專利名稱：用于控制在自保護直流電路中的電磁鐵的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制連接在自保護直流電路中、可受控在兩個開關(guān)位置之間來回切換的、用以操縱液壓閥的閉鎖物體的電磁鐵的方法，其中借助于一個電子控制裝置，電磁鐵的線圈在電磁鐵電樞的吸動狀態(tài)下被饋給一個勵磁電流，而在電樞的吸持狀態(tài)下被饋給一個相比勵磁電流較小的吸持電流。本發(fā)明還涉及一種用于控制連接在自保護直流電路中、可受控在兩個開關(guān)位置之間來回切換的、用以操縱液壓閥的閉鎖物體的電磁鐵的裝置，該裝置包括具有線圈和電樞的電磁鐵，還包括電子控制裝置，借助于該電子控制裝置，饋給的電流在電樞的吸動狀態(tài)下可調(diào)節(jié)到一個勵磁電流上，而在吸持狀態(tài)下可調(diào)節(jié)到一個較小的吸持電流上。
背景技術(shù)：
在井下電液壓設(shè)備中—例如支撐開采面后面的井下開采室的結(jié)構(gòu)單元—由于要閉合的電磁鐵的供電有被爆破和電擊的危險，采用了自保護直流電路。在此已知，利用一個配置給電磁鐵的電子控制裝置將吸持狀態(tài)下的吸持電流降低到比勵磁電流小的電流值上(DE3229835C2)。在礦井中具有相應(yīng)控制裝置的電磁鐵也是采用降低吸持電流的電磁鐵。在降低吸持電流到較低的吸持電流值上的情況中，在電磁鐵的切換過程中所產(chǎn)生的剩磁力被用于電樞的吸持，并進而用于液壓閥的閉鎖物體的吸持。電磁鐵的電樞和液壓閥的閉鎖物體通常在電磁鐵斷路后通過一個彈簧的復(fù)位力返回到開始時的開關(guān)位置。
在井下應(yīng)用中，將電磁鐵作為液壓閥的致動器(Aktoren)用在自保護電路中時，必須考慮許多問題。在吸動狀態(tài)下的勵磁電流必須足夠高，以在壓力峰值或在液壓側(cè)上的工作壓力增大情況下保證液壓閥的閉合。在吸持狀態(tài)下，吸持電流值和由電磁鐵產(chǎn)生的吸持力必須足夠大，以在上述壓力峰值或工作壓力增大的情況下可以可靠地保持閉合狀態(tài)。另一方面，利用單個的自保護直流電路應(yīng)可控制和切換結(jié)構(gòu)單元的盡可能多個電液壓閥，以維持用于井下安裝的自保護電路的較低設(shè)備費用。這些在井下自保護電路中存在的問題已由DE3229835C2提出，它對這些問題作了說明。
除了DE3229835C2之外，還已知在電磁鐵的電樞和液壓閥的閉鎖物體之間采用一個傳動件，例如一個杠桿(DE3717403；DE3823681A1)，以能夠盡可能精確地調(diào)整開關(guān)位置，并在必要時通過利用杠桿比可以減小由電磁鐵產(chǎn)生的閉合力。在另一種采用降低吸持電流的電液壓閥系統(tǒng)中，在一個固定的、以電磁鐵的控制為起始的時間間隔之后降低電流(EP0006843A1)。
總之，至今所用的控制電液壓閥的電磁鐵的方法和裝置具有以下缺點它們以一個固定的、與供電電壓有關(guān)的電流降低進行工作?？紤]到在井下自保護電路中，基本上現(xiàn)有的工作電壓預(yù)留導(dǎo)致在吸持狀態(tài)下流過比所需更大的電流，并且直到由吸動狀態(tài)切換到吸持狀態(tài)的時間內(nèi)消耗了比所需更多的能量。這種對于單個電磁鐵過高的電耗在井下生產(chǎn)設(shè)備中呈指數(shù)增加，因為在一個井下支撐面上需要切換超過二百個具有相應(yīng)電液壓閥的結(jié)構(gòu)單元。至今所用的降低吸持電流的技術(shù)限制了井下生產(chǎn)設(shè)備所能達到的經(jīng)濟效益。為了獲得井下生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)濟效益，必須可以通過控制電液壓閥產(chǎn)生明顯更大的液壓壓力，而不增加單個閥和整個生產(chǎn)設(shè)備的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于控制電液壓閥的方法和裝置，它們可以減小單個電磁鐵的能耗。
上述有關(guān)方法的任務(wù)由權(quán)利要求1所述的發(fā)明完成，有關(guān)裝置的任務(wù)由權(quán)利要求9所述的發(fā)明完成。本發(fā)明的方法是，在控制電磁鐵之后連續(xù)測量線圈中的實際電流值，并且評估此電流值，用以了解電樞的運動。本發(fā)明的方法一方面基于以下認識電磁鐵活動體的力與流過的電流成比例；另一方面又基于以下認識活動體的運動在勵磁線圈中引起反向電感，使線圈中的實際電流值降低。在電樞開始運動時或在時間上接近于它開始運動時就立即得知電樞的運動，這使得找出最佳的能量調(diào)節(jié)方法成為可能。
在本發(fā)明所述方法的優(yōu)選實施方式中，電樞的運動借助于測得的實際電流曲線的至少一個上升變化而被檢測。一般地，在控制電磁鐵之后，在線圈上可測得的實際電流曲線中可檢測到兩個上升變化，其中第一個上升變化出現(xiàn)在電樞開始運動時，而第二個上升變化出現(xiàn)在電樞運動結(jié)束時，為了用本發(fā)明所述的方法來調(diào)整電磁鐵的能量消耗，最好利用實際電流值作為用于將饋入電流降低到吸持電流值的調(diào)節(jié)參數(shù)。因為伴隨著電樞運動的開始和結(jié)束，在測得的實際電流中出現(xiàn)變化，特別是出現(xiàn)上升變化，以本發(fā)明所述的方法，基于連續(xù)地監(jiān)測線圈的實際電流，可以找到將饋入的電流降低到吸持電流值的最佳時刻。為此，在優(yōu)選實施方式中，測得的實際電流值被送到調(diào)節(jié)裝置，它在測得的實際電流曲線出現(xiàn)第二個上升變化之后不久，將饋入的電流降低到較低的吸持電流值上。在優(yōu)選實施方式中，調(diào)節(jié)裝置由一個比例調(diào)節(jié)器構(gòu)成，它按照一個額定電流值調(diào)節(jié)饋入的電流。這里比例調(diào)節(jié)器可借助于一個微處理器實現(xiàn)，其中特別具有優(yōu)點的是，額定電流值可通過控制軟件來參數(shù)化。
如果在吸持狀態(tài)下將饋入的電流通過脈沖控制，尤其是通過脈寬調(diào)制而置于較小的吸持電流水平上，則實現(xiàn)了該方法的進一步改進。通過脈寬調(diào)制，與常規(guī)的對施加到線圈上的控制電壓的調(diào)整相比，在吸持狀態(tài)中的損耗功率被最小化了。
按照本發(fā)明所進行的對線圈中實際電流值的連續(xù)測量，不僅能優(yōu)化降低吸持電流，而且還能實現(xiàn)在電液壓開關(guān)裝置上不受運行干擾和磨損影響的固定。為了實現(xiàn)這一點，電子控制裝置最好具有一個微處理器，它檢測在測得的實際電流曲線中的上升變化，并通過與參考值比較對其進行評估，以實現(xiàn)對電磁鐵的運行干擾和/或磨損的故障診斷。
通過連續(xù)的電流測量，以及對磁電樞的實際運行狀況與最佳的、作為參考值被存貯的運動狀況的比較，可以得出對運動來講非常重要的信息。例如在電樞的運動開始時的電流強度是對其運行平滑性的一個判據(jù)。一個過大的用于起動電樞運動所要求的電流意味著剛開始的腐蝕、損傷或過大的切換壓力。兩個上升變化之間的持續(xù)時間也可作為進行故障診斷的依據(jù)。此外，也可以由過高的實際電流值得知磁線圈中的短路，由錯誤的或過小的電流得知工作電路中的信號中斷，以及由反管完全斷開調(diào)節(jié)裝置，但所需的吸持電流值仍然過低的情況得知接地問題。
上述任務(wù)也由權(quán)利要求9所述的裝置完成。按照本發(fā)明，該裝置包括用于測量線圈中實際電流的測量裝置，以及用于借助于所測得的實際電流值了解電樞運動的評估裝置。本發(fā)明的要點還在于在該裝置中連續(xù)地測量線圈中的實際電流值，并不斷了解電樞的運動，以能夠借助于測量裝置和評估裝置來確定應(yīng)該開始降低吸持電流的最佳時刻。合理的是，電磁鐵的線圈前接一個用于測量實際電流的測量電阻。此外具有優(yōu)點的是評估裝置由構(gòu)成電子控制裝置的微處理器組成。這種微處理器例如PIC處理器或DSP處理器，可以集成到裝置的外殼中，并成為電磁鐵的固定組成部分。利用此微處理器可借助于適當(dāng)?shù)目刂栖浖?gòu)成一個調(diào)節(jié)裝置，尤其是一個比例調(diào)節(jié)器，并且由電磁鐵的吸動狀態(tài)推斷出電磁鐵的機械、電子或磁的故障狀態(tài)。在優(yōu)選實施例中，測得的實際電流值可作為用于將饋入的電流降低到吸持電流值上的調(diào)節(jié)參數(shù)被送到微處理器。為了使降低吸持電流時的能耗最小，電子控制裝置可具有一個脈寬調(diào)制單元，用于將饋入的電流調(diào)整和保持在較小的吸持電流值上。
此外如果電磁鐵具有一個由鐵磁性材料構(gòu)成的、帶有兩個用于裝入具有所屬線圈和電樞的兩個電磁鐵的兩個安裝孔的外殼，對于進一步降低單個裝置的所需電流是有好處的，兩個電磁鐵最好可由一個共用的電子控制裝置來控制。這種雙電磁鐵尤其適合在井下應(yīng)用中推廣，并且通過由鐵磁性材料構(gòu)成的外殼，由于更大的鐵心體積，可在同樣的線圈電流下提高磁力。


下面借助附圖詳細說明本發(fā)明。附圖中圖1以符號表示一個具有兩個單個磁鐵和兩個多路閥門的電液壓控制閥門，以及所屬的控制裝置；并且圖2以曲線圖表示吸持電流降低的電磁鐵中根據(jù)本發(fā)明所測得的電流變化過程。
具體實施例方式圖1中在整體上用10標(biāo)記的電液壓控制閥為模塊結(jié)構(gòu)，它包含一個由鐵磁性材料構(gòu)成的、包含兩個電磁鐵2、3的電磁鐵外殼1，如大家所知的那樣，這兩個電磁鐵分別具有一個圖中未表示出的電樞，它通過在一個所屬的、圖中也未表示出的線圈中施加電流，可以在出發(fā)位置和開關(guān)位置之間來回運動。在電磁鐵外殼1上用法蘭盤連接一個閥門模塊4，它包括兩個多路液壓閥5、6，它們可借助于電磁鐵2、3相互獨立地開閉。這里圖1所示的液壓閥5處于開關(guān)位置，其中用戶連接端子A1被連接到高壓導(dǎo)線P，而所示液壓閥6處于出發(fā)位置，其中用戶連接端A2被連接到回程導(dǎo)線T。電液壓閥10還包括一個固定在電磁鐵外殼1上的電路盒7，它用于容納在整體上用20標(biāo)記的電子控制裝置，用此裝置實現(xiàn)電磁鐵2、3在吸持狀態(tài)下的吸持電流降低，這在后面還要進一步說明。
電磁鐵2、3通過電子控制裝置20連接到一個設(shè)置在上面的支桿控制裝置上，并通過導(dǎo)線8、9或者一根總線由自保護直流電路供給直流電流。電子控制裝置20包括用于實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的一個微處理器21，作為用于降低吸持電流的調(diào)節(jié)裝置，電子控制裝置20還包括一個脈寬調(diào)制單元22，用以無耗和不升溫地將饋入的電流降低到較小的吸持電流值。在向電磁鐵2、3的線圈的電流饋入中斷之后，其電樞以及液壓閥5、6的閉鎖物體通過復(fù)位彈簧11、12返回到出發(fā)位置。
現(xiàn)在借助圖2說明本發(fā)明所述方法的實施例。圖2中的曲線圖以圖示表示出三條曲線30、40、50，其中曲線30表示按照本發(fā)明進行調(diào)整并可測得的、在控制電磁鐵2、3并施加電流之后、其線圈中的實際電流值的電流變化過程。曲線40表示在電樞固定不動時測得的線圈中的電流變化過程，此外曲線50表示電磁鐵在電樞運動時而不降低吸持電流情況下可測得的電流變化過程。
在電磁鐵線圈中的電流上升可以通過在線圈中的電感L和損耗電阻R以及所施加的恒定電壓U由下式描述i(t)=UR*(1-e-t*RL)]]>在具有線圈和電樞的電磁鐵中，由于電樞的運動而在電樞的吸動狀態(tài)下在線圈中出現(xiàn)一個反向電感，它在電流曲線30中引起了在時刻T1-它是電樞運動的開始時刻—與時刻T2-在此時刻電樞的運動結(jié)束，且電樞到達開關(guān)位置—之間流過線圈的電流I的短暫下降。圖2中時刻T0對應(yīng)于例如電磁鐵2的控制或加電。此時控制裝置20優(yōu)選地允許有一個較大的電流流過，使得電磁鐵2的電樞能克服液壓閥5的復(fù)位彈簧11的復(fù)位力和液壓閥5的閉鎖物體的鎖閉力。在時刻T0和T1之間，在電磁鐵2的線圈中流過一個勵磁電流，在給定情況下它不受電子控制裝置20的影響，而是充分利用直流電路中全部提供的工作電壓。在時刻T1電磁鐵2的電樞開始運動。此運動產(chǎn)生電磁鐵2線圈中的反向電感，按照本發(fā)明，前接在線圈中的測量電阻R1(或R2)對于電磁鐵2(或?qū)τ陔姶盆F3)被測量并計算。在電樞吸動狀態(tài)下可繼續(xù)向電磁鐵饋送較大的勵磁電流，或者饋送的電流水平在時刻T1已被調(diào)整了。設(shè)置在電磁鐵2、3的所屬測量電阻R1或R2上的線圈中的實際電流接收短時間下降，并且測得的電流曲線30在時刻T1和T2之間有一個負增長過程。在時刻T2，測得的實際電流值增長的符號更新，并重新變?yōu)檎鲩L。在測得的實際電流值中第二個增長符號變化的時刻T2形成了開始降低吸持電流的最佳時刻，因為在此時刻上電樞、以及液壓閥的閉鎖物體都已到達其開關(guān)位置(開啟位置)，并且電磁鐵的吸持狀態(tài)開始。
按照本發(fā)明，調(diào)節(jié)裝置利用微處理器21實現(xiàn)，它例如通過軟件被設(shè)計為比例調(diào)節(jié)器，并且基于在測量電阻R1或R2上測得的實際電流值將饋入電磁鐵2的線圈的電流降低到一個較低的吸持電流值上。用來在用戶端的壓力波動時保證液壓閥5的閉鎖物體的開啟狀態(tài)的吸持電流值可以軟件參數(shù)的額定值送至微處理器21，并且這個由微處理器21實現(xiàn)的比例調(diào)節(jié)器這樣來調(diào)節(jié)饋入的電流，使得測得的實際電流跟隨額定值。因為測得的實際電流還用作調(diào)節(jié)參量被保持，在欠電壓或供電電應(yīng)波動時不會導(dǎo)致電磁鐵不希望的切換，而是用于維持所需的吸持電流值。用微處理器21實現(xiàn)的比例調(diào)節(jié)器的輸出信號被送入一個脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)單元22，它通過脈沖控制將吸持電流維持在較低的吸持電流水平上。
在實際運行中，吸持電流的降低不是在時刻T2開始，而是在一個確定的延遲時間之后，在時刻T3開始。在時刻T3，控制裝置已經(jīng)檢測出并確認了流過受控電磁鐵線圈的電流在電壓波動中的上升。時刻T2對應(yīng)于測得的實際電流曲線的增長符號改變時刻T2與開始降低吸持電流的時刻T3之間的時間間隔形成一個安全時間間隔，它優(yōu)選地也可以通過微處理器21用的軟件進行調(diào)整。利用本發(fā)明所述的方法和新的吸持電流下降方式，可以達到160毫安的切換電流，其中時刻T3在控制相應(yīng)的電磁鐵之后約100毫秒。吸持電流值可為約35毫安。
連續(xù)測得的電磁鐵2或3的線圈中的實際電流值也可用于確定電液壓閥10中電氣的、電子的、機械的或磁的運行故障。在不出現(xiàn)反向電感時可給出一個警告信號，它表明相應(yīng)的電磁鐵沒有被切換。如果時刻T1和T2之間的持續(xù)時間太長，可以考慮為電磁鐵的磨損。時刻T1和在此時刻測得的電流強度也可被評估為出現(xiàn)了磨損。如果電磁鐵連接在一根總線上，可以讀回電樞的開關(guān)狀態(tài)，并且可以監(jiān)測電樞在電磁鐵斷電之后返回出發(fā)位置的復(fù)位。
權(quán)利要求
1.一種連接在自保護直流電路中、可受控在兩個開關(guān)位置間來回切換、并用于操縱一個液壓閥的閉鎖物體的電磁鐵的方法，其中借助于電子控制裝置，在電磁鐵電樞的吸動狀態(tài)下，電磁鐵的線圈被饋給一個勵磁電流，而在電樞的吸持狀態(tài)下，電磁鐵的線圈被饋給一個比勵磁電流小的吸持電流，其特征在于，在控制電磁鐵之后線圈中的實際電流值被連續(xù)地測量，并且此電流被評估，以了解電樞的運動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電樞的運動借助于測得的實際電流曲線中的至少一個上升變化而被檢測出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，實際電流值被用作調(diào)節(jié)參量，用以將饋入的電流降低到吸持電流水平上。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，測得的實際電流值被送至調(diào)節(jié)裝置，它在測得的實際電流曲線中出現(xiàn)第二個上升變化后在短時間內(nèi)將饋入的電流降低到較低的吸持電流水平上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置由比例調(diào)節(jié)器構(gòu)成，它根據(jù)額定電流值調(diào)整饋入的實際電流值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，額定電流值通過控制軟件可被參量化。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，在吸持狀態(tài)下，饋入的電流通過脈沖控制，尤其是通過脈寬調(diào)制，維持在較低的吸持電流水平上。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，電子控制裝置具有一個微處理器，它檢測出現(xiàn)在測得的實際電流曲線中的上升變化，并通過與參考值比較進行評估，用于電磁鐵工作故障和/或磨損的故障診斷。
9.控制連接在自保護直流電路中、可受控在兩個切換位置間來回切換、并用于操縱一個液壓閥(5、6)的閉鎖物體的電磁鐵(2、3)的裝置，它包括具有線圈和電樞的電磁鐵(2、3)和電子控制裝置(20)，借助于此裝置，在電樞的吸動狀態(tài)下可將饋入的電流調(diào)節(jié)到一個勵磁電流值上，而在吸持狀態(tài)下可將饋入的電流調(diào)節(jié)到一個較低的吸持電流值上，其特征在于，設(shè)置了用以測量線圈中的實際電流值的測量裝置(R1、R2、21)和用以根據(jù)測得的實際電流值來了解電樞運動的評估裝置(21)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，線圈前接一個用于測量實際電流的測量電阻(R1；R2)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，評估裝置由構(gòu)成電子控制裝置的微處理器(21)組成。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，測得的實際電流值可作為調(diào)節(jié)參量送至微處理器，用以將饋入的電流降低到吸持電流值上。
13.如權(quán)利要求9至12中任一項所述的裝置，其特征在于，電子控制裝置(20)具有用于將饋入的電流調(diào)整并維持在較低的吸持電流值上的脈寬調(diào)制單元(22)。
14.權(quán)利要求9至13中任一項所述的裝置，其特征在于，電磁鐵具有一個由鐵磁性材料構(gòu)成的、帶有兩個用于裝入具有相應(yīng)線圈和電樞的電磁鐵的安裝孔的電磁鐵外殼，這兩個電磁鐵最好可由共用的電子控制裝置(20)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制連接在自保護直流電路中、可受控在兩個切換位置間來回切換、并用于操縱一個液壓閥的閉鎖物體的電磁鐵的方法，其中借助于一個電子的控制裝置在電磁鐵電樞的吸動狀態(tài)下電磁鐵的線圈被饋給一個勵磁電流，而在電樞的吸持狀態(tài)下電磁鐵的線圈被饋給一個比勵磁電流小的吸持電流，本發(fā)明還涉及一種用來實現(xiàn)吸持電流的下降的裝置。按照本發(fā)明，在控制電磁鐵之后線圈中的實際電流被連續(xù)地測量，并且評估此電流，以了解電樞的運動。本發(fā)明方法一方面基于電磁活動件的力正比于流過的電流，另一方面基于活動件的運動引起磁線圈中的反向電感，它使測得的線圈中的實際電流值下降。在電樞的運動開始時或其后短時間內(nèi)就立即識別出電樞的運動，從而使能量調(diào)節(jié)可以以最佳的方式進行，最好通過脈寬調(diào)制將電流降低到吸持電流值上。
文檔編號H01F7/08GK1445798SQ0215882
公開日2003年10月1日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月19日
發(fā)明者赫爾姆特·海曼, 吉斯·狄斯切特, 漢斯－尤度·萊納 申請人:Dbt自動化有限公司