CN101541287A - 护理床的防故障控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于护理床的控制开关包含另外的对马达的电流和启动连续监控。如果马达保持启动长于预定时间且电流还在流通，则控制器置于阻断状态，从而避免马达热过载。

Description

护理床的防故障控制器

背景技术

护理床由身体功能受限制的人员使用。因此，朝向彼此运动的各个床元件在护理床中借助于电动马达致动，从而能够不费力地进行床的调节。

电动马达的控制相对于病人有限的运动可能性而言必须特别可靠。特别地，必须保证马达不会出现热过应力。为了确保这点，马达通常装备有末端开关，使得电流实际上仅在马达需要进入末端位置时流动。即使用户致动输入键盘的对应键长于马达到达末端位置所需时间，也不会发生过载，这是因为马达电流通过末端开关被强制关断。

不过，如果在电流线路中或在末端开关中的故障阻碍所希望的末端关断，则此问题可能是严重的。

发明内容

据此，本发明的目的在于，形成满足更高安全要求的控制。

这一目的通过本发明实现，其中控制器具有权利要求1或权利要求2的特征。

新的控制器是用于护理床的控制器，其中，各部件被驱动并可被设置为通过电动马达驱动。采用手动键盘形式的输入装置连接到控制器；此键盘具有多个键，用户可利用这些键输入命令以移动各个床元件。各元件持续运动，直到用户松开键或马达达到末端位置。

对于控制器，还存在存储有程序的处理装置，以通过用户由键盘输入的输入命令而产生用于马达的对应控制信号。

通常，控制器还具有极性换向开关，使得马达可选择性地沿相反方向运行。通常用永励马达来驱动床，永励马达的旋转方向可通过改变极性的简单方式指定。

极性换向开关可构造成在任何情况下在没有输入信号时中断马达电流，否则，可将另外的开关装置与极性换向开关串联设置，以在用户松开相关键时关断马达电流。

提供一种监控装置，其设置成监控通向至少一个驱动马达的电流、极性换向开关的启动状态、或与极性换向开关串联设置的开关。

处理装置与监控装置一起工作，并包含具有计时器的程序部分。于是在每次信号来自监控装置而显示出电流正在流动或存在用于极性换向开关的启动信号时，计时器起动，并起动马达。以这种方式，不仅监控电流的实际流动，而且以可传感方式监控电流的可能流动，以避免由于控制器中的故障所致的风险。这种故障可能例如在病人无意中压在手动键盘上而且同时马达末端开关失效或者电缆受压时出现，这样，由于半导体构件失效所致的末端开关失效或者控制器自身中的马达电流关断，用于马达的连续信号也因而被传输。

借助于计时器确定这样的实际或可能的电流状况是否持续长于预定时间。如果是这种情况，则控制器以如下方式被阻断，即使得控制信号的任何进一步导通或处理或马达的开启变得不可能。通向驱动马达的电流可在需要时独立于极性换向开关而被强制中断。

通过这种措施，整体系统的冗余性显著增加，半导体构件的单独故障不再可能触发危险。另外，由于控制器完全阻断，因而其明确对外指出：存在危险故障。整个系统处于不能使用的状态，以迫使用户将整个床和控制器系统交由适合的维护人员检查。

整个系统的强制开关也可借助于设置在电流线路中的另外的安全开关来实现，其中至少马达电流流过所述电流线路。

另一种可能是，控制电流经由安全开关供应到处理装置，使得在故障情况下，处理装置也自动地持久关闭。

简单的安全开关装置可通过双稳继电器形成，其在没有外部电流供应时通常处于操作状态，这允许将电流供应到控制器和/或马达。如果处理装置识别出危险故障，其适当地显示出阻断，则双稳继电器的控制器被激活并从持久操作状态切换到另一操作状态，这中断了通向马达和/或控制器的电流供应。只有通过供应相反极性的另一电流脉冲或供应到另一绕组，才可将安全开关再次重置到使控制器内的电流供应可用的状态。

有利的是，控制器可具有特定操作，其中对极性换向开关或安全开关的阻隔可被重置。这种特定操作可例如由于以下原因而受到控制：在特定时间范围内，在手动控制器上致动预定的键序列。

输入装置可具有键盘，也可具有语音输入器。

控制器在其包括两个处理器时特别安全。这些处理器可用于相互监控。

如果处理器在硬件方面是不同的，则安全性提高。如果运行在处理器中的程序在软件方面不同，则可获得更高程度的安全性。

如果处理器中的一个包含完整的控制程序而另一个处理器仅部分具有安全功能，则可获得软件差异性。这样，不希望出现的难以发现的程序故障的可能性减少至实际上为零，这是因为安全功能可通过安全和简洁的方式编程，而且最后通过这种方式结合具有权利要求1的特征的控制器而可消除其它程序中的故障影响。

如果仅具有半导体元件，则获得非常简单的极性换向开关。极性换向开关可包含至少两个半桥，其中相关驱动马达可处于桥臂中。

如果极性换向开关具有三个半桥，则三个马达作为整体可切换至通过半桥形成的三个桥臂中，其中，在每个桥臂中存在驱动马达。以这种方式，等于马达数量的所需半桥的数量可以减少。所述排布允许控制每个单独马达，或控制两个马达(不过这两个马达具有相反极性)。

使用半桥也可易于实现限流，其中，对于减少半桥中每个晶体管的换向损耗性能而言，在整流供应电压的供应全波的半波中，上晶体管用于关断，而下晶体管用于在下一个半波关断。在每种情况下，其它晶体管被控制为在下一阶段中所需的对应状态中无电流。

监控装置可包含电流传感器。这种电流传感器可处于通向所有马达的电流线路中，以通过简单方式监控所有马达及其操作状态。

电流传感器可连接到两个处理器的输入端。电流传感器还可具有一个或多个电流传感器电阻，所述电阻一起或分别连接到处理器的输入端。

为了监控极性换向开关的切换状态，其它可包含整个程序的仅一部分的处理器可连接到极性换向开关的控制输入端的输入连接部。以这种方式，其它处理器设置就位，以控制极性换向开关中的哪种切换状态将被其它处理器开启。

因此，处理装置在供应电压消失之后将不会被随意重置到正常操作状态，其优选地包含存储指示阻断状态的变量的非易失性存储单元。这种变量被要求重启，其中控制器然后可自动转变为阻断状态。

如果安全开关位于通向马达的电流线路中而且自主工作，则获得特别简单的切换。这种安全开关可例如包括双稳继电器，该双稳继电器通常处于在控制器传输时间允许电流供应到马达的状态。在故障情况下，双稳继电器切换到另一状态，其中控制器变得不可操作。双稳继电器可通过主处理器或适合的自主处理器进行控制。

而且，本发明的细化内容如从属权利要求的主题所述。

附图说明

以下对附图的描述说明了本发明的各方面。专业人员能够通过常用方式从附图中推导出未描述的更小细节，这在此作为对于附图描述的补充。显然，多种修改是可行的。

以下附图不必采用真实比例。为例示基本细节，特定区域可以通过放大方式图示。而且，附图被简化并可不包含可能存在于实际实施例中的每个细节。

图1以立体图方式显示出根据本发明的护理床，其中例示出倚靠框架的各部分；

图2显示出根据图1的床处于座椅位置的情况；

图3显示出根据本发明的防故障控制器的第一实施例示例的基本电路图，其中使用两个处理器和被关闭的极性换向开关；

图4显示出根据图1的控制器的显著简化的流程图；和

图5显示出根据本发明的控制器开关的第二实施例示例，其中使用另外的安全开关；和

图6显示出使用半桥组控制三个马达的基本电路图。

具体实施方式

图1以立体图方式显示出处于平放位置的旋转坐卧床1，而图2显示出处于就座或座椅位置的床1。

床1显示出床框架2，床框架2具有头部3、尾部4和侧壁5和6。面向读者的侧壁5处于平放位置。侧壁5与地面相距更大距离而使得在侧壁5的下边缘与地面之间存在间隙，从而使护理人员可将其脚尖置于床下。侧壁5被支撑而使其可移动到达床1的就座位置，即，移位而处于进一步向下的位置，如图2中可见。侧壁5的特定支撑例如在DE 19912 987 A1中详细说明。

杆8位于床框架2内，其在图2中部分地可见。倚靠框架9通过转动铰接部(不能进一步识别)被固定在杆8上；倚靠框架承载垫11。杆8用于使倚靠框架9以及其上的垫11一起运动到不同高度。杆的结构例如在对此所引用的DE 10 2004 019 144 A1中详细描述。

倚靠框架9被分为相互运动的多个部分。对各部分的命名基本上对应于当人躺在床上时对处于床上的人体各部位的命名。

恰在头端，存在头部分12，头部分12可旋转并在图1中向上旋转；沿朝向足端方向然后是背部分13。背部分13被铰接在中心部分14上，中心部分14进而通过旋转铰接部直接连接到杆或升降器8。在中心部分14之后是股部分15，股部分15结合于小腿部分。最后，床表面还形成有足部分17。在旋转状态，足部分17在床上保持静止，而仅移动所述部分12至16。倚靠框架9各部分和杆8以及旋转装置通过永励齿轮马达而运动。

图3显示出基本框图20，用于通过手动键盘21控制各齿轮马达。两个处理器22和23和两个极性换向开关24和25属于控制器20。对于每个极性换向开关24和25，相关马达26或27被供以电流，其中极性可反向。

两个极性换向开关24、25和与其相连的马达26、27仅仅作为示例被图示。显然，通过控制器20致动的极性换向开关的数量和马达的数量对应于护理床1所包含马达的数量。

在图中由23指示的块表示互连部或构件，其包括CPU和程序和数据存储元件。由此形成的所述单元可能包括多个硬件技术单元并作为整体被指示为处理器。相同的排布对处理器22也是有效的。其中包含的CPU和/或程序和数据存储元件优选地在硬件上是不同的。存储在其中的程序也至少在以下方面是不同的：其中包含的控制程序不相同。可能的不同之处在下文中详细说明。

处理器23具有输入端28，手动键盘21经由多极电缆29连接到输入端28。手动键盘21具有多个单独键31。当所述键致动时，与所述键相关联的马达以相关旋转方向启动。

处理器23经由另一端口32连接到处理器22。端口33和34形成信号输出端，极性换向开关24、25的输入端35、36连接到所述信号输出端。极性换向开关25具有电流供应输入端37和连接到电路接地端的接地连接部38。

类似地，极性换向开关24也包含电流供应连接部39和接地连接部41。两个电流供应连接部37和39一起连接到电流传感器电阻42，电流传感器电阻42的热端连接到电流供应器(或称电源)。

处理器22的两个输入连接部44和45与电流传感器电阻42并联。两个其它输入端46、47连接到两个极性换向开关24、25的输入端35和36。I/O端口48连接到处理器23的I/O端口32。

显然，所示连接部可为单极或多极连接部，这取决于如何对其使用。所述连接部分别包含多少极是专业人员熟知的。

出于完整性的原因，最后还应提到的是，两个马达26和27处于两个处理器24和25的对应的电流供应输出端49至53处。

电路的功能模式在下文中结合图4说明。

对此假定，上行的键31对应于控制通过马达27而运动的背部分13。手动键盘21上第二行的键31控制通过马达26而运动的股部分和足部分15、16。如果键未致动，则处理器23在其两个输出端33、34上不发出任何控制信号至极性换向开关24、25。两个马达26和27被切断电流并保持无电流状态。

如果用户希望背部分放平，则其致动手动键盘21上的上行中的对应键31。处理器23经由电缆29接收对应电信号，并根据床位置检验可靠性且然后经由其输出端33发送控制命令至极性换向开关25。极性换向开关然后以所需对应极性开启马达27的电流。只要用户松开对应的键，则在处理器23的输出端的控制信号消失，极性换向开关25中断供应到马达27的电流。

类似地，对马达26通过第二行的键31进行相同控制。

由于床具有多种运动能力，如前所述，因此，控制器23必须检验是否床的相关操作位置的所需运动可行或者其是否会产生危险。对此，其它位置开关也可分布在床中；其也可连接到控制器23。不过，这相对于所考虑的本发明基本点而在此时并不重要。

如果用户希望升起背部分13并已经致动对应的键31，则控制器23如前所述地发出对应信号至极性换向开关25。在输出端33发送的这一信号同时被处理器22截获并检验。

而且，正在运行的马达27在电阻42处产生电压下降。这种电压信号也经由输入端44和45到达处理器22。

这样，处理器22经历两种方式，即，马达27正在运行或即将运行。

在处理器22中，实施程序部分，如图4中粗略简化所示。在问询块55中，处理器22一直监控马达电流是否开启，也就是说，在电阻42处是否出现大于预定极限值的电压下降，或在处理器23的监控输出端33或34之一处是否发出用于开启极性换向开关25、26之一的信号。如果不是这种情况，则程序返回问询块55的起点。不过，只要满足两个条件之一，则程序行进至指令块56。以预定步骤计时的计时器或定时器在指令块56中起动。当在指令块56中起动计时器之后，程序到达问询块57。在程序中的这一位置，执行监控以确定：是否马达电流仍在流动，或是否用于马达26、27之一的启动信号发出，或是否两个条件均出现。而且，进行判定以确定计时器同时已计时的值。如果马达电流仍在流动或者仍然存在用于启动马达电流的对应命令信号但计时器尚未达到其极限值，则程序行进至指令块58并在此等待大约10毫秒，然后程序返回到问询块57的起点。10毫秒的等待时间是随意设定的，并可被替换为任何其它随意设定的但足够短的时间。

如果不存在故障，也就是说，相关马达的启动时间或电流时间短于指定极限值，则循环中的程序将通过问询块57、58和指令块59确定：在问询块57中马达电流已经消失且马达控制信号关闭。这样，程序返回问询块55的起点。

不过，如果导致马达的电流保持关闭和继续流动的双故障存在而可能触发马达热过载和焦燃的危险，则状况预先进入问询块58，其中变量计时器已假定的实际值超过特定极限值。在这样的情况下，程序在指令块61继续，整个控制器或至少其相关部分被阻断。

时间循环以可靠避免热过载的方式固定。

在问询块57，状况与“或”关联，这意味着：如果在到达时间极限值之前一个或两个变量消失，则不发生控制器的阻断。

阻断例如在以下情况下发生：处理器22相应地作用在处理器23上并防止处理器23继续将对应的控制信号提供到马达。极性换向开关24和25关闭，危险可能性消失。

不同于图3中所示的仅有处理器22连接到电流传感器电阻42的情况，也可以将与对应输入端并联的处理器23连接到传感器电阻42，使得处理器22和23均独立执行相同的监控功能。最后，可以使用两个传感器电阻，其中这两个传感器电阻中的每一个与两个处理器22、23之一关联。

作为电流的替代，电流-时间积分也可作为极限值评估。

图5显示出根据图3的控制器的修改实施例。在此实施例中，双稳继电器62也设置在通向传感器电阻42的供应线路中；继电器62具有两个控制绕组63和64。两个控制绕组中的一个，即，控制绕组64，连接到处理器22的I/O端口48。另一控制绕组63处于两个分立的输入连接部处。

处理器22或处理器23如前所述地工作。

在传输状态下，双稳继电器62的开关触点闭合，也就是说，存在从电流供应器43至马达26和27的电连接，这种电连接通过极性换向开关24和25控制。

处理器22如前所述地工作。如果在指令块61中出现故障导致处理器22使马达末端开关通过手动键盘与控制器错误相连，则处理器22在其I/O端口48发出用于磁绕组64的控制信号，该控制信号随后使双稳继电器62转变为关断状态。马达26、27与电流供应器43之间的电流连接因而强制地并独立于极性换向开关24、25而中断。

重启仅在另一磁绕组63接收到电流时发生，以使双稳继电器回到传输状态。

继电器62的电流供应可通过处理器23或通过从外部供应电压实现。如果将双稳继电器62重置到正常操作状态是通过处理器23进行，则在I/O端口与磁绕组63之间提供另外的连接。所述重置例如在以下情况下发生：在给定时间范围内在手动键盘21上遵从特定的键序列。

在故障情况下，对继电器62的控制，即，对磁绕组64的控制，也可通过对应联接通过处理器23进行。

由上可知，处理器22不需要包含完整的控制程序。处理器22处理与安全相关的时间监控就已经足够。这样的程序显然更简单，并因而比处理器23的复杂程序具有更好的程序防故障性。

图5最后显示出修改后的极性换向开关24的基本电路图。极性换向开关24相应地包含多个半桥65、66和67，其中每个半桥具有在电路接地部与电流供应器43之间串联的两个场效应晶体管68a或69a。半桥66具有对应的晶体管68d和69d，或者在半桥67中具有晶体管68c和69c。以这种方式，在总体上，三个桥臂形成在半桥65、66；66、67和67、65之间。每个桥臂包括马达26和27之一或另一马达27a。如果例如马达26沿一个旋转方向起动，则场效应晶体管68a和场效应晶体管69b通过I/O端口35启动。

马达26的逆向旋转方向通过启动晶体管68b和晶体管69a获得。

在此操作情况下，两个相邻的马达27和27a保持无电流，这是因为在半桥67中的所有场效应晶体管68c和69c保持关闭。

易于看出，对于所有其它马达，相同的类似操作状态也是有效的。

而且，易于看出，所述排布可通过其它半桥补充。除四个半桥之外，两个马达可相互独立地操作。所述排布的优点基于以下事实得到：半桥的数量与马达的数量相适应，并因而可存储在半导体上。

最后，所述排布的优点在于，逆向开关损耗性能损耗可以减半。如果假定开关以电流极限操作，其中当到达极限电流时，例如在马达26中，场效应晶体管69b或场效应晶体管69b或场效应晶体管68a选择性地关闭，则可能通过其它晶体管执行这种关断，其中，晶体管中的一个总是无功率地切换。关断功率和重新启动功率因而可在两个晶体管之间周期性往复切换。因此，对于每个晶体管，在关断或启动时显示出损耗。

为了清楚起见，未图示出所需的恢复二极管。

用于护理床的控制开关包含另外的对于马达的电流和启动连续监控。如果马达保持开启长于预定时间且电流还在流通，则控制器置于阻断状态以避免马达的热过载。

Claims (24)

1、一种用于床的控制器(20)，其中所述床具有相对于彼此运动的多个部件(12至17)和用于所述部件的电驱动马达(26，27)；所述控制器带有：

输入装置(21)，用户能够通过所述输入装置提供控制命令以启动驱动马达(26，27)；

处理装置(22，23)，其连接到所述输入装置(21)并具有控制输出端(33，34)；

至少一个极性换向开关(24，25)，所述极性换向开关具有控制输入端(35，36)，至少一个驱动马达(26，27)连接到所述控制输入端，所述驱动马达(26，27)通过所述极性换向开关能够选择性地以第一或第二极性连接到电压源(43)，其中，所述极性换向开关的控制输入端(35，36)连接到所述处理装置(22，23)，其中，所述马达的电流能够通过所述极性换向开关或一串联设置开关被启动和关断；和

监控装置(22，42)，用于监控随时间通过相关驱动马达(26，27)的电流，所述监控装置连接到所述极性换向开关(24，25)；

其中，所述处理装置(22，23)包括具有计时器的程序部分(图4)，其中所述计时器随所述驱动马达(26，27)的电流开始而起动并在连续电流的过程中运行，其中，所述计时器在每次电流消失后被重置；和

其中，如果所述计时器超过预定极限值，则所述处理装置(22，23)强制将所述极性换向开关(24，25)或者另一开关装置(62)置于关断状态。

2、一种用于床的控制器(20)，其中所述床具有相对于彼此运动的多个部件(12至17)，和用于所述部件的电驱动马达(26，27)；所述控制器带有：

输入装置(21)，用户能够通过所述输入装置提供控制命令以启动驱动马达(26，27)；

处理装置(22，23)，其连接到所述输入装置(21)并具有控制输出端(33，34)；

至少一个极性换向开关(24，25)；

所述极性换向开关具有一个控制输入端(35，36)；

所述极性换向开关连接到至少一个驱动马达(26，27)；和

所述驱动马达(26，27)通过所述极性换向开关能够选择性地无电流地或者以第一或第二极性连接到电压源(43)，其中，所述控制输入端(35，36)连接到所述处理装置(22，23)；和

监控装置(42，22)，用于监控随时间通过相关驱动马达(26，27)的电流，所述监控装置连接到所述极性换向开关(24，25)；

安全开关(62)，

所述安全开关具有两个稳定开关状态，其中所述安全开关能够通过脉冲类电流供应沿从导电状态至非导电状态的方向至少切换一次；

所述安全开关与所述至少一个极性换向开关(24，25)串联设置；

所述安全开关以如下方式受控于所述监控装置(22，23)：如果所述监控装置(22，23)判定所监控的电流路径中的电流长于预定时间间隔，则所述安全开关被控制而从导电状态至非导电状态。

3、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制器(20)被设置成用于护理床。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，如果所述控制器曾经检测到已经超时，则所述控制器持久阻断每个极性换向开关(24，25)。

5、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制器具有分立操作，其中，对所述极性换向开关(24，25)或所述安全开关(62)的阻断能够重置。

6、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述输入装置(21)具有键盘。

7、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述处理装置(22，23)具有至少两个处理器。

8、根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22，23)在硬件方面是不同的。

9、根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，在所述处理器(22，23)中运行的程序在软件方面是不同的。

10、根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，在所述处理器(22，23)中的一个包含完整的控制程序，而另一个仅是具有安全功能的部件。

11、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述极性换向开关(24，25)仅具有半导体构件。

12、根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述极性换向开关(24，25)具有至少两个半桥(65，67)，并且相关驱动马达(26，27)位于桥臂中。

13、根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述极性换向开关(24，25)具有至少三个半桥(65，67)，并且两个驱动马达(26，27)被切换到现有桥臂，其中驱动马达(26，27)位于每个桥臂中。

14、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述监控装置(22，42)具有电流传感器(42)。

15、根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述电流传感器(42)位于通向所有马达(26，27)的电流线路中。

16、根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述电流传感器(42)连接到两个处理器(22，23)的输入端(44，45)。

17、根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，为每个处理器(22，23)设置有电流传感器电阻(42)。

18、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述输入装置(21)的输入键(31)的致动以预定序列进行，以将所述控制器(20)重置到正常操作状态。

19、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述处理装置(22，23)包含非易失性存储单元，在该非易失性存储单元中，对应于阻断状态的值以如下方式被存储：在再次启动用于所述处理装置(22，23)的电压后，保持阻断状态。

20、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，在至少一些驱动马达(26，27)的电流线路中，设置有机械式安全开关(62)。

21、根据权利要求21所述的控制器，其特征在于，所述机械式安全开关(62)通过双稳继电器形成。

22、根据权利要求21所述的控制器，其特征在于，所述安全开关(62)具有两个磁绕组(63，64)，其中一个磁绕组用于重置。

23、根据权利要求22所述的控制器，其特征在于，所述用于重置的磁绕组(63)连接到所述处理装置(22，23)。

24、根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，电流极限值是电流-时间积分。

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