含有带可选择同步和通信的集成串行接口的马达控制器.pdf

本发明公开了带有具有可选择的同步和通信的集成串行接口的马达控制器。在一个实施例中，提供了马达驱动器，该马达驱动器包括控制板和多个选择板，该选择板被配置用于经由一个或者更多个串行接口与控制板进行通信，其中该一个或者更多个串行接口被配置用于传输来自各个选择板的一个或者更多个同步信号。一种操作马达驱动器的方法，其包括通过一个或者更多个串行接口在控制板和多个选择板之间传输数据，其中使来自各个选择板的数据传输与多个选择板同步。还提供了实现该方法的实体机器可读介质。

1.  一种马达驱动器，其包括：
控制电路；
与所述控制电路分开得到支持并且彼此相互分开得到支持的多个功能电路；以及
多个专用串行接口，在所述控制电路与每个相应的功能电路之间耦合有专用串行接口，所述多个专用串行接口用于从所述功能电路至所述控制电路的同步数据通信。

2.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其中所述专用串行接口包括双通道全双工串行接口。

3.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其包括背板，其中所述专用串行接口被布置在所述背板中或所述背板上，并且所述功能电路经由槽接口而耦合到所述背板。

4.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其中所述槽接口包括PCI-E型连接器接口。

5.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其中所述控制电路包括处理器和现场可编程门阵列，并且其中所述专用串行接口向所述现场可编程门阵列提供数据。

6.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其中所述控制电路被配置用于产生周期性中断，所述周期性中断用于协调从所述功能电路经由所述专用串行接口至所述控制电路的数据传输。

7.  根据权利要求6所述的马达驱动器，其中所述控制电路被配置用于产生具有两种不同的周期性的中断，所述具有两种不同的周期性的中断用于协调从所述功能电路经由每个专用串行接口的两个不同的通道至所述控制电路的数据传输。

8.  根据权利要求7所述的马达驱动器，其中第一组中断具有比第二组中断更频繁的周期性，并且其中所述第一组中断激励至马达的功率通信所需要的数据传输。

9.  根据权利要求1所述的马达驱动器，其包括耦合到所述控制电路的功率电子电路，并且其中所述控制电路被配置用于基于经由所述专用串行接口从所述功能电路接收的数据而将控制信号施加到所述功率电子电路。

10.  一种马达驱动器，其包括：
控制电路；
耦合到所述控制电路的驱动器电路；
耦合到所述驱动器电路的功率电子开关，所述功率电子开关被配置用于基于来自所述驱动器电路的驱动信号产生用于驱动马达的输出功率；
与所述控制电路分开得到支持并且彼此相互分开得到支持的多个功能电路；以及
多个专用串行接口，在所述控制电路与每个相应的功能电路之间耦合有专用串行接口，所述多个专用串行接口用于从所述功能电路至所述控制电路的同步数据通信；
其中所述控制电路被配置用于产生周期性中断并且用于基于来自所述功能电路的数据而向所述驱动器电路输出控制信号，其中所述周期性中断用于协调从所述功能电路经由所述专用串行接口至所述控制电路的数据传输。

11.  根据权利要求10所述的马达驱动器，其中所述控制电路被配置用于产生具有两种不同的周期性的中断，所述具有两种不同的周期性的中断用于协调从所述功能电路经由每个专用串行接口的两个不同的通道至所述控制电路的数据传输。

12.  根据权利要求11所述的马达驱动器，其中第一组中断具有比第二组中断更频繁的周期性，并且其中所述第一组中断激励经由所述功率电子开关至马达的功率通信所需要的数据传输。

13.  根据权利要求10所述的马达驱动器，其中所述专用串行接口包括双通道全双工串行接口。

14.  根据权利要求10所述的马达驱动器，其包括背板，其中所述专用串行接口被布置在所述背板中或所述背板上，并且所述功能电路经由槽接口而耦合到所述背板。

15.  根据权利要求10所述的马达驱动器，其中所述槽接口包括PCI-E型连接器接口。

16.  根据权利要求10所述的马达驱动器，其中所述控制电路包括处理器和现场可编程门阵列，并且其中所述专用串行接口向所述现场可编程门阵列提供数据。

17.  一种用于在马达驱动器中交换数据的方法，其包括：
在控制电路与多个功能电路之间传输数据，所述多个功能电路与所述控制电路分开得到支持并且经由多个专用串行接口而耦合到所述控制电路，所述专用串行接口耦合在所述控制电路与每个相应的功能电路之间。

18.  根据权利要求17所述的方法，其包括：产生所述控制电路中的中断，所述中断用于协调从全部的所述功能电路经由所述专用串行接口至所述控制电路的传输。

19.  根据权利要求18所述的方法，其包括：产生具有两种不同的周期性的中断，所述具有两种不同的周期性的中断用于协调从所述功能电路经由每个专用串行接口的两个不同的通道至所述控制电路的数据传输。

20.  根据权利要求19所述的方法，其中第一组中断具有比第二组中断更频繁的周期性，并且其中所述第一组中断激励至马达的功率通信所需要的数据传输。

21.  根据权利要求20所述的方法，其包括：基于经由所述专用串行接口从所述功能电路接收的数据，将来自所述控制电路的控制信号施加到用于功率电子电路的驱动器电路。

含有带可选择同步和通信的集成串行接口的马达控制器
技术领域
本发明一般涉及功率电子器件领域，并且尤其涉及用于马达控制驱动器的硬件体系结构，以提供用于马达和过程的通信和控制的接口。
背景技术
存在针对功率电子器件的广泛种类的应用，诸如开关器件和系统。在这种系统中，可针对广泛的功能性来组合和互连多个部件。例如，在传统的开关装置应用(诸如马达驱动器)中，一般提供将功率连同网络信号、传感器输入和执行器输出等发送(route)入其中的外壳。外壳内的部件与外部电路互连，并且可以彼此互连以提供控制、监视、电路保护以及许多其它功能。然而，这种传统途径需要相当多数量的各导体的终端、导体的布线(routing)和各种部件的支架等。
在其他类型的封装中，部件可在支架区域或者机架中彼此相关联，该支架区域或者机架电耦合到总线用于将功率发送到各个部件。可在传统的马达控制驱动器中找到这种类型的封装的示例，其中安装并且经由线束和线缆等彼此互连了各种控制、监视和保护电路。在其它应用中，尤其是在功率水平低得多的应用中，向可以耦合部件(诸如经由插入式连接)的应用提供“背板”已经变成了传统。目前这种背板在整个工业应用中使用，例如用于向并从可编程逻辑控制器以及计算机部件和外设等提供数据和控制信号。通过该背板可以容易地发送数据和控制信号，从包括大量接口部件的整个系统易于装配、替换、服务和扩展的角度来看，这种背板的使用呈现了充分的优势。
然而，对于使用接收任意数量的信号的多个部件的背板来说，这种信号向马达控制驱动器的发送和定时可能对硬件和软件提出了挑战。发信号必须用以下方式操作：使得每个信号足够快地到达马达控制器驱动的主处理单元并可以被处理，以保证及时响应。另外，在需要多个马达同步的场合，多个马达和传感器的信号的同步也提出了额外的挑战。
发明内容
本发明提供了一种用于马达驱动器的配置和管理以及这种驱动器的信号同步的新途径。该途径包括马达驱动器，该马达驱动器具有控制板以及经由背板物理上连接到马达驱动器的一个或者更多个选择板。选择板可经由一个或者更多个串行接口上的一个或者更多个同步中断来与控制板进行通信。每个串行接口可包括具有第一中断的第一通道和具有第二中断的第二通道。
支持所有进行本发明的这些功能和其它功能的方法、器件和计算机程序用于。
附图说明
当参考附图阅读以下的详细描述时，本发明的这些特征和其它特征、特点和优势将变得更好理解，在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是根据本发明的实施例的马达驱动器的透视图；
图2是根据本发明的实施例的马达驱动器系统的框图；
图3是根据本发明的实施例的图2的功率电子开关电路的示意图；
图4是根据本发明的实施例的控制过程的多个马达和驱动器的框图；
图5是根据本发明的实施例的仓和背板的透视图；
图6是根据本发明的实施例的图5的仓和背板的剖面透视图；
图7-10是根据本发明的实施例的配置用来和图5和6的仓和背板一起使用的选择板的透视图；
图11是根据本发明的实施例的示出在控制板和各个选择板之间的连接的框图；
图12描绘了根据本发明的实施例利用“控制事件”信号和“系统事件”信号用于控制板和选择板的同步操作的中断表；
图13描绘了根据本发明的实施例使用概要用于操作控制板和选择板的过程；
图14和15描绘了根据本发明的实施例用于配置控制板和选择板的用户界面的屏幕截图；以及
图16是马达驱动器对的图解表示，示出了可如何将多个驱动器同步下降到功能电路水平。
具体实施方式
现在以图1开始，描绘了马达驱动器100的透视图。在一个实施例中，马达驱动器可以是由威斯康星州密尔沃基的罗克韦尔自动化制造的PowerFlex驱动器。驱动器100可包括外壳102，外壳102在驱动器100的一个或者更多个面上具有冷却通风孔104。为了便于与马达驱动器100相互作用，驱动器100可包括人机界面(HMI)106。HMI 106可包括显示器108，诸如LCD(液晶显示器)或者其他显示器以及允许用户进行输入的键盘110。另外，HMI 106是可移动的并且可对接在外壳102中的插座114中。
如下文进一步描述的，马达驱动器用于接收来自电源(诸如电网)的三相功率并且用于将恒定频率的输入功率转化成受控频率的输出功率。马达驱动器100可管理到负载(通常包括各种机器或者马达)的电功率的两种应用。驱动器也可收集来自负载，或者来自与负载或分离了负载的机器系统相关联的各种传感器的数据。这种数据可在监视和控制功能中使用，并且可包括诸如电流、电压、速度、转速、温度和压力等的参数。马达驱动器100可与在负载的操作和控制中使用的多种部件或者器件(未示出)相关联。包含在马达驱动器100内的示例性器件是马达起动器、过载继电器、断路器以及固态马达控制器件(诸如可变频率驱动器和可编程逻辑控制器等)。如下文进一步讨论的，马达驱动器100通过增加安装在马达驱动器100内的背板中的选择板可以包括可扩展功能。另外，马达驱动器100可与其它马达驱动器结合使用，以使得多个马达驱动器可用于控制一个或者更多个过程。同样如下文讨论的，同步了驱动器内的功能，并且驱动器(及其内部功能)可与整体机器系统中的其它驱动器同步。
图2是示出系统200中的驱动器100和其他器件的各种内部部件的框图200。例如，驱动器100可包括控制电路202、驱动器电路204和功率电子开关电路206。功率电子控制电路206可接受三相功率212，并且向马达216输出三相功率214。为了便于马达驱动器100的控制，可将远程控制监视器208连接到马达驱动器100。另外，也可将其它驱动器210连接到马达驱动器100和远程控制监视器208(诸如经由网络)。可经由这种网络连接来进行驱动器的远程控制和监视功能以及协调操作。另外，这种网络和网络连接可基于任何已知的或者随后开发的标准，包括标准工业协议、以太网协议、互联网协议和无线协议等。
如下文进一步讨论的，根据本发明的实施例，控制电路202和驱动器电路204可包括控制电路板和各种可选功能电路，可选功能电路在这里被称作“选择板”。驱动器电路204向功率电子开关电路206的开关发信号，以迅速地闭合和打开，导致横跨输出端218、220和222的三相波形输出。通过控制电路202控制驱动器电路204，控制电路202可自主操作或者可通过网络对来自远程控制监视器208的命令输入进行响应。类似地，可经由控制电路协调驱动器电路和其它驱动器的操作。可通过控制电路实施许多不同的控制方案和功能，并且可将针对这种操作的程序存储在控制板上，诸如用于闭环速度控制、闭环扭矩控制，诸如此类。
图3是功率电子开关电路206的示意图。如上所述，功率电子开关电路将通常接收三相功率214(诸如来自电网)作为输入。三相电源电耦合到向整流电路232提供恒定频率的三相AC功率的一组输入端226、228和230。整流电路232包括诸如进行三相电压波形的全波整流的二极管234的部件。在整流之后，组合所有相的输入功率，以向DC总线的低压侧236到高压侧238提供DC功率。电感器240可耦合到DC总线的高压和低压侧并且用作平滑整流的DC电压波形的扼流器。一个或者更多个滤波电容器242可链接DC总线的高压侧238和低压侧236，并且也配置为平滑整流的DC电压波形。电感器和电容器一起用来从波形消除大部分纹波，以使得DC总线传送接近近似真正DC电压的波形。应注意的是，这里所描述的实施三相电的目的不是限制性的，并且可在单相电路上以及在为马达驱动器之外的应用设计的电路上使用本发明。
逆变器244耦合到DC总线并且产生所期望的频率的三相输出波形，用于驱动连接到输出端218、220和222的马达216。在所示出的实施例中，在逆变器244内，针对每相，在DC总线的高压侧238和低压侧236之间，从集电极到发射极串联地耦合两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)246。然后对于总共六个晶体管246，将三对这些晶体管对并联耦合到DC总线。输出端218、220和222中的每个耦合到一对晶体管246对之间的一个输出。驱动器电路204向晶体管246发信号，以迅速地闭合和打开，导致横跨输出端218、220和222的三相波形输出。通过控制电路202控制驱动器电路204。
在某些实施例中，可以使用多个马达驱动器和马达来控制过程。例如，如图4中所示，可以由多个马达304(诸如第一马达M1、第二马达M2、第三马达M3和第四马达M4)来控制过程302。可以由各自的马达驱动器306来控制每个马达304。例如，可以由马达驱动器D1来控制马达M1，可以由马达驱动器D2来控制马达M2，可以由马达驱动器D3来控制马达302，以及可以由马达驱动器D4来控制马达M4。马达驱动器306可以经由网络308(诸如使用已知标准通信协议的网络(诸如工业DeviceNet、ControlNet或以太网))来连接到一起。可以通过网络308将远程控制和监测站310连接到马达驱动器，以提供对驱动器306、马达304和过程302的控制和监测。
如上文所讨论的，在某些实施例中，马达驱动器可以通过安装在马达驱动器中的选择板的添加来添加功能、连接或这两者。选择板可以与其它马达驱动器、马达、传感器或其它设备进行通信。如上文关于图4所讨论的，例如，可以使用多个驱动器和马达来控制过程。根据本发明的实施例，马达驱动器可以提供一个或多个串行接口用于添加选择板。此外，为了便于控制高度同步的驱动器和马达，专用串行接口可以通过使用同步中断来提供在每个选择板和控制板或各马达驱动器的电路之间的同步。此外，可以由用户选择并配置在选择板和控制板之间的通信和同步，使得在维护同步时可以实现不同的通信速度。此外，某些实施例可以包括选择并配置对选择板的通信和同步的概要(profile)。
为了便于添加选择板，马达驱动器可以包括如图5中所示的具有底座402的“仓”400。仓400可以安装在马达驱动器内部，并用作下文所讨论的选择板的模块板架。仓400可以包括控制板404，控制板404可以如下文所讨论地管理并处理从选择板接收的信号。控制板404可以包括一个或多个处理器406(处理器406可以包括微处理器、CPU、现场可编程门阵列等)以提供应用、管理和处理。处理器406可以包括存储器或与存储器相关联，该存储器具有用于操作控制板404、仓400中的选择板或马达驱动器中的任何其它设备的应用。例如，处理器406可以包括诸如接口、扭矩控制、向量控制、驱动逻辑、以太网逻辑等的应用。控制板404也可以包括用于通信和简单处理任务的现场可编程门阵列。例如，在实施例中，现场可编程门阵列可以进行传递、尺寸和CRC(循环冗余校验)帧加法器与接收帧的剥离、CRC验证、错误处理和无处理器干预的通信状态。此外，控制板404可以包括根据特定数据交换标准(诸如IEEE 1588、以太网等)用于与其它马达驱动器或设备连接的附加接口。
仓底座402可以包括一个或多个背板408，背板408通常支撑并提供在控制板404和各选择板之间的物理相互连接。背板408可以包括具有任何数量的槽、插头、连接器或其它接口结构的印刷电路板。背板408提供功率和数据信号的分配，并使选择卡能够与网络通过接口连接。例如，如图5所示，背板408包括多个槽410，槽410配置为接收如下文进一步描述的各选择板。在一个实施例中，仓400可以包括两个分别具有六个槽410的背板408。
仓底座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的任何部分包括一个或多个风扇412和一个或多个通风口414，以允许空气流动和散热。
图6是更详细图示仓400和背板408的仓400的剖视图。背板408可以包括总线板416，总线板416提供接口槽410和发送(route)到控制板404所必要的总线。背板408也可以包括一个或多个通信端口(诸如多引脚通信端口418和以太网端口420)。在一个实施例中，背板408可以具有六个接口槽并且可以接收多大六个选择板。如下文所讨论的，背板408可以包括一个或更多个接点422，配置为接纳一个或更多个螺丝或其它紧固物以固定选择板。当然，取决于对于系统所预期的选择范围，可以提供任意数量的这样的选择板槽。
图7至图10图解了配置为与接口槽410匹配的各选择板。应该认识到，某些实施例可以包括下文未示出的选择板，该选择板包括任意数量的处理器、存储器、接口、输入和/或输出。选择板可以提供任何所需的功能，包括：输入和输出；信号调节；隔离；数据转换；安全；模数(A/D)转换或其它数据转换；以及经由标准协议(诸如DeviceNet、ControlNet和/或以太网)的通信。如下文进一步解释的，各选择板也可以包括一个或多个以下元件：处理器、FPGA、存储器、逻辑寄存器、时钟、终端、输入/输出端口等。在当前所预期的实施例中，有时可以开发特殊的选择板以寻址(address)特定的系统和应用需要、进行特定类型的数据处理以及与继承系统进行接口连接等。
例如，从图7开始，第一选择板500可以包括处理器502和FPGA 503。为了接合接口槽410，选择板500可以包括总线接口504。如上文所述，在一个实施例中，总线接口504可以是PCI-E式连接器。此外，选择板500可以具有一个或多个连接器506或终端508用于连接到由选择板500使用的各输入和输出。为了将选择板500固定到仓500和插座418，选择板500可以包括一个或多个螺丝510(诸如翼型螺钉)。在某些实施例中，可以使用其它机械装置来固定选择板500，诸如夹具或其它紧固件。
图8描绘了另一个选择板514，选择板514也具有用于插入接口槽410的总线接口516的。选择板514包括电容器518和处理器或FPGA 520。此外，选择板514包括输入输出终端522，并可以包括一个或多个螺丝524。图9描绘了另一个选择板528，选择板528具有总线接口530和一个或多个具有上文所述功能的螺丝532。
最后，图10图示了配置为允许使用“继承”选择板的选择板536。例如，选择板536包括安装到选择板536(诸如通过一个或多个螺丝540)的继承板538。在该实施例中，继承板可以经由任何适合于与选择板536和继承板538通信的接口连接到选择板536。选择板536可以提供任何模拟、转化或其它对于与继承板538通信所需要的处理。选择板536也可以包括用于与接口槽410通信的总线接口(未示出)，并且还可以包括一个或多个螺丝540以将选择板536固定到仓400。来自继承板538的通信可以通过选择板536和用于通信的总线接口发送(route)到控制板。
图11是图示在控制板602和多个选择板604之间的连接的框图600。选择板604可以通过专用双通道全双工串行端口606连接到控制板。如上文所讨论的，每个选择板604都可以包括控制各串行接口606上的信令的时序的时钟。在某些实施例中，控制板602和选择板604还可以包括CAN(DPI)通道。如下文进一步所述，每个通道可以运送不同的信号，这通过基于第一通道608上的“控制事件”和第二通道610上的“系统事件”的中断方案来调整，并且信号的时序可以通过选择板604上的时钟来控制。通过使用专用串行接口606，控制板602允许来自选择板的信息的串行通信同时且并行地传递。此外，按“控制事件”的时序所规定的，来自每个选择板604的数据传递可以被同步。
如上文所述，在某些实施例中，仓400可以具有两个(或更多)背板，如虚线区域612和614所指示的。在图示的实施例中，因为每个背板612和614都可以包括三个接口槽，该接口槽在一个实施例中可以是PCI-E式连接器槽，所以在每个背板上提供三个专用串行总线。除了与控制板602通信之外，选择板604可以经由网络616相互通信。通过使用网络616，选择板604可以不用先通过控制板602发送(route)通信而相互通信。在其它实施例中，选择板604可以经由控制板602发送(route)通信到同一背板或相邻背板上的其它选择板。
如上文所述，在当前所期望的实施例中，双通道全双工串行接口606的每个通道可以传送特定信号。在该实施例中，可以借助控制板602上的FPGA来实施信号处理。在其它实施例中，可以用软件实施信号处理，并且可以使用控制板602上的处理器。图12描绘了更详细定义中断表的信号，诸如“控制事件”(CTRL)信号700和“系统事件”(SYS)信号702。在一个实施例中，控制事件信号700可以用于以很短间隔调来整数据的传递和收集，诸如通信或生成输出波形所需的数据；而系统事件信号702可以用于调整时间关键程度较低的数据的传递和收集，诸如一般反馈、通信和I/O等。
为了确保同步，无论每个选择板的时钟时序如何，每个信号700和702可以具有数据获取间隔和传递间隔。例如，控制事件信号可以包括数据获取窗口704和传递间隔706。在一个实施例中，用于控制事件信号的数据获取窗口704可以是约6微秒，而传递间隔可以是约128微秒到约256微秒。在数据获取窗口结束时，中断控制板上的处理器(例如经由IRQ)，以确保由CPU所消耗的空闲或等待时间没有浪费。通过提供数据获取窗口704，确保了控制板从仓中的选择板接收了所有数据。因而，在当前预期的实施例中，控制事件信号的上升沿708，选择板可以在6微秒的窗口内将选择板的寄存器移位到控制板。选择板的时钟速率可以设定在适当的水平以确保该数据在数据获取窗口中被传递。尽管可以使用其它速率，但是可以将时钟速率标准化为32兆赫兹。有利地，这确保了来自选择板的所有寄存器(信号)会被同步。即，无论每个选择板何时获取其数据，所有选择板必须在数据获取窗口结束前向控制板报告。在一个实施例中，控制事件信号可以称为“控制事件首选”，并且可以用于从选择卡中进行控制任务(通信)数据获取，诸如用于扭矩参考、译码器反馈等的数据。此外，为了便于与串行接口通信，选择板可以包括具有32比特长度的移位寄存器接口，并且传递速率可以通过选择板上的时钟控制。
相似地，在当前所预期的实施例中，系统事件信号702可以包括数据获取间隔710和传递间隔712。在该实施例中，用于系统事件信号702的数据获取窗口710可以是约20微秒，而传递间隔可以是约1至2毫秒到约256微秒。在某些实施例中，可以为分别在数据获取间隔和传递间隔发送的首选消息和次级消息这二者提供系统事件信号702。在该实施例中，次级消息必须在传递间隔结束之前完成。在一个实施例中，首选信息可以称为“系统事件首选”，并具有64字节存储限制，并且次级消息可以称为“次级系统延续”，并具有512字节存储限制。
应该注意，在该驱动器中使用的具体速度、数据获取时间间隔长度、中断间隔等可以与本讨论中所提出的不同。例如，基于诸如下列因素设置确定的中断的定时方案：要从选择板(或者从控制电路至选择板)传输的数据量、以及与所需要的处理窗的持续时间相比的期望的数据获取时间间隔的持续时间。也就是说，控制板的处理电路将收集和处理接收的数据，并执行针对耦合到驱动器的马达的操作的控制功能，并且将需要一些时间来执行这种功能。可以将数据获取窗设置为作为预期处理时间的函数(例如为10％)的持续时间。这种考虑可以导致在本领域技术人员的范围内的设计选择。
应该理解，对每个功能电路(选择板)的专用串行接口的使用、以及用于对来自所有这种电路的数据的传输和收集的中断方案提供了确定的同步的中断结构，该中断结构允许非常快的数据传输速率。串行接口实质上用作比特移位寄存器(bit shift register)，其用于在不需要电路之间的流量控制的情况下的数据传输。类似地，应该注意到，虽然来自功能电路的数据的传输速率可以被设置为例如32MHz，但是该速率实际上是可配置的。因此，在要在可用时间内传送较少的数据的情况下，可以设置来自功能电路的较慢的数据传输速率(例如低到2MHz)，而对于较多的数据传输需求，可以设置甚至更高的速率(例如64MHz)。另外，来自不同的选择板(甚至在单个驱动器中)的数据传输速率不需要相同。可以针对不同的选择板设置不同的速率，而仍凭借专用串行接口和确定的中断方案来保持操作同步。类似地，可以针对各个板的不同通道而使用不同的数据传输速率，并且这些速率可以随时间改变。在某些应用中，不同的数据传输速率的使用可以有助于降低谐波失真或接口和通道之间的干扰。
系统事件首选(System Event Primary)可以用于串行接口上的“登录”功能，使得每个选择卡可以使用此信号登录到控制板上并建立通信。系统事件首选可以用于系统任务数据获取，例如模拟I/O、数字I/O、反馈、通信等。另外，在一个实施例中，系统事件连续信号可以提供附加的通信，例如大数据块的传输。
为了有利于控制板与选择板的通信和接口连接，控制板和/或选择板可以使用概况(profile)来辅助选择板的“登录”。图13描绘了根据本发明的实施例的使用概况的控制板和选择板的操作的处理800。首先，在具有带有上述控制板的背板的马达驱动器启动时，所安装的选择板也上电(框802)。如上所述，在“系统事件”信号的数据获取窗期间，选择板向控制板发送数据(框804)。在响应中，控制板参考可以存储针对各个选择板的概况的本地存储的数据库(框806)。控制板读取在来自选择板的数据中接收到的“登录”信息(框808)，该“登录”信息可以提供识别信息以及选择板的状态。然后控制板从数据库加载针对选择板的适当概况(框810)并开始与选择板进行通信(框812)。
在一个实施例中，马达驱动器上的HMI可以提供用于访问、管理和配置安装在马达驱动器的仓中的选择板的用户接口。如上文所述，可以在控制板的处理器和存储器上设置用户接口。然而，在许多应用中，通过将驱动器耦合到工作站来执行驱动器的初始配置，这可以包括传统的编程的计算机(例如个人计算机)。由工作站上的软件提供的或由工作站的驱动器提供的屏幕视图利于选择参数设置、测量单位、参数名称等。另外，每个选择板的概况非常有助于该处理，并且每个概况可以已经被预配置为用于选择板的某种设置，或者可以减少向安装者或系统整合者呈现的、可用于或适合于该选择板和所选系统建立的选项组。该概况由此可以成为驱动器的自动设备配置方案的一部分，从而通过减少向安装者呈现的且在建立始终引导安装者的信息来流线化驱动器的建立。目前预期这种个体概况可以被存储在选择板上(即，每个选择板包括其各自的概况)，并被馈送到控制板，或者可以在控制板上存储概况库以及用于特定选择板的配置的适当概况(如果该概况被控制器识别出存在于驱动器中)。这种概况还可以例如经由提供给该驱动器的网络连接或在初始安装时被从库下载到驱动器。这些选择中的某些可以允许随时间可用的功能电路的数量和类型的扩展。
应该注意到，在另一个目前预期的实施方式中，可以在不参考数据库或库或概况的情况下直接地从功能电路向控制电路提供(例如上传)概况数据(定义功能电路的功能、功能电路提供的参数或操作的需要、数据的传输速率等)。此方法实质上取决于功能电路中的概况数据的存储以及向控制电路的数据加载或数据传输。然而，就附加功能电路可以随时间开发的程度而言此方法可以证明是更通配的，并且这些附加功能电路可以“自配置”控制电路，其不需要关于概况或功能电路的先验的信息或数据。
图14和图15描绘根据本发明的实施例的这种用户接口的屏幕截图。图13描绘具有左手侧导航窗格902和右手侧参数窗格904的第一屏幕900。如图14所示，导航窗格902包括用于马达驱动器的控制板及相关选择板的列表。控制板可以在导航窗格中被列出作为节点，并且可以包括任意数量的可折叠参数和其下的设备。例如，第一节点908(节点1)对应于“PowerFlex 755”控制板。在第一节点908之下列出了各种参数910。选择板912也可以在第一节点908之下列出。在一个实施例中，可以根据由选择板占用的接口槽布置选择板912。例如，第一选择板914(LCD模块)可以在槽1中列出，第二选择板916(20-COMM-E-Ethernet/IP)可以在槽2中列出，等等。
通过选择节点908(例如控制板908或者选择板912)，用户可显示与控制板或者选择板相关联的参数。例如，右手侧窗格904显示了参数列表，例如速度参数914。右手侧窗格904可显示关于每个所列出的项的信息，包括节点列916、槽列918以及参数数字920，并且每个列分别显示每项的节点、槽和参数。如通过所选择的参数922所示出的那样(速度RefA集，例如速度基准)，为了配置节点，用户可选择参数。
如图15所示，第二屏幕924示出了在参数选择之后显示的弹出窗口926。弹出窗口926对应于所选择的参数922，并且提供了多个选择。如所示出的那样，第一标签928(列表选择)显示了端口930、参数938、值940以及内部值942。另外，也可设置最小值944、最大值946和默认值948。端口930可显示对应于可由用户选择的端口或槽的下拉框。为了针对特定端口配置参数922，用户可从下拉菜单950选择端口，诸如选择端口(节点)0、端口4、端口5等。在选择了端口930之后，可通过输入新值来配置参数938。弹出窗口926中的附加标签可包括附加功能，诸如“数字编辑”标签952和“高级标签”954。“数字编辑”标签952可允许数字参数的直接编辑，并且“高级标签”954可包括针对所选参数922的附加配置操作。以此方式，用户可配置耦合到马达驱动器的背板的任何选择板。应注意的是，可以以类似的方式配置任何数量的驱动器，尤其是在在系统中将大量的驱动器联网在一起的情况下。因此，系统集成者可针对特定驱动器的配置而导航到该特定驱动器，然后针对整个系统的配置而导航到其它驱动器。
上述的中断方案允许马达驱动器内的所有功能的同步，包括对来自选择板上支持的所有功能电路的数据的获取。也就是说，由于所有的数据是响应于命令和系统中断从所有的选择板功能电路串行接收的，因此确保了由控制电路同时接收所有的数据。一旦接收到该数据，则可以在中断之间的间歇中通过控制电路的处理能力而对该数据起作用。对于直接影响马达控制的数据(有时被称作通信数据)而言，数据获取尤其快，在中断之间几乎没有时间。对于其它数据，时间间隔可能在时间上被更宽地隔开。
相同的中断方案以及数据获取的接近同步也可以允许经由网络彼此链接的驱动器之间的非常精确的同步。例如，图16示出了系统1000，其中两个马达驱动器1002和1004被互连连接以维持同步。驱动器1002包括耦合到功能电路1008的上述类型的控制电路1006。由于在上述实施例中，通常可与功能电路分开地支持控制电路(诸如在控制板上)，而在选择板上支持功能电路。这种选择电路的数量和类型可取决于系统需求、要执行的控制类型等等而改变。还如上所述，控制电路经由专用串行接口与功能电路进行通信，并通过中断来协调对来自功能电路的数据的传输和收集，由此维持直到选择板级的所有驱动操作的精确同步。如上所述，控制电路利用从功能电路收集的数据以向驱动器电路1010提供控制信号，该驱动器电路1010向固态开关提供功率以产生用于马达1012的输出功率。
驱动器1004被类似地配置。驱动器1004包括控制电路1014和一系列功能电路1016，其中该功能电路1016经由专用串行接口与控制电路进行通信，并且经由上述的中断再次协调数据传输。控制电路1018类似地产生控制信号，该控制信号被施加于用于驱动马达1020的驱动电路1018。
在系统1000中，协调和同步马达1012和1020的操作，诸如用于“多轴”控制。这种协调控制在很多应用中极为有用，诸如其中马达以连续过程对产品进行处理的集成的机器。实例可以包括印刷应用、造纸应用和产品处理应用等，而这只提到了一小部分。
为了允许这种高程度同步，同步计数器1022或类似装置被包括在每个驱动器中，并使得该驱动器的控制电路的时钟与系统中相互连接的其它驱动器的控制电路的时钟相同步。在当前预期的实施例中，驱动器经由利用以太网通信协议的网络连接1024而相互连接，然而也可以使用其它协议。根据IEEE 1588协议来执行对同步计数器的协调。
已经发现了，与对用于功能电路的专用串行接口的使用相结合的对驱动器之间的这种时钟同步的使用、以及对用于传输和收集来自功能电路的数据的中断方案的使用，允许对驱动器的空前程度的协调和同步。也就是说，在总体系统中，所有驱动器的所有功能电路(例如输入/输出电路、通信电路、编码器、参数估计/计算电路等)由于被通过所有驱动器的时钟的同步来进行协调而可以在用于传输和收集来自所有这种电路的数据的中断同时发生的程度上被精确地协调。这种协调允许在应用中以迄今在类似的产品设备中不可用的精确度来使用该驱动器。
同样应该注意的是，如上文所述，对用于功能电路的专用串行数据接口和上述的中断结构的使用也允许在控制电路和功能电路之间发送和接收同步消息。也就是说，在中断期间，上升沿被用于开始在控制电路和功能电路之间传输的消息。这可以被称为首选消息传输。但是，除了该消息传输之外，可以在控制电路和功能电路之间实现辅助消息传输。这可以在中断结束时(返回到低状态时，即，检测到下降沿时)发生。在当前预期的实施方式中，该辅助传输在最初的6微秒或20微秒的时间间隔(或所使用的任何其它中断时间间隔)之后、直到下个周期性的中断之前发生。该辅助消息传输允许进一步利用串行传输带宽。
尽管在此仅示出和描述了本发明的特定特征，但是对于本领域技术人员而言，可以进行很多变型和改变。因此，应当理解，所附的权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神范围内的所有这种变型和改变。