DE3715591C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltkontrolle von Magnetventilen, insbesondere bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen u. dgl., durch Bestimmung der Induktivi­ tät der Magnetspule auf dem Wege der Strommessung und Auswertung der ermittelten Meßwerte mittels einer elektro­ nischen Auswerteeinheit. Ferner ist die Erfindung auf eine Einrichtung zur Schaltkontrolle von Elektromagnetventilen bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen u. dgl. gerich­ tet.

Bei Verwendung von Magnetventilen besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Schaltkontrolle dieser Ventile mit Rückmeldung der Schaltstellung ihres Ankers gegenüber der von Gleichstrom beaufschlagbaren Spule. Diese Forde­ rung besteht in besonderem Maße bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen, bei welchen jeder einzelnen Ausbauein­ heit des Gewinnungsbetriebs zur Durchführung der verschie­ denen Arbeitsvorgänge eine größere Anzahl an Magnetventi­ len zugeordnet ist, die von einer mit einem Mikroprozessor versehenen Steuereinheit angesteuert bzw. elektrisch ge­ schaltet werden. Insbesondere unter den im Grubenbetrieb vorherrschenden Einsatzbedingungen kann ein Versagen der Magnetventile nicht zuverlässig ausgeschlossen werden. Ein Versagen der Magnetventile kann schwerwiegende Aus­ wirkungen haben. Es ist daher erforderlich, das Versagen von Magnetventilen im Einsatz möglichst umgehend festzustellen, so daß im Bedarfsfall auch ein rasches Auswechseln dieser Ventile möglich ist.

Bei Magnetventilen, die für Ausbausteuerungen bestimmt sind, ist es bekannt, im Stromkreis der Gleichstrommagnete Leucht­ dioden zur Schaltbetätigung anzuordnen (DE-OS 29 23 694). Mit dieser Maßnahme ist aber lediglich eine Kontrolle dar­ über möglich, ob im Stromkreis der Magnetventile Strom fließt, nicht aber darüber, ob die Anker der Magnetventile die Schaltbewegungen funktionsgerecht ausführen oder ggf. in einer Schaltposition hängengeblieben sind.

Aus der DE-OS 26 02 906 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Fehler­ erkennung bei mit Magnetspulen arbeitenden Geräten bekannt, bei der die Funktionskontrolle bei elektrischer Aktivierung der Magnetspulen in der Weise durchgeführt wird, daß ein Signal erzeugt wird, welches den Zeitpunkt anzeigt, zu dem der Spulenanker in seine Schaltposition gelangt. Fällt das vorgenannte Positionssignal aus einem vorbestimmten Zeit­ intervall heraus, so wird ein Fehlersignal geliefert. Die Kontrolleinrichtung umfaßt im einzelnen eine Detektorvor­ richtung zur Feststellung der Ankerverstellung der Magnet­ spule, ferner eine Steuereinrichtung mit einer Vorrichtung, die ein vorbestimmtes Zeitintervall für die Ankerverstellung festlegt, sowie eine Anzeigevorrichtung, die das Fehler­ signal liefert.

Die vorgenannte bekannte Kontrolleinrichtung ist vor allem darauf abgestellt, bei mit hohen Stellgeschwindigkeiten arbeitenden Geräten die Geschwindigkeit der Ankerverstel­ lung festzustellen. Die Funktionskontrolle erfolgt bei Aktivierung der Magnetspule, d. h. bei betriebsbedingter Stromeinschaltung. Dabei wird der Verlauf des Spulenstroms gemessen. Eine Wendedetektorschaltung spricht auf den Strom durch die Magnetspule an und ermittelt den Zeitpunkt, zu dem der Anker in die Stellposition gelangt. Die Funktionskontrolle erfolgt hier also durch Strom- und Zeit­ messungen; sie ist stets mit dem betriebsbedingten Schalt­ vorgang verknüpft.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und funktions­ sicheres Verfahren oder eine Einrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der es möglich ist, die Schaltstellung des Spulen­ ankers von Elektromagnetventilen zeitunabhängig vom Ein­ schaltvorgang der Magnetspule zwecks Ventilschaltung durch­ zuführen, so daß die Kontrolle der jeweiligen Schaltstel­ lung der elektromagnetisch geschalteten Ventile zu jeder gewünschten Zeit möglich ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren dadurch gelöst, daß zunächst die Magnetspule zur Ankerverstellung an den Strom gelegt und erste nach Ein­ stellen des maximalen Einschaltstromes der Strom kurzzeitig abgeschaltet und nach einem definierten Zeitintervall wie­ der eingeschaltet wird, und daß nach dem Abschalten und/ oder bei bzw. nach Wiedereinschalten der Stromwert auf der Stromabfallkurve und/oder auf der Stromanstiegskurve zu einem definierten Zeitpunkt gemessen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die Induktivität einer Magnetspule abhängig ist von der Po­ sition des Ankers gegenüber der Spule. Damit ist es möglich, über die Bestimmung der Induktivität, d. h. über eine Strom­ messung die Position des Ankers, d. h. die Schaltstellung des Magnetventils festzustellen und eine Rückmeldung der Anker- Schaltstellung zu erhalten, ohne daß am Magnetventil selbst eine die Anker-Schaltstellung abtastende Sensorik vorgesehen zu werden braucht. Die Rückmeldung erfolgt bei einer elektro­ hydraulischen Ausbausteuerung zu dem die elektronische Aus­ werteeinheit aufweisenden Steuergerät hin, von dem aus das Magnetventil angesteuert wird. Hierbei kann der Mikroprozes­ sor des Steuergerätes zugleich die Auswerteeinheit bilden, welche die gemessenen Stromwerte im Sinne der Schaltkontrolle auswertet.

Die von der Ankerstellung abhängige Induktivität der Spule des Magnetventils bewirkt, daß beim Schließen und Öffnen des Gleichstromkreises der Spule die Stromanstiegskurve und die Stromabfallkurve bei abgefallenem Anker einen anderen Verlauf hat als bei angezogenem Anker, wobei der Anstieg bzw. die Neigung der Kurven je nach Konstruktion des Magnetventils unterschiedlich sind. In jedem Fall kann durch Bestimmung des Kurvenverlaufs bzw. des Kurvenanstiegs die Zeitkonstante des Stromverlaufs und damit der Schaltzustand des Magnet­ ventils festgestellt werden. Die Schaltkontrolle läßt sich auch unabhängig von der betrieblich geforderten Schaltung der Magnetventile zu jedem gewünschten oder vorbestimmten Zeitpunkt durchführen. Bei eigensicheren Magnetventilen, wie sie vor allem bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen im Kohlebergbau Verwendung finden, empfiehlt es sich, die Strommessung im externen Stromkreis vor einer der Eigen­ sicherheit dienenden Diodenbrücke (Gleichrichterbrücke), also in der elektronischen Steuereinheit selbst durchzu­ führen. Insbesondere bei Anordnung mehrerer Magnetventile, die sich auch gleichzeitig einschalten lassen und an einer gemeinamen Stromversorgung angeschlossen sind, empfiehlt es sich, die Schaltkontrolle so durchzuführen, daß aus den gemessenen Stromwerten der Stromabfallkurve und/oder der Stromanstiegskurve und einem vorbestimmten Strom-Bezugswert sowie dem maximalen Einschaltstrom über die Zeitkonstante der Stromanstiegskurve bzw. der Stromabfallkurve der Magnet­ spule der Schaltzustand des betreffenden Magnetventils be­ stimmt wird. Es wird hier also zusätzlich noch der Strom- Bezugswert, der für die Schaltung des betreffenden Magnet­ ventils den Nullpunkt bildet, sowie der volle Einschalt- Stromwert ermittelt. Mit der Ermittlung des Strom-Bezugswertes wird der Tatsache Rechnung getragen, daß unter Umständen noch weitere Magnetventile eingeschaltet sind, deren Ströme bei der Durchführung der Schaltkontrolle jeweils abgezogen werden müssen. Auf diese Weise kommt man mit einer einzigen Strom­ meßstelle aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit besonderem Vor­ teil bei selbsthaltenden Magnetventilen durchführen, kann aber auch bei nicht-selbsthaltenden Magnetventilen angewen­ det werden, da diese hinsichtlich ihrer Ankerverstellung eine ausreichend große Trägheit aufweisen, so daß der Anker des gemessenen Magnetventils in Ruhe verbleibt, wenn die Zeitspanne zwischen Abschalten und erneutem Einschalten des die Magnetspule durchfließenden Stroms hinreichend kurz ge­ wählt wird.

Wie erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen eingesetzt, bei denen jeder Ausbaueinheit eine elektronische Steuereinheit (Steuergerät) zugeordnet ist, über die mehrere Elektro­ magnetventile einzeln oder gruppenweise ansteuerbar sind. Bei dieser Ausbausteuerung bildet die mit dem Mikroprozessor versehene Steuereinheit, wie erwähnt, zugleich die Auswerte­ einheit, welcher die Strommeßvorrichtung zugeordnet ist. Die elektronische Steuereinheit kann hierbei mit einer optischen und/oder akustischen Kontrollanzeige versehen werden, um ein Versagen der Magnetventile anzuzeigen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. die von der Steuereinheit gebildete Auswerteeinheit so ausgebildet, daß bei einem Schaltfehler eines Magnetventils eine ein- oder auch mehr­ malige Schaltwiederholung ausgelöst wird. Es hat sich ge­ zeigt, daß bei einem Hängenbleiben des Ankers eine Schalt­ wiederholung, d. h. eine erneute Strombeaufschlagung der Magnetspule in vielen Fällen dazu führt, daß der Schalt­ vorgang ausgeführt wird. Falls bei der elektrischen An­ steuerung des Magnetventils dieses nicht schaltet, wird also der Ansteuervorgang bzw. der Schaltbefehl wiederholt, was, wie erwähnt, in vielen Fällen zu dem gewünschten Schalterfolg führt.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einem Diagramm die Induktivität einer Magnetspule in Abhängigkeit von der Schalt­ stellung ihres Ankers;

Fig. 2 in einem Strom-Zeitdiagramm ein bevorzugtes Verfahren zur Schaltkontrolle eines Magnetventils.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils auf der Abszisse die Zeit in Milli-Sekunden und auf der Ordinate die Stromstärke I in Milli-Ampere aufgezeichnet.

Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt den Stromverlauf beim Einschal­ ten des Gleichstromkreises der Spule eines Magnetventils, wo­ bei die Stromanstiegskurve I den Stromverlauf z. B. bei abge­ fallenem Anker und die Stromanstiegskurve II den Stromverlauf z. B. bei angezogenem Anker wiedergibt. Die beiden Kurven I und II zeigen, daß die Induktivität der Spule des Magnet­ ventils stark abhängig ist von der Position des Ankers. Der maximale Spulenstrom, d. h. der Einschaltstrom I ₁, ist für beide Fälle gleich.

Beim Abschalten des Gleichstromkreises der Spule des Magnet­ ventils fällt der Strom von I ₁ ab, wobei die Stromabfallkurve bei abgefallenem Anker steiler abfällt als bei angezogenem Anker.

Je nach Ventilkonstruktion können die Verhältnisse aber auch umgekehrt sein. Dies besagt, daß bei bestimmten Konstruktio­ nen des Magnetventils die Stromanstiegskurve bei angezogenem Anker auch steiler sein kann als bei abgefallenem Anker. Wesentlich für die Schaltkontrolle ist die Unterschiedlich­ keit des Verlaufs der Stromanstiegs- und/oder Stromabfall­ kurve bei abgefallenem und bei angezogenem Anker.

Fig. 2 zeigt ebenfalls in einem Diagramm den typischen Ver­ lauf der Stromanstiegskurve beim Einschalten eines Magnet­ ventils im Zeitpunkt t ₀. Die den Stromverlauf und damit auch die Induktivität wiedergebende Kurve zeigt im Augenblick der Ankerverstellung des Magnetventils einen ausgeprägten Ein­ bruch A, der auf die sprunghafte Änderung der Induktivität bei Ankerverstellung zurückzuführen ist. Der Strom steigt dann nach der bekannten e-Funktion auf den maximalen Einschalt-Stromwert I ₁. Im Zeitpunkt t ₁ wird der Strom in der Magnetspule erneut zu Meßzwecken kurzzeitig abgeschaltet und zum Zeitpunkt t ₂ wieder eingeschaltet. Beim Abschalten im Zeitpunkt t ₁ ergibt sich bei dem gewählten Ausführungs­ beispiel die Stromabfallkurve B, falls zuvor beim Einschal­ ten der Anker angezogen wurde. Ist dies nicht der Fall, so ergibt sich die steilere Stromabfallkurve B′, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Wird die Strommessung im externen Kreis des Magnetventils, also vor der zum Zwecke der Eigensicherheit des Systems vor­ gesehenen Diodenbrücke (Gleichrichterbrücke) an der Steuer­ einheit durchgeführt, so fällt der Strom I ₁ beim Abschalten im Zeitpunkt t ₁ praktisch schlagartig auf I ₀ ab, während im Spulenkreis der Strom nach der Stromabfallkurve B bzw. B′ abfällt. Wird im Zeitpunkt t ₂ der Strom wieder eingeschaltet, so steigt der Strom schlagartig auf I _{M 2} oder I′ _{M 2} an, je nachdem, ob zuvor der Anker der Magnetspule angezogen oder nicht angezogen war, die Stromabfallkurve also den Verlauf B oder B′ hat. Durch Strommessung im definierten Zeitpunkt t ₂, der auf der Stromabfallkurve liegt, kann demgemäß die Schaltstel­ lung des Magnetventils in Abhängigkeit von dessen Kenndaten durch die Auswerteeinheit (elektronische Steuereinheit) er­ mittelt werden.

Auch ist es möglich, in einem definierten Zeitpunkt t ₃ nach erneutem Einschalten des Stromes im Zeitpunkt t ₂ eine Strom­ messung durchzuführen, um auf der Stromanstiegskurve C bzw. C′ den Stromwert I _{M 2} bzw. I′ _{M 2} zu ermitteln, Die Strom­ anstiegskurve C repräsentiert den Stromverlauf bei angezo­ genem Anker, die Stromanstiegskurve C′ dagegen bei abgefal­ lenem Anker. Je nachdem, ob der Anker der Magnetspule ange­ zogen oder abgefallen ist, ergibt sich demgemäß ein unter­ schiedlicher Meßwert für den Strom, so daß aus der Strom­ messung im definierten Zeitpunkt t ₃ ebenfalls Rückschlüsse über den Schaltzustand des Magnetventils gezogen werden können.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, nach Ab­ schalten der Spule im Zeitpunkt t ₁ mehrere Strommessungen auf der Stromabfallkurve und/oder der Stromanstiegskurve durchzuführen und aus den erhaltenen Meßwerten mit Hilfe der Auswerteeinheit den Schaltzustand des Magnetventils zu bestimmen.

In dem Diagramm nach Fig. 2 braucht der den Nullpunkt bil­ dende Stromwert I ₀ nicht unbedingt den Wert Null zu haben. Bei mehreren von einer gemeinsamen Gleichstromquelle ge­ speisten Magnetventilen, die ebenfalls eingeschaltet sind, kann der Stromwert I ₀ einen von Null abweichenden Bezugs- Stromwert bilden, der dabei den relativen Nullpunkt bezüg­ lich der Strommessung des betreffenden Magnetventils dar­ stellt. Es können mit den vorgenannten Messungen auf den Kurven B, B′ bzw. C, C′ auch die Stromwerte I ₀ und I ₁ ge­ messen werden, um aus den so erhaltenen Meßwerten den Schaltzustand des Magnetventils bei Vorhandensein einer Magnetventilgruppe zur ermitteln.

Wie erwähnt, lassen sich die Strommessungen an den Steuer­ einheiten durchführen, die mit den Magnetventilen über elek­ trische Kabel verbunden werden können. An den Magnetventilen selbst brauchen keine Tastorgane vorgesehen zu werden, wel­ che die Ankerstellung abtasten. Die Zeitspanne vom Abschalten im Zeitpunkt t ₁ bis zum erneuten Einschalten im Zeitpunkt t ₂ kann bei nicht-selbsthaltenden Magnetventilen so kurz gewählt werden, daß ihr Anker aufgrund seiner Trägheit über die Meß­ zeitspanne in Ruhe verbleibt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Schaltkontrolle von Magnetventilen, ins­ besondere bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen u. dgl., durch Bestimmung der Induktivität der Magnet­ spule auf dem Wege der Strommessung und Auswertung der ermittelten Meßwerte mittels einer elektronischen Aus­ werteeinheit, dadurch gekennzeich­ net, daß zunächst die Magnetspule zur Ankerverstel­ lung an den Strom gelegt und erst nach Einstellen des maximalen Einschaltstromes (J ₁) der Strom kurzzeitig (zum Zeitpunkt t ₁) abgeschaltet und nach einem definier­ ten Zeitintervall (zum Zeitpunkt t ₂) wieder eingeschal­ tet wird, und daß nach dem Abschalten und/oder bei bzw. nach Wiedereinschalten der Stromwert auf der Strom­ abfallkurve (B, B′) und/oder auf der Stromanstiegs­ kurve (C, C′) zu einem definierten Zeitpunkt (t ₂ und/oder t ₃) gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus den gemessenen Strom­ werten der Stromabfallkurve oder der Stromanstiegskurve und einem vorbestimmten Strom-Bezugswert (I ₀) und dem maximalen Einschaltstrom (I ₁) über die Zeitkonstante der Stromanstiegskurve bzw. der Stromabfallkurve der Magnetspule der Schaltzustand des betreffenden Magnet­ ventils bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zeitspanne (t ₁-t ₂) vom Abschalten (im Zeitpunkt t ₁) bis zum erneuten Ein­ schalten (im Zeitpunkt t ₂) so kurz gewählt wird, daß bei nicht-selbsthaltenden Magnetventilen deren Anker aufgrund seiner Trägheit über die Meßzeitspanne in Ruhe verbleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung an der elektronischen Steuereinheit im externen Stromkreis vor der mit einer Dioden-Gleichrichterbrücke versehenen Magnetventile durchgeführt wird.

5. Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes von Magnetventilen bei elektrohydraulischen Ausbausteuerun­ gen u. dgl., bei denen die Magnetventile, deren Magnet­ spulen zur Ankerverstellung von Gleichstrom beaufschlag­ bar sind, von einer elektronischen Steuereinheit elek­ tronisch ansteuerbar sind, wobei den Magnetventilen eine Schaltkontrolle zugeordnet ist, die zur Bestimmung der Induktivität der Magnetspulen mit einer Strommeßvorrich­ tung und einer die Meßwerte auswertenden elektronischen Auswerteeinheit versehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die von der Steuerein­ heit gebildete Auswerteeinheit mit einer bei einem Schaltfehler eines Magnetventils ausgelösten Schalt­ wiederholung versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit der Ausbau­ steuerung mit einer den Schaltzustand des Magnetventils anzeigenden optischen und/oder akustischen Kontroll­ anzeige versehen ist.