CN112654936A - 用于诊断和监控空气供应设备及其组件的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断和监控空气供应设备的系统，所述系统具有如下系统组成部分：具有驱动装置的压缩机(1)，配置为用于为所述系统提供压缩空气；空气干燥器，配置为用于从在所述系统中的被压缩的空气中除去湿气；至少两个传感器(2)，其中，一个传感器配置并设置为用于采集要监控的构件的状态信号，并且另一个传感器配置并设置为用于采集与所述要监控的构件有关的参考信号；以及评价单元(3)，配置为用于评价所述传感器的信号。在此，所述评价单元还配置为用于借助于评价逻辑将传感器信号转换成维护信号和控制信号，所述维护信号和控制信号控制所述空气供应设备的运行模式和维护间隔。

Description

用于诊断和监控空气供应设备及其组件的系统
技术领域
本发明涉及一种用于诊断和监控空气供应设备及其组件的系统。
背景技术
为了对在轨道车辆中的气动制动系统的空气供应设备和特别是其压缩机进行状态监控，在现有技术中通常使用少量单独的传感器或开关。其例如是油温传感器或用于监控空气输出温度的传感器。
这些构件一般用于确保遵守大多与安全性有关的最大限值。所述最大限值典型地是油温或构件温度本身的最大温度值。与传感器相对应的评价逻辑通常是一维的，从而将传感器值与相应的最大限值做比较，并且在超过所述限值的情况下触发系统的紧急切断。
这种方法的缺点是，对于空气供应设备的组件的功能没有给出真正的状态监控。仅能够确定：在已超过限值时不能按照规定执行功能并因此进行紧急切断。然而不能推断出在失效之前的工作原理或现有的故障。因此，为了防止失效，必须按照固定的维护间隔进行维护。在此可能出现：对在给定的时间点还不需要维护的构件也频繁地从技术上来看过早地进行维护。因此必须将这种处理方式评价为不经济的。
另外的缺点是，由于对技术设备的规格要求(例如对于噪声排放的技术准则、对于能效的技术准则等)越来越严格，故必须能实现和确保设备的与要求相符的运行模式。基于至今的状态监控，这目前是不可行的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于诊断和监控空气供应设备的系统，所述系统提高所述空气供应设备的可靠性并且能实现与需求相符的维护间隔以便在运行经济上更合理地运行。
所述目的通过根据独立权利要求的根据本发明的系统来实现。本发明的有利的进一步改进方案是从属权利要求的技术方案。
所述目的特别是通过一种用于空气供应设备的诊断系统来实现，所述诊断系统能够检测空气供应设备及其组件的状态上和功能中的变化，以便能够借助于这些信息来选择最优的运行模式，以便一方面维持整个系统的功能并且另一方面能够符合外部的规格要求。
因此，利用所获得的信息也能够不再呆板地安排维护间隔，而是仅在需要时针对各个组件的状态才实施维护间隔。
根据本发明的系统具有：压缩机，用于为所述系统提供压缩空气；空气干燥器，用于从压缩的空气中除去湿气；至少两个传感器，其中，一个传感器采集所述空气供应设备的状态信号并且另一个传感器采集参考信号；以及评价单元，用于评价由传感器采集的数据，其中，所述评价单元还配置为用于借助于评价逻辑来将传感器信号转换成维护信号和/或控制信号，所述维护信号和/或控制信号又控制所述空气供应设备的运行模式或维护间隔。
在本发明的一种有利的实施方式中，根据所述压缩机的类型，所述传感器采集构件和过程参量、如冷却空气温度、进气温度、所述压缩机的气缸的气缸壁温度、油温、输出温度、终了压力和/或进气负压，以便基于这些参数来对压缩机变流器实施状态监控和控制，所述压缩机变流器调整存在于所述压缩机上的电压的频率和幅值并因此调整所述压缩机的运行参量。
在本发明的另一种有利的实施方式中，所述传感器采集在冷却空气入口处的温度作为参考信号和采集构件温度(例如所述压缩机的气缸壁的温度)或油温作为状态信号，和/或采集在过程开始时的空气的温度作为参考信号和采集构件温度、在出口处的空气温度或油温作为状态信号，和/或采集进气压力作为参考信号和采集中间压力或存在于最后的压缩机级之后的终了压力作为状态信号，和/或采集空气温度作为参考信号和基于在压缩机中的被压缩的过程空气的空气湿度和温度的测量值采集压力露点作为状态信号。
在一种有利的实施方式中，本发明还具有数据传输单元，所述数据传输单元将已经在车辆侧(即位于车辆中)的第一级中评价的传感器数据的信息连同也与评价有关的车辆信息共同传送给外侧/外界(即不位于车辆中)的用于数据处理的装置，以便能够在所述装置处进一步评价所述数据。如此，在本实施方式中，对数据的处理多级式地顺序地依次进行。因此，根据评价的类型和复杂度，不同的任务可以由不同的装置承担。
这种多级式的评价的优点例如是，车辆侧的评价单元仅必须具有相对低的计算能力。而中央评价单元的计算能力在需要时能更容易地扩展。此外，能够考虑到在车辆本身中不可及的另外的数据、例如其他车辆的数据，并且因此可以进行更广泛的评价。如此，可以利用外侧的中央评价单元在世界范围例如对类似的车辆情况进行对比。因此，如果相同的问题普遍出现、但所述问题对于个别车辆而言并不已知，则所述中央评价单元可以针对相应的评价案例从其他车辆或车队学习。因此供评价使用的数据量明显更大，以便预先检测可能的故障。
在上一段中之前描述的有利的实施方式中，所述外侧的用于数据处理的装置应视为所述系统的一部分并且具有至少一个数据库和/或网络服务器。
在这两段中之前描述的有利的实施方式中，优选经由WLAN和/或无线电进行通信，以便保证畅通的且作用距离较远的数据交换。
在另一种有利的实施方式中，所述外侧的装置配置为能够长期地存储不同车辆的数据，并且所述外侧的装置具有输出单元，以便能够将数据集合地输出给操作人员。
在另一种有利的实施方式中，所述传感器和所述车辆侧的评价单元设置在一个Can总线网络(其中，所述评价单元作为总线主设备起作用)或以太网中。如有必要，所述传感器具有信号转换器，所述信号转换器这样转换信号，以便所述信号可以在相应的网络中传送。在此，所述传感器信号优选经由屏蔽线被从所述传感器输送到所述评价单元。
此外，在另一种有利的实施方式中，所述系统在必须转换信号的位置处具有信号转换器，所述信号转换器例如对传感器信号进行转换以便传输给评价单元或以便传输给外侧的数据接收单元。如果信号必须被更频繁地转换以便在所述系统的不同组成部分之间传输，则相应地设置有多个信号转换器。这些信号转换器可以以已经集成在所述传感器中的方式实施。
在本发明的另一种有利的实施方式中，所述系统实施在中央制动控制装置中。因此，对于所述评价单元而言，车辆的其他的诊断信号和控制信号、例如空气供应设备的压缩机的变频器的数据、天气数据或关于当前车辆运行的信息附加地是可及的。
附图说明
下面借助两个附图更详细地阐述本发明的实施方案。
图1示出本发明的一种实施方式的示意图，其中，示图限于对空气供应设备的压缩机的监控。
图2示出用于对空气供应设备的压缩机进行监控的传感器的一种可行的布置结构的实施方式。
具体实施方式
图1中的传感器2采集压缩机1的与运行有关的温度和压力。在此，这些传感器中的一部分获取压缩机1的状态信号、例如气缸壁温度、油温、在两个压缩机级之间的中间压力、在最后的压缩机级之后的终了压力或借助于对在压缩机中的空气的空气湿度和温度的测量值来间接地获取压力露点。这些传感器中的其他部分采集如下参数：所述参数的测量信号用作参考信号。所述参考信号例如是外部空气温度、进气温度、冷却空气温度或进气压力。在此，传感机构构造为，使得对于每个状态信号都采集相同类型的参考信号。在此，一个参考信号也可以对于多个状态信号用作参考。
下面借助图2来阐述对传感器的一种选择的示例性布置结构的说明。
还设置有评价单元3，所述评价单元对传感器2的获取的信号进行评价。在此，传感器2和评价单元3设置在(未示出的)CAN总线网络中，其中，评价单元3是CAN总线主设备。为了传送传感器数据，信号通过信号转换器转换成CAN总线信号。
在评价单元3中可以进行简单的评价过程、例如在状态信号与参考信号之间的比较或在状态信号与相应的最大值之间的比较。将这些比较的结果连同所有与车辆有关的数据或所有采集到的传感器信号共同传送给数据传输单元4。
所述数据传输单元将数据要么传送给空气供应设备的控制单元10，要么传送给外侧的数据接收单元5。控制单元10将信息处理成对空气供给单元和因此对压缩机1的控制指令，由此可以实现经由驱控压缩机1的变流器13来改变压缩机1的运行模式。此外，评价单元3也可以使用变流器监控的内部信号、例如变流器温度和电流消耗。以此，可以快速地且短期地对未预见的情况做出反应并推导出运行行为的结果。
通过将控制单元集成到完整的列车控制系统中，对于不可避免的紧急运行的情况可以由来自列车控制系统的信号压过/盖过(überstimmen)诊断装置的信号。即，在控制单元中信号的加权是可行的。
通过将数据传送给外侧的用于数据处理的装置(14)的数据接收单元5，还可以使得所述数据长期地在数据库中并且在本实施方式中经由一个网络服务器7对于不同的用户可及。
此外，所述数据从数据接收单元5传到外侧的中央评价单元8。所述中央评价单元也与网络服务器7的数据库连接并且因此也获取不是由车辆的传感器采集的附加信息。借助于所述附加信息和可简单扩展的计算能力(例如在计算中心中)可以对数据进行更全面的评价。
随后将评价的结果经由外侧的用于数据处理的装置(14)的输出单元9输出给用户，或经由集成在控制单元10中的接收单元发送回控制单元10，所述控制单元又促使压缩机1的运行策略改变。
例如，如果所述系统识别到：活塞式压缩机的气缸或螺杆式压缩机的油温面临超过最高温度的危险，则控制单元10可以降低所述压缩机的转速，以便减少进一步进入系统中的温度并遵守允许的温度，并且尽管如此仍然可以确保最低要求的系统压力。
在由于空气需求量低而没有达到运行温度并且由此存在由于在油中的积水而导致压缩机损坏的危险的压缩机中，压缩机监控和控制单元的组合能实现控制压缩机1的转速提高的可能性。因此，所述压缩机在允许的上压力水平运行，由此更快速地达到升高的温度水平以便水蒸发。同时打开阀，以便在车辆本身中的压力水平不进一步升高，并且以便水能够以水蒸汽的形式尽可能快速地离开所述系统。通过提高转速、即通过更快速地排出水，与以较低的转速运行时的情况相比可以更快速地消除由于在油中的积水而导致压缩机损坏的危险。在需要的情况下还可以提升亦或降低用于冷却压缩机或变流器的电风机的冷却功率。以此可以有针对性地不仅识别由运行决定的影响而且识别外部的影响并采取与需求相符的对策。
要指出的是，在其他的实施方式中，对传感器数据的评价可以仅在车辆方面(即在车辆本身中)或仅在外侧(即在车辆之外)进行。
图2示出用于对空气供应设备的压缩机1进行监控的不同传感器的一种可行的布置结构。在所示出的实施方式中，压缩机1是两级式的活塞式压缩机，两个气缸盖1a和1b在一侧，并且一个另外的气缸盖在另一侧。紧挨在所述压缩机的各气缸旁，在一侧设置有风机11，所述风机利用环境空气冷却各气缸1。在另一侧是压缩机1的进气箱12。各气缸由一个电机运行，所述电机位于与压缩机的风机11相对置的端部处。在所示出的视角中难以看出的低压气缸位于具有一个气缸的那侧。在具有两个气缸的那侧，前面的、风机侧的、较小的气缸是高压气缸(1b)，后面的、电机侧的气缸也是低压气缸(1a)。
在从前方看向冷却装置时，所述冷却装置被水平地划分。通过两个低压气缸进行的第一压缩的压力(中间压力)位于下部区域中，在第二压缩之后的压力(系统压力、终了压力)位于上部区域中。
一个紧挨地设置在风机11前的温度传感器测量环境空气紧在进入到风机11之前的温度。因此，这种环境空气温度表示所述系统的冷却空气温度T1。另一个温度传感器测量在气缸壁1b上的温度T2。最后，第三温度传感器测量被压缩的空气在从压缩机出来之后且在进入到未示出的空气干燥器中之前的温度。在此，管13是压缩机1和空气干燥器之间的连接件。这个温度即是空气干燥器入口温度T3。
一个压力传感器在进气箱12中测量进气负压p1，而另一个压力传感器在两级式的活塞式压缩机的两个压缩机级之间的中间回路中测量中间回路压力p2。类似于测量空气干燥器入口温度T3，第三压力传感器测量在空气从压缩机出来之后且在进入到未示出的空气干燥器中之前的终了压力p3。
借助于这些测量信号，可以由状态信号和参考信号形成值对以便监控压缩机1。在此，进气温度T1可以用作参考信号，并且气缸壁温度T2以及空气干燥器入口温度T3可以用作状态信号。与此类似，可以将进气负压p1定义为参考信号，并且将中间回路压力p2或终了压力p3定义为状态信号。
附图标记列表
1 压缩机
1a 压缩机级a气缸盖
1b 压缩机级b气缸盖
2 传感器
3 (车辆侧的)评价单元
4 数据传输单元
5 数据接收单元
6 数据库
7 网络服务器
8 (外侧的)评价单元
9 输出单元
10 控制单元
11 风机
12 进气箱
13 管
T1 冷却空气温度
T2 气缸壁温度
T3 空气干燥器入口温度
p1 进气负压
p2 中间回路压力
p3 终了压力

Claims (11)

1.用于诊断和监控空气供应设备的系统，所述系统具有：
压缩机(1)，配置为用于提供压缩空气；
空气干燥器，配置为用于从在所述系统中的被压缩的空气中除去湿气；
至少两个传感器(2)，其中，一个传感器(2)配置并设置为用于采集要监控的构件的状态信号，并且另一个传感器(2)配置并设置为用于采集与所述要监控的构件有关的参考信号；
评价单元(3)，配置为用于评价所述传感器(2)的信号，其中，
所述评价单元(3)还配置为用于借助于评价逻辑来将传感器信号转换成维护信号和/或控制信号，所述维护信号和/或控制信号控制所述空气供应设备的运行模式。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器(2)中的至少一个传感器配置并设置为，使得根据所述压缩机(1)的类型，所述至少一个传感器采集冷却空气温度、进气温度、气缸壁温度、油温、输出温度、终了压力和/或进气负压，以对所述压缩机(1)进行状态监控和控制。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述传感器(2)配置并设置为用于获取在冷却空气入口处的温度作为参考信号和获取构件温度或油温作为状态信号，和/或获取在过程开始时的空气的温度作为参考信号和获取构件温度或油温作为状态信号，和/或获取进气压力作为参考信号和获取中间压力或终了压力作为状态信号，和/或获取空气温度作为参考信号和基于在压缩机中的空气的空气湿度和温度的测量值获取压力露点作为状态信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统具有数据传输单元(4)，所述数据传输单元配置为用于将已评价的或未评价的信息从车辆传送至外侧的用于数据处理的装置(14)。
5.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述系统具有车辆侧的评价单元(3)和外侧的用于数据处理的装置(14)，所述车辆侧的评价单元和所述外侧的用于数据处理的装置配置为用于多级式地实施对传感器信号的评价。
6.根据前述两个权利要求中任一项所述的系统，其中，所述外侧的用于数据处理的装置(14)是所述系统的一部分并且具有至少一个数据库和/或网络服务器(7)。
7.根据前述权利要求4至6中任一项所述的系统，其中，所述系统配置为，使得在所述车辆与所述外侧的用于数据处理的装置(14)之间的数据传输借助于WLAN和/或无线电进行。
8.根据前述权利要求6所述的系统，其中，所述外侧的用于数据处理的装置配置为用于收集不同车辆的不同的诊断系统的数据，并且所述外侧的用于数据处理的装置具有输出单元(9)，所述输出单元配置为用于将不同车辆的数据共同输出。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，设置有Can总线网络或以太网，并且所述传感器(2)和所述评价单元(3)设置在所述Can总线网络或所述以太网中，并且所述评价单元(3)在所述Can总线网络中配置为用作总线主设备，其中，所述系统(2)具有信号转换器，所述信号转换器配置为转换信号，使得所述信号适合于在相应的网络中或向外侧的评价单元传输。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统具有信号转换器，所述信号转换器配置为用于对所述传感器信号进行转换以便传输给所述评价单元(3)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述车辆侧的评价单元实施在中央制动控制装置中。
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