CN110998761B

CN110998761B - 用于电磁阀的诊断装置和方法

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Publication number: CN110998761B
Application number: CN201880048056.0A
Authority: CN
Inventors: D·佛拉里尼; A·卡米萨尼
Original assignee: Camozzi Automation AG
Current assignee: Camozzi Automation AG
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: WO2019043573A1; EP3676861A1; CN110998761A; US20200217894A1; US11569017B2; RU2758717C1; EP3676861B1; IT201700096979A1

Abstract

一种用于电磁阀的诊断方法，其包括以下步骤：a)在所述螺线管的励磁下检测所述螺线管的电源电压随时间的变化率(dV/dt)，并且将其与预先确定的值进行比较；b)如果所述变化率小于所述预先确定的值，则产生错误信号，否则，c)在所述螺线管的励磁时刻与所述可动芯到达行程终止位置的时刻之间的时间间隔内检测所述螺线管电流的波形的特性；d)将检测的波形的所述特性与预先确定的阈值进行比较；e)如果检测的特性小于所述预先确定的阈值，则产生警报信号，否则f)当所述螺线管电流处于稳态时，计算螺线管电阻(R)的值，并且将其与预先确定的最小电阻值(R0)和预先确定的最大电阻值(R1)进行比较；g)如果所述螺线管电阻(R)的所述值小于所述预先确定的最小电阻值(R0)或大于所述预先确定的最大电阻值(R1)，则产生警报信号。

Description

用于电磁阀的诊断装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于电磁阀的诊断装置。

背景技术

如图1中的示例所示，电磁阀1或电磁气门通常由电磁体10和阀体12组成，其中制成一个或多个孔口。

电磁体10包括螺线管102，由铁磁材料制成的可动芯104位于所述螺线管102中并且可在其中滑动。当螺线管通电或停用时，通过由电磁阀拦截的流体(例如压缩空气)的孔口的流通过可动芯104的移动而被阻止或允许。

当螺线管102通电时，可动芯104直接打开常闭阀(NC)的孔口或关闭常开阀(NO)的孔口。当螺线管停用时，弹簧106将芯返回到其原始位置。

阀在从0巴到最大压力额定值的压力范围内工作。打开阀所需的力与孔口的横截面和流体的压力成正比。

在工业自动化的气动领域中，气动部件的性能越来越高，并且必须随着时间的流逝而得到保证。在某些应用中，一旦性能下降，就需要更换气动部件。

具体地，越来越需要监测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诊断装置来满足这种需求，所述诊断装置能够监测电磁阀的性能，以检测例如由于故障或由于磨损引起的退化而与其预期值的偏差。

本发明的另一个目的是提出也能够提供电磁阀的故障的可能原因的指示的诊断装置。

本发明的另一个目的是提出诊断装置，其适于直接在电磁阀上实施，并且在可能的情况下，还作为待应用于现有电磁阀的附件。

通过根据权利要求1的诊断方法，通过根据权利要求7的诊断装置并且通过根据权利要求13的电磁阀来实现本发明的这些和其他目的和优点。从属权利要求描述本发明的优选实施例。

在一个实施例中，诊断方法包括以下步骤：

a)在所述螺线管的励磁下检测所述螺线管的电源电压随时间的变化率(dV/dt)，并且将其与预先确定的值进行比较；

b)如果所述变化率小于所述预先确定的值，则产生错误信号，否则，

c)在所述螺线管的励磁时刻与所述可动芯到达行程终止位置的时刻之间的时间间隔内检测所述螺线管电流的波形的特性；

d)将所述检测的波形的所述特性与预先确定的阈值进行比较；

e)如果所述检测的特性小于所述预先确定的阈值，则产生警报信号，否则

f)当所述螺线管电流处于稳态时，计算螺线管电阻(R)的值，并且将其与预先确定的最小电阻值和预先确定的最大电阻值进行比较；

g)如果所述螺线管电阻的所述值小于所述预先确定的最小电阻值或大于所述预先确定的最大电阻值，则产生警报信号。

根据本发明的一方面，步骤c)包括计算在包括出现所述螺线管电流的所述波形的峰值和谷值的时间范围或与所述时间范围相邻的时间范围内的所述螺线管电流随时间的导数(di/dt)，所述峰值和所述谷值分别通过所述可动芯的接合以及通过达到所述可动芯的所述行程终止位置而产生。在步骤d)中，所述导数的值与相应的预先确定的值进行比较。

根据变型实施例，所述螺线管电流的所述波形的所述特性至少包括：在所述螺线管的所述励磁时刻与由所述可动芯的所述接合产生的所述峰值电流的所述时刻之间经过的第一时间间隔。

根据本发明的一方面，所述波形的所述预先确定的阈值从在出厂期间或之后所述电磁阀处于测试阶段时所获取的所述螺线管电流的所述波形获得。

在一个变型实施例中，所述预先确定的阈值从与先前所获取的螺线管电流的波形的一组值有关的平均值获得。

根据本发明的一方面，如果检测的波形的特性小于预先确定的阈值，则进入电磁阀的入口孔口的流体的压力值与预先确定的压力值的范围之间的比较例如通过电磁阀外部的控制单元进行。在压力值相对于这种预先确定的压力值的范围的偏差的情况下，调节流体压力值并且命令重复步骤c)和d)。

根据本发明的一个方面，诊断装置包括被构造成实施上述诊断方法的基于微控制器的电子诊断电路。优选地，所述诊断电路在适于安装在所述电磁阀上的电源和控制电路板上实施。

在一个实施例中，所述装置包括通信装置，所述通信装置适于实施电子诊断电路的微控制器与外部控制单元之间的通信，例如，以如上所述进行压力控制，并且在调节压力之后命令重复验证螺线管电流的波形。

在一个实施例中，所述通信装置适于将状态信号传输到所述外部控制单元，所述外部控制单元可以具有表示所述电磁阀的操作状态的至少两个逻辑电平。因此，单个电缆或通道足以实施与外部控制单元的通信协议。

在一个实施例中，除了与外部控制单元进行通信的装置之外或者作为所述装置的替代方案，诊断装置配备有视觉信号装置，诸如LED，其适于例如通过各种闪烁频率显示电磁阀的状态。

根据本发明的一方面的电磁阀包括在其上实施上述诊断装置的电源和控制电路板。

例如，所述电源和控制电路板配备有电连接器，所述电连接器具有一对电源端子和可连接到外部控制单元的电诊断端子。

附图说明

在任何情况下，根据本发明的装置和诊断方法的进一步的特征和优点将从以下提供的参考附图通过指示性且非限制性示例的方式提供的优选实施例的描述中变得显而易见，其中：

-图1是根据现有技术的电磁阀的横截面视图；

-图2是配备有根据本发明的诊断装置的电磁阀的横截面视图；

-图3是表示螺线管电流的典型波形的曲线图；

-图4彼此重叠地示出在0巴的压力和1巴的压力下电磁阀的电磁电流的波形；

-图5是螺线管电流的波形的峰值电流的检测电路的电路图；

-图6和图6a表示在可动芯与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是在另一个实施例中的诊断算法的流程图；

-图9是在另一个实施例中的诊断算法的流程图；并且

-图10是配备有根据本发明的诊断和通信装置的阀岛的平面图。

具体实施方式

图2示出配备有根据本发明的诊断装置的电磁阀1。

电磁阀1包括电磁体10和阀体12，其中制成入口孔口14、出口孔口16和排放通道18。

入口孔口14形成阀座20，密封阀元件22与所述阀座20相关联，所述密封阀元件22可以在阀座20的关闭位置和打开位置之间移动。

电磁体10包括缠绕在线圈108上的螺线管102和由固定电枢110形成的磁路，所述固定电枢110具有例如部分地穿透线圈108的轴向套筒的部分以及也部分地穿透在套筒中的可动芯104。

阀元件22可以被构造为可动芯104的整体部分或单独的元件。在一些实施例中，密封阀元件22具有圆柱形基座，所述基座具有面向可动芯的梳齿。

如果阀元件被制成为单独的元件，如在图2中的示例中，则放置在其圆柱形基座下方的弹簧22’具有随着可动芯104的位置改变将其朝向可动芯104驱动的任务。

螺线管102具有一对电端子，该对电端子连接到容纳在与电磁体10一体的保护壳122中的电源和控制电路板120。进而，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，诊断装置包括在电源和控制电路板120上实施的电诊断电路30。

在上述类型的DC阀中，螺线管102一通电，就以恒定的电源电压(例如24V、12V或5V)供电，螺线管中的电流增加，从而导致磁场的扩展，直到它变得足够高以使可动芯104移动。随着芯的磁质量逐渐移动到磁场的内部，可动芯104的移动增加磁场的集中度。

在与产生磁场的电流相同的方向上改变的磁场在螺线管线圈中感应相反符号的电压。由于当可动芯移动到行程终止位置时磁场迅速扩展，因此这种磁场导致流过螺线管的线圈的电流短暂减小。在可动芯已经到达其行程终止后，电流再次开始增加，直到其达到其最大水平。螺线管电流IS的典型波形如图3所示。

只要没有向螺线管施加电源电压，螺线管电流就为零。

当螺线管通电时，螺线管电流IS首先增加，直到在时间T1达到峰值I峰值，所述峰值I峰值如上所述对应于可动芯的接合，即其朝向固定电枢的行程的开始。螺线管电流随后减小，直到在时刻T2达到最小值I谷值，所述最小值I谷值对应于可动芯与固定电枢的抵接。此时，螺线管电流再次开始增加，直到其达到其最大值。

电磁阀的螺线管的简化等式可以表示如下：

其中V是施加到螺线管的电压，R是螺线管的电阻，并且Φ表示磁通量的变化作为电流和可移动机械零件(可动芯和固定芯或电枢)的位置(x)的函数。

等式的第一项是相对于电阻的变化，并且第二项表示感应电压。

螺线管电感取决于可移动零件的位置，因为螺线管的磁阻取决于电磁零件的位置，并且因此取决于磁场本身的重合。

根据下式，线圈中的磁通Φ取决于流过线圈的电流和铁质零件的距离：

当Φ＝Li时，前述关系变为：

第三加数表示由铁质零件的移动引起的反电动势。

这种关系清楚地表明，电磁阀的磁通量以及因此吸引力取决于螺线管的电阻R和电感L的值。

此外，已知螺线管的电阻R通过以下关系给出：

R＝ρ*l/S

其中ρ是材料的平均电阻率，l是导线的长度，并且S是横截面。

可以假定ρ和S为常数，而长度l经过了热膨胀，其可以用以下方式表示：

其中T0是20°时的温度，并且σ是取决于材料的热系数。

现在回到螺线管电流的波形，可以观察到这种波形基本上与温度无关。

另一方面，已经发现，螺线管电流的波形，以及具体是螺线管励磁与暂时下降之前的峰值电流I峰值之间的时间间隔T1取决于入口孔口中的流体的压力和/或电磁阀的磨损，这反映在例如密封阀元件的变形、弹簧力的损失、摩擦中。

例如，图4示出在压力为0巴(IS1)的情况下并且在压力为1巴(IS2)的情况下的螺线管电流的波形。需注意，在较高压力的情况下，电流峰值I峰值和最小值I谷值两者都首先出现。

因此，本发明的思想是在非易失性存储器中存储预先确定的或预先获取的螺线管电流的波形的参考特性，以在电磁阀的操作期间随着时间的流逝而检测这些特性并且将参考特性与检测到的特性进行比较以检测当前螺线管电流与参考波形相比的波形的任何偏差。

在一个实施例中，参考特性是当电磁阀在出厂期间或之后(即，在其生命周期的开始时)处于测试阶段时所获取的螺线管电流的波形的特性。

在一个变型实施例中，参考特性是从与先前获取的一组值有关而不必与原始组有关的平均值获得的螺线管电流的波形的特性。

在例如来自电磁阀外部的压力控制系统的已知且稳定的流体压力的情况下，如果螺线管电流的波形相对于参考波形变化，则可以得出电磁阀正在劣化的结论。

然而，如果压力不稳定并且波形改变，则波形改变的原因可能是由于流体压力的改变或电磁阀的劣化。

在这种情况下，诊断装置可以生成连接到控制单元(例如PLC)的警报信号，所述控制单元控制流体压力以使其稳定。在这种情况下，可以命令诊断装置重复比较波形特性，以检查波形之间的差异是否持续存在，这指示电磁阀的劣化，或者其是否不再存在，这意味着电磁阀正确地工作，并且因此必须使压力稳定。

在一个实施例中，所存储并比较的波形的特性是电磁阀的励磁时刻与第一电流峰值之间的第一波形段的斜率以及峰值电流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段的斜率。

例如，通过计算波形的第一时间间隔T1(即，螺线管的励磁时刻与电流峰值之间的时间间隔)的持续时间与电流峰值处的电流值与为零的初始电流之间的差之间的比率来测量第一段的斜率。

通过计算波形的第二时间间隔(T2-T1)(即出现电流峰值的时刻T1与出现电流最小值的时刻T2之间的时间间隔)的持续时间与在最小值处的电流值与在电流峰值处的电流值之间的差之间的比率来估算第二段的斜率。

在一个实施例中，通过使用电流采样电路以预先确定的时间间隔对波形进行采样来获得螺线管电流的值。

因为在一个有利的实施例中，诊断电路30在已经设置在电磁阀上的相同的电源和控制电路板120中实施，所以这种诊断电路必须在电子部件的体积以及大小和数量方面进行优化。例如，诊断电路30包括微控制器32，所述微控制器32的计算电源和存储器被选择成使得它们可以安装在电源和控制电路板120上，而不影响电源和控制电路板120的尺寸。

因此，即使通过简单地用具有与常规的电源和控制电路板相同大小的电源、控制和诊断电路板代替常规的电源和控制电路板，现有的电磁阀也可以配备有诊断装置。

为此，在一个实施例中，微控制器32将由采样电路所接收的采样电流的每个值与采样电流的先前值进行比较，并且仅在比较结果显示出达到峰值电流或最小电流时才将采样值存储在存储器中。

在一个变型实施例中，诊断电路仅适于比较可动芯的接合时间T1，即，螺线管的励磁时刻与峰值电流时刻之间的第一时间间隔。

为了检测这种时间范围，在一个实施例中，诊断装置包括模拟峰值检测电路40，如图5所示。在该电路中，由分流电阻RSHUNT检测到的螺线管电流(反相输入)和其上施加由RC网络给定的延迟的螺线管电流(非反相输入)馈送到具有比较器功能的运算放大器42的输入端子。以这种方式，电路能够检测出螺线管电流达到峰值I峰值的时刻T1。

在一个实施例中，在螺线管阀的操作期间对螺线管电流的波形的特性的检测包括验证电流波形的斜率在电流峰值(时刻T1)与最小电流值(时刻T2)之间的变化。实际上，已经发现，该曲线段的斜率的任何变化在对应于可动芯的运动相位的用于摩擦引起的电磁阀的劣化方面特别重要。

参考图6和图6a，斜率变化具体是指拐点F(图6)或其他相对最大(M)点和最小(m)点(图6a)的出现，如在图中突出显示的波形部分所示。

在图7中的流程图中示出用于该实施例的诊断协议的示例。

参考图7中的流程图，经由峰值电流检测电路，例如经由比较器电路，检测电流峰值I峰值(步骤400)。

在这种检测后，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并且通过分流器上的电压采样电路来对在螺线管中循环的电流、特别是电流随时间的变化率Ka’(di/dt)进行采样(步骤402)。

在一个实施例中，将这种梯度Ka’的值与预先确定的值Ka进行比较。

如果螺线管中的电流的梯度为负，则其意味着可动芯继续其以与梯度自身的值Ka’成动态比例的运动。

连续计算电流随时间的导数(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，在电流的导数(di/dt)为空值或正值(步骤404)的情况下，对应于该值的时间值Ta(步骤406)例如由微控制器存储。

继续对电流随时间的导数(di/dt)进行计算，以确定梯度是否仍然为负(步骤408)。

在一个实施例中，在该观察阶段，这种导数的平均值可以存储在参数Kb’中，并且与第二参考值Kb进行比较。

如果梯度Kb’始终保持为正，则其意味着先前检测到的时刻Ta的波形的点是绝对最小点，即，点I谷值，并且因此时刻Ta与时刻T2重合(步骤410)。

在一个实施例中，在电流导数(di/dt)为第二空值或正值(步骤412)的情况下，对应于这个值的时间值Tb(步骤414)例如由微控制器存储。

需注意，对于每次螺线管激活，时刻Ta、Tb和梯度Ka’和Kb’的值被初始化为零。

在检测到电流峰值之后，同时存在两个非空值Ta和Tb和/或绝对值小于预先确定的值Ka、Kb的检测梯度Ka’、Kb’的值中的至少一个指示在可动芯的运动期间由于摩擦而发生了位移动力学的不连续。

关于梯度Ka’和Kb’，具体地，负的但是绝对值小于预先确定的值Ka、Kb的值指示曲线的下降段的斜率由于在可动芯的行程中存在摩擦而小于预先确定的斜率。

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，诊断装置在电磁阀的电源和控制电路板120上实施，并且适于使用基于单个诊断电缆125的通信协议与诸如PLC的外部控制单元进行通信，除了两个电力电缆124以外，所述诊断电缆125成为电磁阀的第三电缆。

图8中的流程图示出电磁阀的诊断电路与PLC之间的诊断协议的示例。

诊断电路例如通过上述检测模式中的一种来检测螺线管电流的波形的变化(步骤200)；随后，诊断电路将诊断电缆的状态级别例如从低改变为高(步骤202)。

当PLC从诊断电路接收该警报信号时，其检查压力是否稳定(步骤204)。如果PLC具有系统压力已经稳定的信息，则给出关于电磁阀的劣化的警报信号(步骤206)。

另一方面，如果PLC没有关于稳定系统的压力信息，则PLC检查系统压力(步骤208)并且命令电磁阀恢复诊断电缆的初始水平(步骤210)。

如果由于压力监测，诊断电路仍然检测螺线管电流的波形的变化，则诊断算法可以得出电磁阀正在劣化的结论。

另一方面，如果波形在参考波形的参数之内，则电磁阀正在正确地操作。

根据本发明的另一方面，电磁阀配备有基于微控制器的电子诊断电路，其能够通过根据上述模式中的一种来监测螺线管电流和电源电压来预测电磁阀的故障。与其他已知的诊断方法不同，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具有两个或更多个逻辑电平的单个诊断电缆与诸如PLC等外部控制单元进行通信。

在一个优选实施例中，电子诊断电路30在与电磁阀相同的电源和控制电路板120上实施，并且因此由为电磁阀的螺线管供电的相同电源供电。

参考图9中的流程图，当接通电源和诊断电路时，微控制器例如通过采样电路对螺线管的电源电压以及具体是电压随时间的变化率(dV/dt)进行采样，以检查其是否遵守预先确定的趋势(步骤300)。随后将这种梯度与预先确定的值K进行比较(步骤302)。

如果电源电压的梯度为零或小于预先确定的值K，则其意味着螺线管没有正确地供电，并且发送错误信号(步骤304)。

相反，如果螺线管被正确地供电，则微控制器检测螺线管电流的波形的峰值和谷值，并且计算在包括出现波形的峰值和谷值的时间范围或与所述时间范围相邻的时间范围内电流随时间的导数(di/dt)(步骤306)。

随后，将表示螺线管电流的变化率的此类导数与相应的预先确定的值K1、K2进行比较(步骤308)。如果导数的值等于零(这指示曲线没有任何下降段)或者在任何情况下都小于相应的预先确定的值K1、K2(这指示下降段在可动芯的行程中由于摩擦而过低)，则微控制器产生警报信号(步骤310)。

如果诊断微控制器例如经由诊断电缆连接到外部控制单元，例如PLC，则将警报信号发送到这个单元，并且可以启动压力控制算法，如先前参考图8中的算法所描述的。随后，PLC检查压力是否稳定。如果这是这种情况，则PLC或诊断微控制器生成与电磁阀的劣化有关的警报信号。

另一方面，如果PLC没有关于稳定系统的压力信息，则PLC检查系统压力并且命令电磁阀的诊断电路重复计算螺线管电流的变化率。如果在压力检查之后，诊断电路仍然检测等于零或者在任何情况下都小于相应的预先确定的值K1、K2的随时间的电流导数的值，则诊断算法可以得出电磁阀正在劣化的结论。然而，如果导数的值等于或大于预先确定的值K1、K2，则电磁阀正在正确地工作。

另一方面，如果诊断微控制器未连接到外部控制单元，则可以例如通过以一定频率使LED闪烁来给出异常操作状态的视觉指示。

在一个实施例中，将螺线管电流的波形的导数与在电磁阀出厂期间或之后或在其寿命周期开始时在电磁阀的测试阶段中计算出的导数的值进行比较，以便检测由电磁阀的磨损引起的任何显著变化，如上所述。

在变型实施例中，将波形的导数与在电磁阀的先前励磁中计算出的导数的值(或与和一定数量的先前励磁有关的平均值)进行比较。

在变型实施例中，为了检测螺线管电流的波形的任何变化，诊断算法可以使用可动芯的接合时间T1以及可能的由可动芯例如使用上述技术中的一个来执行其行程所用的时间(T2-T1)的简单计算，而不是计算电流的导数。具体地，图5所述的类型的单个电流峰值检测电路可以被使用，甚至部分地集成在诊断微控制器中。

在一个实施例中，在螺线管电流已经达到其稳态条件之后，微控制器还例如通过计算电压与电流之间的比率的平均值来监测螺线管的电阻R的值，以便检测短路、开路或其他异常情况(诸如电磁阀过热)的条件，以传送到PLC。

具体地，根据一个实施例，在电磁阀的第一次加电时，即在电磁阀仍然冷却的情况下，微控制器计算螺线管电阻R的值R0。随后，微控制器在电磁阀工作周期期间监测电阻值，并且将其与限定为螺线管的可接受加热的预先确定的极限值R1进行比较(步骤314)。如果电阻值增加但仍低于预先确定的值R1，则不会检测到异常。

另一方面，如果螺线管电阻值R大于预先确定的值R1，则可能在电磁阀中已发生开路，在这种情况下，微控制器发送错误信号(步骤316)，或者发生异常过热，在这种情况下，微控制器发送警报信号(步骤318)。

另一方面，如果螺线管电阻值R相对于初始值R0减小，则已经出现异常，并且微控制器发送警报信号(步骤320)。

需注意，根据检测到的故障的类型和严重性，例如电磁阀磨损，或者存在螺线管的短路或开路，由微控制器发送的消息可以是可以由PLC重置的警报消息，或者例如导致电磁阀直接关闭的错误消息。

显然，螺线管电阻值R的计算以恒定的电源电压为前提。

在阀岛400的情况下，如图10所示，可以对单个电磁阀1或对整个岛进行诊断，即通过监测所有电磁阀共有的电流波形并且分析相对于平均值的变化。因此，可以通过控制在每个电磁阀的励磁与电磁阀的公共参考节点上存在的变化之间流逝的时间来确定电磁阀的性能。

为了对每个电磁阀进行诊断，诊断算法必须在不与其他事件竞争的时间间隔(例如，当其他电磁阀未通电时)提供所讨论的电磁阀的励磁。

可替代地，诊断算法可以为阀岛上的电磁阀组建立稳态条件，以便与相关组的相同的稳态情况的一组预先确定的或预先获取的值相比，检测每个电磁阀组的异常吸收条件。

在阀岛400的情况下，上述诊断方法可以提供与诸如PLC的外部控制单元的通信，或者可以替代地提供将诊断活动的结果传达到电路板402，所述电路板402控制阀岛并且集成在相同的岛中。例如，该电路板402可以配备有适于显示阀岛的故障的不同原因的一系列LED信号灯。

在与外部控制单元进行通信的情况下，可以提供有线或无线诊断通信协议。在这种情况下，微控制器和发射器/接收器模块404可以安装在用于阀岛的所有电磁阀的相同的电源和控制电路板402上。

即使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，上述诊断电缆也可以由无线通信系统代替。

对于根据本发明的用于电磁阀的诊断装置和方法的实施例，本领域的技术人员为了满足偶然的需求，可以通过在功能上等同的其他元件进行一些元件的修改、改编和替换，而不脱离以下权利要求的范围。被描述为属于可能实施例的特征中的每一个特征可以独立于其他描述的实施例来实现。

Claims

1.一种用于诊断电磁阀的故障的诊断方法，其中所述电磁阀包括电磁体(10)和阀体(12)，其中设置一个或多个孔口(14、16、18)以用于供加压流体通过，并且其中所述电磁体(10)包括：螺线管(102)，其适于连接到在所述螺线管中生成螺线管电流的恒定电压发生器；以及磁路，所述磁路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芯(104)，所述方法包括以下步骤：

a)在所述螺线管的励磁下检测所述螺线管的电源电压随时间的变化率(dV/dt)，并且将所述变化率与预先确定的值进行比较；

d)将检测的波形的所述特性与预先确定的阈值进行比较；

e)如果检测的特性小于所述预先确定的阈值，则产生警报信号，否则

f)当所述螺线管电流处于稳态时，计算螺线管电阻(R)的值，并且将所述螺线管电阻(R)的值与预先确定的最小电阻值(R0)和预先确定的最大电阻值(R1)进行比较；

g)如果所述螺线管电阻(R)的值小于所述预先确定的最小电阻值(R0)或大于所述预先确定的最大电阻值(R1)，则产生警报信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括：计算在包括出现所述螺线管电流的所述波形的峰值和谷值的时间范围或与所述时间范围相邻的时间范围内的所述螺线管电流随时间的导数(di/dt)，所述峰值和所述谷值分别通过所述可动芯的接合以及通过达到所述可动芯的所述行程终止位置而产生，并且其中，在步骤d)中，所述导数的值与其预先确定的值(K1、K2)进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述螺线管电流的所述波形的所述特性包括在所述螺线管的所述励磁时刻与由所述可动芯的所述接合产生的峰值电流的时刻之间经过的第一时间间隔(T1)。

4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤c)包括：

-验证在所述螺线管电流的所述波形的所述峰值和所述谷值之间，在分别通过所述可动芯的所述接合以及通过到达所述可动芯的所述行程终止位置而产生所述峰值和所述谷值的位置，所述螺线管电流的所述波形是否具有拐点和/或其他相对最小(m)点和最大(M)点；

-计算在紧接着在前的时间间隔内以及在紧随在相对拐点或最小点之后的时间间隔内的所述电流随时间的所述导数的平均值(Ka’、Kb’)；

并且其中步骤(d)包括

-将所述平均值与对应的参考值(Ka、Kb)进行比较；

-检验所述平均值中的至少一个的绝对值是否小于所述对应的参考值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中通过计算所述电流随时间的所述导数(di/dt)和验证所述导数在验证所述波形的所述峰值的时刻之后并且在所述螺线管电流达到稳态值之前的时间间隔内的两个时刻(Ta、Tb)是否具有空值或正值，来检测所述相对拐点和/或另外的最大点(M)和最小点(m)的存在。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先确定的阈值通过在出厂期间或之后所述电磁阀处于测试阶段时所获取的所述螺线管电流的所述波形来获得。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述预先确定的阈值从与先前所获取的螺线管电流波形的一组值有关的平均值获得。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在步骤e)处所述检测的特性小于所述预先确定的阈值，则执行以下步骤：

e1)进入所述电磁阀的入口孔口的所述流体的压力值与预先确定的压力范围之间的比较，

e2)在所述压力值相对于所述预先确定的压力值的范围的偏差的情况下，调节所述流体的所述压力值并且重复步骤c)和d)。

9.一种用于诊断电磁阀的故障的诊断装置，其中所述电磁阀包括电磁体(10)和阀体(12)，其中设置一个或多个孔口(14、16、18)以用于供加压流体通过并且其中所述电磁体(10)包括：螺线管(102)，其适于连接到在所述螺线管中生成螺线管电流的恒定电压发生器；以及磁路，其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芯(104)，所述诊断装置包括具有微控制器的电子诊断电路，所述微控制器被构造成实施根据前述权利要求中任一项所述的诊断方法。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述诊断电路在适于安装在所述电磁阀上的电源和控制电路板上实施。

11.根据权利要求9或10所述的装置，包括通信装置，其适于实施所述电子诊断电路的所述微控制器与外部控制单元之间的通信。

12.根据权利要求11所述的装置，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具有表示所述电磁阀的操作状态的至少两个逻辑电平。

13.根据权利要求12所述的装置，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先确定的时间间隔对所述波形进行采样。

14.根据权利要求13所述的装置，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(RSHUNT)检测到的所述螺线管电流，并且所述运算放大器(42)的非反相输入端子接收其上施加由RC网络给定的延迟的所述螺线管电流。

15.一种电磁阀，其包括电磁体(10)和阀体(12)，其中设置一个或多个孔口(14、16、18)以用于供加压流体通过并且其中所述电磁体(10)包括：螺线管(102)，其适于连接到在所述螺线管中生成螺线管电流的恒定电压发生器，以及磁路，其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芯(104)，所述电磁阀还包括根据权利要求9至12中任一项所述的诊断装置。

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)，所述诊断装置在所述电源和控制电路板(120)上实施。

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可连接到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，所述微控制器被适配成实施根据权利要求1至8中任一项所述的诊断方法，其中所述预先确定的阈值与所述阀岛的所述电磁阀中的每一者或所述电磁阀岛的电磁阀组有关，并且其中通过分别激励每个电磁阀或每组电磁阀来获得所述螺线管电流的所述波形的所述检测的特性。