RU2746964C1 - Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation - Google Patents
Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746964C1 RU2746964C1 RU2020135102A RU2020135102A RU2746964C1 RU 2746964 C1 RU2746964 C1 RU 2746964C1 RU 2020135102 A RU2020135102 A RU 2020135102A RU 2020135102 A RU2020135102 A RU 2020135102A RU 2746964 C1 RU2746964 C1 RU 2746964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- armature
- electromagnet
- moment
- acceleration
- triggered
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для диагностики состояния и разработки способов управления приводными электромагнитами (ЭМ) клапанов и коммутационных аппаратов.The proposed invention relates to electrical engineering and can be used to diagnose the state and develop methods for controlling the drive electromagnets (EM) of valves and switching devices.
Известны способы диагностики состояния якоря ЭМ по сигналу с выхода акселерометра, механически связанного с конструктивными элементами ЭМ.Known methods for diagnosing the state of the EM armature by the signal from the output of the accelerometer, mechanically connected with the structural elements of the EM.
Например, в [1] акселерометр используется экспериментально в целях точной идентификации момента, в который подвижный элемент электромагнитного клапана достигает своего конечного положения. В аналогичных технических решениях, предлагаемых в [2] и [3], сигнал с выхода акселерометра используется как сигнал обратной связи, формируемый при достижении электромагнитным клапаном состояния «открыто», когда возникает ускорение/вибрация при достижении якорем жесткого стопа, что заставляет, как следует из описания, акселерометр «звенеть». Таким образом, можно сделать вывод, что акселерометр в этих технических решениях жестко связан с корпусом ЭМ и позволяет измерять только его вибрационное ускорение.For example, in [1] the accelerometer is used experimentally in order to accurately identify the moment at which the moving element of the solenoid valve reaches its end position. In similar technical solutions proposed in [2] and [3], the signal from the output of the accelerometer is used as a feedback signal generated when the solenoid valve reaches the "open" state, when acceleration / vibration occurs when the armature reaches a rigid stop, which forces, as follows from the description, the accelerometer "jingle". Thus, we can conclude that the accelerometer in these technical solutions is rigidly connected to the EM body and allows measuring only its vibration acceleration.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ диагностики состояния якоря ЭМ, заключающийся в определении моментов срабатывания и отпускания ЭМ с использованием выходного сигнала акселерометра, описанный в [4]. Это техническое решение позволяет по знаку ускорения в первый момент соударения якоря с корпусом определить какое именно событие произошло: срабатывание или отпускание ЭМ. При этом акселерометр, как и в упомянутых выше технических решениях, жестко связан с корпусом ЭМ и измеряет его вибрационное ускорение.Closest to the claimed method is a method for diagnosing the state of an EM armature, which consists in determining the moments of EM triggering and releasing using the output signal of the accelerometer, described in [4]. This technical solution allows the sign of acceleration at the first moment of collision of the armature with the body to determine which event has occurred: actuation or release of the EM. In this case, the accelerometer, as in the above-mentioned technical solutions, is rigidly connected to the EM body and measures its vibration acceleration.
Задачей предполагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа диагностики состояния якоря ЭМ, заключающееся в определении текущих значений положения якоря ЭМ и скорости его движения в процессе срабатывания и отпускания, что создает дополнительные возможности для исследования функционирования ЭМ в составе исполнительных устройств при проведении различных лабораторных и заводских испытаний.The objective of the alleged invention is to expand the functionality of the method for diagnosing the state of the EM armature, which consists in determining the current values of the position of the EM armature and the speed of its movement in the process of actuation and release, which creates additional opportunities for studying the functioning of EM as part of actuators during various laboratory and factory tests ...
Для решения поставленной задачи преобразуют текущее значение ускорения якоря в пропорциональный ему электрический сигнал, интегрируют его на временном интервале движения якоря от начала его перемещения до момента соприкосновения со стопом при срабатывании или до момента соприкосновения якоря с упором при отпускании, формируя таким образом сигнал, пропорциональный текущему значению скорости движения якоря, интегрируют на том же временном интервале этот сигнал, формируя в каждый момент времени сигнал, пропорциональный текущему положению якоря во время его перемещения, фиксируют момент достижения якорем механического ограничителя (стопа при срабатывании и упора при отпускании), характеризующийся изменением знака ускорения, и формируют в этот момент времени сигнал, являющийся признаком достижения якорем конечного положения при срабатывании или отпускании ЭМ.To solve the problem, the current value of the armature acceleration is converted into an electrical signal proportional to it, it is integrated over the time interval of the armature movement from the beginning of its movement until the moment it touches the stop when it is triggered or until the armature touches the stop when released, thus forming a signal proportional to the current the value of the armature speed, integrate this signal on the same time interval, forming at each time a signal proportional to the current position of the armature during its movement, fix the moment when the armature reaches the mechanical limiter (stop when triggered and stop when released), characterized by a change in the sign of acceleration , and form at this moment in time a signal, which is a sign of reaching the end position of the armature when the EM is triggered or released.
Ввиду технической сложности определения момента начала движения якоря при срабатывании ЭМ из-за медленно нарастающего фронта сигнала измеряемого ускорения, предлагается за момент начала интегрирования ускорения якоря ЭМ при срабатывании принимать момент времени, отстоящий от момента поступления управляющего сигнала на срабатывание ЭМ (момент подачи напряжения питания на его обмотку) на 0,1 Тгс, где Тгс - время гарантированного срабатывания ЭМ.In view of the technical complexity of determining the moment of the beginning of the armature movement when the EM is triggered due to the slowly rising edge of the measured acceleration signal, it is proposed that at the moment of the start of the integration of the EM armature acceleration when triggered, take a moment in time that is distant from the moment the control signal arrives to trigger the EM (the moment the supply voltage is applied to its winding) by 0.1 T gs , where T gs is the guaranteed operation time of the EM.
Момент окончания интегрирования для определения перемещения якоря ЭМ при срабатывании должен соответствовать моменту соприкосновения якоря со стопом. В этот момент измеряемое ускорение якоря меняет знак. Практически в этот же момент времени ток в обмотке ЭМ достигает своего локального минимума. Поэтому, если при технической реализации способа это удобно, можно за момент окончания интегрирования при срабатывании ЭМ принимать момент времени достижения током в обмотке ЭМ локального минимума при его срабатывании.The moment of the end of integration to determine the movement of the EM armature when triggered must correspond to the moment the armature touches the stop. At this moment, the measured acceleration of the armature changes sign. At almost the same time, the current in the EM winding reaches its local minimum. Therefore, if it is convenient for the technical implementation of the method, it is possible at the moment of the end of integration when the EM is triggered to take the moment when the current in the EM winding reaches the local minimum when it is triggered.
При отпускании ЭМ точное определение момента начала движения якоря по сигналу, соответствующему ускорению якоря, имеет те же технические трудности, что и при срабатывании. Поэтому предлагается, например, за момент начала интегрирования ускорения якоря ЭМ при отпускании принимать момент времени, отстоящий от момента поступления управляющего сигнала на отпускание ЭМ (момента отключения напряжения питания от его обмотки) на 0,1 Tго, где Тго - время гарантированного отпускания ЭМ.When the EM is released, the exact determination of the moment when the armature begins to move according to the signal corresponding to the acceleration of the armature has the same technical difficulties as when it is triggered. Therefore, it is proposed, for example, at the moment of the beginning of the integration of the acceleration of the armature of the EM when releasing, to take the moment of time, spaced from the moment the control signal arrives to release the EM (the moment when the supply voltage is disconnected from its winding) by 0.1 T th , where T th is the guaranteed release EM.
Момент окончания интегрирования при отпускании ЭМ должен соответствовать моменту соприкосновения якоря с корпусом. В этот момент времени ускорение якоря при ударе о механическое препятствие меняет знак. Практически одновременно ток в обмотке ЭМ достигает своего локального максимума. Тогда момент времени достижения током в обмотке ЭМ локального максимума при его отпускании можно принимать за момент окончания интегрирования ускорения якоря ЭМ при отпускании.The moment of the end of integration when the EM is released must correspond to the moment of contact of the armature with the body. At this moment in time, the acceleration of the armature when it hits a mechanical obstacle changes sign. Almost simultaneously, the current in the EM winding reaches its local maximum. Then the moment of time when the current in the EM winding reaches the local maximum when it is released can be taken as the moment of the end of the integration of the acceleration of the EM armature when it is released.
Предлагаемый способ может преимущественно использоваться при отработке и испытаниях ЭМ. Он также полезен при анализе и настройках косвенных методов определения перемещения якоря по измерениям электрических параметров ЭМ. Получаемые при проведении испытаний данные о текущих значениях ускорения якоря ЭМ в каждый момент времени могут использоваться в режиме реального времени для формирования сигналов управления или запоминаться и накапливаться в виде массивов данных для последующей передачи их внешним устройствам для анализа и вторичной обработки. Сигнал, являющийся признаком достижения якорем конечного положения при срабатывании или отпускании ЭМ, также может передаваться по запросу внешним устройствам.The proposed method can be mainly used in the development and testing of EM. It is also useful for analyzing and configuring indirect methods for determining the armature displacement from measurements of the electrical parameters of the EM. The data obtained during the tests on the current values of the acceleration of the EM armature at each moment of time can be used in real time to generate control signals or be memorized and accumulated in the form of data arrays for subsequent transmission to external devices for analysis and secondary processing. A signal indicating that the armature has reached the end position when the EV is triggered or released can also be transmitted on request to external devices.
В этом случае массивы значений, соответствующих текущему положению, скорости перемещения и ускорению якоря ЭМ в каждый момент времени его движения при срабатывании и отпускании, запоминают в каждом рабочем цикле и передают по запросу внешним устройствам.In this case, the arrays of values corresponding to the current position, movement speed and acceleration of the EM armature at each moment of its movement when triggered and released, are stored in each working cycle and transmitted upon request to external devices.
Следует отметить, что в случае использования получаемых экспериментальных данных только для анализа и вторичной обработки, операции интегрирования ускорения и скорости перемещения якоря могут выполняться уже в процессе вторичной обработки.It should be noted that in the case of using the obtained experimental data only for analysis and secondary processing, the operations of integrating the acceleration and speed of movement of the armature can be performed already in the process of secondary processing.
В качестве прототипа устройства для диагностики состояния якоря ЭМ при реализации предлагаемого способа выбрано устройство для определения положения якоря электромагнита, предложенное в описании патента [5].As a prototype of a device for diagnosing the state of an EM armature during the implementation of the proposed method, a device for determining the position of an electromagnet armature, proposed in the patent description [5], was selected.
Для решения задачи предлагаемого изобретения в устройство дополнительно введены последовательно соединенные акселерометр и режекторный фильтр, выход которого соединен с выводом (5) микроконтроллера, причем акселерометр жестко механически связан с якорем электромагнита, а его ось чувствительности ориентирована в направлении перемещения якоря.To solve the problem of the present invention, a series-connected accelerometer and a notch filter are additionally introduced into the device, the output of which is connected to the output (5) of the microcontroller, and the accelerometer is rigidly mechanically connected to the armature of the electromagnet, and its sensitivity axis is oriented in the direction of movement of the armature.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг. 1. Экспериментальные переходные процессы изменения управляющего сигнала (Uупр) на включение и выключение ЭМ, ускорения (а) якоря ЭМ и тока (I) в его обмотке, зарегистрированные для одного рабочего цикла ЭМ, а также полученные в результате вторичной обработки переходные процессы изменения текущих значений скорости движения (v) и положения якоря (х).FIG. 1. Experimental transient processes of changing the control signal (U ctrl ) for switching on and off EM, acceleration ( a ) of the EM armature and current (I) in its winding, recorded for one EM working cycle, as well as transient changes obtained as a result of secondary processing the current values of the speed of movement (v) and the position of the armature (x).
Фиг. 2. Экспериментальные переходные процессы изменения управляющего сигнала (Uупр) на включение ЭМ, ускорения (а) якоря ЭМ и тока (I) в его обмотке при его срабатывании, а также переходные процессы изменения текущих значений скорости движения (v) и положения (х) якоря ЭМ, полученные в результате вторичной обработки.FIG. 2. Experimental transient processes of changing the control signal (U ctrl ) to turn on the EM, acceleration ( a ) of the EM armature and current (I) in its winding when it is triggered, as well as transient processes of changing the current values of the speed of movement (v) and position (x ) EM anchors obtained as a result of secondary processing.
Фиг. 3. Экспериментальные переходные процессы изменения ускорения (а) якоря ЭМ и тока (I) в его обмотке при его отпускании, а также переходные процессы изменения текущих значений скорости движения (v) и положения (х) якоря ЭМ, полученные в результате вторичной обработки.FIG. 3. Experimental transient processes of changes in acceleration ( a ) of the armature of the EM and current (I) in its winding when it is released, as well as transients of changes in the current values of the speed of movement (v) and position (x) of the armature of the EM, obtained as a result of secondary processing.
Фиг. 4. Функциональная схема устройства для диагностики состояния якоря ЭМ.FIG. 4. Functional diagram of the device for diagnostics of the EM armature state.
Фиг. 5. 3-D модель платы с установленным на ней акселерометром ADXL001, разработанной и использованной при экспериментальной отработке предлагаемого технического решения.FIG. 5. 3-D model of the board with an ADXL001 accelerometer installed on it, developed and used in the experimental development of the proposed technical solution.
Фиг. 6. Электрическая принципиальная схема возможного исполнения режекторного фильтра, показанного на функциональной схеме устройства на фиг. 4.FIG. 6. Electrical schematic diagram of a possible execution of the notch filter shown in the functional diagram of the device in FIG. four.
Фиг. 7. Блок-схема алгоритма, реализуемого при работе устройства для диагностики состояния якоря ЭМ.FIG. 7. Block diagram of the algorithm implemented during the operation of the device for diagnosing the state of the EM armature.
Экспериментальная отработка предлагаемого способа проводилась на лабораторных испытаниях ЭМ втяжного типа с дисковым якорем.Experimental development of the proposed method was carried out in laboratory tests of a retraction type EM with a disk armature.
При проведении испытаний (см. фиг. 1) регистрировались переходные процессы изменения управляющего сигнала (Uупр) на включение и выключение ЭМ, ускорения (а) якоря ЭМ и тока (I) в его обмотке для одного рабочего цикла ЭМ. Далее в результате вторичной обработки были получены переходные процессы изменения текущих значений скорости движения (v) и положения якоря (х). На фиг. 1 показаны моменты включения (tвкл) и выключения (tвыкл) ЭМ, а также момент времени перевода ЭМ в режим удержания (tру), который наступает после окончания отрезка времени Тгс от момента включения ЭМ. В режиме удержания обеспечивается стабилизация тока в обмотке ЭМ любым известным технически реализуемым методом (например, ШИМ). При выключении ЭМ контролируется момент времени tк, который отстоит от момента выключения ЭМ на отрезок времени Тгс. Момент времени tк считается моментом окончания рабочего цикла ЭМ.During the tests (see Fig. 1), transient processes of changing the control signal (U ctrl ) for switching on and off EM, acceleration ( a ) of the EM armature and current (I) in its winding for one EM working cycle were recorded. Further, as a result of secondary processing, transient processes of changing the current values of the speed of movement (v) and the position of the armature (x) were obtained. FIG. 1 shows the moments of switching on (t on ) and switching off (t off ) of the EM, as well as the moment of time of transfer of the EM to the hold mode (t ru ), which occurs after the end of the time interval T gs from the moment of switching on the EM. In the holding mode, the current in the EM winding is stabilized by any known technically feasible method (for example, PWM). When the EM is turned off, the time moment t k is monitored, which is separated from the moment the EM is turned off by a time interval T gs . The moment of time t to is considered the moment of the end of the EM working cycle.
На графиках фиг. 1 и последующих приведенных в описании графиках переходный процесс изменения ускорения якоря показан тонкой сплошной линией, процесс изменения управляющего сигнала - штрихпунктирной линией, процесс изменения скорости движения якоря на отрезке интегрирования ускорения - пунктирной линией, процесс изменения положения якоря на отрезке интегрирования скорости (совпадающим с отрезком интегрирования ускорения) - толстой сплошной линией, а процесс изменения тока в обмотке ЭМ - пунктирной линией.In the graphs in FIG. 1 and the following graphs in the description, the transient process of changing the acceleration of the armature is shown by a thin solid line, the process of changing the control signal - by a dash-dotted line, the process of changing the speed of the armature on the acceleration integration segment - by a dotted line, the process of changing the position of the armature on the segment of speed integration (coinciding with the segment integration of acceleration) - a thick solid line, and the process of changing the current in the EM winding - a dashed line.
Более подробно переходные процессы на участке срабатывания ЭМ показаны на фиг. 2. На этом графике показаны момент времени начала движения якоря при срабатывании (tндc) и момент соприкосновения якоря со стопом (окончания движения якоря при срабатывании) (toдс). Здесь видно, что в момент соприкосновения якоря со стопом происходит изменение знака ускорения, и практически в этот же момент времени достигается локальный минимум тока в обмотке ЭМ. Этот факт, если это удобно при технической реализации, может быть использован для определения момента окончания интегрирования ускорения при срабатывании.In more detail, the transient processes in the EM actuation section are shown in Fig. 2. This graph shows the moment when the armature starts moving when it is triggered (t ods ) and the moment when the armature touches the stop (when the armature stops moving when it is triggered) (t ods). It can be seen here that at the moment of contact of the armature with the stop, the sign of acceleration changes, and practically at the same moment of time, a local minimum of the current in the EM winding is reached. This fact, if it is convenient for technical implementation, can be used to determine the end of the acceleration integration at triggering.
Подробные переходные процессы изменения рассматриваемых параметров ЭМ при отпускании приведены на фиг. 3. На этом графике показаны момент начала движения якоря ЭМ при отпускании (tндo) и момент соприкосновения якоря с упором при отпускании (toдо), считающийся моментом окончания движения при отпускании, в который заканчивается интегрирование ускорения. В момент времени tодо ускорение меняет знак. Практически в этот же момент времени, как видно из графика, ток в обмотке ЭМ достигает своего локального максимума, что может быть использовано для определения момента окончания интегрирования ускорения при отпускании, если это удобно при технической реализации.Detailed transient processes of changes in the EM parameters under consideration during release are shown in Fig. 3. This graph shows the moment when the EM armature begins to move when it is released (t odo ) and the moment when the armature touches the stop when released (t odo ), which is considered the moment when the movement ends when released, at which the integration of acceleration ends. At time t odo, the acceleration changes sign. At almost the same moment in time, as can be seen from the graph, the current in the EM winding reaches its local maximum, which can be used to determine the moment of the end of the integration of acceleration during release, if it is convenient for technical implementation.
Момент начала движения якоря ЭМ как при срабатывании, так и при отпускании характеризуется низкой скоростью нарастания ускорения. Из-за этого и наличия постоянных случайных помех, действующих на выходной сигнал акселерометра, проблематичным становится использование пороговых методов для определения момента начала интегрирования ускорения. Тогда, учитывая нулевое математическое ожидание случайной помехи при правильной установке «нуля» акселерометра, момент начала интегрирования ускорения при технической реализации можно формировать, привязываясь к командному сигналу на включение и выключение ЭМ. Это и предлагается делать при технической реализации, а именно, начинать интегрирование выходного сигнала акселерометра, отступив от момента подачи сигнала на включение и выключение ЭМ на небольшой защитный интервал для снижения влияния коммутационных помех на результат интегрирования.The moment of the beginning of the movement of the armature of the EM, both when it is triggered and when it is released, is characterized by a low rate of acceleration growth. Because of this and the presence of constant random noise acting on the output signal of the accelerometer, it becomes problematic to use threshold methods to determine the moment when the acceleration integration starts. Then, taking into account the zero mathematical expectation of a random interference with the correct setting of the "zero" of the accelerometer, the moment of the beginning of the integration of acceleration during the technical implementation can be formed by being tied to the command signal to turn on and off the EM. This is what it is proposed to do in the technical implementation, namely, to start integrating the output signal of the accelerometer, stepping back from the moment the signal is given to turn the EM on and off for a small protective interval to reduce the influence of switching noise on the integration result.
При технической реализации интегрирование электрического сигнала, пропорционального ускорению, может быть, в зависимости от решаемой задачи, либо реализовано в режиме реального времени, если формируемые при этом сигналы, соответствующие текущей скорости движения якоря и текущему значению перемещения якоря, используются для формирования сигналов управления ЭМ, либо это интегрирование может проводиться при вторичной обработке результатов испытаний. Тогда массивы значений, соответствующих текущему положению, скорости перемещения и ускорению якоря электромагнита в каждый момент времени его движения при срабатывании и отпускании, запоминают в каждом рабочем цикле и передают по запросу внешним устройствам. Такая информация может использоваться, например, при анализе результатов испытаний или при разработке косвенных методов определения текущих значений положения якоря и скорости его движения. Сигнал, являющийся признаком достижения якорем конечного положения при срабатывании или отпускании ЭМ, также может передаваться по запросу внешним устройствам.In the case of technical implementation, the integration of an electric signal proportional to acceleration can be, depending on the problem being solved, or implemented in real time, if the signals generated in this case, corresponding to the current speed of the armature movement and the current value of the armature displacement, are used to generate EM control signals, or this integration can be carried out in the secondary processing of test results. Then the arrays of values corresponding to the current position, speed of movement and acceleration of the armature of the electromagnet at each moment of time of its movement when triggered and released, are stored in each working cycle and transmitted upon request to external devices. Such information can be used, for example, when analyzing test results or when developing indirect methods for determining the current values of the armature position and its speed. A signal indicating that the armature has reached the end position when the EV is triggered or released can also be transmitted on request to external devices.
Функциональная схема возможного исполнения устройства для реализации предлагаемого способа диагностики состояния якоря ЭМ приведена на фиг. 4. Устройство содержит последовательно соединенные источник питания (1) и ключ (2), выход которого соединен со входом ЭМ (3), а также микроконтроллер PIC16F1778 (4), измеритель тока (5), два резистора (R1 и R2) и приемопередатчик RS-485 (6), связанный двунаправленной линией с внешними устройствами, вывод 11 микроконтроллера (МК) (4) соединен с управляющим входом ключа (2), вывод 6 МК (4) соединен с выходом измерителя тока (5), вход которого соединен с выходом ЭМ (3), вывод 16 МК (4) соединен с выходом приемопередатчика RS-485 (6), два входа которого соединены соответственно с выводами 17 и 18 МК (4), вывод 15 которого соединен с дискретным выходом системы верхнего уровня, первый вывод первого резистора (R1) соединен с отрицательным выводом (0V) источника питания (1), первый вывод второго резистора (R2) соединен с выводами 2 и 3 МК (4), вывод 7 которого соединен со вторыми выводами обоих резисторов (R1 и R2). Устройство также содержит акселерометр (7), режекторный фильтр (8) и регистратор (9) с тремя входами, причем выход режекторного фильтра (8) соединен с выводом 5 МК (4) и первым входом регистратора (9), второй вход которого соединен со выводами 2 и 3 МК (4), вывод 15 которого соединен с третьим входом регистратора (9), а акселерометр (7) жестко механически связан с якорем ЭМ (3), и его ось чувствительности ориентирована в направлении перемещения якоря.A functional diagram of a possible execution of the device for implementing the proposed method for diagnosing the state of an EM armature is shown in Fig. 4. The device contains a series-connected power supply (1) and a switch (2), the output of which is connected to the EM input (3), as well as a PIC16F1778 microcontroller (4), a current meter (5), two resistors (R1 and R2) and a transceiver RS-485 (6), connected by a bidirectional line with external devices, pin 11 of the microcontroller (MC) (4) is connected to the control input of the key (2), pin 6 of MC (4) is connected to the output of the current meter (5), the input of which is connected with the EM output (3), pin 16 of MK (4) is connected to the output of the RS-485 transceiver (6), two inputs of which are connected respectively to pins 17 and 18 of MK (4), pin 15 of which is connected to the discrete output of the upper-level system, the first terminal of the first resistor (R1) is connected to the negative terminal (0V) of the power supply (1), the first terminal of the second resistor (R2) is connected to terminals 2 and 3 of MK (4), terminal 7 of which is connected to the second terminals of both resistors (R1 and R2). The device also contains an accelerometer (7), a notch filter (8) and a recorder (9) with three inputs, and the output of the notch filter (8) is connected to pin 5 of the MC (4) and the first input of the recorder (9), the second input of which is connected to
Для снижения присоединенной к якорю массы использован микромеханический акселерометр ADXL001-250BEZ [6] выполненный с использованием iMEMs процесса, в корпусе LCC9 с размерами 5×5×1,78 мм.To reduce the mass attached to the anchor, a micromechanical accelerometer ADXL001-250BEZ [6] was used, made using the iMEMs process, in an LCC9 package with dimensions of 5 × 5 × 1.78 mm.
На фиг. 5 представлена 3-D модель платы с установленным на ней акселерометром ADXL001. Эта плата была разработана в САПР "Altium Designer". Ее конструкция позволяет обеспечить жесткое соединение со штоком якоря ЭМ, использованного при экспериментальной отработке предлагаемого технического решения. При закреплении платы на штоке якоря ЭМ ось чувствительности акселерометра будет ориентирована в направлении перемещения якоря, что обеспечит корректное измерение его ускорения.FIG. 5 shows a 3-D model of the board with the ADXL001 accelerometer installed on it. This board was developed in CAD "Altium Designer". Its design allows to provide a rigid connection with the rod of the EM armature used in the experimental development of the proposed technical solution. When fixing the board on the armature rod of the EM, the axis of accelerometer sensitivity will be oriented in the direction of the armature movement, which will ensure the correct measurement of its acceleration.
На фиг. 6 предлагается электрическая принципиальная схема возможного исполнения режекторного фильтра (поз.8 на фиг. 4), выполненная в соответствии с рекомендациями [7]. Использование режекторного фильтра вызвано необходимостью подавления паразитного резонанса на верхней границе измерительного диапазона - акселерометра - 22кГц.FIG. 6, an electrical schematic diagram of a possible execution of a notch filter (item 8 in FIG. 4) is proposed, made in accordance with the recommendations [7]. The use of a notch filter is caused by the need to suppress parasitic resonance at the upper limit of the measuring range - the accelerometer - 22 kHz.
Работает устройство следующим образом.The device works as follows.
Источник питания (1) обеспечивает напряжение, необходимое для срабатывания ЭМ (3), и напряжение 5 В для питания элементов схемы.The power supply (1) provides the voltage required to trigger the EM (3) and the 5 V voltage to power the circuit elements.
МК (4) управляет работой ключа (2) и приемопередатчика RS-485 (6). Кроме того, МК (4) обеспечивает прием сигналов управления от системы верхнего уровня и обеспечивает в соответствии с этими сигналами включение и выключение ЭМ (3). МК (4) осуществляет также аналого-цифровое преобразование сигналов соответствующих току ЭМ и ускорению якоря, расчет текущих значений скорости перемещения и положения, запоминание в каждом рабочем цикле полученных массивов значений, в каждый момент времени его движения при срабатывании и отпускании, и передачу по запросу этих массивов данных внешним устройствам. С целью снижения влияния помех, возникающих в моменты коммутации индуктивной нагрузки, преобразование измеряемых параметров начинается после окончания защитного интервала определяемого как 0,1 Тгс и 0,1 Тго, для срабатывания и отпускания ЭМ соответственно. Длительность защитного интервала обеспечивает Timer1 modul, срабатывающий по перепаду сигнала управления ключом (2). Для полного использования разрядности АЦП (ADC), при минимальных потерях в силовой цепи протекания тока ЭМ, выходной сигнал измерителя тока (5) поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОРА1) из состава МК (4), на котором выполнен неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления K=1+R2/R1. По результатам преобразования тока ЭМ(3) при срабатывании определяется локальный минимум тока, свидетельствующий об окончании срабатывания ЭМ (3). В момент достижения локального минимума тока заканчивается преобразование ускорения и расчет скорости и перемещения якоря ЭМ (3). После чего схема переходит в режим стабилизации тока на уровне необходимом для его надежного удержания после срабатывания. Стабилизация тока может осуществляться, например, с использованием релейного регулятора (программно реализованного в МК (4)), выполняющего включение ключа (2) при снижении величины тока до минимального порогового значения и выключение при достижении максимального порогового значения. При поступлении команды на выключение ЭМ (3) и окончании защитного временного интервала 0,1 Тго МК(4) запускает циклическое преобразование сигналов соответствующих току в обмотке ЭМ (3) и ускорению якоря до момента обнаружения локального максимума тока в обмотке ЭМ (3). Этот момент времени соответствует окончанию перемещения якоря ЭМ (3) при отпускании. Сигнал, являющийся признаком достижения якорем конечного положения при срабатывании или отпускании ЭМ (3), с помощью МК (4) может использоваться при формировании сигналов управления ЭМ, или передаваться по запросу внешним устройствам.MK (4) controls the operation of the key (2) and the RS-485 transceiver (6). In addition, MK (4) provides reception of control signals from the upper-level system and provides, in accordance with these signals, the switching on and off of the EM (3). MK (4) also performs analog-to-digital conversion of signals corresponding to the EM current and the armature acceleration, calculates the current values of the movement speed and position, memorizes the obtained arrays of values in each working cycle, at each moment of its movement when triggered and released, and transmission on request these data arrays to external devices. In order to reduce the influence of interference arising at the moments of switching the inductive load, the transformation of the measured parameters begins after the end of the protective interval, defined as 0.1 T gc and 0.1 Tgo, for EM triggering and releasing, respectively. The duration of the guard interval is provided by Timer1 modul, which is triggered by the edge of the key control signal (2). For full use of the ADC capacity (ADC), with minimal losses in the power circuit of the EM current flow, the output signal of the current meter (5) is fed to the non-inverting input of the operational amplifier (OPA1) from the MC (4), on which a non-inverting amplifier with a gain is made K = 1 + R2 / R1. According to the results of the current conversion of the EM (3) upon operation, a local minimum of the current is determined, which indicates the end of the EM operation (3). At the moment of reaching the local minimum of the current, the acceleration transformation and the calculation of the speed and displacement of the EM armature are completed (3). After that, the circuit goes into the current stabilization mode at the level necessary for its reliable holding after operation. Current stabilization can be carried out, for example, using a relay controller (software implemented in MK (4)), which turns on the key (2) when the current drops to the minimum threshold value and turns it off when the maximum threshold value is reached. When a command is received to turn off the EM (3) and the end of the protective time interval 0.1 T , the MC (4) starts a cyclic transformation of signals corresponding to the current in the EM winding (3) and the acceleration of the armature until a local maximum current in the EM winding (3) is detected ... This moment in time corresponds to the end of the movement of the armature EM (3) when released. The signal, which is a sign of reaching the end position by the armature when the EM (3) is triggered or released, can be used with the MC (4) when generating control signals for the EM, or transmitted upon request to external devices.
Приемопередатчик RS-485 (6) преобразует логические сигналы МК (4) в дифференциальный сигнал полудуплексной интерфейсной многоточечной линии в соответствии с требованиями стандарта [8]. В качестве приемопередатчика RS-485 (6) может быть применена микросхема SN65HVD1785 [9]. Эта микросхема предназначена для использования в качестве приемопередатчика по стандарту RS-485 и для организации полудуплексного канала связи по соответствующим стандартам. Приемопередатчик RS-485 (6) соединен с модулем универсального асинхронного приемопередатчика UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) МК (4), представляющего собой его периферийное устройство. Дополнительный сигнал управления направлением передачи информации (RYT) формируется программно. В качестве МК (4), как уже отмечалось, использован восьмиразрядный микроконтроллер PIC16F1778-I/SO [10]. В качестве управляемого ключа (2) в устройстве может быть использован ключ верхнего уровня IPS511G [11]. ЭМ (3) является объектом контроля и управления. В качестве регистратора (9) может быть использован четырехканальный цифровой осциллограф, например R&S®RTE1034 [12].The RS-485 transceiver (6) converts the logical signals of the MC (4) into a differential signal of a half-duplex interface multidrop line in accordance with the requirements of the standard [8]. The SN65HVD1785 microcircuit [9] can be used as an RS-485 transceiver (6). This microcircuit is intended for use as a transceiver in accordance with the RS-485 standard and for organizing a half-duplex communication channel in accordance with the relevant standards. The RS-485 transceiver (6) is connected to the UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) MK (4) module, which is its peripheral device. An additional signal to control the direction of information transmission (RYT) is generated by software. As the MC (4), as already noted, the eight-bit microcontroller PIC16F1778-I / SO [10] was used. The top-level key IPS511G [11] can be used as a managed key (2) in the device. EM (3) is an object of control and management. A four-channel digital oscilloscope, for example, R & S®RTE1034 [12], can be used as a recorder (9).
Ключ (2) является управляемым силовым ключом, выполняющим коммутацию напряжения на ЭМ (3) по сигналам управления. В качестве управляющего сигнала может использоваться или дискретный сигнал, поступающий на вывод 15 МК (4), или команда, переданная по последовательному интерфейсу через приемопередатчик RS-485 (6) и модуль USART МК (4). Измеритель тока (5) выполняет нормирование тока I, протекающего через обмотку ЭМ (3), то есть преобразование его в напряжение, пропорциональное этому току. Для согласования полученного напряжения с входным диапазоном АЦП (ADC) использован операционный усилитель ОРА1, входящий в состав периферийных устройств МК (4).The switch (2) is a controlled power switch that commutes the voltage on the EM (3) according to control signals. As a control signal, either a discrete signal arriving at pin 15 of the MK (4), or a command transmitted via the serial interface through the RS-485 transceiver (6) and the USART MK module (4) can be used. The current meter (5) normalizes the current I flowing through the EM winding (3), that is, converts it into a voltage proportional to this current. To match the obtained voltage with the input range of the ADC (ADC), an OPA1 operational amplifier was used, which is part of the MK peripheral devices (4).
Блок-схема алгоритма, реализуемого при работе устройства для диагностики состояния якоря ЭМ, представлена на фиг. 7. Она отражает последовательность и цикличность основных операций, выполняемых при реализации предлагаемого технического решения для диагностики состояния якоря ЭМ при его срабатывании и отпускании.A block diagram of the algorithm implemented during the operation of the device for diagnosing the state of the EM armature is shown in Fig. 7. It reflects the sequence and cyclical nature of the main operations performed during the implementation of the proposed technical solution for diagnosing the state of the EM armature when it is triggered and released.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно расширить функциональные возможности диагностики состояния якоря ЭМ за счет получения и обработки информации об ускорении якоря ЭМ при экспериментальной отработке ЭМ. Информация о текущих значениях скорости перемещения и текущем положении якоря ЭМ может быть использована при разработке алгоритмов управления, позволяющих проводить их оптимизацию по различным критериям. Кроме того, появляется возможность калибровки косвенных методов контроля текущего положения якоря ЭМ на основе измерения напряжения или тока, когда ЭМ используется, например, в составе электроклапана.Thus, the proposed technical solution makes it possible to significantly expand the functional capabilities of diagnostics of the EM armature state by obtaining and processing information about the EM armature acceleration during experimental development of EM. Information about the current values of the movement speed and the current position of the EM armature can be used in the development of control algorithms that allow them to be optimized according to various criteria. In addition, it becomes possible to calibrate indirect methods for monitoring the current position of the EM armature based on measuring the voltage or current when the EM is used, for example, as part of an electrovalve.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Method for determining the instant when the movable element of a solenoid valve reaches its end position. EP 2072791 Al. Date of publication: 24.06.2009, Bulletin 2009/26.1. Method for determining the instant when the movable element of a solenoid valve reaches its end position. EP 2072791 Al. Date of publication: 24.06.2009, Bulletin 2009/26.
2. DETECTION OF VALVE OPEN TIME FOR SOLENOID OPERATED FUEL INJECTORS. US 2017/0234920 A1. Pub. Date: Aug. 17, 2017.2. DETECTION OF VALVE OPEN TIME FOR SOLENOID OPERATED FUEL INJECTORS. US 2017/0234920 A1. Pub. Date: Aug. 17, 2017.
3. DETECTION OF VALVE OPEN TIME FOR SOLENOID OPERATED FUEL INJECTORS. WO 2017/142727 A1. International Publication Date 24 August 2017 (24.08.2017).3. DETECTION OF VALVE OPEN TIME FOR SOLENOID OPERATED FUEL INJECTORS. WO 2017/142727 A1. International Publication Date 24 August 2017 (24.08.2017).
4. DRIVE DEVICE FOR FUEL INJECTION DEVICE. EP 2955365 B1. Date of publication and mention of the grant of the patent: 18.07.2018 Bulletin 2018/29.4. DRIVE DEVICE FOR FUEL INJECTION DEVICE. EP 2955365 B1. Date of publication and mention of the grant of the patent: 18.07.2018 Bulletin 2018/29.
5. Способ определения положения якоря электромагнита и устройство для его осуществления. RU 2717952 С1. Опубликовано: 27.03.2020 Бюл. №9.5. A method for determining the position of an electromagnet armature and a device for its implementation. RU 2717952 C1. Published: 27.03.2020 Bul. No. 9.
6. Analog Devices. High Performance, Wide Bandwidth Accelerometer ADXL001. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ ADXL001.pdf.6. Analog Devices. High Performance, Wide Bandwidth Accelerometer ADXL001. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ ADXL001.pdf.
7. Analog Devices. MEMS-Based Vibration Analyzer with Frequency Response Compensation Circuit Note CN-0303 https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/reference-designs/CN0303.pdf7. Analog Devices. MEMS-Based Vibration Analyzer with Frequency Response Compensation Circuit Note CN-0303 https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/reference-designs/CN0303.pdf
8 ANSI TIA/EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.8 ANSI TIA / EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.
9. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf9.http: //www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf
10. 28/40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller www.microchip.com/product/en/ PIC16F1778 DS40001819B.pdf10.28 / 40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller www.microchip.com/product/en/ PIC16F1778 DS40001819B.pdf
11. http//www.irf.com/pproduct-ir/datashits/data/ips511.pdf11.http // www.irf.com / pproduct-ir / datashits / data / ips511.pdf
12. Осциллографы цифровые R&S RTE Руководство по эксплуатации http//rodeschwarz.shop/catalog/ostcillografy/rode_schwarz_rte1034/12. Digital Oscilloscopes R&S RTE Operation Manual http // rodeschwarz.shop / catalog / ostcillografy / rode_schwarz_rte1034 /
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135102A RU2746964C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135102A RU2746964C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746964C1 true RU2746964C1 (en) | 2021-04-22 |
Family
ID=75584942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135102A RU2746964C1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746964C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795208C1 (en) * | 2022-11-24 | 2023-05-03 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Solenoid valve control method and device for its implementation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2072791A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-24 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Method for determining the instant when the movable element of a solenoid valve reaches its end position |
| EP2955365A1 (en) * | 2013-02-08 | 2015-12-16 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Drive device for fuel injection device |
| US20170234920A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | Woodward, Inc. | Detection of Valve Open Time for Solenoid Operated Fuel Injectors |
| RU2717952C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation |
-
2020
- 2020-10-26 RU RU2020135102A patent/RU2746964C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2072791A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-24 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Method for determining the instant when the movable element of a solenoid valve reaches its end position |
| EP2955365A1 (en) * | 2013-02-08 | 2015-12-16 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Drive device for fuel injection device |
| US20170234920A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | Woodward, Inc. | Detection of Valve Open Time for Solenoid Operated Fuel Injectors |
| WO2017142727A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | Woodward, Inc. | Detection of valve open time for solenoid operated fuel injectors |
| RU2717952C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-27 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795208C1 (en) * | 2022-11-24 | 2023-05-03 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Solenoid valve control method and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2758717C1 (en) | Device and method for diagnosis of solenoid valves | |
| EP1867903B2 (en) | A method and apparatus for monitoring and determining the functional status of an electromagnetic valve | |
| US8960225B2 (en) | Method for detecting a closing time point of a valve having a coil drive, and valve | |
| US9412508B2 (en) | Modified electrical actuation of an actuator for determining the time at which an armature strikes a stop | |
| EP3676860B1 (en) | Diagnostic device and method for solenoid valves | |
| US9134107B2 (en) | Solenoid valve having a condition monitoring unit, and a method of condition monitoring a solenoid valve | |
| US20170350535A1 (en) | Methods of fault detection for solenoid valves | |
| CN105673923A (en) | Lataching valve assembly having position sensing | |
| RU2717952C1 (en) | Method of determining position of an electromagnet armature and a device for its implementation | |
| EP2455601A1 (en) | Method and apparatus for operating an injection valve | |
| US6518748B2 (en) | Method for determining the position of an armature | |
| US6211665B1 (en) | Solenoid motion detection circuit | |
| CN116678611B (en) | Valve analysis method, device, equipment and storage medium | |
| KR101836033B1 (en) | Device and method for controlling a fuel injection valve | |
| CN112867871A (en) | Diagnostic method and apparatus for solenoid valve | |
| RU2746964C1 (en) | Method for diagnosing the state of an electromagnet anchor and a device for its implementation | |
| JP2005201436A (en) | Method of determining moment of movable member constituting part of solenoid valve and having shutter function reaching terminal position of reciprocation in inactivation phase | |
| CN102979948A (en) | Electromagnetic valve closing-time moment detection circuit of diesel engine electric control system | |
| JPH04186705A (en) | Checking method for operation of solenoid | |
| US8915126B2 (en) | Device for testing fuel injectors, and corresponding method | |
| RU2793305C1 (en) | Method for determining electromagnet armature position and device for its implementation | |
| RU2747003C1 (en) | Method for determining an electromagnet anchor position and a device for its implementation | |
| RU2802294C1 (en) | Method for monitoring pressure at gas electromagnetic valve inlet and device for its implementation | |
| RU2746039C1 (en) | Method for determining electromagnet anchor position and device for its implementation | |
| US9068526B2 (en) | Method and control unit for operating a valve |