DE102009036859A1 - Modular static frequency changer system has control unit and power unit, where both are linked with one another by communication device - Google Patents

Modular static frequency changer system has control unit and power unit, where both are linked with one another by communication device Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Abstract

The modular static frequency changer system has a control unit (2) and a power unit (4), where both are linked with one another by a communication device (10). The power unit has a read-only memory (6) and the control unit has a regulation processor (8). The power unit has switching equipment, which is switched to read-only memory and is linked with the communication device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Umrichtersystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a modular converter system according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges modulares Umrichtersystem ist im Handel erhältlich (Siemens Katalog D 11.1 2009 mit der Bezeichnung ”SINAMICS G110, SINAMICS G120 Standardumrichter”) gemäß diesem Katalog besteht dieses modulare Umrichtersystem aus verschiedenen Funktionseinheiten. Im Wesentlichen sind das die Steuereinheit, auch als Control Unit (CU) bezeichnet, und die Leistungseinheit, auch als Power Modul (PM) bezeichnet. Die Control Unit steuert und überwacht ein Power Modul und einen daran angeschlossenen Motor in mehreren wählbaren Regelungsarten. Außerdem unterstützt dieses Control Unit die Kommunikation zu einer lokalen oder zentralen Steuerung sowie zu Überwachungseinrichtungen.One Such modular inverter system is commercially available (Siemens Catalog D 11.1 2009 with the designation "SINAMICS G110, SINAMICS G120 standard converter ") according to this Catalog consists of this modular inverter system of various Functional units. Essentially these are the control unit, also called Control Unit (CU), and the power unit, also referred to as power module (PM). The Control Unit controls and monitors a power module and a connected motor in several selectable control modes. Also supported This Control Unit communicates to a local or centralized controller as well as to monitoring devices.

Das Power Modul versorgt den Motor gemäß diesem Katalog in einem Leistungsbereich von beispielsweise 0,37 kW bis 250 kW. Das Power Modul wird per Microprozessor von der Control Unit gesteuert. Als Stromrichterventile eines lastseitigen Stromrichters dieses Power Moduls, der überwiegend als Wechselrichter betrieben wird, sind abschaltbare Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) vorgesehen. Dieses Power Modul weist neben dem Wechselrichter auch noch einen netzseitigen Stromrichter, beispielsweise einen Dioden-Gleichrichter, und einen Spannungszwischenkreis auf. Damit aus Steuersignalen der Control Unit Ansteuersignale (Spannungssignale) der IGBTs werden, weist das Power Modul auch noch eine Ansteuereinrichtung auf, die unter anderem einen Microprozessor aufweist.The Power module supplies the motor according to this catalog in a power range of, for example, 0.37 kW to 250 kW. The power module is controlled by the microprocessor from the Control Unit. As power converter valves of a load-side converter this Power module, which operated predominantly as an inverter are turn-off semiconductor switches, in particular insulated gate bipolar transistors (IGBT). This power module points next to the inverter also a network-side converter, such as a Diode rectifier, and a voltage link. In order to from control signals of the Control Unit control signals (voltage signals) of the IGBTs, the power module also has a drive device on, which has, inter alia, a microprocessor.

Eine Control Unit und ein Power Modul sind mittels einer Kommunikationseinrichtung miteinander signal- und datentechnisch miteinander verknüpft. Zu dieser Kommunikationseinrichtung gehören Schnittstellen und eine Busverbindung.A Control unit and a power module are by means of a communication device interconnected signal and data technology with each other. This communication device includes interfaces and a bus connection.

Damit die Control Unit erkennt, an welchem Power Modul sie datentechnisch angeschlossen ist, übermittelt das Power Modul auf Anfrage von der Control Unit über die Kommunikationseinrichtung deskriptive dem Power Modul zugeordnete Daten. Diese sind in einem Festwertspeicher, beispielsweise einem löschbaren Festwertspeicher oder einem Flash, abgespeichert.In order to the Control Unit recognizes which power module it is based on connected, transmits the power module on request from the Control Unit via the communication device descriptive data associated with the power module. These are in one Read-only memory, for example an erasable read-only memory or a flash, saved.

Da dieses Power Modul ständig weiterentwickelt bzw. immer aktuelle Stromrichterventile verwendet werden, ändert sich die deskriptiven Daten dieses Power Moduls. Dadurch kann sich dieser Festwertspeicher hinsichtlich seiner Adressierung in Folge einer veränderten Speicherkapazität oder in Folge einer Lieferantenänderung ändern.There This power module constantly evolves or always current converter valves used changes the descriptive data of this power module. This can cause this Read-only memory with regard to its addressing as a result of changed storage capacity or as a result of a Change supplier change.

Muss bei einem betriebenen modularen Umrichtersystem nach Jahren wegen eines Fehlers das Power Modul ausgetauscht werden, kann dies in Folge dieses Austauschs zu Inkompatibilitäten führen. Dies kann daran liegen, dass der im neuen Power Modul verwendete Festwertspeicher eine andere Speicherorganisation oder eine andere physikalische Anordnung von Daten-/Adressanschlüsse aufweist. D. h., die vorhandene Control Unit kann nicht mehr das neue Power Modul in einer gewünschten Weise steuern.Got to in a powered modular inverter system for years In case of an error the power module can be exchanged, this can be done in Consequences of this exchange lead to incompatibilities. This may be due to the fact that the read-only memory used in the new power module another memory organization or another physical arrangement of data / address ports. That is, the existing one Control Unit can no longer be the new power module in a desired Steer way.

Bisher konnte dieses Problem nur dadurch gelöst werden, dass eine in der Control Unit verwendete Firmware abgeändert werden musste. Diese Firmwareänderung ist vom Aufwand erheblich und zwingt zu Nachtests, die dafür sorgen, dass ein Austausch eines Power Moduls eines bestehenden modularen Umrichtersystems nicht nur aufwendig ist, sondern auch erhebliche Kosten verursacht, die einen Betreiber eines fehlerbehafteten modularen Umrichtersystems nicht in Rechnung gestellt werden können.So far This problem could only be solved by having a changed firmware used in the Control Unit had to. This firmware change is significant from the effort and forces to night tests, which ensure that an exchange a power module of an existing modular inverter system not only expensive, but also causes significant costs, the one operator of a faulty modular converter system can not be charged.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte modulare Umrichtersystem derart weiterzubilden, dass ein Austausch eines Power Moduls nicht zu Inkompatibilitäten führen.Of the Invention is now the object of this known modular Convert converter system such that an exchange of a Power module does not lead to incompatibilities.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved with the characterizing features of claim 1.

Dadurch, dass zwischen einem Regelungsprozessor einer Steuereinheit und einem Festwertspeicher einer Leistungseinheit eine Vermittlungseinrichtung angeordnet ist, die ausgangsseitig mit Adress- und Datenanschlüssen des Festwertspeichers und eingangsseitig mit der Kommunikationseinrichtung des modularen Umrichtersystems verknüpft ist, wird erreicht, dass die von der Steuereinheit angeforderten Daten auch tatsächlich aus dem Festwertspeicher ausgelesen werden können. Die Vermittlungseinrichtung ist einem Festwertspeicher einer Leistungseinheit zugeordnet und in dieser Leistungseinheit angeordnet. Diese Vermittlungseinrichtung weiß genau wo im Festwertspeicher welcher Parameter hinterlegt ist. Auf eine Anfrage der Steuereinheit bezüglich eines vorbestimmten Parameters setzt die Vermittlungseinrichtung eine logische Adresse in eine physikalische Adresse um und liest aus einem zugeordneten Speicherinhalt diesen angeforderten Parameter aus. Somit ist die Vermittlungseinrichtung als Umsetzeinrichtung zu verstehen, die ein logisches Protokoll beinhaltet.Thereby, that between a control processor of a control unit and a Read only memory of a power unit a switching device is arranged, the output side with address and data connections the read-only memory and the input side with the communication device the modular inverter system is linked is achieved that the data requested by the control unit actually does can be read from the read-only memory. The Switching device is a read only memory of a power unit assigned and arranged in this power unit. This switching device knows exactly where stored in read-only memory which parameter is. Upon a request of the control unit regarding a predetermined parameter sets the switching device a logical address to a physical address and reads out an allocated memory content this requested parameter out. Thus, the switching device is as a conversion device to understand that includes a logical protocol.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Umrichtersystems übernimmt der Microprozessor der Leistungseinheit die Funktionalität der Vermittlungseinrichtung. D. h., der Festwertspeicher ist mit seinen Adress- und Datenanschlüsse mit diesem Microprozessor verknüpft.In an advantageous embodiment of the modular converter system, the microprocessor of the power unit assumes the functionality of Switching equipment. This means that the read-only memory is linked to this microprocessor with its address and data connections.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen Umrichtersystems veranschaulicht ist.to Further explanation of the invention is based on the drawing Reference is made, in an embodiment of an inventive modular inverter system is illustrated.

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines im Handel erhältlichen modularen Umrichtersystems, die 1 1 schematically shows an embodiment of a commercially available modular inverter system which

2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines modularen Umrichtersystems und in der 2 schematically shows an embodiment of a modular converter system according to the invention and in the

3 ist die Wirkungsweise des modularen Umrichtersystems nach 2 dargestellt. 3 is the mode of operation of the modular inverter system after 2 shown.

In der 1 sind mit 2 eine Steuereinheit, mit 4 eine Leistungseinheit, mit 6 ein Festwertspeicher, mit 8 ein Regelungsprozessor und mit 10 eine Kommunikationseinrichtung bezeichnet. Zu dieser Kommunikationseinrichtung 10 gehören neben einer Busverbindung 12 zwei Schnittstellen 14 und 16. Der Regelungsprozessor 8 ist ausgangsseitig mit der Schnittstelle 14 der Steuereinheit 2, die auch als Control Unit bezeichnet wird, verknüpft, wogegen an der Schnittstelle 16 die Adress- und Datenanschlüsse des Festwertspeichers 6 der Leistungseinheit 4, die auch als Power Modul bezeichnet wird, angeschlossen sind. Diese beiden Schnittstellen 14 und 16 sind mittels der Busverbindung 12 miteinander signal- und datentechnisch verknüpft. Ein derartiges ausgeführtes modulares Umrichtersystem, das im Handel erhältlich ist, ist ebenfalls in der DE 101 47 472 A1 , insbesondere in deren 4, ausführlich beschrieben und dargestellt. Aus diesem Grund wird hier nicht näher auf das modulare Umrichtersystem eingegangen.In the 1 are with 2 a control unit, with 4 a power unit, with 6 a read-only memory, with 8th a control processor and with 10 denotes a communication device. To this communication device 10 belong next to a bus connection 12 two interfaces 14 and 16 , The control processor 8th is the output side with the interface 14 the control unit 2 , which is also referred to as a Control Unit, linked, whereas at the interface 16 the address and data connections of the read-only memory 6 the power unit 4 , also referred to as power module, are connected. These two interfaces 14 and 16 are by means of the bus connection 12 linked with each other in terms of signal and data technology. Such a designed modular inverter system, which is commercially available, is also in the DE 101 47 472 A1 , especially in their 4 , described and illustrated in detail. For this reason, the modular drive system will not be discussed in detail here.

In der 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform des modularen Umrichtersystems nach 1 näher dargestellt. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform unterscheidet sich von der bekannten Ausführungsform gemäß 1 darin, dass in der Leistungseinheit 4 eine Vermittlungseinrichtung 18 vorgesehen ist. Diese Vermittlungseinrichtung 18 ist eingangsseitig mit der Schnittstelle 16 des Power Moduls 4 verknüpft. Ausgangsseitig ist diese Vermittlungseinrichtung 18 mit den Adress- und Datenanschlüssen des Festwertspeichers 6 des Power Moduls 4 elektrisch leitend verbunden. Als Festwertspeicher 6 kann jeder beliebige Speichertyp verwendet werden. Bevorzugt wird ein sogenanntes EPROM (Erasable Programmabel Read Only Memory), der einen löschbaren Festwertspeicher 6 darstellt. Neben diesen EPROM kann auch ein Flash als Festwertspeicher 6 vorgesehen sein.In the 2 is an inventive embodiment of the modular inverter system according to 1 shown in more detail. This embodiment of the invention differs from the known embodiment according to 1 in that in the power unit 4 a switch 18 is provided. This switching device 18 is input side with the interface 16 of the power module 4 connected. On the output side, this switching device 18 with the address and data connections of the read-only memory 6 of the power module 4 electrically connected. As read-only memory 6 Any type of memory can be used. Preference is given to a so-called EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), which contains an erasable read-only memory 6 represents. In addition to this EPROM can also flash as read-only memory 6 be provided.

Dieser Festwertspeicher 6 ist vorgesehen, um deskriptive einer Leistungseinheit 4 zugeordnete Daten zu speichern. Diese Daten benötigt eine zugeordnete Steuereinrichtung 2 eines modularen Umrichtersystems, um dieses Power Modul 4 des modularen Umrichtersystems steuern zu können. Dazu fordert die Control Unit 2 mittels eines Reglungsprozessors 8 mehrere Daten vom Power Modul 4 an. In der 3 ist diese Kommunikation bildlich veranschaulicht.This read-only memory 6 is intended to be descriptive of a performance unit 4 store associated data. This data requires an associated control device 2 a modular inverter system to this power module 4 to control the modular inverter system. The control unit demands this 2 by means of a control processor 8th several data from the power module 4 at. In the 3 this communication is figuratively illustrated.

Beispielsweise wird über die Busverbindung 12 eine Anforderung SA an die Vermittlungseinrichtung 18 übertragen, die da lautet ”lese Parameter n”. Diese Vermittlungseinrichtung 18 setzt die zugehörige logische Adresse in eine physikalische Adresse des Festwertspeichers 6 um. Dies ist gekennzeichnet durch den Pfeil SU. Dieser Anforderung SA vom Reglungsprozessor 8 wird von der Vermittlungseinrichtung 18 über eine Busverbindung 20 der physikalischen Adresse des Festwertspeichers 6 zugeführt. Aus der zugehörigen Speicherzelle wird der Inhalt SAR ausgelesen und mittels der Vermittlungseinrichtung 18 an den Reglungsprozessor 8 der Control Unit 2 weitergeleitet.For example, via the bus connection 12 a request S A to the switching device 18 transferred, which reads "read parameter n". This switching device 18 sets the associated logical address to a physical address of the read-only memory 6 around. This is indicated by the arrow S U. This request S A from the control processor 8th is from the switch 18 via a bus connection 20 the physical address of the read-only memory 6 fed. From the associated memory cell, the content S AR is read out and by means of the switching device 18 to the control processor 8th the control unit 2 forwarded.

Muss nun in Folge einer Störung das bisherige Power Modul 4 gegen ein neues Power Modul 4 ausgetauscht werden, wobei dieses Power Modul 4 einen Festwertspeicher 6 von einem anderen Hersteller bzw. einen Festwertspeicher 6 mit einer größeren Speicherkapazität aufweist, kann dies zu Inkompatibilitäten führen. Schuld daran ist die physikalische Anordnung von Adress- und Datenanschlüssen des Festwertspeichers 6, die nicht mehr mit der des Festwertspeichers des bisherigen Power Moduls 4 übereinstimmen. D. h., das die Anforderung SA der Control Unit 2 ohne die Vermittlungseinrichtung 18 nicht mehr den zugehörigen Speicherinhalt SAR auslesen kann. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vermittlungseinrichtung 18 wird die logische Adresse der Anordnung SA der Control Unit 2 in eine physikalische Adresse des Festwertspeichers 6 umgesetzt, die den Speicherinhalt SAR adressiert. Wegen dieser Funktionalität der Vermittlungseinrichtung 18 kann diese Einrichtung auch als Umsetzeinrichtung bezeichnet werden. Auf alle Fälle weist diese Vermittlungseinrichtung 18 ein physikalisches Protokoll auf. Dieses Protokoll ist eine Vereinbarung, die die Zuordnung von logischer Adresse und zugehöriger physikalischer Adresse des Festwertspeichers 6 festschreibt.Must now due to a fault the previous power module 4 against a new power module 4 be exchanged, this power module 4 a read-only memory 6 from another manufacturer or a read-only memory 6 with a larger storage capacity, this can lead to incompatibilities. This is due to the physical arrangement of address and data connections of the read-only memory 6 , which no longer with that of the read-only memory of the previous power module 4 to match. This means that the request S A of the control unit 2 without the switch 18 can no longer read out the associated memory contents S AR . By using the switching device according to the invention 18 becomes the logical address of the arrangement S A of the control unit 2 in a physical address of the read-only memory 6 implemented, which addresses the memory content S AR . Because of this functionality of the switch 18 This device can also be referred to as a conversion device. In any case, this switching device 18 a physical protocol. This protocol is an agreement governing the assignment of the logical address and associated physical address of the read-only memory 6 commits.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Power Moduls 4 wird die Funktionalität der Vermittlungseinrichtung 18 von einem Mikroprozessor des Power Moduls 4 übernommen, der für die Generierung von halbleiterbezogenen Ansteuersignalen aus logischen Steuersignalen der Control Unit 2 vorgesehen ist. Dies hat zur Folge, dass die Adress- und Datenanschlüsse des Festwertspeichers 18 mit diesem Mikroprozessor verknüpft sind. Durch diese Ausgestaltung kann jedes bereits bestehende Power Modul 4 nachträglich durch eine Softwareaufspielung in ein erfindungsgemäßes Power Modul 4 überführt werden.In an advantageous embodiment of the power module 4 becomes the functionality of the switch 18 from a microprocessor of the power module 4 used for the generation of semiconductor-related control signals from logical control signals of the Control Unit 2 is provided. This has the consequence that the address and da tenanschlüsse the read-only memory 18 associated with this microprocessor. By this configuration, any existing power module 4 subsequently by a software recording in an inventive power module 4 be transferred.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Power Moduls 4 eines modularen Umrichtersystems kann jederzeit ein fehlerhaftes Power Modul 4 gegen ein neues Power Modul 4 ausgetauscht werden, ohne dass anschließend die Firmware abgeändert werden muss. D. h., ohne Kenntnis der Ausführungsform des Bauelementes des Festwertspeichers 6 kann zu jeder Zeit ein fehlerhaftes Power Modul 4 gegen ein erfindungsgemäß ausgeführtes Power Modul 4 ausgetauscht werden und dass noch nach einer Vielzahl von Jahren, ohne dass eine in der Control Unit 2 hinterlegte Firmware abgeändert werden muss.By this inventive design of a power module 4 A modular inverter system can always have a faulty power module 4 against a new power module 4 without having to change the firmware afterwards. D. h., Without knowledge of the embodiment of the device of the read-only memory 6 can be a faulty power module at any time 4 against a power module according to the invention 4 be exchanged and that even after a lot of years, without one in the control unit 2 deposited firmware has to be changed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10147472 A1 [0017] - DE 10147472 A1 [0017]

Claims (4)

Modulares Umrichtersystem mit einer Steuereinheit (2) und einer Leistungseinheit (4), die signal- und datentechnisch mittels einer Kommunikationseinrichtung (10) miteinander verknüpft sind, wobei die Leistungseinheit (4) einen Festwertspeicher (6) und die Steuereinheit (2) einen Regelungsprozessor (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungseinheit (4) eine Vermittlungseinrichtung (18) aufweist, die dem Festwertspeicher (6) vorgeschaltet ist und eingangsseitig mit der Kommunikationseinrichtung (10) verknüpft ist.Modular converter system with a control unit ( 2 ) and a power unit ( 4 ), the signal and data technology by means of a communication device ( 10 ), the power unit ( 4 ) a read-only memory ( 6 ) and the control unit ( 2 ) a control processor ( 8th ), characterized in that the power unit ( 4 ) a switching device ( 18 ), which is the read-only memory ( 6 ) upstream and on the input side with the communication device ( 10 ) is linked. Modulares Umrichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermittlungseinrichtung (18) ein logisches Protokoll aufweist.Modular converter system according to claim 1, characterized in that the switching device ( 18 ) has a logical protocol. Modulares Umrichtersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermittlungseinrichtung (18) ein Microprozessor ist.Modular converter system according to claim 1 or 2, characterized in that the switching device ( 18 ) is a microprocessor. Modulares Umrichtersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Microprozessor der Microprozessor der Leistungseinheit (4) ist.Modular converter system according to claim 3, characterized in that the microprocessor of the microprocessor of the power unit ( 4 ).
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