擇板500可以包括總線接口 504。如上文所述，在一個實施例中，總線接口 504可以是PCI-E式連接器。此外，選擇板500可以具有一個或多個連接器506或終端508用于連接到由選擇板500使用的各輸入和輸出。為了將選擇板500固定到倉500和插座418，選擇板500可以包括一個或多個螺絲510(諸如翼型螺釘)。在某些實施例中，可以使用其它機(jī)械裝置來固定選擇板500，諸如夾具或其它緊固件。 圖8描繪了另一個選擇板514，選擇板514也具有用于插入接口槽410的總線接口516的。選擇板514包括電容器518和處理器或FPGA 520。此外，選擇板514包括輸入輸出終端522，并可以包括一個或多個螺絲524。圖9描繪了另一個選擇板528，選擇板528具有總線接口 530和一個或多個具有上文所述功能的螺絲532。 最后，圖10圖示了配置為允許使用"繼承"選擇板的選擇板536。例如，選擇板536包括安裝到選擇板536 (諸如通過一個或多個螺絲540)的繼承板538。在該實施例中，繼承板可以經(jīng)由任何適合于與選擇板536和繼承板538通信的接口連接到選擇板536。選擇板536可以提供任何模擬、轉(zhuǎn)化或其它對于與繼承板538通信所需要的處理。選擇板536也可以包括用于與接口槽410通信的總線接口 (未示出)，并且還可以包括一個或多個螺絲540以將選擇板536固定到倉400。來自繼承板538的通信可以通過選擇板536和用于通信的總線接口發(fā)送(route)到控制板。 圖11是圖示在控制板602和多個選擇板604之間的連接的框圖600。選擇板604可以通過專用雙通道全雙工串行端口 606連接到控制板。如上文所討論的，每個選擇板604都可以包括控制各串行接口 606上的信令的時序的時鐘。在某些實施例中，控制板602和選擇板604還可以包括CAN(DPI)通道。如下文進(jìn)一步所述，每個通道可以運送不同的信號，這通過基于第一通道608上的"控制事件"和第二通道610上的"系統(tǒng)事件"的中斷方案來調(diào)整，并且信號的時序可以通過選擇板604上的時鐘來控制。通過使用專用串行接口 606，控制板602允許來自選擇板的信息的串行通信同時且并行地傳遞。此外，按"控制事件"的時序所規(guī)定的，來自每個選擇板604的數(shù)據(jù)傳遞可以被同步。 如上文所述，在某些實施例中，倉400可以具有兩個(或更多)背板，如虛線區(qū)域612和614所指示的。在圖示的實施例中，因為每個背板612和614都可以包括三個接口槽，該接口槽在一個實施例中可以是PCI-E式連接器槽，所以在每個背板上提供三個專用串行總線。除了與控制板602通信之外，選擇板604可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)616相互通信。通過使用網(wǎng)絡(luò)616，選擇板604可以不用先通過控制板602發(fā)送(route)通信而相互通信。在其它實施例中，選擇板604可以經(jīng)由控制板602發(fā)送(route)通信到同一背板或相鄰背板上的其它選擇板。 如上文所述，在當(dāng)前所期望的實施例中，雙通道全雙工串行接口 606的每個通道可以傳送特定信號。在該實施例中，可以借助控制板602上的FPGA來實施信號處理。在其它實施例中，可以用軟件實施信號處理，并且可以使用控制板602上的處理器。圖12描繪了更詳細(xì)定義中斷表的信號，諸如"控制事件"(CTRL)信號700和"系統(tǒng)事件"(SYS)信號702。在一個實施例中，控制事件信號700可以用于以很短間隔調(diào)來整數(shù)據(jù)的傳遞和收集，諸如通信或生成輸出波形所需的數(shù)據(jù)；而系統(tǒng)事件信號702可以用于調(diào)整時間關(guān)鍵程度較低的數(shù)據(jù)的傳遞和收集，諸如一般反饋、通信和I/O等。 為了確保同步，無論每個選擇板的時鐘時序如何，每個信號700和702可以具有數(shù)據(jù)獲取間隔和傳遞間隔。例如，控制事件信號可以包括數(shù)據(jù)獲取窗口 704和傳遞間隔706。在一個實施例中，用于控制事件信號的數(shù)據(jù)獲取窗口 704可以是約6微秒，而傳遞間隔可以是約128微秒到約256微秒。在數(shù)據(jù)獲取窗口結(jié)束時，中斷控制板上的處理器(例如經(jīng)由IRQ)，以確保由CPU所消耗的空閑或等待時間沒有浪費。通過提供數(shù)據(jù)獲取窗口 704，確保了控制板從倉中的選擇板接收了所有數(shù)據(jù)。因而，在當(dāng)前預(yù)期的實施例中，控制事件信號的上升沿708，選擇板可以在6微秒的窗口內(nèi)將選擇板的寄存器移位到控制板。選擇板的時鐘速率可以設(shè)定在適當(dāng)?shù)乃揭源_保該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)獲取窗口中被傳遞。盡管可以使用其它速率，但是可以將時鐘速率標(biāo)準(zhǔn)化為32兆赫茲。有利地，這確保了來自選擇板的所有寄存器(信號)會被同步。即，無論每個選擇板何時獲取其數(shù)據(jù)，所有選擇板必須在數(shù)據(jù)獲取窗口結(jié)束前向控制板報告。在一個實施例中，控制事件信號可以稱為"控制事件首選"，并且可以用于從選擇卡中進(jìn)行控制任務(wù)(通信)數(shù)據(jù)獲取，諸如用于扭矩參考、譯碼器反饋等的數(shù)據(jù)。此外，為了便于與串行接口通信，選擇板可以包括具有32比特長度的移位寄存器接口，并且傳遞速率可以通過選擇板上的時鐘控制。 相似地，在當(dāng)前所預(yù)期的實施例中，系統(tǒng)事件信號702可以包括數(shù)據(jù)獲取間隔710和傳遞間隔712。在該實施例中，用于系統(tǒng)事件信號702的數(shù)據(jù)獲取窗口 710可以是約20微秒，而傳遞間隔可以是約1至2毫秒到約256微秒。在某些實施例中，可以為分別在數(shù)據(jù)獲取間隔和傳遞間隔發(fā)送的首選消息和次級消息這二者提供系統(tǒng)事件信號702。在該實施例中，次級消息必須在傳遞間隔結(jié)束之前完成。在一個實施例中，首選信息可以稱為"系統(tǒng)事件首選"，并具有64字節(jié)存儲限制，并且次級消息可以稱為"次級系統(tǒng)延續(xù)"，并具有512字節(jié)存儲限制。 應(yīng)該注意，在該驅(qū)動器中使用的具體速度、數(shù)據(jù)獲取時間間隔長度、中斷間隔等可以與本討論中所提出的不同。例如，基于諸如下列因素設(shè)置確定的中斷的定時方案要從選擇板(或者從控制電路至選擇板)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、以及與所需要的處理窗的持續(xù)時間相比的期望的數(shù)據(jù)獲取時間間隔的持續(xù)時間。也就是說，控制板的處理電路將收集和處理接收的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行針對耦合到驅(qū)動器的馬達(dá)的操作的控制功能，并且將需要一些時間來執(zhí)行這種功能?？梢詫?shù)據(jù)獲取窗設(shè)置為作為預(yù)期處理時間的函數(shù)(例如為10% )的持續(xù)時間。這種考慮可以導(dǎo)致在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)的設(shè)計選擇。 應(yīng)該理解，對每個功能電路(選擇板)的專用串行接口的使用、以及用于對來自所有這種電路的數(shù)據(jù)的傳輸和收集的中斷方案提供了確定的同步的中斷結(jié)構(gòu)，該中斷結(jié)構(gòu)允許非?？斓臄?shù)據(jù)傳輸速率。串行接口實質(zhì)上用作比特移位寄存器(bit shift register),其用于在不需要電路之間的流量控制的情況下的數(shù)據(jù)傳輸。類似地，應(yīng)該注意到，雖然來自功能電路的數(shù)據(jù)的傳輸速率可以被設(shè)置為例如32MHz，但是該速率實際上是可配置的。因此，在要在可用時間內(nèi)傳送較少的數(shù)據(jù)的情況下，可以設(shè)置來自功能電路的較慢的數(shù)據(jù)傳輸速率(例如低到2MHz)，而對于較多的數(shù)據(jù)傳輸需求，可以設(shè)置甚至更高的速率(例如64MHz)。另外，來自不同的選擇板(甚至在單個驅(qū)動器中)的數(shù)據(jù)傳輸速率不需要相同?？梢葬槍Σ煌倪x擇板設(shè)置不同的速率，而仍憑借專用串行接口和確定的中斷方案來保持操作同步。類似地，可以針對各個板的不同通道而使用不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且這些速率可 以隨時間改變。在某些應(yīng)用中，不同的數(shù)據(jù)傳輸速率的使用可以有助于降低諧波失真或接 口和通道之間的干擾。 系統(tǒng)事件首選(System Event Primary)可以用于串行接口上的"登錄"功能，使 得每個選擇卡可以使用此信號登錄到控制板上并建立通信。系統(tǒng)事件首選可以用于系統(tǒng)任 務(wù)數(shù)據(jù)獲取，例如模擬IA)、數(shù)字1/0、反饋、通信等。另外，在一個實施例中，系統(tǒng)事件連續(xù) 信號可以提供附加的通信，例如大數(shù)據(jù)塊的傳輸。 為了有利于控制板與選擇板的通信和接口連接，控制板和/或選擇板可以使用概 況(profile)來輔助選擇板的"登錄"。圖13描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用概況的控 制板和選擇板的操作的處理800。首先，在具有帶有上述控制板的背板的馬達(dá)驅(qū)動器啟動 時，所安裝的選擇板也上電(框802)。如上所述，在"系統(tǒng)事件"信號的數(shù)據(jù)獲取窗期間，選 擇板向控制板發(fā)送數(shù)據(jù)(框804)。在響應(yīng)中，控制板參考可以存儲針對各個選擇板的概況 的本地存儲的數(shù)據(jù)庫(框806)?？刂瓢遄x取在來自選擇板的數(shù)據(jù)中接收到的"登錄"信息 (框808)，該"登錄"信息可以提供識別信息以及選擇板的狀態(tài)。然后控制板從數(shù)據(jù)庫加載 針對選擇板的適當(dāng)概況(框810)并開始與選擇板進(jìn)行通信(框812)。
在一個實施例中，馬達(dá)驅(qū)動器上的HMI可以提供用于訪問、管理和配置安裝在馬 達(dá)驅(qū)動器的倉中的選擇板的用戶接口。如上文所述，可以在控制板的處理器和存儲器上設(shè) 置用戶接口。然而，在許多應(yīng)用中，通過將驅(qū)動器耦合到工作站來執(zhí)行驅(qū)動器的初始配置， 這可以包括傳統(tǒng)的編程的計算機(jī)(例如個人計算機(jī))。由工作站上的軟件提供的或由工作 站的驅(qū)動器提供的屏幕視圖利于選擇參數(shù)設(shè)置、測量單位、參數(shù)名稱等。另外，每個選擇板 的概況非常有助于該處理，并且每個概況可以已經(jīng)被預(yù)配置為用于選擇板的某種設(shè)置，或 者可以減少向安裝者或系統(tǒng)整合者呈現(xiàn)的、可用于或適合于該選擇板和所選系統(tǒng)建立的選 項組。該概況由此可以成為驅(qū)動器的自動設(shè)備配置方案的一部分，從而通過減少向安裝者 呈現(xiàn)的且在建立始終引導(dǎo)安裝者的信息來流線化驅(qū)動器的建立。目前預(yù)期這種個體概況可 以被存儲在選擇板上(即，每個選擇板包括其各自的概況)，并被饋送到控制板，或者可以 在控制板上存儲概況庫以及用于特定選擇板的配置的適當(dāng)概況(如果該概況被控制器識 別出存在于驅(qū)動器中)。這種概況還可以例如經(jīng)由提供給該驅(qū)動器的網(wǎng)絡(luò)連接或在初始安 裝時被從庫下載到驅(qū)動器。這些選擇中的某些可以允許隨時間可用的功能電路的數(shù)量和類 型的擴(kuò)展。 應(yīng)該注意到，在另一個目前預(yù)期的實施方式中，可以在不參考數(shù)據(jù)庫或庫或概況 的情況下直接地從功能電路向控制電路提供(例如上傳)概況數(shù)據(jù)(定義功能電路的功 能、功能電路提供的參數(shù)或操作的需要、數(shù)據(jù)的傳輸速率等)。此方法實質(zhì)上取決于功能電 路中的概況數(shù)據(jù)的存儲以及向控制電路的數(shù)據(jù)加載或數(shù)據(jù)傳輸。然而，就附加功能電路可 以隨時間開發(fā)的程度而言此方法可以證明是更通配的，并且這些附加功能電路可以"自配 置"控制電路，其不需要關(guān)于概況或功能電路的先驗的信息或數(shù)據(jù)。 圖14和圖15描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的這種用戶接口的屏幕截圖。圖13描繪 具有左手側(cè)導(dǎo)航窗格902和右手側(cè)參數(shù)窗格904的第一屏幕900。如圖14所示，導(dǎo)航窗格 902包括用于馬達(dá)驅(qū)動器的控制板及相關(guān)選擇板的列表?？刂瓢蹇梢栽趯?dǎo)航窗格中被列 出作為節(jié)點，并且可以包括任意數(shù)量的可折疊參數(shù)和其下的設(shè)備。例如，第一節(jié)點9Q8(節(jié)點1)對應(yīng)于"PowerFlex 755"控制板。在第一節(jié)點908之下列出了各種參數(shù)910。選擇 板912也可以在第一節(jié)點908之下列出。在一個實施例中，可以根據(jù)由選擇板占用的接 口槽布置選擇板912。例如，第一選擇板914(LCD模塊)可以在槽l中列出，第二選擇板 916(20-C0匪-E-Ethernet/IP)可以在槽2中列出，等等。 通過選擇節(jié)點908(例如控制板908或者選擇板912)，用戶可顯示與控制板或者選 擇板相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。例如，右手側(cè)窗格904顯示了參數(shù)列表，例如速度參數(shù)914。右手側(cè)窗 格904可顯示關(guān)于每個所列出的項的信息，包括節(jié)點列916、槽列918以及參數(shù)數(shù)字920，并 且每個列分別顯示每項的節(jié)點、槽和參數(shù)。如通過所選擇的參數(shù)922所示出的那樣(速度 Ref A集，例如速度基準(zhǔn))，為了配置節(jié)點，用戶可選擇參數(shù)。 如圖15所示，第二屏幕924示出了在參數(shù)選擇之后顯示的彈出窗口 926。彈出窗 口 926對應(yīng)于所選擇的參數(shù)922，并且提供了多個選擇。如所示出的那樣，第一標(biāo)簽928 (列 表選擇)顯示了端口 930、參數(shù)938、值940以及內(nèi)部值942。另外，也可設(shè)置最小值944、最 大值946和默認(rèn)值948。端口 930可顯示對應(yīng)于可由用戶選擇的端口或槽的下拉框。為了 針對特定端口配置參數(shù)922，用戶可從下拉菜單950選擇端口 ，諸如選擇端口 (節(jié)點)0、端 口4、端口5等。在選擇了端口 930之后，可通過輸入新值來配置參數(shù)938。彈出窗口926 中的附加標(biāo)簽可包括附加功能，諸如"數(shù)字編輯"標(biāo)簽952和"高級標(biāo)簽"954。"數(shù)字編輯" 標(biāo)簽952可允許數(shù)字參數(shù)的直接編輯，并且"高級標(biāo)簽"954可包括針對所選參數(shù)922的附 加配置操作。以此方式，用戶可配置耦合到馬達(dá)驅(qū)動器的背板的任何選擇板。應(yīng)注意的是， 可以以類似的方式配置任何數(shù)量的驅(qū)動器，尤其是在在系統(tǒng)中將大量的驅(qū)動器聯(lián)網(wǎng)在一起 的情況下。因此，系統(tǒng)集成者可針對特定驅(qū)動器的配置而導(dǎo)航到該特定驅(qū)動器，然后針對整 個系統(tǒng)的配置而導(dǎo)航到其它驅(qū)動器。 上述的中斷方案允許馬達(dá)驅(qū)動器內(nèi)的所有功能的同步，包括對來自選擇板上支持 的所有功能電路的數(shù)據(jù)的獲取。也就是說，由于所有的數(shù)據(jù)是響應(yīng)于命令和系統(tǒng)中斷從所 有的選擇板功能電路串行接收的，因此確保了由控制電路同時接收所有的數(shù)據(jù)。 一旦接收 到該數(shù)據(jù)，則可以在中斷之間的間歇中通過控制電路的處理能力而對該數(shù)據(jù)起作用。對于 直接影響馬達(dá)控制的數(shù)據(jù)(有時被稱作通信數(shù)據(jù))而言，數(shù)據(jù)獲取尤其快，在中斷之間幾乎 沒有時間。對于其它數(shù)據(jù)，時間間隔可能在時間上被更寬地隔開。 相同的中斷方案以及數(shù)據(jù)獲取的接近同步也可以允許經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)彼此鏈接的驅(qū)動 器之間的非常精確的同步。例如，圖16示出了系統(tǒng)1000，其中兩個馬達(dá)驅(qū)動器1002和1004 被互連連接以維持同步。驅(qū)動器1002包括耦合到功能電路1008的上述類型的控制電路 1006。由于在上述實施例中，通?？膳c功能電路分開地支持控制電路(諸如在控制板上)， 而在選擇板上支持功能電路。這種選擇電路的數(shù)量和類型可取決于系統(tǒng)需求、要執(zhí)行的控 制類型等等而改變。還如上所述，控制電路經(jīng)由專用串行接口與功能電路進(jìn)行通信，并通過 中斷來協(xié)調(diào)對來自功能電路的數(shù)據(jù)的傳輸和收集，由此維持直到選擇板級的所有驅(qū)動操作 的精確同步。如上所述，控制電路利用從功能電路收集的數(shù)據(jù)以向驅(qū)動器電路IOIO提供控 制信號，該驅(qū)動器電路1010向固態(tài)開關(guān)提供功率以產(chǎn)生用于馬達(dá)1012的輸出功率。
驅(qū)動器1004被類似地配置。驅(qū)動器1004包括控制電路1014和一系列功能電路 1016，其中該功能電路1016經(jīng)由專用串行接口與控制電路進(jìn)行通信，并且經(jīng)由上述的中斷 再次協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸。控制電路1018類似地產(chǎn)生控制信號，該控制信號被施加于用于驅(qū)動馬達(dá)1020的驅(qū)動電路1018。 在系統(tǒng)1000中，協(xié)調(diào)和同步馬達(dá)1012和1020的操作，諸如用于"多軸"控制。這
種協(xié)調(diào)控制在很多應(yīng)用中極為有用，諸如其中馬達(dá)以連續(xù)過程對產(chǎn)品進(jìn)行處理的集成的機(jī)
器。實例可以包括印刷應(yīng)用、造紙應(yīng)用和產(chǎn)品處理應(yīng)用等，而這只提到了一小部分。 為了允許這種高程度同步，同步計數(shù)器1022或類似裝置被包括在每個驅(qū)動器中，
并使得該驅(qū)動器的控制電路的時鐘與系統(tǒng)中相互連接的其它驅(qū)動器的控制電路的時鐘相
同步。在當(dāng)前預(yù)期的實施例中，驅(qū)動器經(jīng)由利用以太網(wǎng)通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接1024而相互連
接，然而也可以使用其它協(xié)議。根據(jù)IEEE 1588協(xié)議來執(zhí)行對同步計數(shù)器的協(xié)調(diào)。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 ，與對用于功能電路的專用串行接口的使用相結(jié)合的對驅(qū)動器之間的
這種時鐘同步的使用、以及對用于傳輸和收集來自功能電路的數(shù)據(jù)的中斷方案的使用，允
許對驅(qū)動器的空前程度的協(xié)調(diào)和同步。也就是說，在總體系統(tǒng)中，所有驅(qū)動器的所有功能電
路(例如輸入/輸出電路、通信電路、編碼器、參數(shù)估計/計算電路等)由于被通過所有驅(qū)
動器的時鐘的同步來進(jìn)行協(xié)調(diào)而可以在用于傳輸和收集來自所有這種電路的數(shù)據(jù)的中斷
同時發(fā)生的程度上被精確地協(xié)調(diào)。這種協(xié)調(diào)允許在應(yīng)用中以迄今在類似的產(chǎn)品設(shè)備中不可
用的精確度來使用該驅(qū)動器。 同樣應(yīng)該注意的是，如上文所述，對用于功能電路的專用串行數(shù)據(jù)接口和上述的 中斷結(jié)構(gòu)的使用也允許在控制電路和功能電路之間發(fā)送和接收同步消息。也就是說，在中 斷期間，上升沿被用于開始在控制電路和功能電路之間傳輸?shù)南ⅰ＿@可以被稱為首選消 息傳輸。但是，除了該消息傳輸之外，可以在控制電路和功能電路之間實現(xiàn)輔助消息傳輸。 這可以在中斷結(jié)束時(返回到低狀態(tài)時，即，檢測到下降沿時)發(fā)生。在當(dāng)前預(yù)期的實施方 式中，該輔助傳輸在最初的6微秒或20微秒的時間間隔(或所使用的任何其它中斷時間間 隔)之后、直到下個周期性的中斷之前發(fā)生。該輔助消息傳輸允許進(jìn)一步利用串行傳輸帶
寬o 盡管在此僅示出和描述了本發(fā)明的特定特征，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可 以進(jìn)行很多變型和改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附的權(quán)利要求旨在涵蓋落在本發(fā)明的真實精神 范圍內(nèi)的所有這種變型和改變。
權(quán)利要求
一種馬達(dá)驅(qū)動器，其包括控制電路；與所述控制電路分開得到支持并且彼此相互分開得到支持的多個功能電路；以及多個專用串行接口，在所述控制電路與每個相應(yīng)的功能電路之間耦合有專用串行接口，所述多個專用串行接口用于從所述功能電路至所述控制電路的同步數(shù)據(jù)通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述專用串行接口包括雙通道全雙工串行接口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其包括背板，其中所述專用串行接口被布置在所述背板中或所述背板上，并且所述功能電路經(jīng)由槽接口而耦合到所述背板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述槽接口包括PCI-E型連接器接口 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述控制電路包括處理器和現(xiàn)場可編程門陣列，并且其中所述專用串行接口向所述現(xiàn)場可編程門陣列提供數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述控制電路被配置用于產(chǎn)生周期性中斷，所述周期性中斷用于協(xié)調(diào)從所述功能電路經(jīng)由所述專用串行接口至所述控制電路的數(shù)據(jù)傳輸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述控制電路被配置用于產(chǎn)生具有兩種不同的周期性的中斷，所述具有兩種不同的周期性的中斷用于協(xié)調(diào)從所述功能電路經(jīng)由每個專用串行接口的兩個不同的通道至所述控制電路的數(shù)據(jù)傳輸。
8 根據(jù)權(quán)利要求7所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中第一組中斷具有比第二組中斷更頻繁的周期性，并且其中所述第一組中斷激勵至馬達(dá)的功率通信所需要的數(shù)據(jù)傳輸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其包括耦合到所述控制電路的功率電子電路，并且其中所述控制電路被配置用于基于經(jīng)由所述專用串行接口從所述功能電路接收的數(shù)據(jù)而將控制信號施加到所述功率電子電路。
10. —種馬達(dá)驅(qū)動器，其包括控制電路；耦合到所述控制電路的驅(qū)動器電路；耦合到所述驅(qū)動器電路的功率電子開關(guān)，所述功率電子開關(guān)被配置用于基于來自所述驅(qū)動器電路的驅(qū)動信號產(chǎn)生用于驅(qū)動馬達(dá)的輸出功率；與所述控制電路分開得到支持并且彼此相互分開得到支持的多個功能電路；以及多個專用串行接口 ，在所述控制電路與每個相應(yīng)的功能電路之間耦合有專用串行接口 ，所述多個專用串行接口用于從所述功能電路至所述控制電路的同步數(shù)據(jù)通信；其中所述控制電路被配置用于產(chǎn)生周期性中斷并且用于基于來自所述功能電路的數(shù)據(jù)而向所述驅(qū)動器電路輸出控制信號，其中所述周期性中斷用于協(xié)調(diào)從所述功能電路經(jīng)由所述專用串行接口至所述控制電路的數(shù)據(jù)傳輸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述控制電路被配置用于產(chǎn)生具有兩種不同的周期性的中斷，所述具有兩種不同的周期性的中斷用于協(xié)調(diào)從所述功能電路經(jīng)由每個專用串行接口的兩個不同的通道至所述控制電路的數(shù)據(jù)傳輸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中第一組中斷具有比第二組中斷更頻繁的周期性，并且其中所述第一組中斷激勵經(jīng)由所述功率電子開關(guān)至馬達(dá)的功率通信所需要的數(shù)據(jù)傳輸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述專用串行接口包括雙通道全雙工串 行接口。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其包括背板，其中所述專用串行接口被布置 在所述背板中或所述背板上，并且所述功能電路經(jīng)由槽接口而耦合到所述背板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述槽接口包括PCI-E型連接器接口。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的馬達(dá)驅(qū)動器，其中所述控制電路包括處理器和現(xiàn)場可編程 門陣列，并且其中所述專用串行接口向所述現(xiàn)場可編程門陣列提供數(shù)據(jù)。
17. —種用于在馬達(dá)驅(qū)動器中交換數(shù)據(jù)的方法，其包括在控制電路與多個功能電路之間傳輸數(shù)據(jù)，所述多個功能電路與所述控制電路分開得 到支持并且經(jīng)由多個專用串行接口而耦合到所述控制電路，所述專用串行接口耦合在所述 控制電路與每個相應(yīng)的功能電路之間。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包括產(chǎn)生所述控制電路中的中斷，所述中斷用于 協(xié)調(diào)從全部的所述功能電路經(jīng)由所述專用串行接口至所述控制電路的傳輸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其包括產(chǎn)生具有兩種不同的周期性的中斷，所述具 有兩種不同的周期性的中斷用于協(xié)調(diào)從所述功能電路經(jīng)由每個專用串行接口的兩個不同 的通道至所述控制電路的數(shù)據(jù)傳輸。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中第一組中斷具有比第二組中斷更頻繁的周期 性，并且其中所述第一組中斷激勵至馬達(dá)的功率通信所需要的數(shù)據(jù)傳輸。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其包括基于經(jīng)由所述專用串行接口從所述功能電 路接收的數(shù)據(jù)，將來自所述控制電路的控制信號施加到用于功率電子電路的驅(qū)動器電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有具有可選擇的同步和通信的集成串行接口的馬達(dá)控制器。在一個實施例中，提供了馬達(dá)驅(qū)動器，該馬達(dá)驅(qū)動器包括控制板和多個選擇板，該選擇板被配置用于經(jīng)由一個或者更多個串行接口與控制板進(jìn)行通信，其中該一個或者更多個串行接口被配置用于傳輸來自各個選擇板的一個或者更多個同步信號。一種操作馬達(dá)驅(qū)動器的方法，其包括通過一個或者更多個串行接口在控制板和多個選擇板之間傳輸數(shù)據(jù)，其中使來自各個選擇板的數(shù)據(jù)傳輸與多個選擇板同步。還提供了實現(xiàn)該方法的實體機(jī)器可讀介質(zhì)。
文檔編號H02P23/00GK101753093SQ20091022535
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者約翰·霍華德·施蒂德曼, 阿蘭·J·坎貝爾 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司