CN112904225B - 执行器的故障检测系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种执行器的故障检测系统，包括：电源，与所述执行器前端相耦接；开关电路，产生控制信号，所述开关电路与所述执行器后端和控制器电路相耦接，并且与电源和所述执行器前端相耦接；控制电路，通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述控制电路相耦接处的电平来确定所述执行器的故障。本发明的方案在不影响正常工作的情况下通过脉冲控制使执行器电压变化，通过电压的变化来判断故障的类型可以判断出是否正常工作或开短路，实现系统的自检。

Description

执行器的故障检测系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，更具体地涉及一种执行器的故障检测系统。

背景技术

在很多电气系统中，当一些执行器出现故障时系统不能正常工作，需要维修人员逐一排查确定故障位置后才能进行维修，为了方便维修系统的自检尤为重要。当有自检功能后，程序监控到有故障发生后会提供一个保护机制并发送到面板或者记忆芯片中，待维修人员查看后直接进行维修。

上述在背景部分公开的信息仅用于对本发明的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种执行器的故障检测系统，在不影响执行器件工作的情况下，利用执行器的机械特性实现实时监测并判断出故障类型，方便了维护检修。

本发明提供了一种执行器的故障检测系统，包括：电源，与所述执行器前端相耦接；开关电路，产生控制电压，所述开关电路与所述执行器后端和控制器电路相耦接，并通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接；控制电路，通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述控制电路相耦接处的电平来确定所述执行器的故障。

根据本发明的一个实施例，其中，所述开关电路通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接；所述控制信号为钳位控制电压；以及所述控制电路包括控制所述执行器的开关控制端，所述控制电路通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平(B)来确定所述执行器的故障。

根据本发明的一个实施例，其中，所述控制电路根据开关电路通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接处的电平(A)、所述控制电路中开关控制端处的电平(C)、以及所述开关电路中产生钳位控制电压处的电平(E)，来判断所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平(B)。

根据本发明的一个实施例，其中，所述开关电路通过第一限流电阻与所述执行器的后端、控制器电路中的开关控制端相耦接，并且，所述开关电路通过第二限流电阻与所述电源相耦接。。

根据本发明的一个实施例，其中所述执行器为具有机械响应时间的执行器。

根据本发明的一个实施例，其中所述执行器为电磁阀。

根据本发明的一个实施例，还包括反向器，将所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平(B)输入反向比较器处理，所述控制电路根据反向比较器处理后的电平(D)来确定所述执行器的故障。

根据本发明的一个实施例，在执行器需要开通/关闭时，所述开关电路在开通/关闭状态以一定的周期产生开通/关闭的脉冲信号。

根据本发明的一个实施例，当执行器处于关闭状态时，所述控制电路读取所述反向比较器处理后的电平(D)为高低电平的个数，当低电平的个数为2时，所述执行器正常工作；当低电平的个数为1时，所述执行器处于开路状态，以及当高电平的个数为1时，所述执行器处于短路状态。

根据本发明的一个实施例，当执行器处于开通状态时，所述控制电路读取所述反向比较器处理后的电平(D)为高低电平的数量，当高电平的数量为2时，所述执行器正常工作；当高电平的数量为3时，所述执行器处于开路状态，以及当高电平的数量为1时，所述执行器处于短路状态。

根据本发明的一个实施例，当所述执行器处于短路状态时，所述控制电路断开所述执行器前端的电源。

根据本发明的一个实施例，其中所述开关电路和/或控制电路为开关芯片和/或主控芯片。

通过本发明的方案，可在执行器工作或非工作状态监测到是否正常或开路、短路，并在短路时提供保护措施。当发生了故障后存储故障数据待维修人员查看，这样方便维修，省时省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个示例性的本发明的执行器的故障检测系统的电路原理图。

图2是根据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器关闭状态时故障检测系统检测时的时序图。

图3是据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器开通状态时故障检测系统检测时的时序图。

图4是据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器的故障检测系统的故障判断示意图。

具体实施例

如在本文中所使用的，词语“第一”、“第二”等可以用于描述本发明的示例性实施例中的元件。这些词语只用于区分一个元件与另一元件，并且对应元件的固有特征或顺序等不受该词语的限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意，而不被解释为具有理想或过于正式的含意，除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。

本领域的技术人员将理解的是，本文中描述的且在附图中说明的本发明的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明的范围内。

下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，省略相关已知功能或配置的详细描述，以避免不必要地遮蔽本发明的技术要点。另外，通篇描述中，相同的附图标记始终指代相同的电路、模块或单元，并且为了简洁，省略对相同电路、模块或单元的重复描述。

此外，应当理解一个或多个方法或其方面可以通过至少一个控制单元或控制器执行。术语“控制单元”，“控制器”,“控制模块”或者“主控模块”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备，存储器或者计算机可读存储介质配置成存储程序指令，而处理器具体配置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且，应当理解，正如本领域普通技术人员将意识到的，以下方法可以通过包括处理器并结合一个或多个其他部件来执行。

现在将参考附图描述本公开，其中贯穿本公开，相似的附图标记用于指代相似的元件，并且其中所示的结构和装置不必按比例绘制。如本文中所利用的，术语“模块”、“部件”、“系统”、“电路”、“元件”、“薄片”、“电路”等旨在指代一组一个或多个电子部件、计算机相关实体、硬件、软件(例如，执行中的)和/或固件。例如，电路或类似术语可以是处理器、在处理器上运行的过程、控制器、对象、可执行程序、存储装置和/或具有处理装置的计算机。通过说明，在服务器上运行的应用程序和服务器也可以是电路。一个或多个电路可以驻留在同一电路内，并且电路可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。本文中可以描述一组元件或一组其他电路，其中术语“组”可以解释为“一个或多个”。

作为另一示例，电路或类似术语可以是具有由电气或电子电路操作的机械零件提供的特定功能的设备，其中电气或电子电路可以由通过一个或多个处理器执行的软件应用程序或固件应用程序来操作。一个或多个处理器可以在设备内部或外部，并且可以执行软件或固件应用程序的至少一部分。作为又一个示例，电路可以是通过电子部件提供特定功能而无需机械零件的设备；电子部件可以在其中包括一个或多个处理器，以执行存储在计算机可读介质和/或固件中的可执行指令，该计算机可读介质和/或固件至少部分地赋予电子部件的功能。

将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以物理地连接或耦合到另一元件，使得电流和/或电磁辐射(例如，信号)可以沿由元件形成的导电路径流动。当元件被描述为彼此耦合或连接时，在元件与另一元件之间可以存在中间导电、电感或电容元件。此外，当彼此耦合或连接时，一个元件能够在另一元件中感应电压或电流或电磁波的传播，而无需物理接触或介入部件。此外，当电压、电流或信号被称为“施加”到元件时，电压、电流或信号可以通过物理连接或通过不涉及物理连接的电容、电磁或电感耦合来传导到该元件。

单词“示例”的使用旨在以具体方式呈现概念。本公开所使用的术语仅出于描述特定示例的目的，并且不旨在限制示例。如本公开中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指示。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”指定所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。

本发明利用执行器具有响应时间的属性，在不影响执行器的工作情况下完一次自检诊断。例如继电器吸合需要几十毫秒，而本发明利用这一特性给控制端微秒级的脉冲并不影响继电器的动作状态。而执行器一般有两种状态，第一种是在没有供电时执行器为关状态，一种为通电后的开状态。通过三处开关管的控制逻辑便可判断出故障的类型。

图1是根据本发明的一个示例性的本发明的执行器的故障检测系统的电路原理图。

如图1所示，1为执行器电源，为执行器提供电力；2为具有机械响应时间的执行器，例如电磁阀，内部是由电磁线圈组成。当驱动电磁使其闭合时，它不会立即闭合大约在几时毫秒后才能闭合；3为开关电路，可以为开关IC芯片，通过高低电平来控制电流通过；4为反相器，其也可为反向比较器，为了更方便的观察逻辑电平来判断故障类型)；5为控制电路，可为主控芯片IC，其也可为普通的单片机芯片，可以输出高低电平以及监测输入电压，连接方式如图1所示。其中R1、R2为限流电阻。

如图1所示，电源1与所述执行器前端相耦接，用于为所述执行器供电；开关电路3，产生控制电压或控制信号,其可为钳位控制电压，所述开关电路3与所述执行器2的后端和控制器电路5相耦接，并通过使能信号与电源2和所述执行器2的前端相耦接；控制电路5，通过判断所述开关电路3与所述执行器2的后端和所述控制电路5相耦接处的电平来确定所述执行器2的故障。

其中，所述控制电路5包括控制所述执行器的开关控制端，所述控制电路通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平来确定所述执行器的故障。

根据本发明的一个或多个实施例，“端”或“口”或“信号处”在本发明中具有同样或类似的含义，都是电路系统中信号在此处的采样值，其可以代表具有实体的元件或器件，也可以仅仅是信号采样的位置，不代表具有实体的元件或器件。

如故1所示，其中A为控制电源使能信号口，即开关电路通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接处的电平；B为执行器后端信号的采样点，即所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平；F为执行器前端的采样点；C为控制执行器开关控制口，即所述控制电路中开关控制端处的电平；E为钳位电压控制口，即所述开关电路中产生钳位控制电压处的电平；D为反相器后端(反向比较器)输入口，即反向比较器处理后的电平(D)。

在执行器有电的情况下，即A点为高电平时，通过C点的高低电平来控制执行器的开通和关闭。而E点是为了配合诊断来控制。

图2是根据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器关闭状态时故障检测系统检测时的时序图。

如图2所示，首先，在执行器关闭时控制电源开关给一个负脉冲，时间远远小于执行器机械响应的时间，对执行器实际的动作没有任何影响。

其次，在控制电源关闭的同时给C点一个高电平，但由于给执行器供电的电源被瞬间断开以及高电平的时间很短，所以执行器不会被打开，而在第一个脉冲结束后在来一个高脉冲时为了方便通过电平数量来判断故障类型。

另外，E点的开关作用是为了在执行器开路时(执行器前段不能正常供电时)也能检测出来。

如图2所示，进入诊断后A、C、E点的脉冲情况会一直影响到执行器后端B点的电压变化。在关状态下一共有三种情况如下：

第一种为：在执行器没有开路或者短路的情况下在A点给一个负脉冲，C点给一个高脉冲后就会将B点的电压拉到地变为一个低电平，而在C点第二次给一个高脉冲后，他会继续将B点的电压拉到地，所以会出现第二个低电平。在执行器正常的情况下E点的第一个负脉冲不会引起任何的电平变化，而E点的第二个负脉冲来到后A点也是一个负脉冲，所以E点在正常情况下不会使B点电压有任何变化，所以在执行器关闭的状态下且执行器正常情况下，B点会出现两个负脉冲。

第二种为：在执行器出现开路故障时，即F点断开无法为执行器供电。所以无论A点电压如何变化都不会影响B点电压的变化，在诊断开始后E点有两个负脉冲，使B点电压下降也为两个负脉冲，当C点出现第二个高脉冲后将从E点控制过来的电压拉到地使B点也为一个负脉冲，所以在执行器关闭状态下出现开路故障后B点会出现3次负脉冲。

第三种为：在执行器出现短路情况下，即执行器前后端F和B短接。此时无论执行器控制信号C点怎么变化都不会影响B点的电压。B点的电压至于A点的控制有关。当A点给一个负脉冲时B点电压也会有一个负脉冲变化。所以在执行器关闭的情况下，B点电压出现一个负脉冲时就认为出现了短路故障。

图3是据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器开通状态时故障检测系统检测时的时序图。

如图3所示，，在执行器开状态时，电源控制A点、钳位控制E点的逻辑时序与执行器关状态时相同，而开关控制信号恰好相反。因为C点一直处于高电平时执行器打开，给很短的负脉冲使其关闭并不会影响执行器实际的状态变化。开通状态下B点电压也有三种情况变化。

第一种为：当执行器正常工作时在电源控制A点和开关控制C点有负脉冲时B点电压为一个正脉冲，因为在C点为高电平且电源有电的情况下会一直将B点的电压拉到地。所以在执行器开状态下B点有两个高脉冲认为是执行器正常工作。

第二种为：当出现执行器开路的情况下，A点的控制对B点的电压没有任何影响，因为执行器为开状态C点为高电平，B点一直为低电平，在A点和C点出现第一个负脉冲时，电源没有电压B点也还是低电平。当C点出现第二个负脉冲后，不在将电压拉到地，所以B点的电压恢复产生一个正脉冲。所以在执行器开状态下，B点出现一个正脉冲认为执行器出现了开路故障。

第三种为：当执行器出现短路时,即F点和B点短接。B点电压受到A点的控制影响，只有电源控制A点有一个负脉冲时，B点的电压才会出现一个负脉冲。所以在执行器开状态下，B点电压出现一个负脉冲时就认为执行器为短路故障。

图4是据本发明的一个示例性的实施例的本发明执行器的故障检测系统的故障判断示意图。

根据本发明的一个或多个实施例，以上主要描述了在不同情况下B点电压变化的情况，为了方便芯片监测处理，在B点端接入一个反向比较器4(或反向器)。对B点的电压进行调节处理后以逻辑电平输入到主控制电路(主控IC芯片)或5。本实施方式中采用一个反相器反向调节后由D端输入到控制电路5，程序根据D端的电平情况来判断故障类型。输入D端的电平如下表所示。

首先跟进整个系统的需求判断是否要使执行器开通，故障的诊断是周期性的，当检测周期到了后通过A、C、E点的时序来影响B点的电压变化，B点的电压经过调节后以逻辑电平输入到芯片，程序根据不同情况下D端的电平情况来判断故障类型。

通过上图读取反向比较器的反馈口D点的电平(即反向比较器处理后的电平)个数便可判断故障类型。当出现短路故障后，将执行器前端的电源断开保护执行器不会被损坏或因短路导致发热起火等问题。

本发明的方案提出了一种脉冲控制方案，此方法需要外部电路实现。如图1的开关电路3器件为开关类IC，可以通过控制电路5可以控制C点电压，来使执行器开通和关断。在实施方案中开关电路可为三极管但可以用类似器件代替。

在本发明的在反馈电路中，即，实施方案中采用的为反相器。在替代方案中可用反向比较器或类似功能的器件实现。

作为本发明示例的上文涉及的附图和本发明的详细描述，用于解释本发明，但不限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员可以很容易地从上面的描述中实现修改。此外，本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外，本领域技术人员可以根据工艺或设备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此，本发明的范围不应该由上文描述的实施例来确定，而是由权利要求及其等同形式来确定。

尽管本发明结合目前被认为是可实现的实施例已经进行了描述，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施例，而相反的，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。

Claims (10)

1.一种执行器的故障检测系统，包括：

电源，与所述执行器前端相耦接；

开关电路，产生控制信号，所述开关电路与所述执行器后端和控制器电路相耦接，并且与电源和所述执行器前端相耦接；

控制电路，通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述控制电路相耦接处的电平来确定所述执行器的故障，

其中，所述开关电路通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接；所述控制信号为钳位控制电压；以及所述控制电路包括控制所述执行器的开关控制端，所述控制电路通过判断所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平（B）来确定所述执行器的故障；

其中，所述控制电路根据开关电路通过使能信号与电源和所述执行器前端相耦接处的电平（A）、所述控制电路中开关控制端处的电平（C）、以及所述开关电路中产生的钳位控制电压处的电平（E），来判断所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平（B），其中在所述执行器开路时，所述开关电路中产生的钳位控制电压处的电平（E）能够被检测到。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关电路通过第一限流电阻与所述执行器的后端、控制器电路中的开关控制端相耦接，并且，所述开关电路通过第二限流电阻与所述电源相耦接。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述执行器为具有机械响应时间的执行器。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述执行器为电磁阀。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括反向器，将所述开关电路与所述执行器后端和所述开关控制端相耦接处的电平（B）输入反向比较器处理，所述控制电路根据反向比较器处理后的电平（D）来确定所述执行器的故障。

6.根据权利要求5所述的系统，在执行器需要开通/关闭时，所述开关电路在开通/关闭状态以一定的周期产生开通/关闭的脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的系统，当执行器处于关闭状态时，所述控制电路读取所述反向比较器处理后的电平（D）为高低电平的个数，

当低电平的个数为2时，所述执行器正常工作；

当低电平的个数为1时，所述执行器处于开路状态，以及

当高电平的个数为1时，所述执行器处于短路状态。

8.根据权利要求6所述的系统，当执行器处于开通状态时，所述控制电路读取所述反向比较器处理后的电平（D）为高低电平的数量，

当高电平的数量为2时，所述执行器正常工作；

当高电平的数量为3时，所述执行器处于开路状态，以及

当高电平的数量为1时，所述执行器处于短路状态。

9.根据权利要求5或6所述的系统，当所述执行器处于短路状态时，所述控制电路断开所述执行器前端的电源。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述开关电路为开关芯片，和/或控制电路为主控芯片。

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