CN1930535A - 传动装置以及运行传动装置的方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的传动装置(10)具有用于采集代表该传动装置(10)的运行状态的参数的传感器(12)，它与一个属于该传动装置(10)的分析单元(16)连接，其中，所述分析单元(16)通过第一数据总线(15)与传感器(12)和/或调整元件(13)连接。根据本发明的方法用于运行传动装置(10)，其具有分析单元(16)和通过第一数据总线(15)与其连接的传感器(12)和/或调整元件(13)，在此，所述传感器(12)采集代表所述传动装置(10)的运行状态的测量参数并向所述分析单元(16)传输。
Description
诸如电动机和液压传动的传动装置，以不同的参数和配置应用在广泛的应用领域中。至少在较大的传动装置中通常通过传感器采集规定的运行参数，例如冷却液的温度或者电动机或电磁铁的绕组的温度。在此，传感器安装在测量点上，并且分别为传感器分配的连接线引向一个分析单元，该分析单元进一步处理传感器数据以及必要时还进行转发。通过分析单元经由数据总线与外部控制设备的通信，可以根据电容器采集的数据进行传动装置的运行。在此，从分析单元向控制设备的数据传输尤其是通过由控制单元发起的询问而进行的。
正是在电动机、特别是在较大的电动机中总是经常需要另外的传感器。例如，通过单独的传感器还采集电动机的转子的滚动轴承或者别的轴承系统的温度、除冷却水前行程温度外还有冷却水回程温度、绕组温度、所产生的转矩等等。对于所有这些另外的传感器需要至分析单元单独的数据线。此外，必须根据连接的传感器来配置分析单元，这意味着，特别是当在不同的配置中使用一个电动机时，在分析单元中每一这样的配置需要一个自身的控制器，该控制器根据所连接的传感器和可能的其它调节器而得到配置，以便控制和分析这些传感器和调节器。
本发明要解决的技术问题在于，与此相对地减少在分析单元的区域中的配置开销，并且可以利用传动装置和所述分析单元的标准组合，实现就带有传感器的传动装置的配置而言尽可能大的灵活性。
本发明的上述技术问题，是通过根据本发明的传动装置以及通过用于运行传动装置的按照本发明的方法解决的。
根据本发明的传动装置具有用于采集代表传动装置的运行状态的参数的传感器，这些传感器与属于该传动装置的分析单元连接，其中，该分析单元与所述来自大批传感器和调整元件的至少一个元件通过第一数据总线连接。
通过把大批传感器和调整元件中的元件经由数据总线与分析单元连接，能够实现传动装置的灵活的控制和配置的可变的结构。传感器和分析单元之间的第一数据总线的总线结构，亦即星形、环形、直线形或它们的组合，由专业人员根据需要以及对于网络的特征、其可变性和该网络在其内所敷设的环境的特征(例如电磁波，温度保护)的要求进行调整。网络的传输介质也不必强制建立在电的基础上。虽然可以例如用屏蔽电缆在用电信号传输的有线的基础上实现第一数据总线，但是也可以考虑光学总线，例如使用玻璃纤缆或者在可视光区域或者红外区域中的纯粹的光学传输段，以及通过电磁波的无缆传输信号的数据总线。
既可以仅仅将传感器也可以仅仅将调整元件与分析单元连接。大多数情况是既将传感器也将调整元件连接在第一数据总线上。
网络的优点首先在于，数据在传感器、调整元件和分析单元之间能够以确定的协议传输。在此，向分析单元的信息传输既可以周期地循环进行，也可以通过由分析单元发起的询问进行。数据传输的协议同样可以适应环境影响，数据总线的设计也一样。例如，在大的干扰影响的情况下可以选择特别优良的抗干扰的协议格式。
除传感器外，在传动装置中也可以设置调整元件，其通过第一数据总线与分析单元连接。例如，可以在步进电动机或者其它的线性驱动中提供开关装置、阀门、压电传动装置、制动装置或者联锁设备，它们直接作用于电动机或电动机的驱动轴。例如，它们在转子上不存在驱动转矩的条件下阻碍转子的转动，这至少保证转子处于静止。在这种情况下，通过分析单元对调整元件既可以进行控制也可以进行监视。为此，可以把关于调整元件的传感器数据和状态信息送至分析单元，在此这点是通过第一数据总线进行。
按照本发明的有利的结构，分析单元通过第二数据总线与控制设备连接，使得上级的控制/调节装置能够调用分析单元的信息和/或向其传输指令、信息。
因此，在该有利的结构中，不仅传感器、而且直接属于传动装置的调整元件与分析单元连接，并且于是由一个与分析单元连接的控制设备控制，以及相应地也可间接由该控制设备询问关于调整元件的状态数据。这点是这样一种措施：它首先直接涉及传动装置中这种调整元件的功能和控制，而且同时也提高了传动装置和调整元件的运行可靠性，因为能够以简单的方式向控制设备传输更多信息，在此仅向控制设备传输关于少数通信装置的信息，这再次实现或者简化了可靠监视和成功通信的可能性。
按照本发明的特别优选的结构，在传感器中除测量数据外并且只要存在的话在调整元件中除其状态信息外，还可向分析单元传输地存放其它的数据，在此，这些其它数据特别至少是标识数据和运行参数数据。
通过可向分析单元传输的标识数据可以保证，分析单元正确识别传感器或者调整元件，并且它能够检验，在该装置的两次运行投入之间是否进行了传感器的更换。由此，能够以简单的形式监视该系统及其部件的状态，使得例如在修理的情况下和维护保养时，一方面检验希望正确连接的所有传感器，另一方面，可以验证所连接的传感器从其类型是否适宜对于该位置的应用。这例如可以从包括传感器的类型、制造商、订货号码和版本号的传感器数据获知。与此，可以将相应的信息特别存储在分析单元内、例如在一个表内，该表根据设备的如下配置确定：在网络的哪些位置必须有传感器，以及在这些地方允许哪些传感器。此外，传动装置还可以具有配置存储器，其内存储通过分析单元可读出的对于传感器、调整元件的配置和特别还有它们各自需要的规范。
通过运行参数数据由传感器向分析单元传输的传输，可以为传感器的每一信号类型确定该数据具有何种格式，并且例如可以通过预先给定额定值和所属的功能值规定一个表征了传感器特性或者测量参数的传感器特性曲线。例如，可以首先在分析单元内进行传感器值的变换，如将电压变换为测量参数、如在传感器领域中主导的温度，并且该变换是取决于传感器的特性曲线的。传感器的最大运行区域、供电电压设计和相似的特征也在该区域内存储。例如，一个这样构造的传感器测量部分电压值以便确定温度。模拟测量的值在传感器中变换为数字值，后者通过第一数据总线向分析单元传输。在分析单元中根据从传感器向分析单元传输来的传感器的特性曲线变换为温度值。然后分析单元在询问时或者周期地向控制设备传输传感器的区域内的温度值，控制设备根据温度值而不是测量的电压值执行它的控制方法。这种处理方式的优点在于，在用具有另外的特征数据的传感器更换传感器时，例如因为通过为单个传感器的测量无制造商容差地确定特性曲线，能够使系统的特性与变化了的传感器适应。如果一个传感器由另一个取代，则通过把该传感器的运行参数数据向分析单元传输而自动考虑，该单个的传感器具有哪些电压温度关系，并把电压信号相应个别地转换为温度值。同时，也可向控制设备询问该单个传感器的运行参数。于是可以既通过控制设备也通过分析单元检验和验证，是否在一个测量位置设置了适宜测量区域的传感器。
根据本发明的优选的结构，传动装置是电动机。该电动机特别是作为伺服驱动如线性驱动，并且此外优选地具有一个在回程闭锁或者制动意义上的调整元件，它在无驱动状态下至少在一个转动方向上阻止电动机的转动。在此，作为属于该电动机的一个传感器，可以提供一个用于采集线性驱动的位置的位置测量系统。
在本发明另外的优选结构中，分析单元设置在传动装置的外壳内，在此，优选地通过一根电缆实现用于通过第二数据总线连接分析单元与控制设备的外壳外侧插接，所述控制设备按照扩展的结构设置在传动装置的外部。这一优选方式能够使分析单元向上到控制设备的基础设施通过一根唯一的电缆进行，该电缆特别是通常的数据电缆。分析单元向下可以使用与传动装置的区域内的特殊情况相适应的总线。在此，分析单元向下的基础设施例如可以存在于多条总线线路内，给它们分别设置了单独的传感器或者调整元件。由此，一方面在传动装置内的布线开销被限制而减小，同时传动装置可以通过标准化的接口独立于分析单元的下行结构由控制设备控制，在此，可用的功能和传感器装置通过分析单元由控制设备可询问地建立。
按照本发明的一种方法用于运行传动装置，其具有一个分析单元和至少一个通过第一数据总线与分析单元连接的大批传感器和调整元件中的元件，其中，传感器或者调整元件向分析单元传输数据。在此，传感器可以以有利的方式采集代表传动装置的运行状态的测量参数并向分析单元传输。
根据优选的结构，分析单元通过第二数据总线向控制设备传输数据。根据这一有利的方法，能够通过一条常规的亦即第二数据总线向外进行通信，同时在分析单元和传感器之间通过第一数据总线进行取决于配置的通信。在此，第二数据总线特别是一条通常的标准化的数据总线，而第一数据总线可以在传动装置范围内与特别的需求专门匹配。在一种这样的数据总线中能够通过长度为1字节的地址位特别简单地执行单个分配的元件例如传感器的寻址，而在随后传输数据。由此，使得分析单元可以寻址通过总线可与其连接的直到256个不同的设备。如果更多设备要与分析单元连接，则必须把地址字段相应地扩大。
在第一和第二数据总线之间特别是可以存在传输速率的不同。这样，控制控制设备与分析单元的通信的第二总线可以采用较慢频率的数据总线，而在传感器和分析单元之间的第一数据总线上的信息传输可以以相当高的速度进行。通过这一措施特别能够使分析单元进行测量值的分析和集中的部分，和把分析后的数据向控制设备传输。
按照本发明方法的优选的结构，无论传感器还是调整元件都借助第一数据总线与分析单元连接，在此，调整元件可通过该数据总线由分析单元控制，并且将数据向分析单元传输。通过这一结构能够在传动装置的区域内设置附加的调整元件，用其控制运行，并在运行期间进行监视。这特别涉及诸如运行制动或者锁定的调整元件，它们在传动装置的运行中能够被激活和禁止。
根据本发明的特别优选的结构，通过与分析单元连接的传感器和调整元件(只要存在就)传输标识数据，这些数据能够实现传感器或者调整元件的单个识别。在此，标识数据特别可以包含传感器的传感器类型、制造商、订货号码和版本以及它的系列号。由此，该传感器相对于所有其它的传感器被个性化，并且通过该标识数据可以在分析单元中检验传感器是否发生了变化，这例如由于验收一个新的传动装置或者用该传动装置控制的装置而发生。特别是还可以检验，内装的传感器或者内装的调整元件从最后撤出运行后和在投入后继的运行之前是否被更换。只要不是这种情况，就可以例如认为不需清除故障或者错误，并且至少启动一次检验。还可以检验所使用的传感器和调整元件对于该应用是否适宜。例如，可以在分析单元内存储一个允许的传感器和传感器种类或者版本号的表，以及校准使用的传感器是否允许。
按照本发明的另外的结构，与分析单元连接的传感器和调整元件至少传输一次包含该传感器或者调整元件的运行参数的运行数据。从调整元件或者传感器向分析单元传输的运行参数数据使能够把传感器信号的分析转移到分析单元中，同时自动地将在分析单元中的分析与实际使用的传感器相适应，而不必单独地调整分析单元。按照本发明的优选的结构，特别当根据标识数据确定传感器或者调整元件迄今未向分析单元登记时，从传感器或者调整元件向分析单元传输运行参数数据。这点在更换传感器时也适用。被更换的传感器在系统投入运行时通过它的标识数据进行登记。当确定分析单元尚未知道该标识数据时，安排传感器向分析单元传输描述它的标识数据。
按照本发明的优选的扩展的结构，在分析单元中执行对由传感器和调整元件获得的数据的分析。在此，例如可以在分析单元中执行从信号电平向测量值的变换，如在电气温度传感器的情况下从测量的电压值向温度的变换。分析单元向控制设备传输处理好的数据而非由传感器采集的数据。这使得能够在控制设备中根据真实的物理参数进行控制，而测量信号的转换和分析交付给外部的分析单元。还可以在分析单元中连续地采集和准备确定传感器的值，然而仅在询问时或者仅在需要时(例如当传感器值偏离额定运行范围时)才向控制设备传输。例如，可以在分析单元中自动监视轴承中的温度是否超过边界值。只在超过该边界值时才从分析单元向控制单元发送信号，通过该信号然后能够在控制设备中采取相应的措施和执行控制例行程序。
在本发明的另外的优选的结构中，在分析单元中根据从传感器和调整元件向分析单元传输来的运行参数数据执行数据的处理。例如，传感器可以向分析单元传输在被测量的参数和测量值之间的传感器特性曲线，该传感器特性曲线对于它个别有效或者是特定于结构类型方式的。这样，温度传感器例如可以当该传感器采集关于在两点之间所测量的参数电压的测量参数温度时，传输它的有效的电压温度特性曲线。如果传感器被更换，则把新装入的传感器的运行参数数据向分析单元传输，以便分析单元总能使用也在当前与分析单元连接的传感器的特性曲线。因此，当部件通过另外的部件被更换时(其中，它们未必具有相同的特征)，能够避免在分析所测量的数据中的错误，这些错误例如可能与维护保养关联出现。
通过在传动装置上设置的配置存储器，可以通过第一数据总线向分析单元传输配置数据，该数据特别包含需要的传感器和调整元件的列表以及要满足的规范。在向分析单元传输这些数据后，能够从它们检验实际的配置关于存在和要求是否足以满足需要。另外可选的方案是，配置存储器也可以在外部保持，而将所需要的数据向分析单元和/或控制设备传输。
除在权利要求外，下面根据在附图中表示的实施例详细说明本发明，其中：
图1表示根据本发明的带有分析单元的传动装置；
图2用示意图表示在传感器和调整元件中存储的标识和运行参数数据；和
图3表示根据本发明的方法的流程图。
图1示出了传动装置10，在所示实施例中它有电动机11作为调整单元。传感器12或者例如调整元件13的数据以及在存储器中存储的表征该传动装置及其实施形式的标识数据，通过第一数据总线15的两条线15a和15b向分析单元16传输。通过存储的标识数据，可以检验对于确定的传感器和控制器的要求是否足够，并可以确定给出了传感器和调整元件的哪些配置。这些可以使用在规范存储器23中存储的可通过分析单元16读出的存储数据进行比较。通过第一数据总线的两条彼此平行设置的线15a和15b，传感器12以及调整元件13向分析单元16传输它们的测量值，还有它们的标识数据以及它们的运行参数数据。分析单元16通过设置在传动装置10的外壳上的接口17通过第二数据总线18与控制设备19连接。
控制单元同样独立进行对由传感器传输来的例如测量值的数据的分析，并且检验标识数据以及适应运行参数数据，只要它们发生了改变。此外，在分析单元中例如通过特性曲线或者特性场进行从所测量的参数例如在温度传感器的情况下的电压到例如与电压值对应的温度的测量参数的转换。
特别可以在时间上周期地向分析单元16进行传感器12和调整元件13的数据的传输。然后，分析单元16要么周期地要么根据需要要么向控制单元19询问来确定测定相应的数据，因为它通过接口17经由第二数据总线与控制设备19连接，第二数据总线可以使用一个完全不同的总线协议，而且它可以涉及在工业应用中按照标准使用的数据总线。在此，控制设备19在空间上设置在传动装置外部或者传动装置可能所属于的设备的外部。在传动装置10的外壳20的所示实施例中设置分析单元16。在外壳的区域内设置，但是同样也可以想到在传动装置附近但是在其外面设置，但是产生较高的连接技术开销。
图2以示意图示出了数据块，它们作为运行参数数据21和标识数据22在传感器的存储器中存储，并可由分析单元读出或者可向分析单元传输。在此，标识数据22特别包含传感器或者调整元件的传感器类型、制造商类型、订货号码以及版本号码，但是也可以包含系列号。
运行参数数据21为传感器的每一信号类型包含传感器要向分析单元传输的数据。它例如可以涉及下面的信息：温度传感器是传输连续的还是阈值开关的数据，加速传感器是测量绝对加速值还是相对加速值，或者以何种测量单位给出位移传感器的值。此外，可以存储关于版本号、格式结构和信号类型中的数据值自身的标识数据。除格式数据外，还可以存储特性曲线数据例如参考值和所属参考参数，以便例如从多个所属的参考值和参考参数对通过外推法确定传感器的特性曲线。关于控制器和传感器的确定的运行电压、运行电流和使用范围的其它限制的设计也可以在信号类型中存储，并为了进一步的处理而向分析单元传输。
图3示出了用于运行传动装置的本发明的方法的流程图。按照该方法的步骤301，在设备投入运行后首先从规范存储器23中读出规范数据，并且通过分析单元16询问所有连接的传感器12和调整元件13的标识数据。按照步骤302，把现在读入的标识数据与存储的标识数据进行比较，并在一个或者多个传感器中偏离的情况下跳转到步骤303。按照步骤303，为已经确定具有偏离的第一传感器在存储器中写入标识数据，并且读入该传感器的运行参数在以后使用。然后返回步骤301。一直执行步骤301、302、303组成的循环，直到在步骤302确定，所有连接的传感器12和调整元件13已经用预先知道的标识和所属运行参数数据在分析单元16的存储器中存储，并能够进行相应的数据处理。然后，前进到步骤304。在步骤304检验是否所有的传感器和调整元件其特征满足需要的需求，以及是否所有按照标识数据14所需要的传感器和调整元件被激活和存在，亦即符合规范数据。如果不是这种情况，则按照步骤305产生一个错误信号，并通过第二数据总线向控制设备19传输。否则，在步骤306通过第二数据总线18向控制设备19传输准备就绪信号。按照步骤307，现在控制设备进行对于通过第一数据总线15向分析单元16传输来的数据和测量值的连续的分析。按照步骤308，周期地或者在被询问时向控制设备19传输该数据，为此使用第二数据总线18。在传动装置和控制单元的整个运行期间连续执行步骤307和308。
Claims (14)
1.一种传动装置(10)，具有用于采集代表运行状态的参数的传感器(12)，具有一个属于传动装置(10)的分析单元(16)，其中，该分析单元(16)与大批传感器(12)和调整元件(13)中的至少一个通过第一数据总线(15)连接。
2.根据权利要求1所述的传动装置(10)，其特征在于，所述分析单元通过第二数据总线(18)与一个至少控制传动装置(10)的运行的控制设备(19)连接。
3.根据权利要求1或2所述的传动装置(10)，其特征在于，无论是传感器(12)还是在传动装置(10)中设置的调整元件(13)，都借助于所述第一数据总线(15)与所述分析单元(16)连接。
4.根据权利要求1到3之一所述的传动装置(10)，其特征在于，传感器(12)和/或调整元件(13)包含可通过分析单元(16)读出的数据，这些数据至少包含标识数据(22)和运行参数数据(21)。
5.根据上述权利要求之一所述的传动装置(10)，其特征在于，所述传动装置(10)是电动机(11)，如伺服驱动装置，特别是线性驱动装置，而作为所述调整元件(13)具有至少一个回程闭锁装置，其阻止在非运行状态中电动机(11)的转动。
6.根据上述权利要求之一所述的传动装置(10)，其特征在于，所述分析单元(16)设置在所述传动装置(10)的外壳(20)内，在此，优选地在外壳侧提供一个插接装置，用于通过第二数据总线(18)与所述控制设备(19)特别是借助电缆连接所述分析单元(16)。
7.一种用于运行传动装置(10)的方法，所述传动装置(10)具有分析单元(16)和至少一个通过第一数据总线(15)与该分析单元(16)连接的元件，该元件是大批传感器(12)和调整元件(13)中元件，其中，所述传感器(12)或者调整元件向所述分析单元传输特别代表传动装置(10)的运行状态的数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，无论传感器(12)还是调整元件(13)都借助第一数据总线(15)与所述分析单元(16)连接，在此，该调整元件(13)可通过数据总线由分析单元(16)控制。
9.根据权利要求7或8之一所述的方法，其特征在于，所述分析单元(16)通过第二数据总线(18)向控制设备(19)传输数据。
10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，从与所述分析单元(16)连接的大批传感器(12)和调整元件(13)中的元件传输能够进行识别的标识数据(22)。
11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，从与所述分析单元(16)连接的大批传感器(12)和调整元件(13)中的元件至少传输一次运行参数数据(21)，该参数数据包含所述传感器或者调整元件的运行参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运行参数数据(21)从传感器(12)或者调整元件(13)向分析单元(16)的传输，至少当根据标识数据(22)确定所述传感器(12)或者调整元件(13)迄今未向该分析单元(16)登记时进行。
13.根据权利要求7至12之一所述的方法，其特征在于，所述分析单元(16)中数据的准备根据运行参数数据(21)进行，该运行参数数据是已经从所述传感器(12)和调整元件(13)向所述分析单元(16)传输的。
14.根据权利要求7至13之一所述的方法，其特征在于，所述分析单元(16)向所述控制设备(19)传输由传感器(12)和调整元件(13)获得的数据，其中，该数据事先至少部分在该分析单元(16)内预加工。
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