电磁弹簧压力制动器的预防功能控制
阅读说明：本技术 电磁弹簧压力制动器的预防功能控制 (Preventive function control of electromagnetic spring pressure brake ) 是由 H·赫穆斯 M·克赖姆考斯基 A·马滕 F·蒂姆勒 K·昂辛 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于电磁弹簧压力制动器的预防功能控制的方法,所述方法用于更简单和更准确地确定临界运行状态。所述弹簧压力制动器包括至少一个线圈以及电枢盘、其上分布有压缩弹簧的线圈架、控制模块和具有至少一个半导体组件的监控模块、电流测量装置和电压测量装置,其中,所述方法包括以下步骤：首先,弹簧压力制动器由控制模块通过电压控制。接着,通过监控模块测量电磁弹簧压力制动器上的状态变量电流(I)和电压(U)。随后,由监控模块确定电磁弹簧压力制动器的确定变量(T；F)。所述确定变量(T；F)在范围(a)上求和,该范围(a)从激活起点延伸到电枢盘开始移动的点(W)。在点(W),检测到电流值,电枢盘开始运动。此外,确定变量(T；F)也在范围(b)上求和,该范围(b)从激活点开始,当电流(I)再次达到上述值时,延伸到达到恒定电流的点。接着,从范围(a)上的参数之和与范围(a)和(b)上的参数之和计算出比率(X)；当比率(X)达到或超过预定值(Y)时,输出与弹簧压力制动器有关的状态信号。(The invention relates to a method for the preventive function control of an electromagnetic spring pressure brake, which is used for determining a critical operating state more simply and accurately. The spring pressure brake comprises at least one coil and an armature plate, a coil former on which the compression spring is distributed, a control module and a monitoring module with at least one semiconductor component, a current measuring device and a voltage measuring device, wherein the method comprises the following steps: first, the spring pressure brake is voltage controlled by the control module. Subsequently, the state variable current (I) and the voltage (U) on the electromagnetic spring pressure brake are measured by the monitoring module. Subsequently, a determination variable (T; F) of the electromagnetic spring pressure brake is determined by the monitoring module. The determined variables (T; F) are summed over a range (a) which extends from the activation start to the point (W) at which the armature plate starts to move. At point (W), a current value is detected and the armature plate begins to move. Furthermore, the determination variables (T; F) are also summed over a range (b) which, starting from the activation point, extends to the point of constant current when the current (I) reaches the above-mentioned value again. Next, a ratio (X) is calculated from the sum of the parameters over the range (a) and the sum of the parameters over the ranges (a) and (b); when the ratio (X) reaches or exceeds a predetermined value (Y), a status signal relating to the spring pressure brake is output.)
技术领域
本发明涉及一种用于电磁弹簧压力制动器的预防功能控制的方法。
这种方法优选地用于升降机、舞台和升降技术的领域。
背景技术
DE 103 14 390 B4公开了一种用于监控电磁致动制动器的方法和装置，该电磁致动制动器具有产生磁场的线圈和通过磁场可移动地设置的电枢盘，在电磁致动制动器中，通过向线圈施加线圈电流来产生磁场，并且通过监控线圈电流的定时来确定电枢盘的运动，其中，根据线圈电流的定时确定接通点，该接通点代表电枢盘开始运动。在接通点，将线圈电流与代表制动器的预定第一磨损状态的预定第一阈值进行比较，并且根据该比较结果，输出代表制动器当前磨损状态的信号。
DE 10 2011 075 935 B4公开了一种用于确定电磁致动器的异常状态、功能状态和/或异常状态的方法，其基于比较至少一个磁参考特性和实际磁特性曲线来确定，该参考特性描述了作为电流强度函数的关联的磁目标通量，该实际磁特性曲线描述了作为电流强度函数的关联的实际磁通量。在电磁致动器的运行期间，确定在磁场的发生电路中的电流和电压测量值的关联的实际磁通量。此外，确定电磁致动器的一般或特定批次的磁特性曲线，其通过校准适应于电磁致动器的特定的单个特性，从而确定磁参考特性曲线。为了确定单个电磁致动器的关联的磁目标通量，首先选择功能通用的电磁致动器，然后在随后的处理步骤中，将特定批次的行为与平均化的实际使用的电磁致动器测得的测量值相适应。电磁致动器的各个电磁或机械特性由此被结合到磁参考特性中。
发明内容
相比之下，本发明的目的是提供一种用于弹簧压力制动器的更精确的预防功能控制的更简单的替代方法。
根据本发明，该目的通过电磁弹簧压力制动器来实现，该电磁弹簧压力制动器包括至少一个线圈以及电枢盘、其上分布有压缩弹簧的线圈架、控制模块和具有至少一个半导体组件的监控模块、电流测量装置和电压测量装置，该电磁弹簧压力制动器通过以下方法步骤运行。首先，弹簧压力制动器由控制模块控制电压。然后，监控模块测量电磁弹簧压力制动器上的状态变量电流(I)和电压(U)。在进一步的过程中，由监控模块确定施加电磁弹簧压力制动器的参数(T；F)。该参数(T；F)在范围(a)上求和，该范围(a)从控制器的起点(12)延伸到电枢盘开始移动的点(W)。在点(W)，记录电流值，电枢盘开始移动。此外，参数(T；F)也在范围(b)上求和，该范围从激活点开始，当电流(I)再次达到上述值时，延伸到达到恒定电流的点。在进一步的过程中，从区域(a)上的参数之和与区域(a)和(b)上的参数之和计算出比率(X)。当比率(X)的值达到或超过预定值(Y)时，输出与弹簧压力制动器的临界运行状态有关的状态信号。
在一个优选实施例中，参数(T)是时间。在替代实施例中，参数(F)是关联通量(linked flux)。
在优选的实施方式中，电枢盘开始运动的点(W)由以下方法步骤确定。首先，通过监控模块测量电磁弹簧压力制动器上的状态变量电流(I)和/或电压(U)。然后，根据测量的状态变量电流(I)、电压(U)和线圈的电阻值(Rs)确定另一状态变量，或者根据从测量的状态变量电流(I)、电压(U)和线圈的电阻值(Rs)导出的变量计算出另一状态变量，接着，将所述另一状态变量与这个另一状态变量的预定值/过程相比较，该预定值/过程存储在监控模块中，用于电枢盘在弹簧压力制动器中的运动。然后，确定并输出电枢盘开始移动的点(W)的电流值。
在优选实施例中，从所测量的状态变量导出的变量是所测量的状态变量电流(I)和电压(U)的同步移动平均值(synchronized moving average)。
此外，在优选的实施方式中，另一状态变量是电感(L)。在替代实施例中，另一状态变量是电感的变化量(dL/dt)。在另一替代实施例中，另一状态变量是感应电压(Uind)。
在优选的实施例中，电磁弹簧压力制动器由控制模块以DC电压激活。在替代实施例中，电磁弹簧压力制动器由控制模块利用脉动DC电压来致动。
在一个实施例中，定义弹簧压力制动器的状态的极限值的值(Y)为50％-80％。在替代实施例中，值(Y)为80％-90％。在另一替代实施例中，值(Y)为90％-99％。
与现有技术相比，本发明的优点在于，与先前已知的方法相比，通过预防功能控制可以更精确地确定弹簧压力制动器的磨损程度，这是由于从两个区域中形成了一个比率，因此可以指定制动器剩余储备的量度。
通过磁通量确定磨损的另一个优点是，磁通量进入饱和状态，然后就不再增加，而电流值继续增加，因此可以更精确地确定磨损程度。
此外，在弹簧压力制动器的连续运行期间，可以识别出其它出现的临界运行状态，例如，弹簧压力制动器的加热、电压波动、电压降或降压运行，以及状态变量电流和电压在过程中的相关变化。
另一个优点是，可以在弹簧压力制动器和弹簧压力制动器的内部或外部控制之间稳定地传递信息。
本发明的其它有利的细节由从属权利要求，以及由下面的描述和附图中得出。在此应当注意，所提及的特征可以单独地或以任意组合描述对于本发明是必要的。
附图说明
图1以方框图的形式示出了在电磁弹簧压力制动器的运行过程中发生的物理转换过程。
图2示出了在通过DC电压接通(释放)电磁弹簧压力制动器时，测得的状态变量电流(I)和电压(U)。
图3示出了在接通(释放)具有脉动DC电压的电磁弹簧压力制动器时，测得的状态变量电流(I)和电压(U)。
图4示出了在电磁弹簧压力制动器的接通过程期间，关联通量与弹簧压力制动器处的电流下降的关系曲线。
图5示出了在电磁弹簧压力制动器的接通过程期间，弹簧压力制动器上的电流下降与时间的关系曲线。
图6示出了在具有脉动DC电压的电磁弹簧压力制动器的接通过程期间的电感曲线。
图7示出了在具有脉动DC电压的电磁弹簧压力制动器的接通过程期间，电感的变化的过程。
具体实施方式
在图1中，至少一个电磁弹簧压力制动器示出为方框结构(1)，其中，电枢盘在弹簧压力制动器中的运动可以描述为不同的能量的物理转换过程(2、3、4)的顺序。下面将详细介绍所述物理转换过程(2、3、4)，并将所述物理转换过程(2、3、4)存储在监控模块中，作为基于模型的弹簧压力制动器中电枢盘运动的描述。
当弹簧压力制动器运行时，从电能源以DC或脉动DC形式提供的电能(5)经过多个能量转换过程。首先，可以将作为电磁致动器的制动器描述为电磁能量转换器(2)。电能经历从电能到磁能的转换(3)，同时经历从势能到动能的转换(4)。势能到动能的转换通过电枢盘向线圈架的移动(释放)在电磁致动器中发挥作用。在释放电枢盘的同时，进一步进行能量转换。当电枢盘运动时，动能被转换为势能，该转换在电枢盘到达打开位置时结束。同时发生磁-机械能转换(3)，从而在最后的转换步骤中，原始电能存储在弹簧压力制动器的质量弹簧系统中。当制动器闭合时，即，当电枢盘从打开位置移动到关闭位置时，所描述的物理转换过程发生。这些并非没有反馈作用，而是反映在基于模型的电枢盘运动的描述中。基于模型的描述包括与在弹簧压力制动器中的电枢盘运动相对应的预定值。
基于模型的描述包括状态变量(例如电流(I)或电压(U))的值和变化过程，或者从状态变量导出的变量(例如，特别是电感、电感变化或感应电压)。来自基于模型的弹簧压力制动器中的电枢盘运动的各种预定值与电磁弹簧压力制动器的各种运行状态有关。
弹簧压力制动器的各种运行状态如下所述。在开始运行或打开电磁弹簧压力制动器时，该制动器会接通，即会被提供电压(脉动DC或DC)。由于有足够的供电电压，电枢盘从关闭(施加)位置移动到打开(释放)位置。然后，弹簧压力制动器处于打开的运行状态。在运行结束时或在关闭(制动)电磁弹簧压力制动器时，电源会中断，即弹簧压力制动器没有被供应电压或没有被充分供应电压(AC或DC)。由于缺少电源或电源不足，电枢盘会从打开位置移动到关闭位置。然后，弹簧压力制动器处于关闭的运行状态。此外，弹簧压力制动器可以包括部分应用的运行状态，特别是在阻尼弹簧制动器的情况下。在此，电枢盘被提供有一定程度的电压，使得电枢盘在弹簧压力制动器内，在打开位置和关闭位置之间缓慢移动。取决于供电电压，电枢盘缓慢向上或向下移动。
相对于弹簧压力制动器的可能的运行状态，基于模型的电枢盘运动的描述存储在监控模块中。监控模块包括至少一个半导体部件，尤其是微处理器，以及至少一个电流测量装置和/或电压测量装置。
通过控制模块，该控制模块连接到至少一个弹簧压力制动器和监控模块，可以给弹簧压力制动器提供一种运行状态，并提供与该运行状态相对应的电压。
图2示出了当用DC电压接通电磁弹簧压力制动器时的示例性电流(6)和电压(7)的曲线。在这种情况下，弹簧压力制动器通过控制模块利用电压激活，并且可以确定要达到的运行状态，在这种情况下，该状态为打开的运行状态。通过向至少一个弹簧压力制动器施加合适的DC电压，使得电流按指数函数增大。一旦电能的上述物理转换过程已经进行到电枢盘朝着线圈架运动的程度，则该运动尤其也反映在状态可变的电流(6)中。如图2所示，电枢盘的运动导致状态变量电流(6)的曲线出现特征下降(characteristic drop)。在此特征下降之后，电流在电枢盘运动期间遵循电感接通过程的指数函数而再次上升，直到达到打开的运行状态后达到恒定电流值。
图3示出了当使用桥式整流器通过(市电)AC接通电磁弹簧压力制动器时的示例性电流(8)和电压(9)的曲线。在此，电压曲线(9)示出脉动DC电压，电流曲线(8)示出上升曲线，该曲线被波形结构覆盖。此外，在图3中示出了用于测量的状态变量电流(10)和电压(11)的同步移动平均值作为导出变量。在这种情况下，同步移动平均值是指所测量的电流和电压值的移动平均值的长度被设置并同步为现场常见的输入电压市电频率半周期的整数倍。具体地，移动平均值与50Hz或60Hz的公共市电频率同步。此外，可以替代地使用等效的高阶滤波方法来代替同步移动平均值。
在图4中，相对于施加在制动器上的电流绘制关联通量(13)的曲线，特别是用于如图所示2的通过DC电压的弹簧压力制动器的控制(12)。在这种情况下，随着电流的增加，关联通量从激活的起点开始稳定增加。随着电流(I)的增加，关联通量的这种稳定增加一直保持到点(W)，在该点处，电枢盘在弹簧压力制动器内开始运动。可以将监控模块测量的电流值赋值给该点(W)。在电磁弹簧压力制动器中开始电枢盘运动之后，电流显着下降，并且关联通量持续增加。在电枢盘的进一步运动过程中，电流随着关联磁通的持续增加而再次增加，并再次达到在点(W)处测得的电流值。此后，关联磁通量与电流一起稳定增加，直到电流恒定。磁通量达到饱和，这意味着尽管电流进一步增加，但关联磁通量几乎保持恒定。要获得的恒定电流值取决于施加的电压和线圈的电阻(Rs)。为了确定弹簧压力制动器的功能，现在将关联磁通的参数(F)在区域(a)和区域(b)中求和。对于区域(a)，求和是从激活的起点到电枢盘移动的点(W)。在点(W)，监控模块记录电枢盘开始移动的相关电流值。
对于区域(b)，求和关联通量参数，也就是说，求和是从电枢盘运动之后电流值再次达到点(W)的电流值的控制点，直到达到恒定电流的点。
在求和以上限定的范围内关联磁通参数之后，计算从范围(a)中的关联磁通参数的总和与范围(a)和(b)中的关联磁通参数的总和的比率(X)。比率(X)提供关于关联通量储备量多大才能运行制动器的信息。根据所用的制动器类型，尤其是阻尼制动器或无阻尼制动器，或根据制动器的尺寸，值(Y)存储在监控模块中，当达到或超过比率(X)的值时发出状态信号。该状态信号表明已经达到或超过了制动器的磨损极限值，和/或(如有必要)应立即进行弹簧压力制动器的维护或更换。因此，这里介绍的该方法也可以用于控制带有脉动DC电压的弹簧压力制动器。
在图5中，相对于弹簧压力制动器打开的时间，绘制电流(14)的曲线，特别是用于如图2所示的通过DC电压的弹簧压力制动器的控制。从激活的起点开始，电流(I)随时间的增加而稳定增加。该电流随时间的稳定增加一直保持到电枢盘在弹簧压力制动器内开始移动的点(W)。可以将监控模块测量的电流值赋值给该点(W)。随着电磁弹簧压力制动器中电枢盘的运动开始，电流随时间的增加而显着下降。随着电枢盘的移动随着时间的推移而继续，电流再次增加，并再次达到在点(W)确定的电流值。在以后的一段时间内，电流会稳定增加，直至达到恒定电流值。要获得的恒定电流值取决于施加的电压和线圈的电阻(Rs)。
为了确定弹簧压力制动器的功能，因此将时间参数(T)在区域(a)和区域(b)中求和。对于区域(a)，求和是从激活的起点(12)到电枢盘移动的点(W)。相关的电流值记录在电枢盘开始移动的点(W)处。对于区域(b)，从电枢盘运动之后电流值返回到点(W)的电流值的控制点，到达到恒定电流的点，求和时间参数。
在求和以上限定的区域(a)和(b)上的时间参数之后，计算从区域(a)中的时间参数总和与区域(a)和(b)上的时间参数总和的比率(X)。比率(X)提供有关释放弹簧压力制动器的剩余储备的信息。根据所用的制动器类型，尤其是阻尼制动器或无阻尼制动器，或根据制动器的组件，值(Y)存储在监控模块中，当达到或超过比率(X)的值时发出状态信号。该状态信号表明已经达到或超过了制动器的临界运行状态的极限值，和/或(如有必要)应立即进行弹簧压力制动器的维护或更换。因此，这里介绍的该方法也可以用于控制带有脉动DC电压的弹簧压力制动器。
在图6中，以示例的方式示出了在根据图3的具有脉动DC的接通过程中，在电枢盘运动期间的电感(15)的曲线。在第一实施例中，可以基于电感曲线来确定电枢盘运动的开始。根据电流和电压的同步移动平均值以及线圈的电阻值(Rs)计算电感。
接通后，电感(L)会立即急剧增加，此后电感几乎达到稳定状态。在此稳定期间，电能的上述物理转换过程进行到使得可以从电感的重新增加(16)中识别出电枢盘在电感过程中从闭合状态到打开状态的运动。在电感重新增加之后，电感(15)进一步减小到几乎恒定的值。优选地，可以确定关联磁通Ψ＝ΣUIND以计算电感(L)。制动器应视为电感和欧姆电阻的串联连接，由此，由所施加的电压U感应的电压UIND由于跨线圈的欧姆电阻下降的电压值URS而降低，从而感应电压UIND＝U-URS。此处，下降电压为URS＝I·R，其中，RRS是线圈的电阻值(Rs)。然后，电感L由关系L＝Ψ/I得出。因此，这里介绍的该方法也可以用于控制带有DC的弹簧压力制动器。在本发明的另一个实施例中，电枢盘运动的开始可以基于电感的变化(dL/dt)来确定。
图7示出了从图6的电感曲线得出电感的导数随时间的变化(17)。通过施加(市电)AC电压，电感的变化(dL/dt)迅速增加到最大正值(全局最大值)，然后再次减小。在该下降期间，电能的上述物理转换过程进行到使得电枢盘朝着线圈架移动。电枢盘运动的开始对应于电感变化曲线中的转折点(19)。该转折点对应于图4和5的曲线中的点(W)。可以将电流值赋值给该转折点(19)，该转折点在上述方法中使用，从而能够执行制动器的预防功能控制。电枢盘的运动通过增加的电感的变化(dL/dt)(17)进一步反映出来。局部最大值(18)反映了电枢盘的运动。随后，电感变化在电枢盘运动期间下降，以保持恒定值。此处提供的用于确定电枢盘运动的开始时的电流值的方法也可以用于控制具有DC的弹簧制动器。
附图标记清单
1.作为方框结构的弹簧压力制动器
2.电磁能量转换器
3.磁-机械能转换器
4.势能和动能
5.能量源
6.电流曲线-DC-接通
7.电压曲线-DC-接通
8.电流曲线-脉动DC-接通
9.电压曲线-脉动DC-接通
10.电流同步移动平均值
11.电压同步移动平均值
12.控制开始点
13.关联通量
14.电流曲线
15.电感曲线
16.电枢盘移动时电感的变化
17.电感随时间的变化曲线(dL/dt)
18.电感变化曲线的局部最大值
19.电感变化曲线的转折点
I 电流
U 电压
a 区域a
b 区域b
T 时间参数
F 关联磁通参数
W 电枢盘开始运动
Rs 线圈电阻
X 比率的值
Y 预定值
L 电感
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