ES2710911T3 - Dispositivo de diagnóstico de estado de señal para la activación de un medio de control externo cuando se alimenta con potencia eléctrica de accionamiento mediante una señal de activado/desactivado transmitida a través de un medio de aislamiento - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de diagnóstico de estado de señal de un medio de control externo (80) que funciona con una potencia de accionamiento suministrada mediante una señal de activado/desactivado transmitida a través de un medio de aislamiento, caracterizado por que el dispositivo de diagnóstico de estado de señal comprende un transformador de aislamiento (3) que tiene una toma intermedia en un punto medio de su bobinado primario como dicho medio de aislamiento, en cuyo lado secundario está conectado dicho medio de control externo (80), un medio de generación de señales (2) para generar una tensión que vibra periódicamente que incluye una tensión de impulso rectangular y una tensión alterna conectado al lado primario del transformador de aislamiento (3), un circuito de conmutación (81) conectado a la toma intermedia del bobinado primario del transformador de aislamiento (3) y operado mediante una señal de activado/desactivado (82) para enviar una potencia eléctrica de accionamiento al medio de control externo (80) para accionar el mismo, y un medio de medición de corriente que comprende una resistencia (84) conectada al circuito de conmutación en paralelo, el medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia para medir una corriente (6) que circula por la resistencia, correspondiendo la corriente a una corriente que circula por el lado secundario del transformador de aislamiento (3) a suministrar al medio de control externo (80) para accionar el mismo, de modo que el estado de la señal del medio de control externo (80) se diagnostica basándose en el resultado de medición del medio de medición de corriente.
Description
DESCRIPCION
Dispositivo de diagnostico de estado de senal para la activacion de un medio de control externo cuando se alimenta con potencia electrica de accionamiento mediante una senal de activado/desactivado transmitida a traves de un medio de aislamiento
Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere a un dispositivo para diagnosticar el estado de una senal de un medio de control externo operado mediante una potencia electrica de accionamiento suministrada tras recibir una senal de activado/desactivado transmitida a traves de un medio de aislamiento, en particular, a un dispositivo de diagnostico del estado de una senal compuesto de tal forma que si pueden confirmarse senales enviadas a un medio de control externo que comprende un accionador usado para controlar una planta o equipo se transmite correctamente y al diagnostico de integridad de un circuito para detectar si una rotura de un cable o cortocircuito no se ha producido en el circuito.
Estado de la tecnica
Accionadores se han usado como medio de control externo tal como valvulas electromagneticas, lamparas, reles, pequenos motores de CC para el proposito de control de plantas o equipo. Muchos de los accionadores se accionan mediante tension de CC, y el lado para dar instrucciones a la planta o equipo (en lo sucesivo denominado como el lado de instrucciones) se afsla del lado para realizar mediciones, accionar o controlar en la planta o equipo (en lo sucesivo denominado como el lado de planta) para el proposito de evitar afecciones en el cuerpo humano o evadir afecciones de ruido dependiendo de uso. Senales enviadas desde el lado de instrucciones y senales de resultado de medicion enviadas desde el lado de planta al lado de instrucciones se afslan mediante fotoacopladores, reles de aislamiento de senales, amplificadores de aislamiento y transformador de aislamiento. Cuando se necesita potencia electrica, se adopta un transformador de aislamiento para la fuente de alimentacion electrica.
En anos recientes, ha habido una demanda creciente para la realización de diagnostico de integridad de circuito en el campo de instrumentacion y medicion para el proposito de elevar la fiabilidad del sistema confirmando la integridad de senales de salida y cableado de circuito, es decir, confirmando si accionadores tal como valvulas electromagneticas, lamparas, reles y pequenos motores de CC estan operando correctamente como se ordena y si existe una rotura de un cable o se produjo un cortocircuito en el circuito.
La Figura 7 y la Figura 8 respectivamente muestran un ejemplo de circuito de accionamiento convencional de un medio de control externo que consiste en un accionador tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele, pequeno motor de CC, y eso anadido con un circuito para diagnosticar la integridad del circuito de accionamiento.
En la Figura 7, numero de referencia 160 es una senal de tension de accionamiento para accionar un accionador 163 tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele, pequeno motor de CC (en lo sucesivo denominado como el objeto dependiendo de las circunstancias), 161 es un rele de aislamiento de senal para aislar el lado de planta del lado de instrucciones y 162 es una fuente de alimentacion electrica de CC para accionar el accionador.
En la Figura 8, numero de referencia 101 es un circuito de fuente de alimentacion electrica para suministrar potencia electrica a un circuito de conversion de senal para deteccion de corriente, 164 y circuito de modulacion 165. El circuito de fuente de alimentacion consiste en un circuito de generacion de impulso 103 para convertir la potencia electrica de la fuente de alimentacion electrica 102 en una tension de impulsos, un transformador de aislamiento 104 para transformar la tension de la tension de impulsos del circuito de generacion de impulso 103 y aislar el lado de planta del lado de instrucciones, un circuito rectificador 105 para rectificar el impulso transformado por el transformador de aislamiento 104 y un circuito de tension constante 106 para estabilizar y convertir el impulso rectificado en una tension constante. Una lmea discontinua indicada mediante el numero de referencia 107 indica una barrera de aislamiento. El numero de referencia 164 es un circuito de conversion de senal para deteccion de corriente, 165 es un circuito de modulacion, 166 es un transformador de aislamiento, 167 es un circuito de demodulacion y 168 es una senal de corriente de lectura.
La senal de tension de accionamiento 160 en la Figura 7 se introduce al rele de aislamiento de senal para aislar la senal, y potencia electrica enviada desde la fuente de alimentacion de CC 162 proporcionada de forma separada se envfa al objeto 163, un accionador tal como una valvula electromagnetica lampara, rele y pequeno motor de CC para accionar el mismo.
En el circuito provisto de un circuito para realizar diagnostico de integridad mostrado en la Figura 8, es similar al caso de la Figura 7 que la fuente de alimentacion de CC 162 se proporciona para enviar potencia electrica a traves del rele de aislamiento de senal 161 al accionador (objeto) 163 para accionar el mismo. Sin embargo, en el circuito de la Figura 8, se proporcionan un amplificador de aislamiento que consiste en el circuito de conversion de senal 164 para detectar la corriente en el accionador 163, circuito de modulacion 165 para convertir la corriente detectada en tension, transformador de aislamiento 166 y circuito de demodulacion 167 para convertir la senal de tension en una
senal de corriente; y un circuito de fuente de alimentacion electrica 101 que consiste en la potencia electrica 102, circuito de generacion de impulsos 103, transformador de aislamiento 104, circuito rectificador 105 y circuito de tension constante 106; con el fin de diagnosticar la integridad de circuito, en el sentido de si el accionador 163 se ha operado como se ha ordenado y si se ha producido la rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito.
La senal de tension de accionamiento 160 se introduce al rele de aislamiento de senal 161 para aislar la senal para activar el rele de aislamiento de senal 161, y la potencia electrica enviada desde la fuente de alimentacion electrica de CC 162 se envfa al accionador (objeto) tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC para accionar el mismo, de forma similar al caso de la Figura 7. Una corriente enviada desde la fuente de alimentacion de CC 162 a traves del rele de aislamiento de senal 161 se detecta por el circuito de conversion de senal para deteccion de corriente 164 y convierte en una senal de tension, la senal de tension se modula por el circuito de modulacion 165 para convertirse en una senal de tension modulada (senal de tension alterna) y enviarse al transformador de aislamiento 166, a continuacion se convierte en una senal de corriente por el circuito de demodulacion 167 en el lado de instrucciones, por lo tanto la corriente que circula hacia el objeto 163 se emite desde el circuito de demodulacion 167 como una lectura 168.
Es decir el circuito convencional provisto de la funcion de diagnostico de la integridad de circuito tal como si el accionador tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC usado para el proposito de controlar una planta o equipo esta operando como se ordena, y si existe una rotura de un cable o se produjo un cortocircuito. Con esta construccion de circuito convencional para diagnosticar el estado de operacion del medio de control externo, han existido problemas como se indica a continuacion:
(A) Un circuito de fuente de alimentacion electrica y circuito de diagnostico de integridad deben anadirse para realizar diagnostico de integridad de forma separada del circuito para transmitir la senal para accionar el accionador, asf, el numero de partes aumenta y la construccion de circuito se complica, resultando en mayores costes de fabricacion.
(B) Es necesario proporcionar un circuito adicional tal como un circuito de deteccion de exceso de corriente para el proposito de detectar la ocurrencia de anormalidad y adicionalmente para proporcionar de forma separada una proteccion tal como un circuito protector o fusible contra un exceso de flujo de corriente.
Por lo tanto, cuando se pretende realizar diagnostico de integridad, es inevitable con el sistema convencional que los costes de fabricacion aumenten enormemente, y el sistema convencional no puede adoptarse a no ser que exista una fuerte demanda para aumentar la fiabilidad a pesar del aumento de costes de fabricacion.
En cuanto a la tecnica para detectar una rotura de un cable, se divulgan por ejemplo en la bibliograffa de patente 1 (Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspeccion Publica N.° 2006-023105) un metodo de deteccion de rotura de un cable aplicando una senal de impulsos al cable y comparacion de la forma de onda de corriente medida con la forma de onda de corriente de referencia para evaluar la presencia o ausencia de rotura de un cable a partir de diferencias en ambas formas de onda, y en la bibliograffa de patente 2 (Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspeccion Publica N.° 2004-198302) un circuito para detectar la rotura de un cable aplicando una senal de impulsos para comprobar a traves de un componente de impedancia la cable de la senal para detectar una rotura de un cable y comparar la senal obtenida a partir del cable de la senal con la senal de impulsos para comprobar para evaluar la presencia o ausencia de rotura de un cable.
En cuanto a diagnostico de circuitos electricos, se divulga por ejemplo en la bibliograffa de patente 3 (Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspeccion Publica N.° 8-005708) un metodo de diagnostico de circuitos electricos y diagnostico de dispositivo usado para el metodo. Con el metodo, se diagnostican condiciones de aparatos electricos para el proposito de mejorar la eficiencia de la operacion de diagnostico facilitando la gestion de registro de mediciones y adicionalmente disminuir la ocurrencia de errores humanos, leyendo informacion escrita y almacenada en una memoria no volatil con referencia a resultados de medicion de caractensticas o cosas con referencia a medicion de los aparatos electricos, o resultados de medicion de caractensticas o cosas con referencia a medicion de aparatos electricos, y comparando la informacion lefda con la informacion del momento con referencia a resultados de medicion de caractensticas o cosas con referencia a medicion de los aparatos electricos.
Sin embargo, con la tecnica descrita en la bibliograffa de patente 1 y 2 que se refiere a la deteccion de una rotura de un cable en un circuito, se necesitan medios para aplicar senales de impulsos y una memoria para memorizar forma de onda de corriente de referencia, y con el dispositivo de diagnostico de circuito electrico divulgado en la bibliograffa de patente 3, se necesita una informacion memorizada en memoria con referencia a resultados de medicion de caractensticas o cosas con referencia a medicion de los aparatos electricos, y adicionalmente un medio para medir caractensticas del circuito y un medio para comparar el resultado de medicion con los datos de referencia, resultando en una composicion complicada. Por lo tanto, los problemas citados en los arffculos (A) y (B) no pueden resolverse mediante estas tecnicas.
Otros circuitos de accionamiento de un medio de control externo se divulgan adicionalmente mediante los documentos US2005/156540 y US2002/053858.
Objeto de la invencion
Por lo tanto, el objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo para diagnosticar el estado de senal de un medio de control externo, con el que una senal que muestra el estado de operacion del objeto accionado, un medio de control externo u ocurrencia de una rotura de un cable o cortocircuito, se transmite por el mismo medio para transmitir la potencia electrica, y puede realizarse transmision de resultado de medicion y diagnostico de integridad del circuito con alta precision mediante una construccion simple sin aumento del numero de partes y complicacion de la circuitena, evitando de este modo un aumento en costes de fabricacion.
Para lograr el objeto, la presente invencion propone un dispositivo de diagnostico de estado de senal de un medio de control externo que funciona con una potencia de accionamiento suministrada mediante una senal de activado/desactivado transmitida a traves de un medio de aislamiento, que comprende un transformador de aislamiento que tiene una toma intermedia en un punto medio de su bobinado primario como dicho medio de aislamiento, al lado secundario del que se conecta dicho medio de control externo; un medio de generacion de senales para generar una tension que vibra periodicamente que incluye una tension de impulso rectangular y tension alterna conectada al lado primario del transformador de aislamiento; un circuito de conmutacion conectado a la toma intermedia del bobinado primario del transformador de aislamiento y operado mediante una senal de activado/desactivado para enviar una potencia electrica de accionamiento al medio de control externo para accionar el mismo; y
un medio de medicion de corriente conectado a la toma intermedia para medir una corriente que circula por el lado primario del transformador de aislamiento que corresponde a una corriente que circula por el lado secundario del mismo a suministrar al medio de control externo para accionar el mismo; con lo que el estado de senal del medio de control externo se diagnostica basandose en el resultado de medicion del medio de medicion de corriente.
Con el dispositivo, se proporciona el circuito de conmutacion que se conecta a la toma intermedia proporcionada al bobinado primario del transformador de aislamiento y permite que potencia electrica accione el medio de control externo se suministre de acuerdo con una senal de activado/desactivado; se mide el cambio en la corriente primaria provocado por el consumo de potencia electrica mediante el medio de control externo, enviandose esa potencia electrica desde el lado primario del transformador de aislamiento a traves del lado secundario del mismo; puede diagnosticarse el estado de senal del medio de control externo basandose en el resultado de medicion; y por lo tanto el suministro de potencia electrica y diagnostico del estado de operacion del medio de control externo puede realizarse por el mismo circuito.
Por lo tanto, puede componerse un dispositivo para diagnosticar el estado de senal de un medio de control externo que no necesita proporcionar un medio de aislamiento tal como una fuente de alimentacion electrica de asilamiento y transformador de aislamiento, circuito de conversion de senal, circuito de demodulacion, etc. como se cita en el artfculo (A) y (B) como se necesita en el dispositivo convencional; es muy simple en construccion sin aumento en el numero de partes evitando el aumento de costes de fabricacion; y puede diagnosticar el estado de operacion del medio de control externo con alta precision.
Componiendo de tal forma que el circuito de conmutacion activa/desactiva el medio de generacion de senales de acuerdo con la senal de activado/desactivado del medio de control externo, y que el circuito de conmutacion se compone de modo que permite que potencia electrica debil no sea capa de accionar el medio de control externo a emitir desde el lado secundario del transformador de aislamiento con senal de "desactivado" del medio de control externo, la corriente no se mide cuando se produce una rotura de un cable en el medio de control externo, cuando se produce un cortocircuito, circula una corriente mayor de la normal y correspondientemente una corriente mayor circula por el lado primario del transformador de aislamiento y se mide, asf, puede estimarse el estado de activado/desactivado del medio de control externo, una rotura de un cable o cortocircuito. Por lo tanto, puede proporcionarse un dispositivo de diagnostico de estado de senal con el que siempre puede supervisarse la ocurrencia de rotura de un cable y cortocircuito.
Como se ha descrito hasta ahora, de acuerdo con la invencion, puede componerse un dispositivo para diagnosticar estado de senal de un medio de control externo que no necesita proporcionar una fuente de alimentacion electrica, medio de aislamiento, medio de conversion de senal, circuito de demodulacion, etc. para cada medio de control externo como se necesita en el dispositivo convencional; es muy simple en construccion sin aumento en el numero de partes evitando el aumento de costes de fabricacion; y puede diagnosticar el estado de operacion del medio de control externo con alta precision.
Descripcion de las figuras
La Figura 1 es diagrama de bloques de un circuito de un circuito de acuerdo con la invencion para accionar un accionador tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele, pequeno motor de CC, etc., que se suministra o interrumpe con potencia electrica para accionar el mismo tras la recepcion de una senal de activado/desactivado. La Figura 2 es un diagrama de una circuitena de acuerdo con la invencion para accionar un accionador tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele, pequeno motor de CC, etc., que se suministra o interrumpe con potencia electrica para accionar el mismo tras la recepcion de una senal de activado/desactivado.
La Figura 3 es un grafico que muestra valor de corriente en un accionador que se suministra o interrumpe con potencia electrica para accionar el mismo tras la recepcion de una senal de activado/desactivado cuando el accionador funciona normalmente, cuando se ha producido una rotura de un cable, y cuando se ha producido un cortocircuito.
La Figura 4 es un grafico que muestra perdida en nucleo (perdida de potencia electrica) frente a caractenstica de temperatura del material de nucleo usado en el transformador de la invencion.
La Figura 5 es un diagrama de patrones que muestra bobinado de la bobina primaria y secundaria alrededor del nucleo del transformador usado en la invencion.
La Figura 6A es un grafico de un resultado de pruebas que muestra error de linealidad de caractenstica de transferencia del transformador usado en la invencion (error de linealidad para diversas temperaturas de nucleo entre -40~85 °C tomando el factor de caracterizacion de transferencia a 25 °C con el valor de referencia), y la Figura 6B es una tabla que muestra las especificaciones del transformador usado en la prueba.
La Figura 7 es un diagrama de bloques de un circuito convencional para accionar un objeto que es un accionador tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC.
La Figura 8 es un diagrama de bloques de un circuito convencional provisto de un circuito para realizar diagnostico de estado de senal, para accionar un accionador tal como una valvula electromagnetica que esta totalmente abierta o totalmente cerrada tras la recepcion de una senal de tension, o una servo valvula cuya abertura se controla entre estado totalmente abierto y estado totalmente cerrado de acuerdo con la tension de una senal de tension.
Descripcion detallada de la invencion
Ahora se detallara una realización preferida de la presente invencion con referencia a los dibujos adjuntos. Se concibe, sin embargo, que a menos que se especifique particularmente, dimensiones, materiales, posiciones relativas y asf sucesivamente de las partes constituyentes en las realizaciónes debenan interpretarse como ilustrativas unicamente, no como limitativas del alcance de la presente invencion.
Las Figuras 1, 2 y 3 son respectivamente un diagrama de bloques (Figural) de un dispositivo de diagnostico de estado de senal de la invencion para confirmar si una senal se transmite correctamente a un medio de control externo accionado con potencia electrica suministrada tal como un accionador como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC a traves de un medio de aislamiento y si existe una rotura de un cable o se produjo un cortocircuito en el circuito; un diagrama de circuito concreto ( la Figura 2); y flujo de corriente (Figura 3) en el objeto 80, un accionador, en el circuito mostrado en la Figura 1, 2, dependiendo de condiciones tal como estado de operacion del accionador, ocurrencia de rotura de un cable o cortocircuito.
En la Figura 1, el numero de referencia 1 es una fuente de alimentacion electrica, 2 es un circuito de generacion de impulsos, 3 es un transformador de aislamiento, 4 es un circuito rectificador, 6 es corriente de lado primario del transformador de aislamiento 3, una lmea discontinua 7 indica una barrera de aislamiento. El numero de referencia 80 es un accionador (en lo sucesivo denominado como el objeto dependiendo de las circunstancias) como un medio de control externo tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC accionado con potencia electrica suministrada de acuerdo con una senal de activado/desactivado, 81 es un circuito de conmutacion que comprende FET (83 en la Figura 2), y 82 es una senal de tension de accionamiento para accionar el accionador 80.
En la Figura 2, el numero de referencia 21 y 22 es un diodo que compone el circuito rectificador 4, 23 y 24 es un condensador que compone el circuito rectificador 4, 26 es un condensador, 25 y 84 es una resistencia, 83 es un FET activado/desactivado por la senal de tension de accionamiento 82, 85 y 86 es un FET para aplicar tension de impulso a ambos extremos del bobinado primario del transformador de aislamiento alternativamente.
En la Figura 3, una lmea continua escalonada en la izquierda con una letra "ACTIVADO" sobre la misma muestra el valor de la senal de corriente 6 cuando el accionador 80 esta en un estado de activado, y una lmea continua escalonada en la derecha con una letra "DESACTIVADO" sobre la misma muestra el valor de la senal de corriente 6 cuando el accionador 80 esta en un estado de desactivado. Las lmeas continuas estan escalonadas unicamente para el proposito de segmentar claramente los intervalos. En el grafico, el intervalo de corriente que circula hacia el accionador 80 cuando esta funcionando normalmente se indica mediante "NORMAL" en ambos casos de activado y desactivado del estado del accionador 80, que cuando existe rotura de un cable se indica mediante "ROTURA d E UN CABLE", y que cuando existe un cortocircuito se indica mediante "CORTOCIRCUITO".
En primer lugar, haciendo referencia a la Figura 1 que muestra un diagrama de bloques, el circuito de conmutacion 81 suministrado con un impulso desde el circuito de generacion de impulso 2 suministrado con la potencia electrica 1 se activa/desactiva mediante la senal de activado/desactivado de tension de accionamiento 82 para suministrar una tension suficiente para accionar el accionador y una tension insuficiente para accionar el accionador al transformador de aislamiento 3 de acuerdo con la senal de activado/desactivado. De esta manera, el accionador 80 se suministra con potencia electrica de 10~20 M desde el transformador de aislamiento 3 a traves del circuito rectificador 4 cuando la senal de tension de accionamiento 82 es "ACTIVADO", y se suministra con potencia electrica corta de para accionar el accionador 80 cuando dicha senal es "DESACTIVADO".
Por lo tanto, circula corriente para accionar el accionador 80 por el lado secundario del transformador 3, y una corriente que corresponde a la corriente que circula por el lado secundario circula por el lado primario del transformador de aislamiento 3. Midiendo la corriente de lado primario mediante un ampenmetro no mostrado en el dibujo, puede estimarse una corriente consumida por el accionador, y adicionalmente si existe una rotura de un cable o se produjo un cortocircuito en el circuito puede evaluarse mediante esa corriente no circula o circula un exceso de corriente por el lado primario respectivamente.
A continuacion, haciendo referencia a la Figura 2 que muestra una circuitena concreta, diodos 21, 22 y condensadores 23, 24 se conectan al lado secundario del transformador de aislamiento 3 para componer un circuito rectificador de onda completa 4, del lado de salida del que se conecta el accionador 80. En el lado primario del transformador de aislamiento 3, un impulso desde el circuito de generacion de impulso 2 accionado por la potencia electrica suministrado desde la fuente de alimentacion 1 se introduce a los FET 85 y 86 suministrados con potencia electrica desde la fuente de alimentacion Vcc, y la tension Vcc se aplica a ambos extremos del bobinado primario como alternativa mediante la activacion de cada FET. Se proporciona una toma intermedia en el punto medio del bobinado primario del transformador de aislamiento 3, el f Et con la resistencia 84 conectada en paralelo al mismo que compone el circuito de conmutacion 81 se conecta a la toma intermedia, y la resistencia 25 con el condensador 26 conectado en paralelo se conecta al circuito de conmutacion.
El circuito de generacion de impulso 2 genera un impulso de onda rectangular con potencia electrica suministrada desde la fuente de alimentacion 1, y la tension Vcc se aplica como alternativa a ambos extremos del bobinado primario del transformador de aislamiento 3 a traves de los FET 85 y 86. El FET 83 se activa cuando la senal de "ACTIVADO" de la senal de tension de accionamiento 82 se aplica al FET 83 en el circuito de conmutacion 81, y una corriente determinada dependiendo de la resistencia 25 circula por el lado primario del transformador de aislamiento. Desde el lado secundario del mismo circula hacia fuera una tension aumentada en presion, que se rectifica por el circuito rectificador 4 compuesto de los diodos 21, 22 y condensadores 23, 24, y la corriente CC rectificada se suministra al accionador 80 para accionar el mismo.
En el lado primario del transformador de aislamiento 3 circula una corriente que corresponde a la corriente que circula por el lado secundario del mismo para accionar el accionador 80, asf, midiendo esta corriente de lado primario mediante un ampenmetro no mostrado en el dibujo, se estima la corriente realmente usada para accionar el accionador 80 basandose en el resultado de medicion. De esta manera, se estima la corriente usada para accionar el accionador 80 tal como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC y puede realizarse un diagnostico de estado de senal del medio de control externo con alta precision, sin la necesidad de proporcionar una fuente de alimentacion electrica, circuito de diagnostico de integridad y un circuito adicional para detectar excesiva corriente, de forma separada del circuito para transmitir la senal de activado/desactivado para operar el accionador, como se necesita en el circuito convencional.
Cuando la senal de tension de accionamiento 82 es "DESACTIVADO", el FET que compone el circuito de conmutacion 81 se desactiva, corriente circula a traves de la resistencia 84 y resistencia 25, y la tension aplicada al lado primario del transformador de aislamiento 3 se vuelve constante. Por lo tanto, incluso cuando la senal de tension de accionamiento 82 es "DESACTIVADO", una tension con la que el accionador 80 no se acciona se produce en el lado secundario del transformador de aislamiento 3. Por lo tanto, cuando la senal de corriente 6 no circula, se considera que se produce una rotura de un cable, y cuando la corriente 6 es mas grande de lo esperado, se considera que se produce un cortocircuito.
La Figura 3 muestra como se vuelve la corriente 6 en esos casos. El valor de la corriente 6 se muestra como la ordenada y casos cuando senal de tension de accionamiento 82 es "ACTIVADO" y "DESACTIVADO" se extienden a lo largo de la abscisa. Cuando la senal de tension de accionamiento 82 es "ACTIVADO", el FET 83 se activa como se ha mencionado anteriormente, una corriente determinada dependiendo de la resistencia 25 circula al lado primario del transformador de aislamiento 3 y en el lado secundario del mismo circula una corriente en el intervalo de "Normal" en el grafico de lado izquierdo de la Figura 3. Cuando la senal de tension de accionamiento 82 es "DESACTIVADO", el FET 83 se desactiva como se ha mencionado anteriormente, asf, la corriente circula al lado primario del transformador de aislamiento 3 pasa a traves de ambas resistencias 84 y 25, y por consiguiente en el lado secundario del mismo circula una pequena corriente en el intervalo de "Normal" en el grafico de lado derecho de la Figura 3, con cuya corriente el accionador 80 no puede accionarse. Cuando se produce un cortocircuito, una gran corriente circula por el circuito como se muestra mediante "cortocircuito" en ambos casos de "ACTIVADO" y "DESACTIVADO" de la senal de tension de accionamiento 82. Cuando existe una rotura de un cable, no circula ni siquiera una corriente debil, y asf casi no circula corriente como se muestra mediante "ROTURA DE UN CABLE" en la Figura 3.
Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con la invencion, la corriente usada para accionar el accionador 80 se estima basandose en la corriente que circula por el lado primario del transformador de aislamiento 3 que corresponde a la corriente que circula por el lado secundario del mismo, y al mismo tiempo pueden diagnosticarse una rotura de un cable y cortocircuito circulando siempre una corriente debil en el circuito.
Cuando se realiza el accionamiento del objeto accionado y diagnostico del circuito usando la fuente de alimentacion
electrica no proporcionada con el circuito de tension constante de esta manera, particularmente en el caso de transmision de senal analogica, surge un problema de precision. Particularmente, en el sistema de circuito como este, perdida de energfa en el transformador de aislamiento se vuelve un error para la energfa transmitida. Sin embargo, cuando el error en la transmision de senal es mas pequeno que un intervalo de precision, no hay problema. Por ejemplo, cuando se permite un error de aproximadamente 0,2 %~0,25 %, puede adoptarse un transformador convencional.
Cuando se requiere mas precision, por ejemplo, el error debe ser mas pequeno del 0,1 %, el cambio de perdida en nucleo dependiendo de temperatura del transformador se vuelve mas problematico. Sin embargo, cuando la perdida en nucleo es casi constante en relacion con temperatura, no importa evaluar el resultado de medicion con alta precision tomando en consideracion la temperatura, y la medicion y transferencia de senales analogicas se hace posible con alta precision.
La Figura 4 es un grafico que muestra una caractenstica de perdida en nucleo (perdida de potencia (kW/cm3) frente a temperatura (°C)) de varios materiales de nucleo. Materiales de nucleo PC44 y PC47 fabricados por TDK Ltd. que tienen un valor de pico en cerca de 100 °C; sin embargo, PC95 tambien fabricado por TDK Ltd. tiene una caractenstica de perdida en nucleo relativamente plana. En la invencion, se adopto PC95 como el material de nucleo del transformador de aislamiento. Mediante esto, puede proporcionarse un dispositivo de diagnostico de estado de senal que realiza diagnostico del estado de senales en la medicion y medio de control en el objeto accionado con alta precision.
Ademas, los inventores de la aplicacion compusieron un transformador de tal forma que se proporciona una toma intermedia en una parte intermedia del bobinado primario, se conecta un medio de medicion de corriente a la toma intermedia, y cambio de corriente de lado primario provocada por el consumo de corriente suministrada al lado secundario. Como se muestra en la Figura 5, la bobina primaria se divide en una mitad anterior 11 y mitad posterior 13 de tal forma que una bobina secundaria 12 se intercala por tanto la bobina primaria 11 como 13, y la toma intermedia se extrae del centro de la bobina primaria. Los inventores averiguaron que puede obtenerse una caractenstica de transferencia de senal favorable con esta composicion de un transformador usando PC95 como material de nucleo.
La Figura 6A es un grafico que muestra un resultado de prueba. La prueba se realizo componiendo un amplificador de aislamiento de distribuidor usando un transformador de aislamiento compuesto usando PC95 fabricado por TDK como material de nucleo y disponiendo bobinas primaria y secundaria como se muestra en la Figura 5. Se midieron desviaciones de linealidad y temperatura.
La especificacion del transformador de aislamiento usado en la prueba se muestra en la tabla de la Figura 6B. Se realizo la medicion usando una resistencia de precision de precision de 10 ppm/°C.
En la Figura 6A se muestra errores de linealidad de caractensticas de transferencia para temperaturas entre -40~85 °C, en las que corrientes de salida (mA) del amplificador de aislamiento de distribuidor se dibujan como la abscisa y errores a escala completa % (4~20 mA se toma como 100 %) se dibujan como la ordenada, con el factor de caractenstica de transferencia a 25 °C tomado como el valor de referencia.
En el caso del transformador convencional compuesto usando PC44 o PC47 como material de nucleo para tener una unica bobina primaria no dividida en dos como se muestra en la Figura 5 y una bobina secundaria enrollada sobre la bobina primaria, la linealidad es 0,05 % o menor, y aproximadamente 0,25 % en un ambiente de 0~60°C. Por lo tanto, como puede reconocerse a partir de la Figura 6A que, componiendo el transformador de aislamiento como se describe anteriormente, puede lograrse linealidad de 0,01 % o menor, aproximadamente 0,1% en un ambiente de 0~85 °C, y aproximadamente 0,15 %~-0,1 % en un ambiente de -40~85 °C. Se puede considerar que puede lograrse una mejora adicional en precision y caractenstica de temperatura mediante innovaciones en forma y tamano y aumento del numero de bobinas del transformador de aislamiento.
Aplicabilidad industrial
De acuerdo con la invencion, la confirmacion de la operacion de un medio de control externo tal como un accionador como una valvula electromagnetica, lampara, rele y pequeno motor de CC y diagnostico de la integridad de circuito, puede implementarse con una construccion simple y sin aumento en el numero de elementos constituyentes, complicacion de la configuracion de circuito y aumento en costes de fabricacion. La invencion puede aplicarse facilmente a un circuito electrico que se requiere particularmente que sea altamente fiable.
Claims (3)
1. Un dispositivo de diagnostico de estado de senal de un medio de control externo (80) que funciona con una potencia de accionamiento suministrada mediante una senal de activado/desactivado transmitida a traves de un medio de aislamiento, caracterizado por que el dispositivo de diagnostico de estado de senal comprende
un transformador de aislamiento (3) que tiene una toma intermedia en un punto medio de su bobinado primario como dicho medio de aislamiento, en cuyo lado secundario esta conectado dicho medio de control externo (80), un medio de generacion de senales (2) para generar una tension que vibra periodicamente que incluye una tension de impulso rectangular y una tension alterna conectado al lado primario del transformador de aislamiento (3),
un circuito de conmutacion (81) conectado a la toma intermedia del bobinado primario del transformador de aislamiento (3) y operado mediante una senal de activado/desactivado (82) para enviar una potencia electrica de accionamiento al medio de control externo (80) para accionar el mismo, y
un medio de medicion de corriente que comprende una resistencia (84) conectada al circuito de conmutacion en paralelo, el medio de medicion de corriente conectado a la toma intermedia para medir una corriente (6) que circula por la resistencia, correspondiendo la corriente a una corriente que circula por el lado secundario del transformador de aislamiento (3) a suministrar al medio de control externo (80) para accionar el mismo, de modo que el estado de la senal del medio de control externo (80) se diagnostica basandose en el resultado de medicion del medio de medicion de corriente.
2. Un dispositivo de diagnostico de estado de senal de un medio de control externo (80) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de conmutacion (81) activa/desactiva dicho medio de generacion de senales (2) de acuerdo con la senal de activado/desactivado del medio de control externo (80).
3. Un dispositivo de diagnostico de estado de senal de un medio de control externo (80) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el circuito de conmutacion (81) se configura para emitir una potencia electrica, siendo la potencia electrica menor que el valor para accionar el medio de control externo (80) en el lado secundario del transformador de aislamiento (3) con senal de "desactivado" del medio de control externo (80).
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