本发明涉及电动机控制，特别涉及包括在一个蜂窝通信网中的电动机控制。 世界上日益增长地使用着供能量传送的电动机。电动机利用了一般由矿物燃料和核能能源产生的电能。由于全球都在不断努力使能量供应的速率和效率最优化，因而要继续力求改善能量需求的效率。能量需求的质量不仅取决于配电效率、电动机转速和保持措施，还取决于应用的能量控制系统的灵活性。
现在大系统中的电动机（诸如大型制造工厂等流水线上的电动机）都是在系统内硬线连接的。每当需要改变流水线时，在拆卸下电动机并在别的位置上重新连线期间，整个流水线必须停止运转。此外，这些连接线会日趋老化并造成麻烦，因而经常需要重新接线，这十分困难。实际上，从今天的生产网来看，一个最大的结构缺陷是电线连接。
除了电线连接问题之外，还有电动机日趋老化以及电动机控制的装置也日趋老化的问题。一旦由于电动机本身的故障或者电动机所控制装置的故障终于使电动机烧毁时，该装置只能停止运转而进行修理，在某些情况下需要重新修建。此外在许多系统中，诸如在泵激系统中、在流水线系统中等等，所有电动机会依赖于其它每一个电动机的正常。在这些系统中，诸多电动机都定时地一起运行，如果某个电动机煤毁、或者转速降低，其余电动机甚至整个系统会遭受危害。如果能预测出故障和潜在损坏，常常可使停止运转的时间减至最小。
本发明的一个目的是提供一种新的、改进的蜂窝电动机控制网。
本发明的再一个目的是提供一种新地、改进的蜂窝电动机控制网，它不需要硬线连接来控制网内的电动机。
本发明还有一个目的是提供一种新的、改进的蜂窝电动机控制网，其中电动机的安装和位置改变比较容易。
本发明的又一个目的是提供一种新的、改进的蜂窝电动机控制网，其中通常能预测出损坏之类的故障。
本发明的再一个目的是提供一种新的、改进的蜂窝电动机控制网，它包括有供额外系统保护用的电动机间控制。
在一个蜂窝电动机控制网中，上面的问题和其它问题都可得到根本的解决，并且可实现上面的目的和其它目的，该控制网包括：一个蜂窝电动机控制装置，它具有控制电动机工作的控制设施;一个连接到该控制设施上用以提供一个预定控制程序的微处理器;以及连接到该微处理器上用以在微处理器与远处控制单元之间进行信息通信的收发信机。
在一个蜂窝电动机控制网中，上面的问题和其它问题都可得到根本的解决，并且可实现上面的目的和其它目的，该控制网包括：一个服务中心;以及与该服务中心通信的多个局部网孔控制器，这些局部网孔控制器中的每一个具有与之通信的多个蜂窝电动机控制装置。每个蜂窝电动机控制装置具有控制一个电动机的控制设施;连接到该控制设施上用以提供一个预定控制程序的微处理器;以及连接到该微处理器上用以在微处理器与远外控制单元之间进行信息通信的收发信机。每个本地网孔控制器的位置至少远离蜂窝电动机控制装置中的某一些，它包括：设计成与每一个蜂窝电动机控制装置中的收发信机进行通信的一个网孔控制器收发信机，以及连接到该网孔控制器收发信机上用以对网孔控制器收发信机供给控制信号并接收来自该网孔控制器收发信机的数据信号的一个网孔控制器微处理器。服务中心包括：设计成与每一个本地网孔控制器中的网孔控制器收发信机进行通信的一个服务收发信机，以及连接到该服务收发信机上用以对服务收发信机供给控制信号并接收来自该服务收发信机的数据信号的一个服务微处理器。
图1示出实施本发明的一个蜂窝电动机控制网的方框图;
图2示出图1控制网中一部分的一个简化方框图;
图3示出图1控制网中另一部分的一个简化方框图;
图4示出图1控制网中另一部分的一个侧视图;
图5和图6示出图4所示结构中不同部分的顶视图;
图7示出安装在一个电动机上的图4结构的一个侧视图;
图8示出图6所示结构中一部分的一个简化方框图;
图9至图12示出类似于图1所示控制网的、表示不同的实施例及控制网应用的简化视图。
具体参看图1，它表示了实施本发明的一个蜂窝电动机控制网20的方框图。控制网20包括一个服务中心22及多个局部网孔控制器24、25和26。每个局部网孔控制器24、25和26与多个蜂窝电动机控制装置30相关联。下面将详细地进行说明，一般服务中心22能与任一个本地网孔控制器24、25和26进行通信，每个网孔控制器24、25和26能与它所关联的每一个蜂窝电动机控制装置30进行通信，而每一个蜂窝电动机控制装置30能与和同一本地网孔控制器24、25或26相关联的其它蜂窝电动机控制装置30进行通信。然而，人们应理解在具体的应用中，可以将控制网内其它单元之间的通信（例如本地网孔控制器24、25和26之间的通信等）编程进控制网中。结合控制网20应进一步理解到，与一个单元“通信”或“进行通信”这个术语包括了向该单元发送信号并从该单元接收信号。
具体参看图2，它表示了服务中心22的一个稍加简化的方框图。服务中心22包括一个全方向性通信天线35，它经由一个发送/接收开关37与发信机38或收信机39电气相连接。一个控制单元40包括：一个微处理器42，辅助存储器44（ROM、RAM、软盘或其它形式的存储器），一个查阅表46，以及手动输入或控制装置48。控制单元40向发信机38提供信号以发送给其它控制单元，并通过收信机39从其它控制单元接收到信号;具体地说是本实施例中的本地网孔控制器24、25和26。
具体参看图3，它表示了本地网孔控制器24的一个稍加简化的方框图。人们应理解到在一个具体的实施例中，所有的本地网孔控制器24、25和26都是相类似的，只是为了详细叙述的方便，采用了本地网孔控制器24。本地网孔控制器24包括一个全方向性通信天线50，它经由一个发送/接收开关52与发信机54或收信机56电气相连接。一个控制单元60包括：一个微处理器，辅助存储器64（ROM、RAM、软盘或其它形式的存储器）以及一个查阅表66。控制单元60向发信机54提供信号以发送给其它控制单元，并通过收信机56从其它控制单元接收到信号;具体地说是本实施例中的服务中心22及与之关联的蜂窝电动机控制装置30。
图4至图6较详细地表示了与本地网孔控制器24相关联的蜂窝电动机控制装置30之一个。蜂窝电动机控制装置30包括在模块70内，在本实施例中模块70设计得直接安装在一个电动机（例如图7所示的变速、多相电动机72）上。人们应理解到在其它实施例中，蜂窝电动机控制装置20可以不同地封装，并不一样地加装到电动机上;例如可以安装在电动机壳体的里面。模块70包括两块安装板74和75，它们间隔开安装，借以免除两者之间可能的相互影响，这在后面将详细地说明。
具体地参看图5，安装板74包括有三个功率半导体器件76，在本实施例中它们是封装在热效的多芯片模块内的绝缘栅双极晶体管。每个器件76设计成从一个外部电源接收电力并向多相电动机72提供出各相的电力。此外器件76是可控的，以提供出可变频率的电力，例如1KHz到20KHz。安装板74上安装有光电检测器和发光二极管77，它们与器件76相连接，用以给出来自安装板75的控制信号并向安装板75供给信息。另外安装板74上有一个第二基底，上面安装有一个电子闸（brake）78和一个交流/直流桥式电路80。该第二基底上也安装光电检测器和发光二极管82，以便与电子闸78和桥式电路80进行信号通信。当然人们应理解到安装板74上还可以安装其它器件，用以实现其它功能和/或附加功能。
图6详细地表示了安装板75，它包括一个微处理器85，它被编程来控制电动机72，以便完成特定应用的具体任务。电源部分86设计成提供出所需的电源，供安装板75上安装的各电路部分使用。一个光学接口87用来与安装板74上的二极管76和82进行通信。在这一具体的实施例中，安装板74和75之间的通信是依靠光学方法实现的，以对安装板74和75之间的间隔给出电气安全性，因而安装板74上存在的比较高的电压（几百伏）不会被无意地短路，否则高压可能加到安装板75上的任何低压（5伏或更低）元件上。借助于对功率驱动器88供给控制信号和/或时钟信号，转而向器件76供给所需的可变频率信号，由微处理器85对电动机72的速度进行控制。另外，在安装板75上配备了一个传感模块89，该传感模块89可包含某些实际传感器（取决于所检测的统计量），或者简单地只包含电动机72上安装的传感器（比如热量传感器）所用的传感器放大器。
安装板75上还包括一个射频接口集成芯片（RFIC）90，图8表示了它的一个简化方框图。RFIC90包括有一个全方向性通信天线91，它经由一个发送/接收开关92连接到发信机93或收信机94上。发信机93有一个接收来自微处理器85的各种信号的输入端，然后发信机93将信号发送到指定的远处单元，诸如另一个蜂窝电动机控制装置30或本地网孔控制器24。收信机94设计成只对预先指配给每个蜂窝电动机控制装置30的一个特有地址响应。在此实施例中，这是借助于译码器95和代码插件96来达到的，代码插件96中包含有供此具体的蜂窝电动机控制装置30用的特有地址。
当收信机94接收到一个消息时，对于预定供具体的蜂窝电动机控制装置30使用的任何数据，由该具体的蜂窝电动机控制装置的特有地址使该数据优先。此地址馈往译码器95，在那里与代码插件96中存储的地址进行比较。如果两个地址相匹配，则跟随在该地址后面的数据馈往一个存储器97，并存储在那里以供微处理器85进行处理。当然人们应理解到，在控制网20中对其它元件可以应用类似的地址系统，这包括服务中心22及本地网孔控制器24、25和26;如果需要，还可利用一个特有频率的系统，其中只有被调谐在一个特定频率上的发信机和收信机才能发送和接收该特定频率的信号。
微处理器85经由多个传感输入端连接到传感模块89上，并经由多个控制输出端连接到各个其它元件上，它包括功率驱动器88。在蜂窝电动机控制装置30运行的一个典型例子中，电动机72上的热量传感器经由传感器模块89向微处理器85提供一个指示，指明电动机72处于过热状态。通过微处理器85中存储的一个程序，微处理器85立即使电动机72的转速降低到某个安全值，诸如正常转速的一半。与此同时，给本地网孔控制器24发送一个信号，告知它过热状态。一个相应的信号被发送给服务中心22，在那里采取一些步骤来对电动机72提供服务，和/或在流水线上引入一个多余的电动机或一条通路（这取决于应用）。借助于自动降低电动机72的转速，整个系统不必要停止运转，并可获得时间来完成维修而没有过分的输出损失。
对于电动机72的转速会影响系统中其它电动机的一些系统，有关信号也可传送到其它的蜂窝电动机控制装置30，向它们发出指令以降低连接在上面的电动机转速。在蜂窝电动机控制装置30之间可共享的其它信息例如可以是电动机间的指令组、负载信息、工作负载到达等。这样，蜂窝电动机控制装置30或者本地网控制器24、25或26可编排材料输送。在某些系统中，本地网孔控制器24、25和26将从每个相关的蜂窝电动机控制装置30中采集和存储执行信息，还有能置需求数据。然后，服务中心22可对局部网孔控制器24、25和26查询存储的数据。服务中心22或是服务中心22上的操作员可使用该数据以使控制网20更有效地工作，并能动地安排和实施预防性维护等等。这样，可以减少或免除元件的潜在损坏及由此导致的系统停机。
因此，服务中心22中的微处理器42、每个本地网孔控制器24、25和26中的微处理器62和每个蜂窝电动机控制装置30中的微处理器85通过控制网22的射频链路进行通信，以提供出一个完全的控制系统。这些微处理器中的每一个或任一个可通过数字信号处理、模糊逻辑等组装进先进的微处理器控制。此外，每个蜂窝电动机控制装置30以及每个电动机有一个特有地址，所以可按照具体的控制网运行各别地控制每个电动机。另外在这个具体实施例中，每一蜂窝电动机控制装置30被编程而对接收的每个命令起响应，因此本地网孔控制器24、25和26及服务中心22知道使命令已被接收到和执行。这种类型的典型确认信号公开在1989年3月7日的美国专利4811379中，其名称是“Speak Back Paging System”，以及1989年4月25日的美国专利4825193中，其名称是“Acknowledge Back Pager With Adaptive Variable Transmitter Power”。此外借助于在连接到各个微处理器的存储器中包括电可擦除PROM（EEPROM）或类似物，这样可由服务中心22和/或本地网孔控制器24、25和26进行重新编程以引入运行的变化、问题的暂时处理、升级、等等。例如可按照1990年3月20日的美国专利4910510中给出的内容实施典型的重新编程，该专利的名称是“Systenm for Off-the-Air Reprogramming of Communica-tion Receivers”，它已转让给同一受让人。
与控制网20类似的一些具体的应用系统表示在图9至图12中。参看图9，它示出一个简化的采矿通风系统，其中鼓风扇100将新鲜空气鼓入空气交换竖井102，竖井102在一些具体位置上开口，以向主矿道105供应新鲜空气。污浊或者陈旧的空气通过排风竖井107由排风扇110排除出去。人们可以直接看出风扇100和110两者应当以大致相同的速度一起运行，以求得最大的效率和安全性。举例说，如果风扇100或是风扇110过热，如上所述，其速度会降低，另一个风扇的速度也将被降低。这样，可继续给出足够的新鲜空气供某些不间断的操作使用，直至作出维修或提供其它的气源。
参看图10，它示出了利用一个与控制网20类似的系统的输油管线简化示图。在此系统中，由于距离相当长，泵站120-124之间的通信要依靠卫星来实现，诸如Iridinm（铱）通信系统（铱即Iridium是MOTOROLA公司的一个商标）或全球定位系统（GPS）中的卫星。此处应注意到，从GPS中还能得知定时和位置，例如，以保证所有的泵站120-124同步工作而得到最大效率。在这个系统中，某个泵站上也可以结合进本地网孔控制器和/或服务中心的全部功能。此外，因为泵站120-124通过卫星进行通信，所以服务中心或类似的数据采集单元可以建立在任何方便的地点，例如生产者办公室或操作员办公室内。这样，可以采集到连续的数据，以供当前的预防性维护应用和将来的修正和改善应用。陆上、海面和空中的一些其它系统也可以利用相类似的控制网。
参看图11，它示出了一个简化的工厂输送带系统。在此系统中，原材料或补给品在库存点130处装载到输送带系统上。然后，速度可变的电动机131-138将输送带系统驱动经过各个工作站140-145。在所示的具体实施例中，每个电动机131-138驱动输送带系统的不同部分;重要之点在于所有的电动机应一起工作，否则整条流水线会停止运转。此外，依靠对每个电动机131-138的单独控制，可在任何时候变更输送带系统的流动。与所有的电动机131-138进行通信的一个服务中心或本地网孔控制器存储来自每个电动机131-138以及控制网内工作站140-145的特性信息，并且能动地安排和实施对整个控制网的预防性维护。此外还可以连续地或是在需要的时期对系统和所有的电动机131-138实行诊断，以使损坏之类的故障能减少和/或免除。装配有蜂窝电动机控制装置的所有电动机便可以在不用连接线的工作环境下进行安装或移动。这导致了生产加工的安置和改变使用很少的设施，且系统可靠性高。
参看图12，它示出一个类似于控制网20的简化的网装设在家庭中的情况。在此系统中，每一个电动机（诸如电冰箱电动机150、空调器电动机151、游泳池循环水电动机152和热水加热器153中的发热元件）都包括一个蜂窝电动机控制装置，它们全都与一个标准负载控制器（图中未示出）或者一个编程为按负载控制器工作的本地网孔控制器进行通信。因此，可以在一种优选基础上控制电动机的运行和/或速度。此外，家庭主人可以能动地参与潜在的设备故障检测或是作出降低功耗的对策。
据此，现已公开了一种新的、改进的蜂窝电动机控制网的几个实施例，它们大大地提高了电动机应用中的电能效率。此外，该新的、改进的蜂窝电动机控制网不需要对电动机进行控制的硬连接线，所以电动机的安装和移动比较容易。此外该新的、改进的蜂窝电动机控制网还提供电动机间控制供额外的系统保护应用，并还提供能一般地预测损坏之类故障的装置。