EP1451914A1 - Verfahren zur erkennung eines defekten lüfters und zur erzeugung eines alarmsignals - Google Patents

Verfahren zur erkennung eines defekten lüfters und zur erzeugung eines alarmsignals

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Publication number
EP1451914A1
EP1451914A1 EP02795101A EP02795101A EP1451914A1 EP 1451914 A1 EP1451914 A1 EP 1451914A1 EP 02795101 A EP02795101 A EP 02795101A EP 02795101 A EP02795101 A EP 02795101A EP 1451914 A1 EP1451914 A1 EP 1451914A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
alarm
criterion
flag
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02795101A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Dieter Schondelmaier
Arnold Kuner
Frank Jeske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Publication of EP1451914A1 publication Critical patent/EP1451914A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/093—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against increase beyond, or decrease below, a predetermined level of rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/008—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves

Definitions

  • Electric motors it is regularly required that the operating state of the motor is output in the form of a signal, e.g.
  • the alarm switch-on speed is calculated as a function of the current speed setpoint, an alarm speed is obtained which "moves" with the speed setpoint, ie when it is hot and the speed setpoint is 4500rpm, the alarm turn-on speed is set to 4050rpm, for example, and when it is cold and the Speed setpoint is 1500 rpm, the alarm switch-on speed is set, for example, to 1350 rpm using this method, that is, in both cases, for example to a predetermined percentage of the current speed setpoint.
  • an alarm signal is generated with such a method, it is realistic and shows e.g. indicates that the speed of a rotor, which is prescribed a certain target speed nsoii, has changed so that it is outside a permissible range, e.g. has fallen below 90% of nsoii or has risen above 130%.
  • Another solution to the problem arises from a method for generating an alarm signal in a motor which has a rotor, the actual speed of which is in operation in a normal zone, can deviate from this normal zone in the event of a fault, and is to be monitored for a fault condition , with the following steps: at least one alarm switch-on speed and at least one alarm switch-off speed are determined, the latter of which is closer to the normal zone than the former, with an assigned pair of alarm switch-on speed and alarm switch-off speed defining a hysteresis zone between them; when the speed to be monitored, coming from the hysteresis zone, reaches the alarm switch-on speed, an alarm switch-on criterion is generated; the duration of this alarm activation criterion is monitored from its generation; when this duration reaches a predetermined value, an alarm signal is activated.
  • a motor with an alarm device for monitoring a deviation of the actual speed of the motor from a normal speed zone which motor has: a speed sensor for detecting a value characterizing the actual speed of the motor; an alarm device which is designed to compare the actual speed with a predetermined alarm switch-on speed and a different alarm switch-off speed, which speeds define a hysteresis zone between them, and to activate an alarm switch-on criterion when the alarm switch-on speed is reached; and with a timer for monitoring the alarm switch-on criterion, which timer is designed to activate an alarm signal after the alarm switch-on criterion has been activated for a predetermined period of time.
  • FIG. 2 is a diagram which shows how curves for an alarm switch-on limit 46 and an alarm switch-off limit 44 are calculated on the basis of a speed setpoint curve 32,
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an electric motor which has a four-pole permanent magnetic rotor 50
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a signal HALL, which is generated by the rotor 50 in a Hall IC 60
  • 5 shows the flow chart of a first embodiment of a first module of a program for generating an alarm signal when using fixed alarm limits, as shown in FIG. 1,
  • FIG. 6 shows the flowchart of a second embodiment of a first module of a program for generating an alarm signal, when using alarm limits that are smaller than the target speed and a function of this target speed, as illustrated by an example in FIG. 2,
  • FIG. 8 is a flowchart of a third embodiment of the first module analogous to FIGS. 5 and 6 for the implementation of FIG. 7,
  • FIG. 10 is a flowchart of a fourth embodiment of the first module for implementing FIG. 9.
  • 11 is a flowchart of the second module of a preferred program for generating alarm signals
  • FIG. 13 shows a variant of FIG. 11, which has more functions than the simpler variant according to FIG. 11,
  • FIG. 14 shows an illustration analogous to FIG. 1 to explain the mode of operation of FIG. 13 and 15 shows the representation of an initialization routine.
  • a speed characteristic 20 which e.g. can show the speed curve of a faulty engine during a day, an hour or a minute.
  • nAOn constant alarm switch-on speed
  • nAOff constant alarm switch-off speed
  • the speeds nAOn and nAOff usually have a difference of at least 100 rpm, and this hysteresis zone 23 causes a switching hysteresis, i.e. only a larger speed difference .DELTA.n can cause a signal ALARM (FIG. 1C) generated after the speed to fall below the speed nAOn to be switched off again after the speed nAOff is exceeded.
  • ALARM FIG. 1C
  • the speed 20 falls below the speed nAOff, which causes no changes.
  • the speed 20 also falls below the speed nAOn.
  • This generates an alarm criterion 26, the duration of which is monitored from time t2. (In the following, a direction flag Flag_DIR is used as the alarm criterion.) If the speed 20 is again higher than the switch-on speed 22 within a period tdOn, no alarm signal is generated. If, on the other hand, the alarm criterion 26 remains active for a time which is greater than or equal to the time tdOn, an alarm signal 28 (ALARM 1) is generated. The time tdOn is called the alarm switch-on delay.
  • the actual speed 20 increases again in FIG. 1 and exceeds the alarm switch-on speed nAOn at time t3.
  • the actual speed 20 also exceeds the alarm shutdown speed nAOff.
  • the time tdOff is referred to as the alarm switch-off delay.
  • the delays tdOn and tdOff which are mostly different, are usually in the range of 0.5 to 65 seconds, depending on the type of drive. If the time tdOn is set to ⁇ , an alarm that has been stored remains stored until it has been acknowledged by an operator, e.g. through a manual reset process.
  • Fig. 2 shows an illustration for explaining a preferred embodiment of the invention.
  • a value Ns is plotted on the horizontal axis, which lies here between 0 and 255 and represents a standardized variable which is derived from a target value, e.g. a DC voltage, a temperature, a pressure etc. If a temperature e.g. is between 0 and 100 ° C, it is first converted into a digital value Ns, e.g. 0 ° C can correspond to a digital value of 0 and 100 ° C can correspond to a digital value of 255.
  • a target speed characteristic curve 32 is thus obtained, as shown in FIG. 2 and which is defined by a total of five points 34, 36, 38, 40 and 42.
  • This nominal speed characteristic curve 32 is assigned a characteristic curve 44 which defines the alarm switch-off speed nAOff and a characteristic curve 46 which defines the alarm switch-on speed nAOn.
  • the speeds of the characteristic curve 44 correspond to approximately 87.5% of the target speed and the speeds of the characteristic curve 46 correspond to approximately 80% of the target speed 32.
  • a signal 28 ALARM 1 is switched on if the actual speed nist falls below 2900 rpm during the time tdOn, and it is switched off again if nist during a time tdOff has risen again above 3100 rpm.
  • nsoii has a value of 2500 rpm at point 42, the alarm is switched on at 2000 rpm and is switched off again when nist then rises again above 2190 rpm.
  • the alarm limits therefore "wander" with the current speed setpoint nsoii, so that the occurrence of an alarm signal is a very refined indication that an error may have occurred compared to the previous solutions.
  • the user of such a speed monitoring consequently knows much better whether there could be a fault in his drive and can take countermeasures earlier.
  • Speed values can be defined in different ways. The usual Definition is in U / min (rpm) or U / s (rps).
  • FIG. 3 shows an electric motor 49 with a permanent magnetic rotor 50, which in this example has two north poles and two south poles, all of which have a length of 90 °. to have.
  • the length of a pole is 180 ° el.
  • a Hall IC 60 which is opposite the rotor 50, generates a rectangular signal HALL when it rotates, as shown in FIG. 4 is shown.
  • the electric motor 49 shown has two stator windings 33, 35.
  • the winding 33 is in series with a MOSFET 37 between plus and ground 41, and the winding 35 is in series with a MOSFET 39.
  • a microcontroller ( ⁇ C) 43 is used to control the MOSFETs 37, 39, to which the HALL signals are fed from the Hall IC 60.
  • the ⁇ C 43 contains a commutation control 47 "COMM”, a speed controller 48 "n-CTL”, a calculation element 51 "SW-CALC” for the calculation of a speed setpoint Tsoii for the Controller 48, an alarm controller 54 for generating a signal ALARM in the event that the speed of the motor 49 becomes too high or too low, a ROM 55 for storing a program, and an alarm delay counter 56 "AVZ" which is connected to the alarm controller 54 interacts, which has an output 57 for the signal ALARM.
  • the setpoint calculation 51 is carried out from the outside, e.g. from an external sensor 58, a corresponding signal is supplied and converted in SW-CALC 51 into a speed setpoint nsoii or Tsoii. This is done in particular using a table that e.g. can be stored in ROM 55.
  • the motor 49 shown is only a - very simple - example for any motor - also an internal combustion engine, e.g. a marine diesel - and in no way limits the invention.
  • nsoii is the time Tsoii, e.g. Time per rotor rotation, before.
  • the time TA for the alarm limit of 5000 rpm is longer than that
  • the formula provides a particularly quick calculation
  • the + sign applies if the alarm speed should be lower than the speed setpoint, and the sign - (minus) if the alarm speed should be higher than the speed setpoint.
  • the number x is preferably a number from the series ..., 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16 because these numbers pass easily
  • the alarm speed ⁇ A in this case is 4/3 of the target speed nsoii.
  • the formula (11) you get - as an example - the following speed ratios: x nA / nsoi ⁇
  • the program is preferably divided into short modules, the execution of which can take place in the course of the rotation of the rotor 50 at different points of this rotation, since the generation of an alarm signal or its deletion has a very low priority over other calculations in the motor 49.
  • the calculation of the alarm limits requires that the speed setpoint is determined first. If this is determined from a temperature, the current temperature according to FIG. 2 is first converted into a digital value Ns, e.g. in Fig. 2 the value 105 on the horizontal axis. This value lies between points 36 and 38, i.e. between 2300 and 3000 rpm, i.e. interpolation must be carried out between these two speeds and a set speed nsoii of e.g. 2340 rpm.
  • the times TAOn and TAOff are set in the manner explained.
  • nist is too low, that is, Tist is too high
  • the program goes to S86, where it is checked whether the condition Tist> TAOn is fulfilled for the first time. If yes, the alarm delay counter AVZ 56 is set to 0 in S88 and begins to count. The module then goes to step S90, where it is checked whether the time in the AVZ 56 is already greater than the time tdOn, which is shown in FIG. 1C and was explained there.
  • FIG. 6 shows a module 1b, which is constructed completely analogously to module 1a of FIG. 5 and is used to implement the "wandering alarm limits" which have already been described in detail in connection with FIG. 2.
  • the suffix b is used for the program steps deviating from FIG. 5, e.g. S80b, and the same reference numerals are used for the corresponding program steps as in FIG. 5, and these program steps are not described again.
  • step S82b starting from a (variable) setpoint TSoii, the two alarm times TAOn and TAOff are calculated, and these are used in the subsequent program steps that correspond to FIG. 5. This results in alarm limits that are 2/3 or 4/5 of the current target speed.
  • a higher alarm switch-off speed 64 (nAOff) and an even higher alarm switch-on speed 66 ( ⁇ AO ⁇ ) are assigned to target speed 62 (nsoii).
  • An upper hysteresis zone 68 is located between the speeds 64 and 66.
  • Fig. 8 shows a module 1c S80c for implementing this type of wandering alarm limits.
  • the program steps deviating from FIG. 5 are provided with the suffix c, e.g. S80c.
  • step S82c the alarm limits are calculated, the alarm switch-on speed ⁇ AO ⁇ being twice as high as nsoii, and the alarm switch-off speed nAOff 33% greater than nsoii, cf. Equation (11) and the numerical example there. Since the alarm speeds here are greater than nsoii, the queries must be the reverse of those in FIG. 5, ie in S84c and S86c it is checked whether Tist ⁇ TAOn, and in S96c and S98c it is checked whether Tist> TAOff. The remaining steps correspond to FIG. 5, which is why reference is made to this figure. An alarm is therefore generated here when the motor 49 runs twice as fast as nsoii, and this alarm is switched off again when the speed has dropped to a range below 1.33 times nsoii.
  • a combination of the versions according to Fig. 2 & 6 plus Fig. 7 & 8 is required, i.e. an alarm is to be generated if the motor 49 is running too fast, but also if it is running too slowly.
  • a motor has four wandering alarm limits nAOni, nAot ⁇ , ⁇ AO ⁇ 2 and nA0ff2, which are all calculated depending on the instantaneous value of the target speed nsoii 69.
  • This is a function of the size Ns as described in Fig. 2, e.g. Function of a temperature, a voltage, or some other quantity.
  • the target speed 79 runs the upper alarm cut-off speed 74 nA0ff2, which is 33% above the speed values of the curve nsoii, and above it the upper alarm cut-in speed 75 nA0n2, the value of which is twice nsoii.
  • An upper hysteresis zone 76 lies between curves 74 and 75.
  • An alarm is therefore activated when the actual speed nist - for a certain value Ns - becomes either> nA0n2 or ⁇ nAOni. For example, the current target speed of 2000 rpm, an alarm is switched on when nesting either rises above 4000 rpm or falls below 1333 rpm.
  • the specified alarm speeds can be changed within wide limits by entering the factors x accordingly.
  • FIG. 10 shows the module 1d (S80d) for implementing this function. Again, only the parts that differ from FIG. 5 are described.
  • the speed can be monitored in a speed band which extends above and below the target speed 69 in FIG. 9 and whose width is a function of the current target speed. This enables excellent monitoring of an engine for faulty speeds.
  • 11 shows the second module S110. This is executed after the first module S80.
  • Blocking mode a flag called Flag_Blocked is set to 1, e.g. in S147 of Fig. 15.
  • Module 2 determines why the software is in blocking mode and adjusts the alarm signal accordingly.
  • step S112 a query is made as to whether the software is in the blocking mode. If no, the program goes directly to the end S114 (return) of module 2 and leaves it.
  • the motor is currently in a blocking pause, i.e. he is currently not receiving any electricity. This is determined using a timer that measures the length of the blocking pause. When this has expired, the motor 49 is switched on and tries to start.
  • the program goes via S119 to S114, that is to say the end of the second module. In this state, the ALARM signal is not changed because it is not yet certain whether the attempt to start will succeed.
  • MSB most significant bit
  • step S130 If the most significant bit MSB is not set in S126, the program goes directly to step S130, likewise after S128 and also if the answer in S124 is NO, that is to say the parameter "Stopped" is not activated.
  • nsoii or Tsoii is monitored. If this value corresponds to a speed of 1000 rpm or less, it means that the motor 49 should be switched off, for example because cooling is not required in a mobile radio station in winter.
  • module 3 S140
  • Flag_Blocked has the value 0, that is to say the engine is running normally. If NO, the program goes directly to S144 (Return), ie the end of this module.
  • FIG. 13 shows, as a variant of FIG. 5 or 6, an expanded module 1E with additional functions. This is designated S170.
  • the alarm limits TAOn, TAOff are calculated or entered in the manner described in S172.
  • three conditions are checked in S174, namely whether the actual speed is greater than 500 rpm, whether the actual speed is less than the alarm switch-on speed nAOn, and finally whether a Flag_SpeedLow is set. The latter is set when the motor 49 is in the blocking mode, which has already been described.
  • step S176 it is checked whether a flag called Flag_DIR is set. This shows the tendency in which the speed changes, i.e. whether it decreases or increases.
  • This flag is queried in S176. If it is set, the speed nist was still greater than nAOn on the last run and has now fallen below this limit, because according to S174 Tist> TAOn, S176 is exited via the YES branch and this flag goes to zero in S178 set because the speed has dropped.
  • the AVZ 56 is set to zero and started in S180. Then the routine goes to S182.
  • Flag_DIR now has the value zero, steps S178 and S180 are no longer carried out as long as the rotational speed nist does not rise above nAOff, but in this case S176 is exited via the NO branch and goes directly to S182.
  • a flag called PowerUpAlarm is set to 0 during a reset or initialization (FIG. 15) and then leads to S182 being exited via the YES branch and the program going to S184.
  • the flag PowerUpAlarm which is queried in S182, serves to wait for the alarm delay once when the engine 49 starts. It is set to 1 in FIG. 13 at S190 when the speed of the motor 49 rises above the speed nAOff at the start.
  • this Flag_OnDelayOnce is set to 0 because many customers want an alarm to be displayed after a certain delay so that short errors that repair themselves, so to speak, are not displayed.
  • the program parts are run through on the right-hand side when the ALARM signal has to be deactivated, or when nist speed is even greater than the speed ⁇ AO ⁇ , ie Tact ⁇ TAOn.
  • the alarm must be deactivated, unless the customer requests that the alarm be stored permanently.
  • the deactivation is preferably carried out with a delay tdotf, which can also be set to 0 if necessary.
  • Flag_PowerUpAlarm is set to 1 in S190, since when the limit nAOff is exceeded, the starting phase of the motor 49 can be regarded as complete.
  • the Flag_PowerUpAlarm is set to zero during initialization (Fig. 15).
  • Flag_DIR (cf. S176, 178, 204, 206) enables this program part to be executed quickly and easily.
  • FIG. 14 explains the processes in the flowchart of FIG. 13 using an example.
  • the course of the actual speed nact is shown at 220. For didactic reasons, this process is shown so that many functions can be explained on it.
  • the (constant) alarm switch-on speed ⁇ AO ⁇ is designated by 222
  • the (constant) alarm switch-off speed nAOff by 224
  • the hysteresis zone in between by 226.
  • the direction flag Flag_DIR therefore has the value 1 and the signal ALARM has the value O.
  • the speed 220 returns to the hysteresis zone 226, which causes the AVZ to be periodically reset to 0 via S202, so that the alarm is not cleared.
  • the possibility of changing ALARM is thus blocked or deactivated in hysteresis zone 226, which prevents the ALARM signal from frequently switching.
  • step S234 shows the sequence S234 during the initialization. Initialization takes place after the motor 49 is switched on and during a reset process.
  • step S236 the alarm signal is set to 0 since it is assumed that the motor 49 is OK when it is switched on. It should also be possible to delete an alarm by switching off the motor and switching it on again if the Flag_Alarm_Store in S210 prevents the automatic deletion of an alarm signal.
  • the Flag_PowerUpAlarm is set to 0, which was explained in S182 and which takes effect in S182 when the engine 49 is started.
  • the Flag_SpeedLow is set to 1 because this flag is intended to indicate that the speed is below 500 rpm and because the speed is below 500 rpm when starting.
  • Tist 120,000 ( ⁇ s) is set. This causes the computer to work at a fictitious speed of 500 rpm when starting. This is necessary because otherwise a very long time Tist would be measured at start-up because of the low speed, which could be too long for the registers and could lead to an error.
  • the invention can also be used with an uncontrolled motor, provided that its speed lies in a definable normal zone which is not undercut or exceeded when the engine is running correctly.

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum Erzeugen eines Alarmsignals bei einem Motor, der einen Rotor (50) aufweist, dessen tatsächliche Drehzahl im Betrieb in einer Normalzone (nSoll, Tsoll) liegt, bei einem Fehler von dieser Normalzone abweichen kann, und auf einen Fehlerzustand überwacht werden soll, mit folgenden Schritten : Es wird mindestens eine Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn, TAOn) und mindestens eine Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) festgelegt, von denen die letztere näher bei der Normalzone liegt als erstere, wobei ein zugeordnetes Paar von Alarm-Einschaltdrehzahl und Alarm-Abschaltdrehzahl zwischen sich eine Hysterezone definiert. Wenn die zu überwachende Drehzal, von der Hysteresezone her kommend, die Alarm-Einschaltdrehzahl erreicht, wird ein Alarm-Einschaltkriterium (Flag DIR = 0) erzeugt (Fig. 13: S178). Die Dauer dieses Alarm-Einschaltkriteriums wird überwacht (Fig. 13: S 184, 192). Wenn diese Dauer einen vorgegebenen Wert (tdOn) erreicht, wird ein Alarmsignal (ALARM) aktiviert (Fig. 13: S186, 194). Ein entsprechender Motor wird beschrieben.

Description

VERFAHREN ZUR ERKENNUNG EINES DEFEKTEN LÜFTERS UND ZUR ERZEUGUNG EINES ALARMSIGNALS
Bei Motoren für kritische Antriebsaufgaben, z.B. Brennkraftmaschinen oder
Elektromotoren, wird regelmäßig gefordert, dass der Betriebszustand des Motors in Form eines Signals ausgegeben wird, z.B.
Antrieb = gut, oder
Antrieb = schlecht.
Dies ermöglicht eine frühzeitige Reparatur oder einen frühzeitigen Austausch eines defekten Motors.
Vor allem gilt dies für Lüfter in Mobilfunkstationen, bei denen regelmäßig überwacht werden muss, ob sie sich drehen, und falls ja, ob ihre Drehzahl oberhalb einer vorgegebenen Grenze liegt, welche die Kühlung der Mobilfunkstation sicher stellt.
Aus der DE 43 40 248 A1 (D183 = DE-3008) ist es bekannt, die Drehzahl eines Elektromotors abhängig von der Temperatur eines Sensors zu verändern, so dass dieser Motor bei hohen Temperaturen des Sensors schnell läuft, z.B. mit 4500 U/min, bei niedrigen Temperaturen langsam, z.B. mit 1500 U/min. Außerdem wird bei diesem bekannten Motor in regelmäßigen Abständen überwacht, ob seine Drehzahl eine vorgegebene Alarmdrehzahl von z.B. 1000 U/min unterschreitet, und wenn dies der Fall ist, wird ein Alarmsignal erzeugt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Erzeugen eines Alarmsignals, und einen Motor zur Durchführung eines solchen Verfahrens, bereit zu stellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Dadurch, dass die Alarm-Einschaltdrehzahl abhängig vom augenblicklichen Drehzahl-Sollwert berechnet wird, erhält man eine Alarmdrehzahl, die mit dem Drehzahl-Sollwert "mitwandert", d.h. wenn es heiß ist und der Drehzahl-Sollwert 4500 U/min beträgt, wird die Alarm- Einschaltdrehzahl z.B. auf 4050 U/min festgelegt, und wenn es kalt ist und der Drehzahl-Sollwert beträgt 1500 U/min, so wird nach diesem Verfahren die Alarm-Einschaltdrehzahl z.B. auf 1350 U/min festgelegt, also in beiden Fällen z.B. auf einen vorgegebenen Prozentsatz des augenblicklichen Drehzahl- Sollwerts.
Wenn also bei einem solchen Verfahren ein Alarmsignal erzeugt wird, ist dieses realitätsnah und zeigt z.B. an, dass die Drehzahl eines Rotors, dem eine bestimmte Solldrehzahl nsoii vorgeschrieben ist, sich so geändert hat, dass sie außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, z.B. unter 90 % von nsoii gefallen oder über 130 % gestiegen ist.
Sehr vorteilhaft ist bei einem solchen Verfahren, dass es in eine Mehrzahl von kurzen Routinen aufgeteilt werden kann. Wenn bei einem Elektromotor die Kommutierung durch einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller (μC) gesteuert wird, können solche kurzen Routinen problemlos dort ausgeführt werden, wo der μP/μC gerade "unterbeschäftigt" ist, denn die Kontrolle der Drehzahl auf Fehler, und die Ausgabe eines Alarmsignals bei fehlerhafter Drehzahl, sind meist keine Aufgaben, die rasch ausgeführt werden müssen.
Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Alarmsignals bei einem Motor, der einen Rotor aufweist, dessen tatsächliche Drehzahl im Betrieb in einer Normalzone liegt, bei einem Fehler von dieser Normalzone abweichen kann, und auf einen Fehlerzustand überwacht werden soll, mit folgenden Schritten: Es wird mindestens eine Alarm- Einschaltdrehzahl und mindestens eine Alarm-Abschaltdrehzahl festgelegt, von denen die letztere näher bei der Normalzone liegt als erstere, wobei ein zugeordnetes Paar von Alarm-Einschaltdrehzahl und Alarm-Abschaltdrehzahl zwischen sich eine Hysteresezone definiert; wenn die zu überwachende Drehzahl, von der Hysteresezone her kommend, zur Alarm-Einschaltdrehzahl gelangt, wird ein Alarm-Einschaltkriterium erzeugt; ab seiner Erzeugung wird die Dauer dieses Alarm-Einschaltkriteriums überwacht; wenn diese Dauer einen vorgegebenen Wert erreicht, wird ein Alarmsignal aktiviert. Durch die Überwachung der Dauer des Alarm-Einschaltkriteriums können kurz dauernde Alarmsignale "ausgefiltert" werden, die durch irgendwelche Artefakte entstehen würden, z.B. durch Störsignale oder kurzzeitige Störungen ohne Bedeutung. Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich durch einen Motor mit einer Alarmvorrichtung zur Überwachung einer Abweichung der tatsächlichen Drehzahl des Motors von einer Drehzahl-Normalzone, welcher Motor aufweist: Einen Drehzahlgeber zur Erfassung eines die tatsächliche Drehzahl des Motors charakterisierenden Wertes; eine Alarmvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die tatsächliche Drehzahl mit einer vorgegebenen Alarm-Einschaltdrehzahl und einer davon verschiedenen Alarm-Abschaltdrehzahl zu vergleichen, welche Drehzahlen zwischen sich eine Hysteresezone definieren, und bei Erreichen der Alarm-Einschaltdrehzahl ein Alarm-Einschaltkriterium zu aktivieren; und mit einem Zeitglied zur Überwachung des Alarm-Einschaltkriteriums, welches Zeitglied dazu ausgebildet ist, ein Alarmsignal zu aktivieren, nachdem das Alarm-Einschaltkriterium während einer vorgegebenen Zeitspanne aktiviert war. Man erreicht so, dass die Zahl von Fehlalarmen stark reduziert werden kann, weil derartige Fehlalarme bei einem solchen Motor im Wesentlichen ausgefiltert werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung von Vorgängen bei der Erzeugung eines Alarmsignals,
Fig. 2 eine Darstellung, welche zeigt, wie ausgehend von einer Drehzahl- Sollwertkurve 32 Kurven für eine Alarm-Einschaltgrenze 46 und eine Alarm-Abschaltgrenze 44 berechnet werden,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Elektromotors, welcher einen vierpoligen permanentmagnetischen Rotor 50 hat,
Fig.4 eine schematische Darstellung eines Signals HALL, das durch den Rotor 50 in einem Hall-IC 60 erzeugt wird, Fig. 5 das Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines ersten Moduls eines Programms zur Erzeugung eines Alarmsignals, bei Verwendung von festen Alarmgrenzen, wie in Fig. 1 dargestellt,
Fig. 6 das Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines ersten Moduls eines Programms zur Erzeugung eines Alarmsignals, bei Verwendung von Alarmgrenzen, die kleiner sind als die Solldrehzahl und eine Funktion dieser Solldrehzahl sind, wie an einem Beispiel in Fig. 2 dargestellt,
Fig. 7 ein Schaubild, welches die Erzeugung eines Alarmsignals für den Fall erläutert, dass die tatsächliche Drehzahl eines Motors größer wird als die Solldrehzahl,
Fig. 8 ein Flussdiagramm einer dritten Ausführungsform des ersten Moduls analog Fig. 5 und 6 zur Implementierung von Fig. 7,
Fig. 9 ein Schaubild, welches die Erzeugung eines Alarmsignals für den Fall erläutert, dass die tatsächliche Drehzahl eines Motors entweder zu hoch oder zu niedrig wird,
Fig. 10 ein Flussdiagramm einer vierten Ausführungsform des ersten Moduls, zur Implementierung von Fig. 9,
Fig. 11 ein Flussdiagramm des zweiten Moduls eines bevorzugten Programms zur Erzeugung von Alarmsignalen,
Fig. 12 ein Flussdiagramm des dritten Moduls eines bevorzugten Programms zur Erzeugung von Alarmsignalen,
Fig. 13 eine Variante zu Fig. 11, welche mehr Funktionen aufweist als die einfachere Variante nach Fig. 11 ,
Fig. 14 eine Darstellung analog Fig. 1 zur Erläuterung der Wirkungsweise von Fig. 13, und Fig. 15 die Darstellung einer Initialisierungs-Routine.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder gleich wirkende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
Fig. 1 zeigt zur Erläuterung der Probleme bei einem Alarm bei A) eine Drehzahlkennlinie 20, die z.B. den Drehzahlverlauf eines fehlerhaften Motors während eines Tages, einer Stunde oder einer Minute darstellen kann.
In Fig. 1A sind zwei Drehzahlgrenzen dargestellt, nämlich eine konstante Alarm- Einschaltdrehzahl (nAOn) 22 und eine konstante Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff) 24, die zwischen sich eine Hysteresezone 23 definieren. Die Drehzahlen nAOn und nAOff haben meist eine Differenz von mindestens 100 U/min, und diese Hysteresezone 23 bewirkt eine Schalthysterese, d.h. nur eine größere Drehzahldifferenz Δn kann bewirken, dass ein zuvor nach Unterschreiten der Drehzahl nAOn erzeugtes Signal ALARM (Fig. 1C) nach Überschreiten der Drehzahl nAOff wieder abgeschaltet wird.
Zum Zeitpunkt t1 unterschreitet die Drehzahl 20 die Drehzahl nAOff, was keine Änderungen bewirkt. Zum Zeitpunkt t2 unterschreitet die Drehzahl 20 auch die Drehzahl nAOn. Hierdurch wird ein Alarmkriterium 26 erzeugt, dessen Dauer ab dem Zeitpunkt t2 überwacht wird. (Nachfolgend wird als Alarmkriterium ein Richtungsflag Flag_DIR verwendet.) Wird innerhalb eines Zeitraumes tdOn die Drehzahl 20 wieder höher als die Alarm-Einschaltdrehzahl 22, so wird kein Alarmsignal erzeugt. Bleibt dagegen das Alarmkriterium 26 während einer Zeit aktiv, die größer oder gleich der Zeit tdOn ist, so wird ein Alarmsignal 28 (ALARM = 1) generiert. Die Zeit tdOn wird als Alarm-Einschaltverzögerung bezeichnet.
Nach einiger Zeit nimmt in Fig. 1 die tatsächliche Drehzahl 20 wieder zu und überschreitet zum Zeitpunkt t3 die Alarm-Einschaltdrehzahl nAOn. Wegen der Schalthysterese Δn geschieht hier nichts. Zum Zeitpunkt t4 überschreitet die tatsächliche Drehzahl 20 auch die Alarm-Abschaltdrehzahl nAOff. Zu diesem Zeitpunkt wird das Alarmkriterium 26 zurückgesetzt, aber das Signal ALARM = 1 bleibt weiterhin bestehen. Erst wenn das Alarmkriterium 26 länger als eine Zeit tdOff abgeschaltet war, wird auch das Signal 28 auf ALARM = 0 umgeschaltet. Fällt dagegen die Drehzahl 20 ganz kurz nach dem Zeitpunkt t4 wieder unter die Drehzahl nAOff, so behält das Signal 28 den Wert ALARM = 1. Die Zeit tdOff wird als Alarm-Abschaltverzögerung bezeichnet.
Die Verzögerungen tdOn und tdOff, welche meist verschieden sind, liegen gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis 65 Sekunden, je nach der Art des Antriebs. Wenn die Zeit tdOn auf ∞ gesetzt wird, bleibt ein einmal gespeicherter Alarm so lange gespeichert, bis er von einer Bedienungsperson quittiert worden ist, z.B. durch einen manuellen Resetvorgang.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Auf der horizontalen Achse ist ein Wert Ns aufgetragen, der hier zwischen 0 und 255 liegt und eine standardisierte Größe darstellt, die von einem Sollwert abgeleitet wird, z.B. einer Gleichspannung, einer Temperatur, einem Druck etc. Wenn also eine Temperatur z.B. zwischen 0 und 100° C liegt, wird sie zuerst in einen digitalen Wert Ns umgesetzt, wobei z.B. 0° C einem digitalen Wert von 0 und 100° C einem digitalen Wert von 255 entsprechen können.
Mittels einer gespeicherten Tabelle werden diese digitalen Werte in gewünschte Drehzahlen, also Drehzahl-Sollwerte umgesetzt, so dass z.B. in Fig. 2 folgende Entsprechungen gegeben sind:
Digitaler Wert Drehzahl-Sollwert (U/min)* nsoii Tsoii
0 ... 49 500 120.000,0 μs
50 1000 60.000,0 μs
100 2250 26.666,7 μs
125 3000 20.000,0 μs
150 3600 16.666,7 μs
200 2500 24.000,0 μs
201 ... 255 500 120.000,0 μs *)Die Drehzahl-Sollwerte werden bevorzugt in Form der Zeit Tsoii gespeichert, die ein Rotor 50 (Fig. 4) bei der gewünschten Drehzahl nsoii für 1 Umdrehung benötigt. Da man für niedrige Drehzahlen sehr große Zeiten erhält, z.B. für 500 U/min eine Zeit von 120.000 μs, werden Zeiten Tsoii, die > 60.000 μs sind (entspr. nsoii < 1.000 U/min), als nsoii = 0 interpretiert, d.h. in der obigen Tabelle wird die Vorgabe 120.000 μs als 0 U/min interpretiert.
Man erhält also eine Solldrehzahl-Kennlinie 32, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist und die durch insgesamt fünf Punkte 34, 36, 38, 40 und 42 definiert ist. Dieser Solldrehzahl-Kennlinie 32 wird eine Kennlinie 44 zugeordnet, welche die Alarm- Abschaltdrehzahl nAOff definiert, und eine Kennlinie 46, welche die Alarm- Einschaltdrehzahl nAOn definiert. Zwischen den Kennlinien 44 und 46 befindet sich eine Hysteresezone 45. Z.B. entsprechen die Drehzahlen der Kennlinie 44 etwa 87,5 % der Solldrehzahl und die Drehzahlen der Kennlinie 46 etwa 80 % der Solldrehzahl 32.
Wenn z.B. nsoii am Punkt 40 einen Wert von 3600 U/min hat, so wird ein Signal 28 ALARM = 1 eingeschaltet, wenn die tatsächliche Drehzahl nist während der Zeit tdOn unter 2900 U/min sinkt, und es wird wieder abgeschaltet, wenn nist während einer Zeit tdOff wieder über 3100 U/min gestiegen ist.
Hat dagegen nsoii am Punkt 42 einen Wert von 2500 U/min, so wird der Alarm bei 2000 U/min eingeschaltet, und er wird wieder abgeschaltet, wenn nist danach wieder über 2190 U/min ansteigt.
Die Alarmgrenzen "wandern" also bei dieser Ausführungsform mit dem augenblicklichen Drehzahl-Sollwert nsoii mit, so dass das Auftreten eines Alarmsignals ein gegenüber den bisherigen Lösungen sehr verfeinertes Anzeichen dafür darstellt, dass möglicherweise ein Fehler aufgetreten ist. Der Benutzer einer derartigen Drehzahlüberwachung weiß folglich wesentlich besser darüber Bescheid, ob bei seinem Antrieb ein Fehler vorliegen könnte, und kann früher Gegenmaßnahmen treffen.
Die Definition von Drehzahlwerten
Drehzahlwerte können auf unterschiedliche Weise definiert werden. Die übliche Definition ist in U/min (rpm) oder U/s (rps).
Fig. 3 zeigt einen Elektromotor 49 mit einem permanentmagnetischen Rotor 50, der bei diesem Beispiel zwei Nordpole und zwei Südpole hat, die alle eine Länge von 90° mech. haben. Man sagt in diesem Fall in der Terminologie des Elektromaschinenbaus, dass die Länge eines Pols 180° el. ist, und ein Hall-IC 60, der dem Rotor 50 gegenüberliegt, erzeugt bei seiner Drehung ein rechteckförmiges Signal HALL, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Bei einem solchen Signal HALL kann man den Abstand THALL zwischen zwei benachbarten Flanken 52, 53 leicht messen, und diese Zeit THALL entspricht der Zeit, die der Rotor 50 bei seiner augenblicklichen Drehzahl für eine Viertel- Umdrehung benötigt.
Beispiel
Die Zeit THALL soll 1 ms = 0,001 s betragen. Dann benötigt der Rotor für eine volle Umdrehung
4 x 0,001 = 0,004 Sekunden, und seine Drehzahl beträgt
1/0,004 = 250 U/s
Da eine Minute 60 Sekunden hat, dreht sich der Rotor mit einer Drehzahl von
(1/0,004) x 60 = 15.000 U/min ...(1)
Da die Zeit für eine volle Umdrehung (oder sogar einen Teil einer Umdrehung) bei einem Elektromotor 49 mit Hall-IC 60 leicht und mit sehr guter Genauigkeit gemessen werden kann, arbeitet man besonders bei Drehzahlreglern für Elektromotoren bevorzugt mit der Zeit THALL oder einem Vielfachen von ihr, da diese Größe direkt nach ihrer Messung verwendet werden kann und für die Steuerung der Kommutierung des Motors ohnehin benötigt wird. Diese Zeit stellt also im Rahmen eines Elektromotors ein bequemeres Maß für die Drehzahl dar als eine der anderen Größen wie U/min oder U/s, und THALL kann bei Bedarf leicht in U/min umgerechnet werden, indem man den Kehrwert der Zeit für eine Drehung von 360° mech. bildet und mit 60 multipliziert, also n(rpm) = 60/T3600 mech. ... (2)
Hierbei muss die Zeit T in Sekunden eingesetzt werden. Wie Fig. 3 zeigt, hat der dargestellte Elektromotor 49 zwei Statorwicklungen 33, 35. Die Wicklung 33 liegt in Reihe mit einem MOSFET 37 zwischen Plus und Masse 41, und die Wicklung 35 in Reihe mit einem MOSFET 39.
Zur Steuerung der MOSFETs 37, 39 dient ein MikroController (μC) 43, dem die Signale HALL vom Hall-IC 60 zugeführt werden. In Form von Programmmodulen, die hier nur symbolisch angedeutet sind, enthält der μC 43 eine Kommutierungssteuerung 47 "COMM", einen Drehzahlregler 48 "n-CTL", ein Berechnungsglied 51 "SW-CALC" für die Berechnungs eines Drehzahl- Sollwerts Tsoii für den Regler 48, eine Alarmsteuerung 54 zur Erzeugung eines Signals ALARM für den Fall, dass die Drehzahl des Motors 49 zu hoch oder zu niedrig wird, ein ROM 55 für die Speicherung eines Programms, und einen Alarmverzögerungszähler 56 "AVZ", der mit der Alarmsteuerung 54 zusammenwirkt, welche einen Ausgang 57 für das Signal ALARM hat.
Der Sollwertberechnung 51 wird von außen, z.B. von einem externen Sensor 58, ein entsprechendes Signal zugeführt und in SW-CALC 51 in einen Drehzahl-Sollwert nsoii oder Tsoii umgewandelt. Dies geschieht insbesondere mittels einer Tabelle, die z.B. im ROM 55 gespeichert sein kann.
Die Arbeitsweise ergibt sich aus den nachfolgenden Erläuterungen. Naturgemäß ist der dargestellte Motor 49 nur ein - sehr einfaches - Beispiel für einen beliebigen Motor - auch eine Brennkraftmaschine, z.B. einen Schiffsdiesel - und beschränkt die Erfindung in keiner Weise.
Berechnung der Aiarmgrenzen a) Drehzahl-Sollwert liegt in U/min vor.
Hier sind der Drehzahl-Sollwert nsoii und ein Prozentwert pA für die gewünschte Alarmgrenze vorgegeben. Dann gilt
ΠA = nsoii x pA/100 ...(3)
Hierbei ist ΠA = Alarmdrehzahl.
Beträgt nsoii (geliefert vom Drehzahlregler des Motors 49) 4000 U/min, und pA =
80 %, dann ist
ΠA = 4000 x 80/100 = 3200 U/min ...(4) Ebenso gilt bei nsoii = 4000 U/min und pA = 120 %
ΠA = 4000 x 120/100 = 4800 U/min ...(5).
In diesem Fall wird ein Alarm erzeugt, wenn die tatsächliche Drehzahl um 20 % über nsoii hinaus ansteigt.
b) nsoii liegt als Zeit Tsoii, z.B. Zeit pro Rotordrehung, vor.
In diesem Fall gilt für die Alarmzeit TA die Formel
TA = Tsoiι x 100/pA ...(6)
Z.B. entspricht eine Solldrehzahl nsoii = 6000 U/min = 100 U/s einer Zeit Tsoii von
0,01 Sekunde = 10000 μs pro Rotorumdrehung.
Soll der Alarm bei einer Drehzahl von 5400 U/min ausgelöst werden, also bei pA = 90 %, so gilt
TA = 0,01 x 100/90 = 0,0111 Sekunden = 11100 μs ...(7)
In diesem Fall ist die Zeit TA für die Alarmgrenze von 5000 U/min größer als die
Zeit Tsoii.
Soll der Alarm bei Erreichen von 6600 U/min ausgelöst werden, also bei pA = 110 %, so gilt
TA = 0,01 x 100/110 = 0,00909 Sekunden ...(8), d.h. in diesem Fall ist TA kleiner als Tsoii.
Vereinfachter Berechnungsalgorithmus
Eine besonders schnelle Berechnung ergibt sich mit der Formel
TA = Tsoii ± Tsoii/x ... (9)
Das Vorzeichen + gilt für den Fall, dass die Alarm-Drehzahl kleiner sein soll als der Drehzahl-Sollwert, und das Vorzeichen - (Minus), wenn die Alarmdrehzahl größer sein soll als der Drehzahl-Sollwert. Die Zahl x ist bevorzugt eine Zahl aus der Reihe ...,1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1 , 2, 4, 8, 16 weil diese Zahlen leicht durch
Links- oder Rechtsverschiebung (shifting) eines gespeicherten binären Werts erzeugt werden können.
Positives Vorzeichen (nA < nsoii)
Ist Tsoii = 0,01 Sekunde entsprechend einem Drehzahl-Sollwert von 6000 U/min, und es ist x = 2, so gilt
TA = 0,01 + 0,01/2 = 0,015 Sekunden ...(10)
Dies entspricht einer Alarmdrehzahl von 4000 U/min.
Für verschiedene Werte von x ergeben sich bei einem Drehzahl-Sollwert von 6000 U/min folgende Werte für die Alarmdrehzahlen
Alarmdrehzahl (U/min) nA/nsoii
1/16 353 1/17
1/8 666,7 1/9
1/4 1200 1/5
1/2 2000 1/3
1 3000 1/2
2 4000 2/3 4 4800 4/5 8 5333 8/9 16 5647 16/17 32 5818 32/33
Man kann also mit diesem Algorithmus sehr einfach Drehzahlverhältnisse mit den Werten 1/17, 1/9, 1/5, 1/3, 1/2, 2/3, 4/5, 8/9, 16/17, 32/33 etc. berechnen.
Negatives Vorzeichen (nA > nsoii)
Soll die Alarmdrehzahl ΠA höher sein als die Solldrehzahl nsoii, so gilt
TA = Tsoii - Tsoii/x ...(11)
Z.B. ergibt sich für Tsoii = 0,01 Sekunden und x = 4
TA = 0,01 - 0,01/4 = 0,0075 Sekunden ...(12)
Dies entspricht einer Drehzahl von 8000 U/min.
Die Alarmdrehzahl ΠA beträgt in diesem Fall 4/3 der Solldrehzahl nsoii. Mit der Formel (11) erhält man - als Beispiel - folgende Drehzahlverhältnisse: x nA/nsoiι
2 2/1
4 4/3
8 8/7
16 16/15
32 32/31
64 64/63
Das Programm ist bevorzugt in kurze Module aufgeteilt, deren Ausführung im Verlauf der Drehung des Rotors 50 an verschiedenen Stellen dieser Drehung erfolgen kann, da die Erzeugung eines Alarmsignals, oder dessen Löschung, gegenüber anderen Berechnungen im Motor 49 eine sehr niedrige Priorität hat. Außerdem setzt die Berechnung der Alarmgrenzen voraus, dass als erstes der Drehzahl-Sollwert ermittelt wird. Wenn dieser aus einer Temperatur ermittelt wird, wird die augenblickliche Temperatur gemäß Fig. 2 zunächst in einen digitalen Wert Ns umgeformt, z.B. in Fig. 2 den Wert 105 auf der horizontalen Achse. Dieser Wert liegt dort zwischen den Punkten 36 und 38, also zwischen 2300 und 3000 U/min, d.h. zwischen diesen beiden Drehzahlen muss interpoliert werden, und man erhält eine Solldrehzahl nsoii von z.B. 2340 U/min. Im vorliegenden Fall wird die Drehzahl bevorzugt als Zeit Tsoii für eine Rotorumdrehung angegeben, die bei 2340 U/min = 39 U/s einen Wert von 1/39 Sekunden = 25.641 μs hat.
Ausgehend hiervon werden die Zeiten TAOn und TAOff nach der Gleichung (9) berechnet. Setzt man für TAOn x = 2 und für TAOff x = 4, so erhält man Zeiten von TAOn = 25641 + 25641/2 = 38461 ,5 μs ...(13)
TAOff = 25641 + 25641/4 = 32051 ,25 μs ...(14).
Fig. 5 zeigt bei S80 eine erste Ausführungsform eines Moduls 1a für die Alarmberechnung, wobei die festen Alarmgrenzen 24000 μs (= 2500 U/min) und 21428 μs (= 2800 U/min) betragen sollen. Dies entspricht dem Beispiel der Fig. 1. Bei S82 werden in der erläuterten Weise die Zeiten TAOn und TAOff festgelegt.
Bei S84 wird geprüft, ob die augenblickliche Drehzahl nist kleiner ist als die Alarm-Einschaltdrehzahl nAOn. Dies geschieht durch Vergleich der Zeit Tist (entsprechend dem Vierfachen der Zeit THALL in Fig. 4) mit der in S82 berechneten Zeit TAOn.
Lautet die Antwort Ja, so ist nist zu niedrig, also Tist zu hoch, und das Programm geht zu S86, wo geprüft wird, ob die Bedingung Tist > TAOn erstmals erfüllt ist. Falls Ja, wird in S88 der Alarmverzögerungszähler AVZ 56 auf 0 gestellt und beginnt zu zählen. Dann geht das Modul zum Schritt S90, wo geprüft wird, ob die Zeit im AVZ 56 bereits größer als die Zeit tdOn ist, die in Fig. 1C dargestellt ist und dort erläutert wurde.
Falls in S86 festgestellt wird, dass die Bedingung Tist > TAOn bereits bei einem vorhergehenden Durchlauf festgestellt wurde, geht das Programm direkt zu S90.
Falls in S90 festgestellt wird, dass die Zeit tdOn noch nicht erreicht ist, geht das Programm zum Schritt S92 (Return). Falls in S90 festgestellt wird, dass die Zeit tdOn erreicht ist, wird in S94 ALARM = 1 gesetzt und bleibt aktiviert, bis der Alarm durch eine Änderung der Drehzahl wieder gelöscht wird. Alternativ kann man auch vorsehen, dass der Alarm gespeichert bleibt und nur manuell gelöscht werden kann, selbst wenn sich die Drehzahl wieder normalisiert.
Falls im Schritt S84 festgestellt wird, dass die tatsächliche Drehzahl größer als die Alarm-Einschaltdrehzahl nAOn ist, geht das Programm zu S96, wo geprüft wird, ob nist > nAOff ist. Dies geschieht durch Vergleich der Zeiten Tist und TAOff. Falls Nein, geht das Programm direkt zu S92 Return. Falls Ja, geht das Programm zu S98 und prüft dort, ob nist zum ersten Mal wieder über nAOff liegt. Falls Ja, wird in S100 der Alarmverzögerungszähler AVZ 56 initialisiert, also auf Null gestellt, beginnt zu zählen, und das Programm geht zu S102. Falls in S98 die Antwort Nein ist, läuft der AVZ 56 bereits, und das Programm geht direkt zu S102, wo geprüft wird, ob der AVZ 56 den Wert tdOff (vgl. Fig. 1C) erreicht hat. Falls Nein, geht das Programm zu S92 (Return). Falls Ja, geht es zu S104 und löscht den Alarm (ALARM = 0), weil sich nist während der Zeit tdOff wieder in einem unkritischen Bereich befunden hat.
Fig. 6 zeigt ein Modul 1b, das völlig analog zum Modul 1a der Fig. 5 aufgebaut ist und zur Implementierung der "wandernden Alarmgrenzen" dient, die in Verbindung mit Fig. 2 bereits ausführlich beschrieben wurden. Für die von Fig. 5 abweichenden Programmschritte wird das Suffix b verwendet, z.B. S80b, und für die übereinstimmenden Programmschritte werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 5, und diese Programmschritte werden nicht nochmals beschrieben.
Im Schritt S82b werden hier, ausgehend von einem (variablen) Sollwert TSoii, die beiden Alarmzeiten TAOn und TAOff berechnet, und diese werden bei den nachfolgenden Programmschritten verwendet, die mit Fig. 5 übereinstimmen. Dadurch ergeben sich Alarmgrenzen, die hier 2/3 bzw. 4/5 der augenblicklichen Solldrehzahl betragen.
Bei manchen Antrieben kann es auch vorkommen, dass ein Alarm erzeugt werden muss, wenn der betreffende Motor 49 zu schnell läuft, z.B. bei einem Aufzug, oder bei einem Antrieb für ein Rolltor. Dies zeigt Fig. 7 an einem Beispiel analog Fig. 2.
Der Solldrehzahl 62 (nsoii) ist hier eine höhere Alarm-Abschaltdrehzahl 64 (nAOff) und eine noch höhere Alarm-Einschaltdrehzahl 66 (ΠAOΠ) zugeordnet. Zwischen den Drehzahlen 64 und 66 befindet sich eine obere Hysteresezone 68.
Fig. 8 zeigt ein Modul 1c S80c zur Implementierung dieser Art von wandernden Alarmgrenzen. Die von Fig. 5 abweichenden Programmschritte sind mit dem Suffix c versehen, also z.B. S80c.
Im Schritt S82c werden die Alarmgrenzen berechnet, wobei die Alarm- Einschaltdrehzahl ΠAOΠ doppelt so groß ist wie nsoii, und die Alarm- Abschaltdrehzahl nAOff 33 % größer als nsoii, vgl. Gleichung (11) und das dortige Zahlenbeispiel. Da die Alarmdrehzahlen hier größer sind als nsoii, müssen die Abfragen umgekehrt lauten wie in Fig. 5, d.h. in S84c und S86c wird geprüft, ob Tist < TAOn ist, und in S96c und S98c wird geprüft, ob Tist > TAOff ist. Die übrigen Schritte stimmen mit Fig. 5 überein, weshalb auf diese Figur verwiesen wird. Ein Alarm wird also hier erzeugt, wenn der Motor 49 doppelt so schnell läuft wie nsoii, und dieser Alarm wird wieder abgeschaltet, wenn die Drehzahl in einen Bereich unterhalb des 1 ,33-fachen von nsoii gesunken ist.
In manchen Fällen wird eine Kombination der Versionen nach Fig. 2 & 6 plus Fig. 7 & 8 verlangt, d.h. ein Alarm soll erzeugt werden, wenn der Motor 49 zu schnell läuft, aber auch, wenn er zu langsam läuft. Dies ist in Fig. 9 dargestellt. Ein solcher Motor hat vier wandernde Alarmgrenzen nAOni, nAotπ, ΠAOΠ2 und nA0ff2, die alle abhängig vom Augenblickswert der Solldrehzahl nsoii 69 berechnet werden. Diese ist eine Funktion der Größe Ns, wie bei Fig. 2 beschrieben, z.B. Funktion einer Temperatur, einer Spannung, oder einer sonstigen Größe. Unterhalb der Kurve 69 verläuft die untere Alarm- Abschaltdrehzahl 70 nAOff-i, die 4/5 des Wertes von nsoii hat, und darunter die untere Alarm-Einschaltdrehzahl 71 nAOni, die 2/3 des Wertes von nsoii hat. Zwischen den Drehzahlen 70 und 71 liegt eine untere Hysteresezone 73.
Oberhalb der Solldrehzahl 79 verläuft die obere Alarm-Abschaltdrehzahl 74 nA0ff2, die 33 % über den Drehzahlwerten der Kurve nsoii liegt, und darüber die obere Alarm-Einschaltdrehzahl 75 nA0n2, deren Wert das Doppelte von nsoii beträgt. Zwischen den Kurven 74 und 75 liegt eine obere Hysteresezone 76.
Ein Alarm wird also eingeschaltet, wenn die tatsächliche Drehzahl nist - für einen bestimmten Wert Ns - entweder > nA0n2 oder < nAOni wird. Beträgt z.B. die augenblickliche Soll-Drehzahl 2000 U/min, so wird ein Alarm eingeschaltet, wenn nist entweder über 4000 U/min steigt oder unter 1333 U/min fällt.
Wenn bei diesem Beispiel - bei zu hoher Drehzahl - nist von 4000 U/min auf 2665 U/min fällt, wird der "obere" Alarm wieder abgeschaltet. War die Drehzahl zu niedrig, so dass deshalb ein unterer Alarm erzeugt wurde, und sie steigt wieder über 1600 U/min, so wird der "untere" Alarm abgeschaltet. Wie vorstehend beschrieben, können die angegebenen Alarmdrehzahlen in weiten Grenzen verändert werden, indem man die Faktoren x entsprechend eingibt. Das Beispiel nach Fig. 9 und Fig. 10 verwendet die Faktoren x = 4 und x = 2.
Fig. 10 zeigt das Modul 1d (S80d) zur Implementierung dieser Funktion. Auch hier werden nur die Teile beschrieben die von Fig. 5 abweichen.
In S82d werden, ausgehend vom augenblicklichen Wert der Solldrehzahl (ausgedrückt in Zeiten TSoll), die verschiedenen Alarmdrehzahlen berechnet, angegeben in Zeiten pro 1 Umdrehung. Dies wurde in der vorangehenden Beschreibung ausführlich erläutert. Die Berechnung verwendet, wie angegeben, für den Faktor x die Werte 2 und 4. Dies ist naturgemäß nur ein Beispiel, das den Angaben in Fig. 9 entspricht, weil ein Beispiel mit konkreten Zahlenwerten das Verständnis einer so schwierigen Erfindung wesentlich erleichtert.
In S84d wird geprüft, ob die tatsächliche Drehzahl entweder unterhalb der Kurve 71 oder oberhalb der Kurve 75 (Fig. 9) liegt. Falls JA, wird in S86d geprüft, ob dieser Fehler erstmals auftritt, und falls JA, wird bei S88 der AVZ 56 auf 0 gesetzt und gestartet. Bei S90 wird der Wert des AVZ überwacht, und wenn er die Zeit tdOn erreicht, wird bei S94 der Alarm eingeschaltet.
Ist in S84d die Antwort NEIN, so wird in S96d geprüft, ob die tatsächliche Drehzahl entweder zwischen den Kurven 69 und 70 oder zwischen den Kurven 69 und 74 liegt, und wenn dies erstmals der Fall ist, wird in S98d, S100 der AVZ auf 0 gesetzt und gestartet. In S102 wird der Wert im AVZ 56 überwacht, und wenn dieser den Wert tdOff erreicht, wird in S104 der Alarm abgeschaltet.
Auf diese Weise kann man die Drehzahl in einem Drehzahlband überwachen, das sich in Fig. 9 oberhalb und unterhalb der Solldrehzahl 69 erstreckt und dessen Breite eine Funktion der augenblicklichen Solldrehzahl ist. Dies ermöglicht eine ausgezeichnete Überwachung eines Motors auf fehlerhafte Drehzahlen. Fig. 11 zeigt das zweite Modul S110. Dieses wird nach dem ersten Modul S80 exekutiert.
Wenn der Rotor 50 an einer Drehung gehindert ist oder der Benutzer den Befehl gibt, dass der Rotor 50 sich nicht drehen soll, bezeichnet man beides als "Blockiermodus", und ein Flag genannt Flag_Blocked wird auf 1 gesetzt, z.B. in S147 von Fig. 15. Das Modul 2 ermittelt, weshalb die Software im Blockiermodus ist und passt das Alarmsignal entsprechend an.
Wenn sich das Programm im Blockiermodus befindet, kann das folgende Ursachen haben: a) Der Benutzer hat einen entsprechenden Befehl gegeben b) Der Motor macht gerade einen Startversuch. c) Der Motor ist durch das Programm während einiger Sekunden abgeschaltet worden, weil zuvor seine Drehzahl zu niedrig war. Dieser Zustand wird als "Blockierpause" bezeichnet. Der Ablauf ist hier:
Motor dreht sehr langsam oder ist an Drehung gehindert.
Blockierpause von A Sekunden.
Versuch nach Ende der Blockierpause, während B Sekunden den Motor zu starten (Startup = Startversuch).
Falls Startversuch erfolglos, neue Blockierpause von A Sekunden.
Etc.
Wenn der Motor 49 blockiert ist, wird dieser Zyklus ständig wiederholt, bis der Motor - ggf. nach Wegfall eines mechanischen Hindernisses - erneut startet. Z.B. werden Lüfter in Mobilfunkstationen häufig durch Mäuse oder Ratten blockiert, und wenn sich die Maus selbst befreien kann, läuft der Motor 49 automatisch beim nächsten Startversuch wieder an.
Im Schritt S112 wird abgefragt, ob sich die Software im Blockiermodus befindet. Falls Nein, geht das Programm direkt zum Ende S114 (Return) des Moduls 2 und verlässt dieses.
Falls in S112 die Antwort Ja lautet, d.h. der Motor 49 ist im Blockiermodus, geht das Programm zu S116, wo der AVZ 56 auf Null gesetzt und gestartet wird. Anschließend wird in S118 geprüft, ob der Motor gerade einen Startversuch macht; dann lautet die Antwort Ja, und anschließend wird in S119 gesetzt Flag_Startup = 1. Dieses Flag wird erst auf Null zurückgesetzt, wenn nist einen bestimmten Wert, z.B. 1000 U/min, überschritten hat, also das Programm vom Blockiermodus in den Normalmodus wechselt. Ist der Motor 49 blockiert, so kann er innerhalb der Zeitspanne des Startversuchs die Drehzahl 1000 U/min nicht erreichen, und nach Ablauf der Zeit für den Startversuch wird S118 über den Nein-Zweig verlassen und löst in S120, S122 das Signal ALARM aus, weil immer noch Flag_Startup = 1 ist. - Dieses Flag wird mit Null initialisiert. Da der Timer in S118 anfangs auf 0 steht, lautet nach einem Reset die Antwort in S118 Ja, so dass dann in S119 ebenfalls Flag_Startup = 1 gesetzt wird.
Dieser Teil des Programms betrifft also den Fall, dass Startversuche erfolglos sind und deshalb in S122 das Signal ALARM = 1 direkt erzeugt wird.
Falls in S118 die Antwort Nein lautet, befindet sich der Motor gerade in einer Blockierpause, d.h. er erhält gerade keinen Strom. Dies wird ermittelt über einen Timer, der die Länge der Blockierpause misst. Wenn diese abgelaufen ist, wird der Motor 49 eingeschaltet und macht einen Startversuch.
Falls bei S118 die Antwort Ja lautet, also ein Startversuch festgestellt wird, geht das Programm über S119 zu S114, also dem Ende des zweiten Moduls. In diesem Zustand wird das Signal ALARM nicht verändert, da noch nicht sicher ist, ob der Startversuch gelingen wird.
Falls bei S118 die Antwort Nein lautet, befindet sich der Motor in einer Blockierpause (gemäß obiger Definition), und in S120 wird das Flag_Startup geprüft. Falls dieses den Wert 1 hat, bedeutet das, dass der Blockiermodus nicht gewollt ist (d.h. dass der Motor durch äußere Einflüsse blockiert ist), und dass außerdem bereits ein Startversuch erfolglos durchgeführt wurde. Deshalb wird bei S122 das Signal ALARM = 1 unverzüglich gesetzt, sofern es nicht bereits im Modul 3 (Fig. 12) gesetzt wurde, denn der Motor 49 ist durch äußere Einflüsse blockiert, und dies ist ein gravierender meldepflichtiger Fehler. Der Motor 49 kann jedoch auch dadurch mit Absicht gestoppt werden, dass man ihm ein nsoii bzw. Tsoii vorgibt, das von der Software als Drehzahl = 0 interpretiert wird. In diesem Fall wird der Schritt S120 über Nein erlassen, da in diesem Fall keine Startversuche gemacht werden, und das Programm geht zu S124. Dort wird geprüft, ob der Alarmparameter "Stopped" aktiviert wurde. Dieser Parameter ist gesetzt, wenn zwar der Motor 49 mit Absicht angehalten wurde, aber trotzdem ALARM = 1 gesetzt werden muss. In diesem Fall geht das Programm von S124 zu S126. Dort wird geprüft, ob in einem Timer "MotorRotation" das höchstwertige Bit (MSB) gleich 1 ist. Der Timer "MotorRotation" erfasst die Zeit THALL, vgl. Fig. 4, also die Zeit für eine Viertel- Umdrehung des Rotors 50. Wenn THALL so groß ist, dass das höchstwertige Bit in diesem Zähler gleich 1 ist, bedeutet das, dass der Motor 49 steht. In diesem Fall geht das Programm zu S128, und dort wird ALARM = 1 gesetzt.
Falls in S126 das höchstwertige Bit MSB nicht gesetzt ist, geht das Programm direkt zum Schritt S130, ebenso im Anschluss an S128 und auch, wenn in S124 die Antwort NEIN lautet, also der Parameter "Stopped" nicht aktiviert ist.
In S130 wird nsoii bzw. Tsoii überwacht. Entspricht dieser Wert einer Drehzahl von 1000 U/min oder weniger, so bedeutet das, dass der Motor 49 abgeschaltet werden soll, z.B., weil in einer Mobilfunkstation im Winter keine Kühlung erforderlich ist. Das Programm geht dann zu S132, wo geprüft wird, ob einer der Alarmparameter "Stopped" oder "Store" (Alarm speichern) aktiviert ist. Falls NEIN, geht das Programm zum Schritt S134, wo der Alarm deaktiviert wird, und dann zu S114. Falls die Antwort bei S130 JA lautet (nsoii > 1000 U/min), oder falls die Antwort bei S132 JA lautet, geht das Programm direkt zu S114, also dem Ende von Modul 2, d.h. das Signal ALARM = 1 bleibt gespeichert.
Fig. 12 zeigt das Modul 3 (S140), in dem der Übergang vom Normalmodus zum Blockiermodus überwacht wird. In S142 wird geprüft, ob Flag_Blocked den Wert 0 hat, also der Motor normal läuft. Falls NEIN, geht das Programm direkt zu S144 (Return), also dem Ende dieses Moduls.
Falls die Antwort in S142 JA lautet, geht das Programm zu S146, wo geprüft wird, ob die Hallzeit THALL (Fig. 4) größer als 30 ms ist. THALL entspricht der Zeit für eine Viertel Umdrehung, und folglich werden in diesem Fall für eine volle Umdrehung 0,12 Sekunden benötigt. Gemäß Gleichung (2) bedeutet dies eine Drehzahl von 60/0,12 = 500 U/min. Wenn also in S146 ein Wert von größer 30 ms gemessen wird, bedeutet dies, dass nist kleiner als 500 U/min ist, und deshalb wird anschließend in S147 das Flag_Blocked auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass nist zu niedrig ist. Dann geht das Programm zu S148. Dort wird geprüft, ob nsoii > 1000 U/min ist. Dies bedeutet, dass sich der Motor 49 mit nsoii drehen sollte, es aber gemäß S146 nicht tut. Deshalb wird in S150 direkt der Alarm aktiviert.
Wird in S146 festgestellt, dass der Wert kleiner oder gleich 30 ms ist, so geht das Programm direkt zu S144, ebenso, wenn nsoii < 1000 U/min ist, weil das dann von der Software so interpretiert wird, dass die Drehzahl 0 vorgegeben wird.
Fig. 13 zeigt als Variante zu Fig. 5 oder 6 ein erweitertes Modul 1E mit zusätzlichen Funktionen. Dieses ist mit S170 bezeichnet. Als erstes werden in S172 die Alarmgrenzen TAOn, TAOff in der beschriebenen Weise berechnet oder eingegeben. Anschließend werden in S174 drei Bedingungen geprüft, nämlich einmal, ob die tatsächliche Drehzahl größer als 500 U/min ist, ferner ob die tatsächliche Drehzahl kleiner als die Alarm-Einschaltdrehzahl nAOn ist, und schließlich, ob ein Flag_SpeedLow gesetzt ist. Letzteres wird gesetzt, wenn sich der Motor 49 im Blockiermodus befindet, der bereits beschrieben wurde.
Verlässt das Modul 1E den Schritt S174 über den JA-Zweig, so sind die Vorbedingungen erfüllt, um das Signal ALARM zu setzen.
Im Schritt S176 wird geprüft, ob ein Flag namens Flag_DIR gesetzt ist. Dieses zeigt die Tendenz an, in der sich die Drehzahl ändert, also ob sie abnimmt oder zunimmt.
Fig. 1 zeigt, wie sich die Drehzahl nist zwischen t1 und t2 in Richtung zur Drehzahl nAOn ändert. Bei t2 fällt diese Drehzahl erstmals unter ΠAOΠ, und deshalb wird bei dieser "Grenzüberschreitung" das Flag_DIR auf Null gesetzt.
Verhält sich dagegen die Drehzahl wie im Zeitabschnitt t3 bis t4 der Fig. 1 , so steigt sie in Richtung nAOff. Zum Zeitpunkt t4 überschreitet sie nAOff, und bei dieser Grenzüberschreitung wird gesetzt Flag_DIR = 1.
Dieses Flag wird in S176 abgefragt. Wenn es gesetzt ist, so war die Drehzahl nist beim letzten Durchlauf noch größer als nAOn und ist jetzt unter diese Grenze gefallen, weil gemäß S174 Tist > TAOn ist, S176 wird über den JA-Zweig verlassen, und dieses Flag wird in S178 auf Null gesetzt, da die Drehzahl gesunken ist.
In S180 wird der AVZ 56 auf Null gesetzt und gestartet. Dann geht die Routine zu S182.
Da Flag_DIR nun den Wert Null hat, werden die Schritte S178 und S180 nicht mehr durchlaufen, solange die Drehzahl nist nicht über nAOff ansteigt, sondern in diesem Fall wird S176 über den NEIN-Zweig verlassen und geht direkt zu S182.
Dort werden zwei Alarmeinstellungen abgefragt.
Ein Flag namens PowerUpAlarm wird bei einem Reset oder der Initialisierung (Fig. 15) auf 0 gesetzt und führt dann dazu, dass S182 über den JA-Zweig verlassen wird und das Programm zu S184 geht. Dort wird der AVZ 56 überwacht, ob er die Zeit tdOn (Fig. 1C) erreicht hat. Der AVZ wird beim Lauf des Motors zyklisch inkrementiert, so dass er in S184 irgendwann größer als tdOn wird. Dann wird in S186 ALARM = 1 gesetzt. Falls tdOn noch nicht erreicht ist, geht die Routine zum Ende S188 (Return) des Moduls 1 E.
Das Flag PowerUpAlarm, das in S182 abgefragt wird, dient dazu, beim Start des Motors 49 die Alarmverzögerung einmal abzuwarten. Es wird in Fig. 13 bei S190 auf 1 gesetzt, wenn beim Start die Drehzahl des Motors 49 über die Drehzahl nAOff ansteigt.
In S184 wird noch ein Flag namens Flag DnDelayOnce abgefragt. Dies ist ein Parameter, der auf Wunsch des Kunden z.B. vom Werk entweder auf 1 oder auf 0 eingestellt wird. Falls beim Start des Motors die Erzeugung eines Alarmsignals unterdrückt werden soll, aber das Signal ALARM im normalen Betrieb des Motors sofort erzeugt werden soll, wird dieses Flag auf 1 gesetzt. Diese Funktion ist besonders bei Lüftern wichtig, weil ein Lüfter beim Start durch sein Flügelrad gebremst wird, so dass beim Start kurz das Signal ALARM = 1 erzeugt würde, obwohl kein Fehler vorliegt.
Bei manchen Anwendungen wird dieses Flag_OnDelayOnce auf 0 gesetzt, da viele Kunden wünschen, dass ein Alarm erst nach einer gewissen Verzögerung angezeigt wird, damit kurze Fehler, die sich sozusagen selbst reparieren, nicht angezeigt werden.
Wenn dieses Flag = 0 ist, geht das Programm in S182 immer über den JA-Zweig zum Schritt S184, wo die Alarmverzögerung überwacht wird.
Wenn dieses Flag = 1 ist, wird die Alarmverzögerung in S184, 186 nur so lange aktiviert, bis in S190 das Flag PowerUpAlarm auf 1 gesetzt wird. Ab diesem Zeitpunkt wird S182 über den NEIN_Zweig verlassen und geht zur Überwachung des.AVZ 56 in S192. Für die Zeit tdOn in S192 ist ein Mindestwert von etwa 0,3 Sekunden vorgegeben. Dadurch wird die Alarmerfassung robuster gegenüber anderen Fehlern, z.B. Fehlern bei der Messung von Tist oder der Berechnung von Tsoii. Werden die 300 ms überschritten, so wird in S194 das Signal ALARM = 1 gesetzt.
Im Flussdiagramm der Fig. 13 werden die Programmteile auf der rechten Seite durchlaufen, wenn das Signal ALARM deaktiviert werden muss, oder wenn bei fallender Drehzahl nist noch größer als die Drehzahl ΠAOΠ, also Tist < TAOn ist. In diesem Fall geht das Programm von S174 zu S200, und dort wird geprüft, ob die tatsächliche Drehzahl nist immer noch < nAOff ist, also ob Tist > TAOff ist. Falls JA, liegt die tatsächliche Drehzahl in der Hysteresezone zwischen den Drehzahlen nAOn und nAOff. In diesem Fall wird in S202 gesetzt AVZ = 0, und der AVZ 56 beginnt zu zählen.
Der Grund hierfür ist folgender: Wenn in Fig. 1 die Drehzahl unter nAOn gefallen ist, befindet sich das Programm zeitlich kurz nach t2. Hier beginnt also die Verzögerung tdOn in Fig. 1C. Steigt die Drehzahl 20 während tdOn wieder über nAOn an, so darf kein Alarm aktiviert werden. Deshalb muss durch S202 der AVZ 56 immer wieder auf 0 zurückgesetzt werden. Ein Alarm wird also nur aktiviert, wenn die tatsächliche Drehzahl länger als tdOn unterhalb der Drehzahl nAOn verharrt. Dies wird nachfolgend bei Fig. 14 erläutert.
Wenn in Fig. 1 die Drehzahl 20 zum Zeitpunkt t4 über nAOff hinaus angestiegen ist, muss der Alarm deaktiviert werden, sofern der Kunde nicht eine dauerhafte Speicherung des Alarms verlangt. Die Deaktivierung erfolgt bevorzugt mit einer Verzögerung tdotf, die ggf. auch auf 0 eingestellt werden kann.
Da in diesem Fall nist > nAOff geworden ist (also Tist < TAOff), geht das Programm von S200 zu S204, wo das bereits erläuterte Flag_DIR abgefragt wird. Da nist über die Grenze nAOff angestiegen ist, muss Flag_DIR den Wert 1 haben, was einer "gesunden" Drehzahl entspricht. Ist das nicht der Fall, so geht das Programm zu S206, wo Flag_DIR den Wert 1 erhält, was anzeigt, dass die Drehzahl tendenziell steigt. Anschließend wird in S208 der AVZ 56 auf 0 zurück gesetzt, und eine neue Verzögerungsmessung beginnt.
Anschließend wird in S190 das bereits erläuterte Flag_PowerUpAlarm auf 1 gesetzt, da mit dem Überschreiten der Grenze nAOff die Anlaufphase des Motors 49 als abgeschlossen angesehen werden kann. Das Flag_PowerUpAlarm wird bei der Initialisierung (Fig. 15) auf Null gesetzt.
Anschließend an S190 geht das Programm zu S210. Dort wird ein Parameter Flag_Alarm_Store abgefragt, der vom Kunden bei der Bestellung festgelegt wird. Falls dieser Parameter den Wert 0 hat, darf ein einmal aktiviertes Alarmsignal nicht mehr gelöscht werden. Deshalb wird in diesem Fall die Abfrage S210 über den NEIN-Zweig verlassen, und das Programm geht zu S188.
Hat aber dieser Parameter den Wert 1 , so geht das Programm von S210 zu S212, wo geprüft wird, ob die Verzögerungszeit tdOff abgelaufen ist, und wenn dies der Fall ist, wird bei S214 gesetzt ALARM = 0, d.h. das Alarmsignal wird deaktiviert.
Dieser Programmteil wird durch das Flag_DIR (vgl. S176, 178, 204, 206) einfach und rasch in der Ausführung. Fig. 14 erläutert die Abläufe im Flussdiagramm der Fig. 13 an einem Beispiel.
Mit 220 ist der Verlauf der tatsächlichen Drehzahl nist dargestellt. Aus didaktischen Gründen ist dieser Verlauf so dargestellt, dass an ihm viele Funktionen erläutert werden können. Die (konstante) Alarm-Einschaltdrehzahl ΠAOΠ ist mit 222 bezeichnet, die (konstante) Alarm-Abschaltdrehzahl nAOff mit 224, und die dazwischen liegende Hysteresezone mit 226.
Links des Zeitpunkts t5 hat nist einen Wert im normalen Bereich, das Richtungsflag Flag_DIR hat deshalb den Wert 1 , und das Signal ALARM hat den Wert O.
Zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 liegt die Drehzahl in der Hysteresezone 226, weshalb in Fig. 13 ständig die Schritte S174, S200, S202 durchlaufen werden, wodurch gemäß Fig. 14D der Alarmverzögerungszähler AVZ 56 ständig auf 0 zurückgestellt wird, also AVZ = 0, z.B. alle 100μs. Dadurch wird verhindert, dass ein Alarm ausgelöst wird, wenn nist einen Wert in der Hysteresezone 226 hat, d.h. die Änderung des Signals ALARM ist in der Hysteresezone 226 deaktiviert.
Zum Zeitpunkt t6 sinkt die Drehzahl 220 unter nAOn, weshalb hier das Richtungsflag Flag_DIR durch S178 auf 0 umgeschaltet wird, was in S180 den AVZ 56 auf 0 stellt, so dass dieser seine Zeitmessung beginnt, z.B. eine Zeit tdOn von einer Minute.
Zum Zeitpunkt t7, also z.B. nach 30 Sekunden und bevor ein Alarm ausgelöst werden könnte, kehrt die Drehzahl 220 in die Hysteresezone 226 zurück, wodurch gemäß Fig. 14D der AVZ 56 wieder periodisch auf 0 zurückgestellt wird, z.B. alle 100 s. Dies geht so bis zum Zeitpunkt t8, wo die Drehzahl wieder unter ΠAOΠ sinkt, was gemäß Fig. 13 in den Schritten S184 und S186 ein Einschalten des AVZ und nach dem Ablauf der Zeit tdOn zum Zeitpunkt t9 eine Aktivierung des Alarms (ALARM = 1) bewirkt.
Zum Zeitpunkt t10 kehrt die Drehzahl 220 in die Hysteresezone 226 zurück, wodurch das Programm wieder periodisch die Schritte S174, S200, S202 durchläuft, und zum Zeitpunkt t11 wird die Alarm-Abschaltdrehzahl nAOff überschritten, was in S206 der Fig. 13 eine Umschaltung auf Flag_DIR = 1 bewirkt und in S208 den Alarmverzögerungszähler AVZ 56 auf 0 stellt und startet.
Kurz danach kehrt zum Zeitpunkt t12 die Drehzahl 220 in die Hysteresezone 226 zurück, was über S202 eine periodische Rückstellung des AVZ auf 0 bewirkt, so dass der Alarm nicht gelöscht wird.
Ab dem Zeitpunkt t13 kehrt die Drehzahl 220 wieder in den normalen Bereich (oberhalb der Drehzahl 224) zurück, und zum Zeitpunkt t14 wird nach Ablauf der Zeit tdOff der Alarm wieder gelöscht (ALARM = 0).
Man erkennt also, das das Signal ALARM = 1 nur erzeugt wird, wenn die Drehzahl 220 nachhaltig in die "rote Zone" (unterhalb 222) abgesunken ist, und dass es nur gelöscht wird, wenn die Drehzahl 220 wieder nachhaltig in die "grüne Zone" (oberhalb 224) zurückgekehrt ist, und dass in der Hysteresezone 226 durch die in Fig. 14D dargestellten Signale die Änderung eines präexistierenden Alarmsignals deaktiviert wird, d.h. wenn ALARM = 1 war, bleibt ALARM = 1 , und ebenso bei ALARM = 0. Die Änderungsmöglichkeit für ALARM wird also in der Hysteresezone 226 blockiert bzw. deaktiviert, was ein häufiges Umschalten des Signals ALARM verhindert.
Fig. 15 zeigt den Ablauf S234 bei der Initialisierung. Eine Initialisierung erfolgt nach dem Einschalten des Motors 49, und bei einem Resetvorgang. Im Schritt S236 wird das Alarmsignal auf 0 gestellt, da man beim Einschalten davon ausgeht, dass der Motor 49 in Ordnung ist. Auch soll die Möglichkeit gegeben werden, durch Abschalten des Motors und erneutes Einschalten einen Alarm auch dann zu löschen, wenn das Flag_Alarm_Store in S210 das automatische Löschen eines Alarmsignals verhindert.
In S238 wird das Flag_PowerUpAlarm auf 0 gesetzt, das bei S182 erläutert wurde und das in S182 beim Start des Motors 49 wirksam wird.
In S240 wird der Alarmverzögerungszähler AVZ 56 auf 0 gesetzt und gestartet, und in S242 erhält Flag_DIR den Wert 0, analog zu S178 der Fig. 13.
In S244 wird das Flag_SpeedLow auf 1 gesetzt, weil dieses Flag anzeigen soll, dass die Drehzahl unter 500 U/min liegt und weil beim Anlauf die Drehzahl unter 500 U/min liegt.
In S246 wird Tist = 120.000 (μs) gesetzt. Dies bewirkt, dass der Rechner beim Start mit einer fiktiven Drehzahl von 500 U/min arbeitet. Dies ist notwendig, weil beim Start sonst zunächst - wegen der niedrigen Drehzahl - eine sehr große Zeit Tist gemessen würde, die möglicherweise zu groß für die Register wäre und zu einem Fehler führen könnte.
Anschließend an S246 endet die Routine S234 bei S248 - Return.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Z.B. kann die Erfindung auch bei einem ungeregelten Motor verwendet werden, sofern dessen Drehzahl in einer definierbaren Normalzone liegt, die bei fehlerfreiem Lauf nicht unterschritten oder überschritten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen eines Alarmsignals bei einem Motor (49), der einen Rotor (50) aufweist, dessen Drehzahl auf einen Drehzahl-Sollwert (nsoii) geregelt werden soll, mit folgenden Schritten:
Ausgehend von einem augenblicklichen Drehzahl-Sollwert (nsoii; Tsoii) wird in zeitlichen Abständen eine Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn AOn) berechnet, welche in einer vorgegebenen Relation zum augenblicklichen
Drehzahl-Sollwert (nsoii, Tsoii) steht; mit zeitlichen Abständen wird überprüft, ob die tatsächliche Drehzahl (nist,
Tist) des Motors (49) in einem Bereich liegt, der außerhalb eines durch
Drehzahl-Sollwert (nsoii, Tsoii) und Alarm-Einschaltdrehzahl definierten
Bereichs und auf einer vom Drehzahl-Sollwert (nsoii, Tsoii) abgewandten
Seite dieses Bereichs liegt; wenn dies der Fall ist, wird ein Alarm-Einschaltkriterium (Fig. 1: 26;
Flag_DIR=0) generiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem nach der Generierung eines Alarm-Einschaltkriteriums die Zeitdauer überwacht wird, welche ab der Generierung dieses Kriteriums vergangen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem dann, wenn die überwachte Zeitdauer einen vorgegebenen Wert (tdOn) überschreitet, ein Alarmsignal erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden zusätzlichen Schritten:
Zusätzlich zur Alarm-Einschaltdrehzahl wird in zeitlichen Abständen eine Alarm-Abschaltdrehzahl berechnet, welche zwischen dem augenblicklichen Drehzahl-Sollwert (nsoii, Tsoii) und der augenblicklichen Alarm-Einschaltdrehzahl liegt und zusammen mit letzterer eine Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) definiert; mit zeitlichen Abständen wird geprüft, ob eine Veränderung der tatsächlichen Drehzahl des Motors aus der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) in einen Bereich zwischen Alarm-Abschaltdrehzahl und Drehzahl- Sollwert (nsoii, Tsoii) eingetreten ist; wenn dies der Fall ist, wird ein Alarm-Abschaltkriterium (Flag_DIR = 1) erzeugt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem nach der Generierung des Alarm- Abschaltkriteriums die Zeitdauer überwacht wird, welche ab der Generierung dieses Kriteriums vergangen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem dann, wenn die überwachte Zeitdauer einen vorgegebenen Wert (tdOff) überschreitet, die Erzeugung des Alarmsignals beendet wird (ALARM = 0).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem als Drehzahlwert eine Zeit verwendet wird, die der Rotor bei der betreffenden Drehzahl für das Durchlaufen eines vorgegebenen Drehwinkels benötigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem zur Charakterisierung des Drehzahl-Sollwerts (nsoii) eine Soll-Zeit (Tsoii) verwendet wird, und bei welchem für die Charakterisierung einer für die Erzeugung eines Alarmkriteriums verwendeten Werts eine Alarmzeit (TAOΠ) berechnet wird, welche zur Soll-Zeit (Tsoii) in einer vorgegebenen Relation steht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Alarmzeit (TAOΠ) in der Weise berechnet wird, dass zur Soll-Zeit (Tsoii) ein Korrekturwert addiert oder subtrahiert wird, welcher gebildet wird, indem die Sollzeit (Tsoii) durch einen Festwert (x) dividiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem als Festwert (x) eine Zahl aus der Reihe ...1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1 , 2, 4, 8, 16, 32 ... verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem zur Erzeugung des Festwerts (x) ein Schiebevorgang auf einen binären Basiswert angewendet wird.
12. Verfahren zum Erzeugen eines Alarmsignals (ALARM) bei einem Motor (49), der einen Rotor (50) aufweist, dessen tatsächliche Drehzahl (nist; Tist) im Betrieb in einer Normalzone (nsoii, Tsoii) liegt, bei einem Fehler von dieser Normalzone abweichen kann, und auf einen Fehlerzustand überwacht werden soll, mit folgenden Schritten:
Es werden mindestens eine Alarm-Einschaltdrehzahl (ΠAOΠ, TAOn) und mindestens eine Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) festgelegt, von denen die letztere näher bei der Normalzone liegt als erstere, wobei ein zugeordnetes Paar von Alarm-Einschaltdrehzahl (ΠAOΠ, TAOn) und Alarm- Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) zwischen sich eine Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) definiert; wenn die zu überwachende Drehzahl, von der Hysteresezone her kommend, zur Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn, TAOn) gelangt, wird ein Alarm- Einschaltkriterium (Flag_DIR = 0) erzeugt (Fig. 13: S178); ab seiner Erzeugung (Fig. 1 : t2) wird die Dauer dieses Alarm- Einschaltkriteriums überwacht (Fig. 13: S184; S192); wenn diese Dauer einen vorgegebenen Wert (tdOn) erreicht, wird ein Alarmsignal (ALARM) aktiviert (Fig. 13: S186, S194).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem überwacht wird (Fig. 13: S174, S200), ob die zu überwachende Drehzahl (nist, Tist) während der Überwachung der Dauer des Alarm-Einschaltkriteriums (Flag_DIR = 0) einen Wert in der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) annimmt, und in diesem Fall die Überwachung dieser Dauer (tdOn) deaktiviert wird (Fig. 13: S202).
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem dann, wenn die zu überwachende Drehzahl (nist, Tist) nach Erzeugung eines Alarmsignals von der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) her kommend zur Alarm- Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) gelangt, ein Alarm-Abschaltkriterium (Flag_DIR = 1) erzeugt wird, bei welchem ab seiner Erzeugung (Fig. 1 : t4) die Dauer überwacht wird, und dann, wenn diese Dauer einen vorgegebenen Wert (tdOff) erreicht, das Alarmsignal deaktiviert (Fig. 13: S214) wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem überwacht wird (Fig. 13: S174, S200), ob die zu überwachende Drehzahl während der Überwachung der Dauer des Alarm-Abschaltkriteriums (Flag_DIR = 1) einen Wert in der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) annimmt, und in diesem Fall die Überwachung dieser Zeitdauer (tdOn) deaktiviert wird (Fig. 13: S202).
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem vor dem Deaktivieren des Alarms (Fig. 13: S214) geprüft wird, ob ein Befehl (Fig. 13; S210) zur permanenten Speicherung eines aktivierten Alarms vorhanden ist, und in diesem Fall die Deaktivierung des Alarmsignals unterdrückt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welchem beim Anlauf des Motors ein Kriterium (Fig. 13: S182; Flag_PowerUpAlarm) erzeugt wird, welches den vorgegebenen Wert für die zur Aktivierung des Alarmsignals erforderliche Zeitdauer (tdOn) beim Anlauf verlängert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem dieser Befehl gelöscht (Fig. 13: S190) wird, wenn das Alarm-Einschaltkriterium (Flag_DIR = 0) rückgesetzt (Fig. 13: S206) wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei welchem das Alarm- Einschaltkriterium (Flag_DIR = 0) der inverse Wert eines Alarm- Abschaltkriteriums (Flag_DIR = 1) ist, welches erzeugt wird, bevor ein eingeschaltetes Alarmsignal abgeschaltet werden kann.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei welchem als normaler Wert der zu überwachenden Drehzahl (nist, Tist) eine Drehzahl (nsoii, Tsoii) verwendet wird, die dem Motor durch einen Drehzahl-Sollwert vorgegeben wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn, TAOn) in einem vorgegebenen Verhältnis zum Drehzahl-Sollwert (nsoii, Tsoii) steht.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , bei welchem die Alarm- Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) in einem vorgegebenen Verhältnis zum Drehzahl-Sollwert steht.
23. Verfahren nach einem der Patentansprüche 12 bis 22, bei welchem zur Charakterisierung des Drehzahl-Sollwerts eine Soll-Zeit (Tsoii) verwendet wird, und bei welchem für die Charakterisierung eines für die Erzeugung eines Alarmkriteriums verwendeten Wertes (nAOn, nAOff) eine Alarmzeit (TAOn, TAOff) berechnet wird, welche zur Soll-Zeit (Tsoii) in einer vorgegebenen Relation steht.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem die Alarm-Zeit (TAOn, TAOff) in der Weise berechnet wird, dass zur Soll-Zeit (Tsoii) ein Korrekturwert (Tsoiι/x) addiert oder subtrahiert wird, welcher gebildet wird, indem die Sollzeit durch einen Festwert (x) dividiert wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem als Festwert (x) eine Zahl aus der Reihe ... 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1 , 2, 4, 8, 16, 32 ...verwendet wird.
26. Motor (49) mit einer Anordnung (43) zur Überwachung einer Abweichung der tatsächlichen Drehzahl (nist, Tist) des Motors (49) von einer Normalzone, welcher Motor aufweist:
Einen Drehzahlgeber (60) zur Erfassung eines die tatsächliche Drehzahl (nist) des Motors charakterisierenden Wertes (THALL); eine Alarmvorrichtung (54), welche dazu ausgebildet ist, die tatsächliche Drehzahl mit einer vorgegebenen Alarm-Einschaltdrehzahl (ΠAOΠ, TAOn) und einer davon verschiedenen Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff, TAOff) zu vergleichen, welche Drehzahlen zwischen sich eine Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) definieren, und bei Erreichen der Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn, TAOn) ein Alarm- Einschaltkriterium (Flag-DIR = 0) zu aktivieren; und mit einem Zeitglied (AVZ 56) zur Überwachung des Alarm- Einschaltkriteriums (Flag_DIR = 0), welches Zeitglied dazu ausgebildet ist, ein Alarmsignal zu aktivieren (ALARM = 1), nachdem das Alarm- Einschaltkriterium (Flag_DIR = 0) während einer vorgegebenen Zeitspanne (tdOn) aktiviert war.
27. Motor nach Anspruch 26, welcher als Elektromotor (49) ausgebildet ist.
28. Motor nach Anspruch 26 oder 27, bei welchem eine Vorrichtung (Fig. 13: S200, S202) vorgesehen ist, welche die tatsächliche Drehzahl daraufhin überwacht, ob sie nach Erreichen der Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn) und Erzeugen des Alarm-Einschaltkriteriums (Flag_DIR = 0) einen Wert in der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) annimmt, und welche in diesem Fall den Vorgang der Aktivierung des Alarmsignals deaktiviert (Fig. 13: S202).
29. Motor nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei welchem die Alarmvorrichtung (54) dazu ausgebildet ist, nach Aktivierung des Alarm- Einschaltkriteriums (Flag-DIR = 0) ein Alarm-Abschaltkriterium (Flag_DIR = 1) zu aktivieren, wenn die tatsächliche Drehzahl, von der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) her kommend, die Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff) erreicht.
30. Motor nach Anspruch 29, bei welchem ein Zeitglied (AVZ 56) zur Überwachung des Alarm-Abschaltkriteriums (Fig. 13: Flag_DIR = 1) vorgesehen ist, welches Zeitglied dazu ausgebildet ist, das Alarmsignal zu deaktivieren (ALARM = 0), nachdem das Alarm-Abschaltkriterium (Flag_DIR = 1) während einer vorgegebenen Zeitspanne (tdOff) aktiviert war.
31. Motor nach Anspruch 30, bei welchem eine Anordnung (Fig. 13: S200, S202) vorgesehen ist, welche die tatsächliche Drehzahl (nist, Tist) daraufhin überwacht, ob sie nach Erreichen der Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff) und Erzeugen des Alarm-Abschaltkriteriums (Flag_DIR = 1) einen Wert im Bereich der Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) annimmt, und welche in diesem Fall den Vorgang der Deaktivierung des Alarmsignals deaktiviert (Fig. 13: S202).
32. Motor nach einem der Ansprüche 26 bis 31 , welcher einen Drehzahlregler (48) aufweist, um die tatsächliche Drehzahl (nist) auf einen gewünschten Drehzahl-Sollwert (nsoii) zu regeln, und welcher eine Anordnung (Fig. 6: 82b) aufweist, die Alarm- Einschaltdrehzahl (nAOn) und Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff) abhängig von der Größe des Drehzahl-Sollwerts (nsoii) automatisch an diese anpasst.
33. Motor nach Anspruch 32, bei welchem die Anordnung (Fig. 6: 82b) dazu ausgebildet ist, der Alarm-Einschaltdrehzahl (nAOn) einen Wert zuzuordnen, welcher im wesentlichen ein erster Prozentsatz des Drehzahl-Sollwerts (nsoii) ist.
34. Motor nach Anspruch 32 oder 33, bei welchem die Anordnung (Fig. 6: 82b) dazu ausgebildet ist, der Alarm-Abschaltdrehzahl (nAOff) einen Wert zuzuordnen, welcher im wesentlichen ein zweiter Prozentsatz des Drehzahl- Sollwerts (nsoii) ist.
35. Motor nach Anspruch 34, bei welchem sich erster und zweiter Prozentsatz voneinander unterscheiden, um bei Aktivierung und Deaktivierung des Alarmsignals eine Hysteresezone (23; 45; 68; 73; 76; 226) zu bilden.
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