CN110914933B - 电磁阀的诊断设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于诊断电磁阀的故障的诊断方法，所述方法包括以下步骤：a)将螺线管电流的波形的参考特征存储在非易失性存储器寄存器中；b)在电磁阀工作期间检测螺线管电流的波形的特征；c)将参考特征与检测到的特征进行比较；d)如果检测到的特征的值与参考特征的值之间存在偏差，则将进入电磁阀入口孔口的流体压力值与预定的压力值范围进行比较；e)在压力值偏离所述预定的压力值范围的情况下，调节该压力值，并重复步骤b)和c)；f)如果检测到的特征的值与参考特征的值之间存在偏差并且流体压力特征在预定压力值范围内，则生成由于电磁阀的故障而引起的警报信号。

Description

电磁阀的诊断设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于电磁阀的诊断设备。
背景技术
如图1的示例所示，电磁阀1通常由电磁体10和阀体12组成，在阀体12中形成有一个或多个孔口。
电磁体10包括螺线管102，铁磁材料的可动铁芯104被放置在该螺线管中并且可滑动。当螺线管通电或停用时，通过可动铁芯104的移动阻止或允许由电磁阀截取的流体(例如压缩空气)流过孔口。
当螺线管102被供电时，可动铁芯104直接打开常闭(NC)阀的孔口或关闭常开(NO)阀的孔口。当螺线管被停用时，弹簧106使铁芯返回其原始位置。
阀在0bar和最大标称压力之间的压力范围内工作。打开阀所需的力与孔口的截面积和流体压力成正比。
在用于工业自动化的气动领域中，气动部件的性能总是要求更高并且必须随着时间的推移也要得到保证。在一些应用中，一旦检测到性能降低，就必须更换气动部件。
特别地，越来越感觉到需要监控电磁阀的行为以检测可能的故障或其性能的显著降低。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种诊断设备来满足该需求，该诊断设备能够监控电磁阀的性能以检测例如由于故障或由于磨损而导致的与期望值的偏差。
本发明的另一个目的是提出一种诊断设备，该诊断设备还可以提供电磁阀故障的可能原因的指示。
本发明的另一个目的是提出一种诊断设备，该诊断设备适于直接在电磁阀上实施，并且在可能的情况下，也可以作为应用于现有电磁阀的附件。
本发明的这些和其他目的与优点通过根据权利要求1的诊断方法、根据权利要求8的诊断设备以及根据权利要求14的电磁阀得以实现。从属权利要求描述了本发明的优选实施例。
根据本发明的一方面，该诊断方法包括以下步骤：
a)将螺线管电流的波形的参考特征存储在非易失性存储器寄存器中；
b)在电磁阀工作期间检测螺线管电流的波形的特征；
c)将参考特征与检测到的特征进行比较；
d)如果检测到的特征的值与参考特征的值之间存在偏差，则生成用于电磁阀的故障的警报信号。
在一个实施例中，在生成警报信号之前，将进入电磁阀入口孔口的流体压力值与预定压力范围进行比较；如果压力值偏离所述预定压力值范围，则调节该压力值，并重复步骤b)和c)。在这种情况下，如果检测到的特征的值与参考特征的值之间存在偏差并且流体压力特征在预定压力值范围内，则会生成警报。
在一个实施例中，所存储和比较的螺线管电流的波形的特征是在电磁阀的激励时刻与由可动铁芯的接合产生的第一电流峰值(I峰值)之间的第一波形区段的斜率，以及在电流峰值(I峰值)与螺线管电流的值的下一个最小点(I谷值)之间的第二波形区段的斜率。
在一个实施例中，螺线管电流波形的特征至少包括在螺线管的激励时刻和由可动铁芯的接合产生的电流峰值的时刻之间经过的第一时间间隔。
例如，该第一时间间隔是通过模拟峰值检测电路获得的，该模拟峰值检测电路将瞬时螺线管电流的值与施加了预定延迟的螺线管电流的值进行比较。
在实施例变型中，该第一时间间隔通过用于对螺线管电流的波形进行采样的数字电路来获得。
根据本发明的一个方面，参考特征是在电磁阀在出厂期间或出厂之后处于测试阶段时所获取的螺线管电流波形的特征。
在变型实施例中，参考特征是从相对于先前获取的一组值的平均值获得的螺线管电流的波形的特征。
根据本发明的一个方面，用于诊断电磁阀的故障的诊断设备包括被配置为实施上述诊断方法的电子微控制器诊断电路。
优选地，诊断电路在适于安装在电磁阀上的电源和控制电路板上实现。
根据本发明的一个方面，诊断设备包括通信装置，该通信装置适于在电子诊断电路的微控制器与外部控制单元之间实现通信。
例如，通信装置适合于将状态信号传输到外部控制单元，该外部控制单元可以采取至少两个表示电磁阀的操作状态的逻辑电平。
在一个实施例中，电子诊断电路包括适合于以预定时间间隔对波形进行采样的电流采样电路。
在实施例变型中，电子诊断电路包括模拟峰值检测电路，该模拟峰值检测电路包括具有比较器功能的运算放大器，该运算放大器的反相输入端子接收通过分流电阻器检测到的螺线管电流，并且该运算放大器的同相输入端子接收被施加了由RC网络给定的延迟的螺线管电流。
此外，包括如上所述的诊断设备的电磁阀构成本发明的目的。
在一个实施例中，根据前述权利要求所述的电磁阀包括电源和控制电路板，该诊断设备被实现在这样的电源和控制电路板上。
在一个实施例中，电源和控制电路板设置有电连接器，该电连接器具有一对电源端子和可连接至外部控制单元的电诊断端子。
附图说明
根据本发明的诊断设备和方法的进一步的特征和优点将从下面参考附图对其优选实施例的描述中变得显而易见，所述优选实施例仅通过非限制性示例的方式提供，其中：
-图1是根据现有技术的电磁阀的截面图；
-图2是具有根据本发明的诊断设备的电磁阀的截面图。
-图3是表示螺线管电流的典型波形的曲线图；
-图4示出了在0bar的压力和1bar的压力下的电磁阀的螺线管电流的彼此重叠的波形；
-图5是用于测量螺线管电流的波形的电流峰值的电路的电路图；
-图6和6a示出了在可动铁芯和螺线管之间存在摩擦的情况下螺线管电流的波形的两个曲线图；
-图7是在一个实施例中的诊断算法的流程图；
-图8是在另一实施例中的诊断算法的流程图；
-图9是在另一实施例中的诊断算法的流程图；以及
-图10是具有根据本发明的诊断和通信设备的阀岛的平面图。
具体实施方式
图2示出了具有根据本发明的诊断设备的电磁阀1。
电磁阀1包括电磁体10和阀体12，在该阀体12中形成入口孔口14、出口孔口16和排气通道18。
入口孔口14形成阀座20，其与在阀座20的关闭位置和打开位置之间可移动的密封阀元件22相关联。
电磁体10包括在阀芯108上缠绕的螺线管102和由固定电枢110形成的磁路，该固定电枢110具有例如部分地穿入阀芯108的轴向套筒中的部分，并且包括同样部分地穿入套筒的可动铁芯104。
密封阀元件22可以与可动铁芯104一体地构造或作为单独的元件构造。在一些实施例中，密封阀元件22具有圆柱形的底座，其中梳齿面向可动铁芯。
如果阀元件被制成为单独的元件-如图2中的示例所示-则弹簧22'被放置在阀元件的圆柱形底座的下方，弹簧22'的任务是随着可动铁芯104的位置变化而将阀元件推向可动铁芯104。
螺线管102具有连接到电子电源和控制电路板120的一对电端子，该电子电源和控制电路板120容纳在与电磁体10一体的保护壳122中。而电子电源和控制电路板120设置有适于连接到电源连接器的电源端子124。
根据本发明的一方面，诊断设备包括在电子电源和控制电路板120上实现的电诊断电路30。
在上述类型的DC阀中，一旦螺线管102被通电，就向该DC阀提供恒定的电源电压(例如24V、12V或5V)，螺线管中的电流增加，导致磁场扩展，直到其变得足够高以移动可动铁芯104。可动铁芯104的移动增加了磁场的集中，因为铁芯的磁质量越来越多地移动到该磁场内部。
在与产生磁场的电流的方向相同的方向上变化的磁场在螺线管的线匝中感应出相反符号的电压。由于磁场随着可动铁芯移动到行进末端位置而迅速扩展，因此该磁场会导致螺线管绕组中流动的电流短暂减小。在可动铁芯到达其行程末端后，电流恢复以增加到其最大水平。螺线管电流IS的典型波形如图3所示。
只要未向螺线管施加电源电压，螺线管电流就为零。
当螺线管被供电时，螺线管电流IS会首先增加，直到在时间T1或在可动铁芯朝向固定电枢的行程开始时达到峰值I峰值，如上所述，这对应于可动铁芯的接合。然后，螺线管电流减小直到在时刻T2达到最小值I谷值，该最小值对应于可动铁芯与固定电枢的抵接。此时，螺线管电流开始增大，直到达到其最大值。
电磁阀的简化螺线管等式可以表示如下：
Figure BDA0002369667990000051
其中V是施加到螺线管的电压，R是螺线管的电阻，并且Φ表示磁通量随电流和机械运动部件(可动铁芯和固定铁芯，或电枢)的位置(x)的变化。
该等式的第一项与电阻的变化有关，第二项表示感应张力。
螺线管电感取决于运动部件的位置，因为螺线管磁阻取决于电磁部件的位置，并因此取决于磁场本身的闭合。
线圈中的流量Φ取决于流过线圈的电流以及铁质部件的距离，根据公式：
Figure BDA0002369667990000061
当Φ＝Li时，先前的关系变为：
Figure BDA0002369667990000062
第三补充项表示由铁质部件的运动引起的反电动势。
该关系式清楚地表明，电磁阀的磁通量、进而电磁阀的吸引力取决于螺线管的电阻R和电感L的值。
还已知，螺线管的电阻R由以下关系式给出：
R＝ρ*l/S
其中，ρ是材料的平均电阻率，l是导线的长度，S是截面。
可以假设ρ和S为常数，而长度l经受热膨胀，其可表达如下：
Figure BDA0002369667990000063
其中T0是20°时的温度，σ是取决于材料的热系数。
现在回到螺线管电流的波形，可以看出该波形基本上与温度无关。
相反，已经发现，螺线管电流的波形、特别是螺线管的激励与暂时下降之前的电流的峰值I峰值之间的时间间隔T1，取决于入口孔口中流体的压力和/或电磁阀的磨损，这例如反映在密封阀元件的变形、弹簧负载损失、摩擦中。
例如，图4示出了在压力为0bar(IS1)的情况下和在压力为1bar(IS2)的情况下的螺线管电流的波形。请注意，在较高的压力的情况下，电流峰值I峰值和最小值I谷值都出现得较早。
因此，本发明的构思是在非易失性存储器寄存器中存储螺线管电流的波形的预定参考特征或预获取参考特征，以在电磁阀操作期间随时间检测这些特征，并将参考特征与检测到的特征进行比较，以识别当前螺线管电流波形相对于参考波形的任何偏差。
在一个实施例中，参考特征是当电磁阀在出厂期间或在出厂后处于测试阶段时(即，在其生命周期开始时)所获取的螺线管电流波形的特征。
在变型实施例中，参考特征是螺线管电流的波形的特征，该螺线管电流的波形是从相对于先前获取的一组值(不一定是原始组)的平均值获得的
应注意的是，在电磁阀的操作期间随时间检测螺线管电流波形特征，这意味着在电磁阀每次激励时进行检测并且在电磁阀的生命周期内为监测电磁阀的操作而每隔一段时间进行检测。
在已知且稳定的流体压力的情况下，例如从外部压力控制系统到电磁阀的流体压力，如果螺线管电流波形相对于参考波形发生改变，则可以说电磁阀正在劣化。
另一方面，如果压力不稳定并且波形变化，则波形变化的原因可能是由于流体压力的变化或电磁阀的劣化。
在这种情况下，诊断设备可以生成连接到控制单元(例如PLC)的警报信号，该控制单元控制液压以使其稳定。在这种情况下，可以控制诊断设备以重复进行波形特征之间的比较，以便检查波形之间的差异是否继续存在，波形之间的差异继续存在则表明电磁阀劣化，或者如果波形之间不再存在差异，则意味着电磁阀正常工作，然后必须稳定压力。
在一个实施例中，所存储和所比较的波形的特征是电磁阀的激励时刻与第一电流峰值之间的第一波形区段的斜率以及电流峰值I峰值与螺线管电流值的下一个最小点I谷值之间的第二波形区段的斜率。
例如，通过计算波形的第一时间间隔T1的持续时间(即，螺线管激励时刻和电流峰值之间的时间间隔)与电流峰值处的电流值与初始电流(其对应于零)之差的比率来确定第一区段的斜率。
通过计算波形的第二时间间隔(T2-T1)的持续时间(即出现电流峰值的时刻T1与获得电流最小值的时间点T2之间的时间间隔)与对应于最小值的电流值与电流峰值处的电流值之差的比率来估计第二区段的斜率。
在一个实施例中，螺线管电流值是通过利用电流采样电路以预定的时间间隔对波形进行采样而获得的。
由于在有利的实施例中，诊断电路30是在已经设置在电磁阀上的相同电子电源和控制电路板120中实现的，因此该诊断电路必须在总体尺寸方面进行优化，从而在电子元件的尺寸和数量方面进行优化。例如，诊断电路30包括微控制器32，该微控制器32的计算能力和存储器寄存器被选择为能够被安装在电源和控制电路板120上而不影响后者的整体尺寸。
因此，即使是现有的电磁阀，也可以通过简单地将传统的电源和控制电路板替换为与其具有相同尺寸的电源、控制和诊断板来提供诊断设备。
为此目的，在一个实施例中，微控制器32将从采样电路接收的每个采样电流值与先前的采样电流值进行比较，并且仅在比较结果表明达到电流峰值或最小电流时，才将采样值存储在存储器寄存器中。
在变型实施例中，诊断电路仅适合与可动铁芯的接合时间T1进行比较，即在螺线管激励的时刻与电流峰值的时刻之间经过的第一时间间隔。
为了检测该时间间隔，在一个实施例中，诊断设备包括模拟峰值检测电路40，例如图5所示的电路。在该电路中，通过分流电阻R分流(反相输入)感测到的螺线管电流和被施加了由RC网络给定的延迟的螺线管电流(同相输入)被送到具有比较器功能的运算放大器42的输入端。以此方式，电路能够检测螺线管电流到达峰值I峰值的时刻T1。
在一个实施例中，在电磁阀的操作期间对螺线管电流波形的特征的检测包括验证在电流峰值(时刻T1)和最小电流值(时刻T2)之间的电流波形的斜率的变化。实际上，已经发现，曲线的该区段的斜率的任何变化在电磁阀的由于摩擦而导致的劣化方面是特别显著的，该摩擦对应于可动铁芯的移动步长。
参考图6和6a，斜率变化具体是指出现拐点F(图6)或附加的最大(M)相对点和最小(m)相对点(图6a)，如附图中突出显示的波形部分所示。
在图7的流程图中示出了用于该实施例的诊断协议的示例。
参考图7中的流程图，通过电流峰值检测电路(例如通过比较器电路)来检测电流峰值I峰值(步骤400)。
在该检测之后，例如通过发送峰值检测中断，诊断电路例如通过接收中断的微控制器以及通过分流器上的电压采样电路，对在螺线管中流动的电流进行采样，特别是对其随时间的变化率Ka'(di/dt)进行采样(步骤402)。
在一个实施例中，将该梯度Ka'的值与参考值Ka进行比较。
如果螺线管中的电流梯度为负，则意味着可动铁芯以与梯度本身的Ka'值成比例的动态方式继续运动。
连续计算电流对时间的导数(di/dt)，在与出现波形峰值的时间范围相邻的时间范围内对电流进行采样。
在一个实施例中，当出现电流导数(di/dt)的空值或正值时(步骤404)，例如通过微控制器存储对应于所述检测的时间值Ta(步骤406)。
继续计算电流对时间的导数(di/dt)以确定梯度是否保持为负(步骤408)。
在一个实施例中，在该观察步骤中，可以将该导数的平均值存储为参数Kb'，并与第二参考值Kb进行比较。
如果梯度Kb'始终保持为正，则意味着先前在时刻Ta检测到的波形点是绝对最小值点，即I谷值点，因此时刻Ta与时刻T2重合(步骤410)。
在一个实施例中，当出现电流导数(di/dt)的第二个零值或正值时(步骤412)，通过微控制器存储对应于所述检测的时间值Tb(步骤414)。
应该注意的是，每次螺线管启动时，时刻Ta、Tb以及梯度Ka'和Kb'的值都被初始化为零。
在检测到电流峰值之后，在相应的参考值Ka、Kb处同时存在两个非零值Ta和Tb和/或至少检测梯度Ka'、Kb'的值中绝对值较低的一个值，这表明在可动铁芯的运动期间，由于摩擦而在移位的动态方面出现了不连续性。
就梯度Ka'和Kb'而言，具体地，为负的但绝对值低于预定值Ka、Kb的值表示由于在可动铁芯的行进中存在摩擦，因此曲线的下降区段的斜率低于预定斜率。
因此，诊断电路产生警报信号(步骤416)。
如上所述，在一个实施例中，诊断设备被实现在电磁阀的电子电源和控制电路板120上，并且适用于使用基于单个诊断电缆125的通信协议与外部控制单元(例如PLC)进行通信，该诊断电缆125成为除了两条电源电缆124之外的第三条电磁阀电缆。
在图8的流程图中示出了电磁阀诊断电路和PLC之间的诊断协议示例。
诊断电路例如通过上述检测模式之一来检测螺线管电流的波形变化(步骤200)；然后，诊断电路改变诊断电缆状态的电平，例如从低变为高(步骤202)。
从诊断电路接收警报信号的PLC检查压力是否稳定(步骤204)。如果PLC具有系统压力已稳定的信息，则发出与电磁阀的劣化有关的警报信号(步骤206)。
另一方面，如果PLC没有稳定的系统压力信息，则PLC进行系统压力检查(步骤208)并控制电磁阀以重置诊断电缆的初始电平(步骤210)。
在压力检查之后，如果诊断电路仍然检测到螺线管电流波形的变化，则诊断算法可以得出电磁阀正在劣化的结论。
另一方面，如果该波形在参考波形的参数内，则电磁阀在正确地运行。
在一些实施例中，例如在多个电磁阀在压力下被供给相同的流体时，例如在电磁阀岛的情况下并且在仅一些电磁阀的波形具有异常的情况下，压力感测可能是不必要的。实际上，在这种情况下，电流波形不同的原因很可能不是输入压力的变化，而是某些电磁阀的磨损或故障。
根据本发明的另一方面，电磁阀设置有基于微控制器的电子诊断电路，该诊断电路能够根据上述方法之一、通过监控螺线管电流和电源电压来预测电磁阀的故障。与其它已知的诊断方法不同，该方法不需要位置传感器。
在一个实施例中，电子诊断电路的微控制器通过可以采用两个或更多个逻辑电平的单个诊断电缆与外部控制单元(例如PLC)进行通信。
在优选实施例中，在电磁阀的相同电子电源和控制电路板120上实现诊断电子电路30，并且因此由与向阀的螺线管供电的相同的电源向该诊断电子电路供电。
参考图9中的流程图，在接通电源和诊断电路后，微控制器例如通过采样电路对螺线管上的电源电压，特别是其随时间的变化率(dV/dt)进行采样，以检查其是否遵守预定模式(步骤300)。然后将该梯度与预定值K进行比较(步骤302)。
如果电源电压梯度为零或低于预定值K，则意味着螺线管未被正确供电，并发送错误信号(步骤304)。
另一方面，如果螺线管被正确供电，则微控制器检测螺线管电流波形的峰值和谷值，并计算在包括或邻近波形峰值和谷值出现处的时间范围内的电流对时间的导数(dI/dt)(步骤306)。
然后，将这些表示螺线管电流变化率的导数与相应的预定值K1、K2进行比较(步骤308)。如果导数值等于零(这表示曲线甚至不具有下降区段)，或者在任何情况下均低于相应的预定值K1、K2(这表示由于可动铁芯的行程中的摩擦，使得下降区段的斜率太低)，微控制器会产生警报信号(步骤310)。
如果例如通过诊断电缆将诊断微控制器连接到外部控制单元(例如PLC)，则警报信号被发送到该单元，并且可以如前面参考图6中的算法所述，启动压力控制算法。然后，PLC检查压力是否稳定。如果压力稳定，则PLC或诊断微控制器会生成与电磁阀劣化有关的警报信号。
另一方面，如果PLC不具有稳定的系统压力信息，则PLC检查系统压力并控制电磁阀诊断电路以重复计算螺线管电流的变化率。在压力控制后，如果诊断电路仍检测到电流对时间的导数的值等于零或在任何情况下均低于相应的预定值K1、K2，则诊断算法可以推断电磁阀正在劣化。另一方面，如果导数的值等于或高于预定值K1、K2，则电磁阀在正确地运行。
另一方面，如果诊断微控制器未连接至外部控制单元，则可以例如通过LED以特定的频率闪烁来提供异常操作状态的视觉指示。
在一个实施例中，将螺线管电流波形的导数与在出厂期间或之后(即，在其生命周期开始时)在电磁阀测试步骤中计算出的导数的值进行比较，以如上所述，检测由电磁阀的磨损而引起的任何显著的变化。
在变型实施例中，将波形的导数与在电磁阀的先前激励中计算出的导数值(或与相对于一定数量的先前激励的平均值)进行比较。
在变型实施例中，为了检测螺线管电流的波形中的任何变化，而不是计算电流导数，例如通过使用上述技术之一，诊断算法可以使用可动铁芯的接合时间T1并且可能使用可动铁芯执行其行程所采用的时间(T2-T1)的简单计算。特别地，也可以使用图5中所描述的类型的单个电流峰值检测电路，其也部分地集成在诊断微控制器中。
在一个实施例中，在螺线管电流达到最大容量后，微控制器还监控螺线管的电阻R的值，例如通过计算电压和电流之间的比率的平均值，以检测短路、开路情况或其他异常情况(例如由于电磁阀过热而导致的异常情况)，并将其传达给PLC。
特别地，根据一个实施例，微控制器在电磁阀的第一次启动时，也就是说在仍为冷的电磁阀时，计算螺线管电阻R的值R0。然后，微控制器在电磁阀工作周期期间监控电阻值，并将其与由螺线管的可允许加热所限定的预定极限值R1进行比较(步骤314)。如果电阻值增加但仍低于预定值R1，则不会检测到异常。
另一方面，如果螺线管电阻R的值大于预定值R1，则可能在电磁阀中发生了开路，在这种情况下，微控制器发送错误信号(步骤316)，或者可能在电磁阀中发生了异常过热，在这种情况下，微控制器发送警报信号(步骤318)。
另一方面，如果螺线管电阻R的值相对于初始值R0减小，则发生了异常，且微控制器发送警报信号(步骤320)。
应当注意，取决于所检测到的故障的类型和严重性，例如电磁阀磨损、螺线管的短路或开路，微控制器发送的消息可以是可由PLC重置的警报消息，或者例如导致电磁阀直接停止的错误消息。
当然，螺线管电阻值R的计算假设恒定的电源电压。
在如图10所示的阀岛400的情况下，可以对单个电磁阀1进行诊断，或者对整个阀岛进行诊断，即，监控所有电磁阀共有的电流波形并分析相对于平均值的变化。因此，可以通过控制每个电磁阀的通电与电磁阀的参考公共点(reference common)上存在的变化之间的时间间隔来确定电磁阀的性能。
为了对单个电磁阀执行诊断，诊断算法必须在不与其他事件同时发生的时间间隔内为所讨论的电磁阀通电，其中例如未为其他电磁阀通电。
可替代地，诊断算法可以为阀岛的电磁阀组建立稳态条件，以检测每组电磁阀相对于相关组的相同操作情况下的一组预定或预获取值的异常吸收条件。
在阀岛400的情况下，上述诊断方法可以提供与外部控制单元(例如PLC)的通信，或者可以替代地提供诊断活动的结果到控制阀岛并被集成到岛本身的电子板402的通信。例如，这样的电子板402可以设置有一系列信号传递LED，所述信号传递LED适用于显示阀岛的故障的各种原因。
在与外部控制单元通信的情况下，可以提供诊断、有线或无线通信协议。在这种情况下，可以将微控制器和发送器/接收器模块404安装在相同的电子电路板402上，以为阀岛的所有电磁阀供电并对其进行控制。
此外，在单个电磁阀的诊断电路与外部控制单元之间连接的情况下，根据需要和可用技术，上述诊断电缆可以由无线通信系统代替。
本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下，用其他功能上等效的元件对根据本发明的电磁阀诊断设备和方法的实施例进行多种改变、调整、适配和替换，以满足附带的需求。可以独立于所描述的其他实施例来获得被描述为属于可能的实施例的每个特征。

Claims (18)

1.一种用于诊断电磁阀中的故障的诊断方法，其中，所述电磁阀包括电磁体(10)和阀体(12)，在所述阀体(12)中设置有一个或多个用于供加压流体通过的孔口(14、16、18)，并且其中，所述电磁体(10)包括能够通过螺线管电流驱动的螺线管(102)和包括位于所述螺线管中并且能够在所述螺线管中滑动的可动铁芯(104)的磁路，所述方法包括以下步骤：
a)将所述螺线管电流的波形的参考特征存储在非易失性存储器寄存器中，
b)在所述电磁阀工作期间检测所述螺线管电流的所述波形的特征；
c)将所述参考特征与检测到的特征进行比较；
d)如果所述检测到的特征的值与所述参考特征的值之间存在偏差，则生成用于所述电磁阀的故障的警报信号，
其中，在生成所述警报信号之前，步骤d)包括：
-步骤d1)：将进入所述电磁阀的入口孔口中的流体的压力值与预定压力值范围进行比较；
-如果所述压力值偏离所述预定压力值范围，则步骤d)还包括步骤d2)：调节所述压力值，并重复步骤b)和c)；
如果在所述检测到的特征的值与参考特征的值之间存在偏差并且流体压力特征在所述预定压力值范围内，则生成所述警报。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所存储和比较的所述螺线管电流的所述波形的所述特征是在所述电磁阀的激励时刻与由所述可动铁芯的接合产生的第一电流峰值(I峰值)之间的第一波形区段的斜率，以及在所述电流峰值(I峰值)与所述螺线管电流的值的下一个最小电流点(I谷值)之间的第二波形区段的斜率。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：
-在所述第一电流峰值(I峰值)之后并且在到达所述最小电流点(I谷值)之前，检查所述螺线管电流的所述波形是否具有偏转和/或其它最小(m)相对点和最大(M)相对点；
-计算紧接在前的时间间隔内的以及紧接拐点或相对最小点之后的时间间隔内的电流对时间的导数的平均值；
-将所述平均值与相应的参考值进行比较；
-检查所述平均值中的至少一个的绝对值是否低于所述相应的参考值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过计算所述电流对时间的导数(di/dt)，并且验证在出现所述波形峰值的时刻之后和在所述螺线管电流达到稳态值之前的时间间隔内所述导数在两个时刻(Ta，Tb)呈现为零还是正值，来检测所述拐点和/或其它最小(m)相对点和最大(M)相对点的存在。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述螺线管电流波形的所述特征至少包括在所述螺线管的所述激励时刻和由所述可动铁芯的接合产生的所述电流峰值的时刻之间经过的第一时间间隔(T1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一时间间隔是通过将瞬时螺线管电流的值与施加了预定延迟的所述螺线管电流的值进行比较的模拟峰值检测电路(40)获得的，或者是通过所述螺线管电流波形的数字采样电路获得的。
7.根据权利要求1-3和6中任一项所述的方法，其中，所述参考特征是在所述电磁阀在出厂期间或出厂之后处于测试阶段时所获取的所述螺线管电流波形的特征。
8.根据权利要求1-3和6中任一项所述的方法，其中，所述参考特征是从相对于先前获取的一组值的平均值中获得的所述螺线管电流的所述波形的特征。
9.一种用于诊断电磁阀中的故障的诊断设备，其中，电磁阀包括电磁体(10)和阀体(12)，在所述阀体(12)中设置有一个或多个用于供加压流体通过的孔口(14、16、18)，并且其中所述电磁体(10)包括能够通过螺线管电流驱动的螺线管(102)和包括位于所述螺线管中并且能够在所述螺线管中滑动的可动铁芯(104)的磁路，所述诊断设备包括具有微控制器的电子诊断电路，所述微控制器被配置为实施根据权利要求1-8中任一项所述的诊断方法。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述诊断电路被实现在适于安装在所述电磁阀上的电源和控制电路板上。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其包括通信装置，所述通信装置适于在所述电子诊断电路的微控制器与外部控制单元之间实现通信。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述通信装置适于将状态信号传输到所述外部控制单元，所述外部控制单元能够采取至少两个表示所述电磁阀的操作状态的逻辑电平。
13.根据权利要求9、10和12中任一项所述的设备，其中，所述电子诊断电路包括电流采样电路，所述电流采样电路适于以预定的时间间隔对所述波形进行采样。
14.根据权利要求9、10和12中任一项所述的设备，其中，所述电子诊断电路包括模拟峰值检测电路(40)，所述模拟峰值检测电路(40)包括具有比较器功能的运算放大器(42)，所述运算放大器(42)的反相输入端子接收通过分流电阻器(R分流)检测到的所述螺线管电流，并且所述运算放大器(42)的同相输入端子接收被施加了由RC网络给定的延迟的所述螺线管电流。
15.一种电磁阀，所述电磁阀包括电磁体(10)和阀体(12)，在所述阀体(12)中设置有一个或多个用于供加压流体通过的孔口(14、16、18)，并且其中所述电磁体(10)包括能够通过螺线管电流驱动的螺线管(102)和包括位于所述螺线管中并且能够在所述螺线管中滑动的可动铁芯(104)的磁路，所述电磁阀还包括根据权利要求9至14中任一项所述的诊断设备。
16.根据权利要求15所述的电磁阀，其包括电源和控制电路板(120)，所述诊断设备被实现在所述电源和控制电路板(120)上。
17.根据权利要求16所述的电磁阀，其中，所述电源和控制电路板设置有电连接器，所述电连接器具有一对电源端子和能够连接至外部控制单元的电诊断端子。
18.一种电磁阀岛，其包括用于所述阀岛的所有电磁阀的电源和控制电路板，所述电源和控制电路板包括具有微控制器的电子诊断电路，所述微控制器适于实施根据权利要求1-8中任一项所述的诊断方法，其中，所述参考特征与所述阀岛的每个所述电磁阀或所述电磁阀岛的电磁阀组相关，并且其中，所述检测到的特征是通过分别激励每个电磁阀或每个电磁阀组而获得的。
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