CN117337381A - 检测电子装置中的振动异常的方法和相关联系统 - Google Patents
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Abstract
一种通过指示何时超过对应于与相关应用不兼容的机械振动的阈值来检测用于控制电动机(M)或类似机器的电子装置(D)中的振动异常的方法。所述方法包括以下步骤：a)提供与配备有存储器(3)的电子控制单元(2)以可操作方式相关联的振动传感器(1)；b)在学习模式下致动所述装置(D)和所述电机(M)，其中所述电机(M)以时变电流(iA)和速度(wA)操作；c)针对电流(iA)和速度(wA)的每一值测量振动以测量瞬时振动值(vA)且确定参考振动值的第一集合(vA(i，w))；d)将值的所述第一集合(vA(i，w))存储于所述存储器(3)中；e)在操作模式下致动所述装置(D)和所述电机(M)，其中所述电机(M)以时变电流(iL)和速度(wL)操作；f)针对电流(iL)和速度(wL)的每一值测量振动以测量振动值(vL)且确定振动值的第二集合(vL(i，w))；以及g)当所述第二集合(vL(i，w))的值(vL)超过所述第一集合(vA(i，w))的相应值(vA)时触发预警和警报信号。
Description
技术领域
本发明大体上涉及振动检测，且尤其涉及一种检测用于控制电动机或类似机器的电子装置中的振动异常的方法。
本发明还涉及一种用于检测用于控制暴露于振动的电动机、机器或设备的电子装置中的振动异常的系统。
背景技术
长期以来已知电子设备对例如源自电子装置的错误安装或疏忽维护的过度振动高度敏感。
一般来说，过度振动可能会导致装置电路板的组件脱离或脱焊，从而引起故障和连锁故障。
通常，通过在电路板的对振动更敏感的组件上涂覆树脂或胶点或通过用树脂涂布整个电路板来提供振动保护。
还已知将减振机械支撑件应用于电子装置的外部结构或直接应用于待保护的电路板，其中支撑件适当地设定大小以降低对装置的电子组件特别有害的机械频率。
然而，上述解决方案非常昂贵并且由于其构造的机械限制、组件的尺寸或装置的应用限制而不易于适用于任何类型的电子装置。
并且，其它类型的振动现象可能会部分损害上述解决方案，例如由于几乎不可预测的外部环境现象而导致减振支撑件硬化，从而导致损坏电子装置的振动增加。
几乎不可预测的振动现象的一个实例是机械联接到电子装置的移动部件的脱离、故障或异常，与电子装置所容许的机械振动相比，这会增加或加剧机械振动，从而导致其故障。
为了至少部分地消除这些缺陷，已经开发了具有至少一个与配备有存储器单元的电子控制单元相关联的振动传感器的系统，并且所述系统被设计成测量机械振动并收集一定量的数据来建立比较数据库并预测待保护电子装置的机械故障。
然而，此类系统通常依赖于存储在电子装置外部的存储器中的大量数据收集，以借助于云连接来保护，这限制了对具有互联网连接的电子装置的监测能力。
此外，这些系统的准确性和有效性与收集的数据量和应用的一致性成正比，微小的应用差异可能会导致误报。
为了至少部分地消除最后提到的这些缺点，已经开发了振动异常检测方法，其使用与安装在装置中的存储器单元直接相关联的至少一个振动传感器。
EP3514389公开了一种如上文所描述的系统和方法，用于识别连接到泵并由电子装置(例如，逆变器)供电的电机单元的异常振动。
所述系统包括用于检测泵、电动机和逆变器的振动中的至少一者的多个振动传感器。还提供连接到存储器单元的控制单元以存储通过传感器测量的读数。
通过控制单元实施的振动识别方法包含将泵电机的旋转速度逐渐提高到预定旋转速度以存储如由传感器测量的振动值的第一步骤。
在此阶段，控制单元以预定频率间隔将逆变器的频率逐渐增加到最高频率，且在等待逆变器的频率变得稳定的预定时间之后在每一间隔下存储振动值，以随后确定泵的对应操作频率的阈值振动值。
因此，在电机正常操作期间，控制单元分析由传感器测量的振动，并且当测量到的振动值中的至少一者超过其阈值的时间长于预定间隔时，控制单元指示异常振动。
此外，每一阈值振动值包括传感器中的每一者的最小值和最大值，以由此确定容许振动且避免误报的振动范围。通过将数值因数与所存储的值相加或相乘来确定这些最大和最小阈值。
因此，当如由振动传感器测量的振动值中的至少一者高于最大阈值时，控制单元发出警报以指示异常振动且停止电机的操作。另一方面，当所有测量到的振动值低于最大阈值且测量到的振动值中的至少一者高于最小阈值时，控制单元检测到异常振动且发出警报而不停止电机的操作。
此已知解决方案的第一缺陷为确定阈值的振动测量以预定频率间隔和预定采样时间实行且确实考虑对施加到电动机的负载的任何改变。
因此，这种解决方案防止检测由电子装置的错误安装或疏忽维护引起的过度振动，且无法与具有异质的工作循环和/或负载的设备一起使用。
技术问题
鉴于现有技术，通过本发明解决的技术问题是提供对电子装置中的任何振动异常的智能检测，且提供异常操作和故障发生的指示，同时避免误报且提供预防性维护。
发明内容
本发明的目标是通过提供高效且节约成本的用于检测用于控制电动机的电子装置的振动异常的方法和系统来消除上文所讨论的缺陷。
本发明的特定目标是提供避免误报的如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统。
本发明的另一个目标是提供如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统，其可辨识由电子装置的错误安装或疏忽维护引起的过度振动。
本发明的又一目标是提供如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统，其提供对不具有因特网连接的电子装置的监测。
本发明的又一目标是提供如上文所描述用于检测甚至在几乎不可预测的外部环境现象下的振动异常的方法和系统。
本发明的又一目标是提供如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统，其可识别预警阈值和停止阈值以用于停止与装置的电子电路和相关应用不兼容的机械振动。
本发明的另一个目标是提供如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统，其提供监测电子装置的单个应用的振动数据的收集。
本发明的又一目标是提供如上文所描述用于检测振动异常的方法和系统，其可以与具有可变工作循环和负载的设备一起使用。
如下文更清楚地解释，这些和其它目标通过以下方法满足：通过指示何时超过对应于与相关应用不兼容的机械振动的预定阈值来检测用于控制电动机或类似机器的电子装置的振动异常，如权利要求1中所定义。
本发明的方法包含以下步骤：
a)提供与配备有存储器单元的电子控制单元以可操作方式相关联的振动传感器；
b)在学习模式下致动电子装置和电动机，其中电机以时变电流和速度操作；
c)对于每一电流和速度值，通过传感器测量振动以测量瞬时振动值且确定对应于与相关应用不兼容的机械振动的阈值的参考振动值的第一集合；
d)将参考值的第一集合存储于存储器单元中；
e)在监督模式下致动电子装置且在操作模式下致动电动机，其中电机以时变电流和速度操作；
f)对于每一电流和速度值，通过传感器测量振动以测量瞬时振动值且确定操作振动值的第二集合；
g)当值的第二集合的振动值超过参考值的第一集合的相应振动值时，通过电子控制单元触发预警和警报信号。
特征的这种组合提供了对由电子装置的错误安装或由疏忽维护或在不可预测的外部环境现象下引起的过度振动的检测。
有利地，在监督模式下进行测量的步骤之后是确定将与已经存储的每一瞬时振动值相乘的第一预警偏差系数和第二警报偏差系数，以确定在监督模式下进行测量的步骤中的测量误差且避免误报的步骤。
本发明还涉及一种用于检测用于控制电动机、机器或设备的电子装置的振动异常的系统，如权利要求10中所定义。
本发明的有利实施例在附属权利要求项中定义。
附图说明
本发明的另外特征和优点将根据如上文所论述的用于检测用于控制电动机的电子装置中的振动异常的方法和系统的优选非排他性实施例的详细描述而更显而易见，所述方法和系统借助于附图描述为非限制性实例，其中：
图1为本发明方法的框图；
图2为图1的系统和方法的步骤a)的示意图；
图3示意性地示出图1的方法的步骤b)的工作区域和子区划分；
图4和5分别示出图1的方法的步骤a)-d)和步骤e)-g2)的框图；
图6为如在图1的方法的步骤c)和f)中所测量的振动值的显示的示意图。
具体实施方式
特别参考图式，示出了通过指示何时超过对应于与相关应用不兼容的机械振动的预定阈值来检测用于控制电动机M或类似机器的电子装置D的振动异常的方法，如图1中最佳示出。
如本文中所使用，“电子装置”指代具有电子电路(具有功率和/或信号元件)的任何装置，例如逆变器、功率驱动器或类似设备，意图用于调节电动机的电流、频率或旋转速度。
所述方法包含提供与配备有存储器单元3的电子控制单元2以可操作方式相关联的至少一个振动传感器1的第一步骤a)，如图2所示。
优选地，振动传感器1、电子控制单元2和存储器单元3将安装于装置D的电子电路中。然而，这并不排除此类组件可安装于电子装置D外部的电路中，只要与所述电路直接连接。
作为非限制性实例，振动传感器1可为直接或间接检测传感器，或意图检测某些振荡频率的预校准振动传感器，或出于除使用本发明方法外的目的而构造的传感器，例如用于检测在高振荡频率下的机械振动的麦克风。
步骤a)之后为在学习或观察模式下致动电子装置D和致动电动机M的步骤b)，其中电机M以时变电流iA和速度wA操作。
在学习模式下致动电子装置D的此第二步骤b)中，电子控制单元2依据电机M的电流iA和速度wA自动界定电动机M的工作区域。
如图3中示意性地示出，将工作区域划分成子区以形成二维栅格。
接着，对于电流iA和速度wA的每一值且因此对于二维栅格的每一子区，实行步骤c)，包括通过传感器1测量振动以测量电子装置D的瞬时振动值vA。
此类瞬时测量结果vA将提供参考振动值的第一集合vA(i，w)以确定对应于装置D的电子电路不可接受的机械振动的阈值。
有利地，在可由电子装置D的用户调整的预定时间内实行测量步骤c)。
接着，提供将参考振动值的第一集合vA(i，w)存储于存储器单元3中的步骤d)。
通过此布置，振动数据的收集集中于存储器单元3中，这提供对电子装置D和电机M的监测，甚至在远程系统中或不具有因特网覆盖的区域中。
如说明本发明方法的步骤a)-d)的图4的框图中最佳示出，对于电流iA和速度wA的每一值且因此对于二维栅格的每一子区，仅存储在步骤d)中的振动值vA将为高于先前存储的振动值的振动值，以避免二维栅格的给定子区内的重叠或重复振动值vA。这将避免大量数据收集。
在学习模式下进行测量的步骤c)之后为预先确定参考振动值的第一集合vA(i，w)的每一瞬时振动vA的最大持续时间tA的步骤c1)。
一旦已经实行预先确定步骤c1)，如先前步骤b)-d)中所描述的电子装置D和电动机M的学习模式就结束。
作为方法的步骤b)-c)和学习模式的替代方案，参考振动值的第一集合vA(i，w)的振动值vA可预先确定且存储于存储器单元3中。
下一步骤e)包括在监督模式下致动电子装置D和在操作模式下致动电动机M，其中电机M以时变电流iL和速度wL操作。
接着，对于电动机M的电流iL和速度wL的每一值，提供由通过传感器1测量振动以测量瞬时振动值vL和确定振动值的第二集合vL(i，w)组成的步骤f)。
此步骤f)之后为比较振动值的第二集合vL(i，w)的值与存储于存储器单元3中的参考振动值的第一集合vA(i，w)的值。
当值的第二集合vL(i，w)的振动值vL超过参考振动值的第一集合vA(i，w)的相应振动值vA时，提供步骤g)，包括通过电子控制单元2触发预警和警报信号。
如本文中所使用，“预警”指代旨在避免停工时间且适用于由人员请求对电子装置D和/或电动机M的检查的警告。
应了解，如此前所描述的方法能够在特定应用上校准受监测系统。也就是说，可检查如所测量的振动vL是否高于在步骤d)期间预期和存储的振动。并且，这并不排除系统可在操作模式期间检测不对电子件和其组件有害的振动，但在任何情况下高于由相关应用预测的振动。在此情况下，产生预警和警报。
具体地说，在操作模式下进行测量的步骤f)之后为预先确定将与参考振动值的第一集合vA(i，w)的每一瞬时振动值vA相乘的第一预警偏差系数k1和第二警报偏差系数k2以确定步骤f)中的误差测量且避免误报的步骤f1)。
因此，偏差系数k1、k2将由控制单元2使用以预先确定接受窗口，例如呈百分比形式，其中属于可由关系k1·vA(i，w)和k2·vA(i，w)确定的窗口范围内的值的第二集合vL(i，w)的振动偏差vL将被视为可接受的，即使值的第二集合vL(i，w)的振动值vL超过值的第一集合vA(i，w)的瞬时振动值vA。
出于此目的，触发步骤g)包括当值的第二集合vL(i，w)的振动值vL满足关系k1·vA(i，w)＜vL(i，w)＜k2·vA(i，w)时触发预警和当值的第二集合vL(i，w)的振动值vL满足关系vA(i，w)＜k2·vA(i，w)＜vL(i，w)时触发警报信号的步骤g1)。
此外，在操作模式下进行测量的步骤f)之后也是通过振动传感器1针对值的第二集合vL(i，w)的每一振动值vL测量持续时间tL(i，w)的步骤f2)。
也就是说，触发步骤g)包括在值的第二集合vL(i，w)的振动值vL超过其相应振动值k2·vA(i，w)时且在其具有超过最大持续时间值tA的持续时间tL(i，w)时停止电动机M的步骤g2)。
相反地，如果对于超过最大持续时间tA的持续时间tL(i，w)，值的第二集合vL(i，w)的振动vL超过值的第一集合vA(i，w)的瞬时振动值vA，那么即使其值vL在可由关系k1·vA(i，w)＜vL(i，w)＜k2·vA(i，w)确定的范围内，也会产生预警信号。
因此，上述步骤g1)和g2)可在任何灾难性事件可能损坏或永久性地危及电子装置D和电动机M的操作之前提供预防性维护。
图5的框图示意性地示出本发明方法的步骤e)-g2)。
有利地，计算机程序安装于控制单元2中，包括适于实行方法的步骤b)-g2)的程序代码。
程序还适于通过三维曲线图在视觉上表示第一vA(i，w)和值的第二集合vL(i，w)，如图6示意性地所示，以自动或手动显示如测量步骤c)和f)中所测量的值，且检查电子装置D和电动机M的安装效率。
应了解，本发明方法可辨识对装置D的电子电路有害的过度振动的存在，所述过度振动可由电子装置D和/或电动机M的错误安装和疏忽维护或几乎不可预测或完全不可预测的外部环境现象引起。
此外，每当电子装置D通电时实行步骤e)-g2)，以允许针对所关注的电子装置的每一个别应用的振动异常检测。
在另一方面中，本发明提供一种用于检测用于控制暴露于振动的电动机M或机器或设备的电子装置D的振动异常的系统，其中所述系统包括以可操作方式连接到电子存储器3和电子控制单元2的振动传感器1，如上文所描述。
从上文应了解，根据本发明的用于检测用于控制电动机的电子装置的振动异常的方法和系统满足既定目标，即允许指示任何异常操作和故障发生，同时避免误报且提供预防性维护。
在所附权利要求书中公开的本发明概念内，本发明的方法和系统容易有许多变化或变体。
虽然已经特别参考附图描述了方法和系统，但本公开和权利要求书中提及的编号仅用于更好地理解本发明，且不希望以任何方式限制所要求的范围。
本文中提及“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”指示所描述的特定特性、结构或部件包含在本发明主题的至少一个实施例中。
此外，特定特性、结构或部件可以任何合适方式组合在一起以提供一个或多个实施例。
工业适用性
本发明在工业中可适用，因为其可在制造电子控制装置和电动机的工厂中以工业规模生产。
Claims (10)
1.一种通过指示何时超过对应于与相关应用不兼容的机械振动的预定阈值来检测用于控制电动机(M)或类似机器的电子装置(D)中的振动异常的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供与配备有存储器单元(3)的电子控制单元(2)以可操作方式相关联的振动传感器(1)；
b)在学习模式下致动所述电子装置(D)和所述电动机(M)，其中所述电机(M)以时变电流(iA)和速度(wA)操作；
c)对于电流(iA)和速度(wA)的每一值，通过所述传感器(1)测量振动以测量瞬时振动值(vA)且确定参考振动值的第一集合(vA(i，w))；
d)将参考值的所述第一集合(vA(i，w))存储于所述存储器单元(3)中；
e)在监督模式下致动所述电子装置(D)且在操作模式下致动所述电动机(M)，其中所述电机(M)以时变电流(iL)和速度(wL)操作；
f)对于电流(iL)和速度(wL)的每一值，通过所述传感器(1)测量振动以测量瞬时振动值(vL)且确定操作振动值的第二集合(vL(i，w))；
g)当值的所述第二集合(vL(i，w))的振动值(vL)超过参考值的所述第一集合(vA(i，w))的相应振动值(vA)时，通过所述电子控制单元(2)触发预警和警服信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述监督模式下进行测量的所述步骤f)之后为预先确定能与每一瞬时振动值(vA)相乘的第一预警偏差系数(k1)和第二警报偏差系数(k2)以确定所述步骤f)中的测量误差的步骤f2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述触发步骤g)包括当值的所述第二集合(vL(i，w))的振动值(vL)满足关系k1·vA(i，w)＜vL(i，w)＜k2·vA(i，w)时触发预警，且当值的所述第二集合(vL(i，w))的振动值(vL)满足关系vA(i，w)＜k2·VA(i，w)＜vL(i，w)时触发警报的步骤g1)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述学习模式下进行测量的所述步骤c)之后为预先确定参考振动值的所述第一集合(vA(i，w))的每一瞬时振动(vA)的最大持续时间(tA)的步骤c1)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述操作模式下进行测量的所述步骤f)之后为通过所述振动传感器(1)针对值的所述第二集合(vL(i，w))的每一振动值测量持续时间(tL(i，w))的步骤f2)。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述触发步骤g)包括在值的所述第二集合(vL(i，w))的振动值(vL)超过参考值的所述第一集合的相应振动值k2·vA(i，w)时和在其具有超过所述最大持续时间值(tA)的持续时间(tL(i，w))时停止所述电动机(M)的步骤g2)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算机程序安装于所述控制单元(2)中，以用于在三维曲线图中在视觉上表示所述第一(vA(i，w))和值的所述第二集合(vL(i，w))，以显示如所述测量步骤c)和f)中所测量的所述值且检查所述电了装置(D)和所述电动机(M)的高效安装。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述测量步骤c)实行预先确定且可调整的时间。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，每当所述电子装置(D)通电时，实行所述步骤e)-g2)。
10.一种用于检测用于控制暴露于振动的电动机(M)或机器或设备的电子装置(D)的振动异常的系统，其中所述系统包括以可操作方式连接到电子存储器单元(3)和电子控制单元(2)、被配置成根据根据权利要求1至9中的一项或多项所述的方法操作的振动传感器(1)。
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