DE102007022986A1 - Electric drive for use in industrial system, has card that is executed for processing and evaluating sensor signals and values, where card is connected with unit that is provided in converter - Google Patents

Electric drive for use in industrial system, has card that is executed for processing and evaluating sensor signals and values, where card is connected with unit that is provided in converter Download PDF

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Abstract

The drive has a drive with a frequency converter and a set of sensors (4) e.g. accelerometers, which is provided at a drive component in a transmission and engine, where the sensors detect values of state variables. An inserting card (5) is provided in the converter and executed for processing and evaluating the sensor signals and values. The card is detachably connected with a plug connector unit that is provided in the converter. An electronics is provided on the card and supported over the unit from the converter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung.The The invention relates to an arrangement.

Es ist bekannt, in industriellen Anlagen elektrische Antriebe einzusetzen.It It is known to use electric drives in industrial plants.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für verschiedene Anforderungen in kompakter Weise ausgestaltbar weiterzubilden.Of the Invention is based on the object, an arrangement for various To develop requirements in a compact way.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention Task in the arrangement according to the features specified in claim 1 solved.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung sind, dass sie einen Antrieb mit Umrichter umfasst,
wobei an einer Antriebskomponente, insbesondere Getriebe und/oder Motor, ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung von Werten mindestens einer Zustandsgröße vorgesehen sind,
wobei im Umrichter mindestens eine Einsteckkarte vorgesehen ist, die zur Verarbeitung und/oder Auswertung der Sensorsignale und/oder der Werte geeignet ausgeführt ist,
wobei die Einsteckkarte mit einer im Umrichter vorgesehenen Steckverbindereinheit lösbar verbindbar ist.Important features of the invention in the arrangement are that it comprises a drive with inverter,
wherein one or more sensors for detecting values of at least one state variable are provided on a drive component, in particular gear and / or motor,
wherein at least one plug-in card is provided in the converter, which is designed to be suitable for processing and / or evaluating the sensor signals and / or the values,
wherein the plug-in card is detachably connectable to a connector unit provided in the inverter.

Von Vorteil ist dabei, dass die Einsteckkarte je nach Anforderung verschieden ausführbar ist. Beispielsweise ist eine Auswertung für einen Schwingungssensor vorsehbar und bei einer alternativ wählbaren Einsteckkarte eine Auswertung für eine andere Zustandsgröße, wie beispielsweise Temperatur. Somit ist ein kompakter Umrichter vorsehbar, der in einer ersten Variante eine Auswertung zur ersten Zustandsgröße ausführbar macht uns somit auch einen von den erfassten Werten abhängigen Steuerungsablauf. In einer zweiten Variante ist eine andere Zustandsgröße berücksichtigbar und somit ein entsprechend verschiedener Ablauf. Durch die Vorsehung der Einsteckverbindung ist die Karte schnell und einfach verbindbar mit dem Umrichter.From The advantage here is that the plug-in card varies depending on the requirement executable is. For example, an evaluation for a vibration sensor is providable and in an alternative selectable Plug-in card an evaluation for another state variable, like for example, temperature. Thus, a compact inverter is predictable, in a first variant makes an evaluation executable to the first state variable thus also a control process dependent on the acquired values. In a second variant, another state variable can be taken into account and thus a correspondingly different sequence. By the providence of Plug-in connection, the card is quickly and easily connectable with the inverter.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die auf der Einsteckkarte vorgesehene Elektronik über die Steckverbindereinheit aus dem Umrichter versorgbar. Von Vorteil ist dabei, dass keine separate Energieversorgung, wie beispielsweise ein Netzgerät vorzusehen ist.at an advantageous embodiment is the on the plug-in card provided electronics over the Connector unit supplied from the inverter. Advantageous is in the process of not having a separate power supply, such as to provide a power supply is.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umrichter gehäusebildend für die Einsteckkarte. Von Vorteil ist dabei, dass Gehäuse einsparbar sind.at In an advantageous embodiment, the converter is housing-forming for the Plug. The advantage here is that housing can be saved.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führen Sensorleitungen vom Sensor zu einer auf der Einsteckkarte vorgesehenen Anschlusseinheit, insbesondere Steckverbindereinheit, insbesondere wobei sie mittels der Anschlusseinheit steckverbindbar mit der Einsteckkarte sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Einsteckkarte derartige Anschlusseinheiten aufweist, die zu dem jeweiligen Sensor geeignet ausgeführt sind, beispielsweise die entsprechende Abschirmung umfassen oder die entsprechend geeignete Steckverbindereinheit.at In an advantageous embodiment, sensor lines lead from the sensor to a provided on the plug-in connection unit, in particular Connector unit, in particular wherein it by means of the connection unit can be connected with the plug-in card. It is advantageous the plug-in card has such connection units which are made suitable for the respective sensor, for example, the include appropriate shielding or the appropriate appropriate Connector unit.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erster Sensor ein Winkelsensor, dessen Information von einer in der elektronischen Schaltung des Umrichters umfassten Regler verwendbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Regelgüte erreichbar ist.at According to an advantageous embodiment, a first sensor is an angle sensor, the information of which in the electronic circuit of the Inverter included regulator is usable. It is advantageous that an improved control quality is reachable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sensor vorgesehen ist, dessen erfasste Werte den von einer Ablaufsteuerung gesteuerten Bewegungsablauf beeinflussbar machen. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von dem Wert der erfassten Zustandsgröße der Ablauf der Bewegung des Antriebs beeinflussbar ist.at an advantageous embodiment, a sensor is provided, whose detected values are controlled by a sequencer Make the movement process influenced. The advantage here is that dependent from the value of the detected state variable, the course of the movement of the drive can be influenced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ablaufsteuerung, insbesondere eine Positioniersteuerung, im Umrichter integriert ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine zentrale Steuerung, wie beispielsweise SPS verzichtbar ist. Ebenfalls sind spezielle Geräte zur Auswertung der Sensorsignale.at an advantageous embodiment is the flow control, in particular a positioning control integrated in the inverter. From The advantage here is that a central control, such as SPS is dispensable. Also are special devices for evaluation the sensor signals.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Schaltung des Umrichters als Busteilnehmer ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass auf die erfassten Zustandsgrößen bezogene Informationen übermittelbar sind und somit andere Geräte entsprechend aktivierbar oder deaktivierbar sind.at An advantageous embodiment is the electronic circuit of the inverter as a bus participant. It is advantageous that information related to the detected state variables can be transmitted are and therefore other devices can be activated or deactivated accordingly.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Sensor zur Bestimmung des Ölstandes, Ölzustandes und/oder zur Bestimmung des Austritts von Öl ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter den Getriebemotor derart ansteuert, dass beispielsweise bei zu niedrigem Ölstand ein Abschalten oder zumindest ein Reduzieren der Leistung des Getriebemotors vorsehbar ist. Ein entsprechendes Vorgehen ist auch bei Austreten von Öl oder bei zu stark gealtertem Öl ausführbar.at In an advantageous embodiment, the sensor is a sensor for Determination of oil level, oil condition and / or designed to determine the exit of oil. It is advantageous that the inverter drives the geared motor such that, for example if the oil level is too low a shutdown or at least reducing the power of the geared motor is predictable. A corresponding procedure is also at exit of oil or if the oil has aged too much executable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Schwingungssensor, ein Temperatursensor oder ein Drehmomentsensor. Von Vorteil ist dabei, dass bei Verwendung eines Schwingungssensors Lager oder andere mechanische Teile überwachbar sind und bei entsprechenden Schädigungen Aktionen ausführbar sind oder die Leistung des Antriebs reduzierbar oder abschaltbar ist. Bei Verwendung von Drehmomentsensoren ist eine Überwachung auf Überschreiten von kritischen Werten ausführbar oder auch ein Überwachen auf Auftreten von Überlastungsstößen. Der Antrieb ist somit in der Lage entsprechend zu reagieren. Es ist in einer Weiterbildung sogar ermöglicht, eine Drehmomentregelung mit dem Umrichter auszugestalten, wobei der erfasste Drehmomentwert auf ein Sollmoment hin geregelt wird.In an advantageous embodiment, the sensor is a vibration sensor, a temperature sensor or a torque sensor. The advantage here is that when using a vibration sensor bearings or other mechanical parts can be monitored and with appropriate damage actions are executable or the power of the drive can be reduced or switched off. When torque sensors are used, it is possible to monitor for the exceeding of critical values or else to monitor for the occurrence of overload surges. The drive is thus in the Able to react accordingly. It is even possible in a development to design a torque control with the inverter, wherein the detected torque value is controlled to a desired torque.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Sensor zur Bestimmung von Kondenswasser oder zur Bestimmung der Kondenswassermenge oder des Kondenswasserfüllstandes. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überwachung bezüglich des Kondenswassers innerhalb des Elektromotors und/oder des Getriebes ermöglicht ist und eine entsprechende Warnmeldung herausgebbar ist. Beispielsweise ist somit das Einleiten eines Wartungsvorgangs ermöglicht.at In an advantageous embodiment, the sensor is a sensor for Determination of condensation or for determining the amount of condensed water or the condensation level. The advantage here is that a monitoring of the Condensation within the electric motor and / or the transmission allows is and a corresponding warning message can be issued. For example is thus the initiation of a maintenance process allows.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Advantages emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch gezeigt. Hierbei ist die Anordnung als Antrieb ausgeführt, der ein Getriebe 1 umfasst, das von einem Elektromotor 3 angetrieben wird. Am Getriebe 1 oder bei anderen Ausführungsbeispielen am Elektromotor 3 oder einer anderen Antriebskomponente, wie Kupplung, Bremse oder dergleichen, ist ein Sensor 4 vorgesehen, der zur Erfassung der Werte einer oder mehrerer physikalischer Größen vorgesehen ist.The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
In the 1 an arrangement according to the invention is shown schematically. Here, the arrangement is designed as a drive, which is a transmission 1 includes that of an electric motor 3 is driven. At the transmission 1 or in other embodiments on the electric motor 3 or another drive component, such as clutch, brake or the like, is a sensor 4 provided for detecting the values of one or more physical quantities.

In dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist ein Winkelsensor 2 vorgesehen zur Detektion der Winkelstellung des Rotors des Elektromotors 3. Der Winkelsensor 2 ist elektrisch verbunden mit einer Einsteckkarte 6 zur Auswertung seiner Signale. Die auf diese Weise bestimmte Information wird der Steuerelektronik der elektronischen Schaltung 9 des Umrichters zugeleitet und zur Regelung der von der Leistungselektronik an den Motor angelegten Spannung verwendet. Im Umrichter 8 sind auch Stromsensoren angeordnet, deren Messwerte ebenfalls der Steuerelektronik des Umrichters zugeführt werden.In the embodiment according to 1 is an angle sensor 2 provided for detecting the angular position of the rotor of the electric motor 3 , The angle sensor 2 is electrically connected to a plug-in card 6 to evaluate its signals. The information determined in this way becomes the control electronics of the electronic circuit 9 supplied to the inverter and used to control the voltage applied by the power electronics to the motor voltage. In the inverter 8th are also arranged current sensors, the measured values are also fed to the control electronics of the inverter.

Der Umrichter 8 umfasst ein Steckverbinderteil, das mit der elektronischen Schaltung verbunden ist und in welches die Einsteckkarten 5 und 6 mittels ihrer Steckverbinderteile einsteckbar und somit elektrisch verbindbar sind.The inverter 8th includes a connector part which is connected to the electronic circuit and in which the plug-in cards 5 and 6 can be inserted by means of their connector parts and thus electrically connected.

Auf diese Weise ist es nun ermöglicht, nicht nur die Winkelinformationen des Winkelsensors auszuwerten und zu bestimmen sondern auch die Signale eines anderen Sensors 4 zu erfassen und auszuwerten.In this way, it is now possible not only to evaluate and determine the angle information of the angle sensor but also the signals of another sensor 4 to record and evaluate.

Die Einsteckkarten benötigen kein eigenes Gehäuse, da sie innerhalb des Gehäuses des Umrichters angeordnet sind. Je nach Art des Sensors ist eine für diesen Sensor geeignete Einsteckkarte herstellbar und einsteckbar. Somit ist eine hohe Varianz von Antrieben mit verschiedenen Sensoren unter Verwendung weniger Teile herstellbar.The Need plug-in cards no own housing, since they are inside the case of the inverter are arranged. Depending on the type of sensor is a For this Sensor suitable plug-in card manufacturable and pluggable. Consequently is a high variance of drives using different sensors using fewer parts can be produced.

Die Einsteckkarte umfasst eine Leiterplatte, auf welcher elektronische Bauelemente bestückt und mittels Lötverbindung verbunden sind. Als Steckverbinderteil sind auf der Einsteckkarte vorzugsweise metallische Bereiche ausgebildet, die beim Einstecken der Einsteckkarte in den Steckverbinder 7 des Umrichters zur Herstellung der elektrischen Verbindung vorgesehen sind.The plug-in card comprises a printed circuit board on which electronic components are fitted and connected by means of a solder connection. As a connector part preferably metallic areas are formed on the plug-in card, which when inserting the plug-in in the connector 7 of the inverter are provided for producing the electrical connection.

Der umrichter ist somit modular aufgebaut: in einem ersten Raumbereich ist die elektronische Schaltung, in einem zweiten Raumbereich sind die Einsteckkarten, insbesondere zwei oder mehr, vorsehbar. Die Funktionalität des Umrichters ist somit an die jeweiligen Anforderungen anpassbar. Besonders wichtig ist aber, dass mittels der Einsteckkarte 5 Sensoren verbindbar sind, wobei die zugehörigen erfassten Messwerte zu solchen physikalischen Größen stammen, welche nicht direkt notwendig sind zum Regeln des Elektromotors. Jedoch ist als Sensor beispielsweise ein Ölleckagesensor, ein Ölstandsensor, ein Schwingungssensor, ein Temperatursensor oder ein Ölalterungssensor, also ein Sensor zum Bestimmen des Zustandes von Öl, vorgesehen. Die Signale des Sensors sind von der auf der Einsteckkarte vorgesehenen Elektronik auswertbar. Außerdem ist eine jeweilige Verarbeitung der so bestimmten Informationen ausführbar. Beispielsweise sind die erfassten Werte auf das Über- oder Unterschreiten vorgebbarer kritischer Werte überwachbar und entsprechende Aktionen auslösbar, wie beispielsweise das Stoppen des Antriebs, das Reduzieren der Drehzahl des Antriebs und/oder das Weitermelden von Werten oder zugehörigen Informationen über ein Bussystem, das mit dem Umrichter verbunden ist. Beim letztgenannten Beispiel werden die Informationen zunächst an die elektronische Schaltung des Umrichters übermittelt, die selbst als Busteilnehmer ausgeführt ist, und danach über das Bussystem an einen weiteren Busteilnehmer gesendet.The converter is thus constructed in a modular manner: in a first spatial region is the electronic circuit, in a second spatial region are the plug-in cards, in particular two or more, providable. The functionality of the inverter is thus adaptable to the respective requirements. But it is particularly important that by means of the plug-in card 5 Sensors are connectable, wherein the associated detected measured values come to such physical quantities, which are not directly necessary for controlling the electric motor. However, as the sensor, for example, an oil leakage sensor, an oil level sensor, a vibration sensor, a temperature sensor or an oil aging sensor, that is, a sensor for determining the state of oil, are provided. The signals of the sensor can be evaluated by the electronics provided on the plug-in card. In addition, a respective processing of the information thus determined is executable. For example, the detected values can be monitored for overshooting or undershooting predefinable critical values and corresponding actions can be triggered, such as stopping the drive, reducing the speed of the drive and / or passing on values or related information via a bus system connected to the Inverter is connected. In the latter example, the information is first transmitted to the electronic circuit of the inverter, which itself is designed as a bus subscriber, and then sent via the bus system to another bus subscriber.

Somit ist im Umrichter selbst ein Steuerungsablauf steuerbar, bei welchem die durch den Sensor erfassten Werte den Ablauf beeinflussen. Abhängig vom Werteverlauf der erfassten Größen ist also ein anderer Ablauf ausführbar. Hierzu ist der Umrichter mit einer Benutzerschnittstelle und entsprechender Software ausgestattet, die es erlaubt, einen Programmablauf einzugeben, der die erfassten Werte des Sensors berücksichtigt. Es sind also Steuerbefehle eingebbar und verwendbar, die auf die Werte zugreifen.Consequently In the inverter itself, a control sequence is controllable, in which the values detected by the sensor influence the process. Depending on Value course of the detected quantities So another process executable. For this purpose, the inverter with a user interface and appropriate software equipped, which allows to enter a program sequence, the takes into account the recorded values of the sensor. So these are control commands can be entered and used, which access the values.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird auf den Winkelsensor 2 verzichtet und die Regelung des Motors über den erfassten Strom ausgeführt.In further Ausfüh invention Examples are the angle sensor 2 dispensed with and the engine control carried out on the detected current.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind statt des nur einen Sensors 4 mehrere Sensoren vorgesehen und mit der Einsteckkarte 5 zur Auswertung verbunden.In further exemplary embodiments according to the invention, instead of just one sensor 4 several sensors provided and with the plug-in card 5 connected to the evaluation.

11
Getriebetransmission
22
Winkelsensorangle sensor
33
Elektromotorelectric motor
44
Sensorsensor
55
Einsteckkarte mit Steckverbinderteilplug with connector part
66
Einsteckkarte mit Steckverbinderteilplug with connector part
77
Steckverbinderteilconnector part
88th
Umrichterinverter
99
elektronische Schaltung, umfassend Leistungselektronik und Steuerelektronikelectronic Circuit comprising power electronics and control electronics

Claims (11)

Anordnung, umfassen einen Antrieb mit Umrichter, wobei an einer Antriebskomponente, insbesondere Getriebe und/oder Motor, ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung von Werten mindestens einer Zustandsgröße vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Umrichter mindestens eine Einsteckkarte vorgesehen ist, die zur Verarbeitung und/oder Auswertung der Sensorsignale und/oder der Werte geeignet ausgeführt ist, wobei die Einsteckkarte mit einer im Umrichter vorgesehenen Steckverbindereinheit lösbar verbindbar ist.Arrangement, comprise a drive with inverter, wherein on a drive component, in particular gear and / or motor, one or more sensors for detecting values of at least one state variable are provided, characterized in that in the inverter at least one plug-in card is provided, which is for processing and / or evaluation of the sensor signals and / or the values is carried out suitably, wherein the plug-in card is detachably connectable to a connector unit provided in the inverter. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Einsteckkarte vorgesehene Elektronik über die Steckverbindereinheit aus dem Umrichter versorgbar ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that provided on the plug-in card Electronics over the connector unit can be supplied from the inverter. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter gehäusebildend für die Einsteckkarte ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the inverter housing forming the plug-in card is. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorleitungen vom Sensor zu einer auf der Einsteckkarte vorgesehenen Anschlusseinheit, insbesondere Steckverbindereinheit, führen, insbesondere wobei sie mittels der Anschlusseinheit steckverbindbar mit der Einsteckkarte sind.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that sensor lines from the sensor to a on the plug-in card provided connection unit, in particular Connector unit, lead, in particular wherein it can be plugged in by means of the connection unit with the plug-in card. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor ein Winkelsensor ist, dessen Information von einer in der elektronischen Schaltung des Umrichters umfassten Regler verwendbar ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a first sensor is an angle sensor whose information is from one in the electronic circuit of Inverter included regulator is usable. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorgesehen ist, dessen erfasste Werte den von einer Ablaufsteuerung gesteuerten Bewegungsablauf beeinflussbar machen.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a sensor is provided whose detected values influenced by a sequence control movement influenced do. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung, insbesondere eine Positioniersteuerung, im Umrichter integriert ausgeführt ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sequence control, in particular a Positioning control, integrated in the inverter. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung des Umrichters als Busteilnehmer ausgeführt ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the electronic circuit of the inverter executed as a bus participant is. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sensor zur Bestimmung des Ölstandes, Ölzustandes und/oder zur Bestimmung des Austritts von Öl ausgeführt ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sensor is a sensor for determining the oil level, oil condition and / or designed to determine the exit of oil. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Schwingungssensor, ein Temperatursensor oder ein Drehmomentsensor ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sensor is a vibration sensor Temperature sensor or a torque sensor is. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sensor zur Bestimmung von Kondenswasser oder zur Bestimmung der Kondenswassermenge oder des Kondenswasserfüllstandes ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sensor is a sensor for determining of condensed water or to determine the amount of condensed water or the condensate level is.
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