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执行致动器诊断的方法和装置以及包括该装置的致动器
申请号	CN201210077548.7	申请日	2012-03-22	公开(公告)号	CN102692582A	公开(公告)日	2012-09-26
申请人	施耐德电器工业公司;			发明人	M.切罗格;
摘要	一种致动器 (2；2’)的诊断方法，所述致动器包括线圈(211，212)和该线圈的电源的控制装置(22；22’)，包括以下步骤：通过诊断装置(3)控制所述致动器的电源，通过所述控制装置控制所述线圈的电源，在所述诊断装置方面监控电信号、具体为供应所述致动器的电信号的电特性，和使用所述监控步骤的结果推断所述致动器的诊断。所述装置和所述致动器实施所述方法。
权利要求	1.一种致动器(2；2’)的诊断方法，所述致动器包括线圈(211，212)和该线圈的电源的控制装置(22；22’)，包括以下步骤：通过诊断装置(3)控制所述致动器的电源，通过所述控制装置控制所述线圈的电源，在所述诊断装置方面监控电信号、具体为供应所述致动器的电信号的电特性，和使用所述监控步骤的结果推断所述致动器的诊断。 2.如前一权利要求所述的诊断方法，其特征在于，控制所述致动器的电源的步骤包括：激活所述致动器的电源控制部件(32，36)。 3.如权利要求1或2所述的诊断方法，其特征在于，控制所述线圈的电源的步骤包括：激活所述线圈的电源的控制部件(225，226，228)。 4.如在前权利要求之一所述的诊断方法，其特征在于，在所述诊断装置方面监控电信号的电特性的步骤包括：确定所述致动器的电源线路中流动的电流的强度，或者确定电阻元件(37)的两端处的电压，在所述电阻元件的两端流经在所述致动器的电源线路中流动的电流。 5.如在前权利要求之一所述的诊断方法，其特征在于，推断所述致动器的诊断的步骤包括：基于时间分析所述电特性的变化。 6.一种致动器的线圈的电源的诊断装置(3)，包括用于实施如权利要求1到5之一所述的诊断方法的步骤的硬件部件(32，33，34，35，36，37222，223，224，225，226，227，228， 229)和/或软件部件。 7.如在前权利要求所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括所述致动器的电源的控制部件(32，36)。 8.如权利要求6或7所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括用于监控电信号的电特性的部件(33，37)，所述部件是用于确定所述致动器的电源线路中流动的电流的强度的部件(33，37)，或者是用于确定电阻元件(37)的两端处的电压的部件(37)，在所述电阻元件的两端流经在所述致动器的电源线路中流动的电流。 9.如权利要求6到8之一所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括用于推断所述致动器的诊断的部件(38)，所述部件是用于基于时间分析所述电信号的电特性的变化的部件。 10.如权利要求6到9之一所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括所述线圈的电源的控制部件(225，226，228)。 11.如权利要求6到10之一所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括用于确定在所述线圈中流动的电流的强度的部件(225，227，229)和用于分析在所述线圈中流动的电流的强度的部件(225)。 12.如权利要求6到11之一所述的诊断装置，其特征在于，所述硬件和/或软件部件包括用于确定所述线圈的电源电压的部件(222，225)和用于分析所述线圈的电源电压的部件(225)。 13.一种包括线圈(211，212)和至少一个控制装置的致动器(2)，其特征在于，它包括如权利要求6到12之一的诊断装置(3，22)。 14.如权利要求13所述的致动器(2)，其特征在于，所述诊断装置(3，22)由两个分离的装置、即第一诊断装置(3)和第二控制装置(22)组成。 15.一种包括计算机程序代码部件的计算机程序，当所述程序在计算机上执行时，所述计算机程序代码部件适用于执行如权利要求1到5之一所述的方法的步骤。
说明书全文	执行致动器诊断的方法和装置以及包括该装置的致动器技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于进行致动器、具体为电断路器致动器的诊断的方法，所述致动器包括线圈和该线圈的电源的控制装置。本发明也涉及一种用于进行致动器的线圈的电源的诊断的装置，所述致动器能够实现所述诊断方法。本发明也涉及一种包括线圈和至少一个所述诊断装置的致动器。本发明最后涉及一种包括适用于执行所述诊断方法的步骤的计算机程序代码部件的计算机程序。背景技术 [0002] 设计用来命令断开和闭合断路器的致动器是公知的，并且目前该致动器由集成控制电子装置组成并与电磁线圈相关。这些电子装置的角色是能够增加主要使所述致动器的体积变小的功能。 [0003] 这些致动器预先仅由直接供电的电磁石形成，即没有控制电子装置。在某些敏感设施中，由此能够通过将弱电流输入到线圈来进行线圈绕组的连续性的测试。因此能够指示致动器的状态或可用性。然而，这些部件并不能使其确定该致动器的绕组方式(coiling)是否短路。 [0004] 这种监控部件不可用于由电子装置控制的致动器-它并没有给出有关致动器的状态的任何信息，而仅给出关于其存在的信息。 [0005] 然而，在某些敏感设施中存在对知晓致动器的状态的需求，具体知晓： [0006] -一个线圈或多个线圈的状态(操作的或断开或短路)，和/或 [0007] -一个线圈或多个线圈的控制电子装置的状态。 [0008] 因此，看起来有兴趣测试由控制电子装置供电的线圈(使用例如PWM技术，PWM代表脉宽调制，由此控制电压可被匹配到宽电源范围或者减少在持续保持时所消耗的功率的涌入保持操作)。通过其控制和供应电线，被供电的线圈并未直接地“可视”-当线圈未被命令时，通常存在二极管桥和开放晶体管。因此，供应致动器的电流不必供应该线圈。 [0009] 因此，本发明的目的是检查线圈绕组没有中断或短路以及电子装置没有故障。 [0010] 从关于不同系统(例如机动车辆安全系统(DE 3920693)或者例如机动车辆点火系统(US 2009/139505))的现有技术中已知能够进行诊断的装置。从文献JP 2009/174599也已知电磁阀的电控制电路的诊断操作的装置。发明内容 [0011] 本发明的目的是提供一种诊断方法，其能够解决前面提到的问题并且改进现有技术的已知方法。具体地，本发明提出了一种简单、经济、有效的诊断方法，其能够检查线圈绕组没有中断或短路和/或控制电子装置没有故障。 [0012] 一种致动器的根据本发明的诊断方法，所述致动器包括线圈和该线圈的电源控制装置，包括以下步骤： [0013] 通过诊断装置控制所述致动器的电源， [0014] 通过所述控制装置控制所述线圈的电源， [0015] 在所述诊断装置方面监控电信号、具体为供应所述致动器的电信号的电特性，和[0016] 使用所述监控步骤的结果推断所述致动器的诊断。 [0017] 优选地，控制所述致动器的电源的步骤包括：激活所述致动器的电源控制部件。 [0018] 优选地，控制所述线圈的电源的步骤包括：激活所述线圈的电源控制部件。 [0019] 有利地，在所述诊断装置方面监控电信号的电特性的步骤包括：确定所述致动器的电源线路中流动的电流的强度，或者确定电阻元件的两端处的电压，在所述电阻元件的两端流经在所述致动器的电源线路中流动的电流。 [0020] 优选地，推断所述致动器的诊断的步骤包括：基于时间分析所述电特性的变化。 [0021] 一种致动器的线圈的电源的根据本发明的诊断装置，包括用于实施如上定义的诊断方法的步骤的硬件和/或软件部件。 [0022] 优选地，所述硬件和/或软件部件包括所述致动器的电源的控制部件。 [0023] 优选地，所述硬件和/或软件部件包括用于监控电信号的电特性的部件，所述部件是用于确定所述致动器的电源线路中流动的电流的强度的部件，或者是用于确定电阻元件的两端处的电压的部件，在所述电阻元件的两端流经在所述致动器的电源线路中流动的电流。 [0024] 优选地，所述硬件和/或软件部件包括用于推断所述致动器的诊断的部件，所述部件是用于基于时间分析所述电信号的电特性的变化的部件。 [0025] 优选地，所述硬件和/或软件部件包括所述线圈的电源的控制部件。 [0026] 有利地，所述硬件和/或软件部件包括用于确定在所述线圈中流动的电流的强度的部件和用于分析在所述线圈中流动的电流的强度的部件。 [0027] 有利地，所述硬件和/或软件部件包括用于确定所述线圈的电源电压的部件和用于分析所述线圈的电源电压的部件。 [0028] 一种包括线圈和至少一个控制装置的根据本发明的致动器包括如上定义的诊断装置。 [0029] 优选地，所述诊断装置由两个分离的装置、即第一诊断装置和第二控制装置组成。 [0030] 根据本发明的计算机程序包括计算机程序代码部件，当所述程序在计算机上执行时，所述计算机程序代码部件适用于执行前面所述的方法的步骤。附图说明 [0031] 附图代表例如根据本发明的诊断装置的实施例、根据本发明的控制装置的两个实施例以及根据本发明的诊断方法的执行模式。 [0032] 图1是包括根据本发明的诊断装置的实施例的系统的图。 [0033] 图2是测试信号的时基图。 [0034] 图3是根据本发明的致动器的第一实施例的图。 [0035] 图4是根据本发明的致动器的第二实施例的图。 [0036] 图5是根据本发明的控制装置的第二实施例的变型的图。 [0037] 图6是根据本发明的诊断方法的执行模式的流程图。具体实施方式 [0038] 下面参考图1来描述根据本发明的系统1的实施例。该系统主要包括致动器2(具体为电断路器致动器)、致动器状态的诊断装置3和致动器2的激活开关4(例如按钮)。 [0039] 例如，致动器2与在电力系统(诸如商业电力网)的相位端P与中性线端N之间的电线10上的开关4串联。因此，电源以及致动器的激活由开关4控制。开关的致动事实上导致电力网电压被直接施加到致动器的两端7。 [0040] 诊断装置3通过电源端5进一步直接连接到电力系统的相位端P和中性线端N。诊断装置通过端子6进一步连接到开关4的两端，即，与该开关并联。结果，为了实现诊断方法，诊断装置通过短路该开关使能致动器的供电。 [0041] 可替换地，诊断装置可以通过在致动器的两端7之间直接施加诊断装置产生的电压来对致动器供电。周期性地，例如每小时一次，具体是在30ms期间每小时一次，执行经由诊断装置对致动器的供电。当进行这种供电时，致动器发出被诊断装置接收并且能够确定致动器的状态的电信号。 [0042] 诊断装置3优选地包括电源31、致动器的电源的控制部件32、36、供应致动器的电信号的电特性的监控部件33、37、以及用于推断致动器的诊断的部件38。 [0043] 致动器电源控制部件32、36可以包括由控制部件32(例如包含在微控制器39中)控制的第一受控开关36。 [0044] 供应致动器的电信号的电特性的监控部件33、37可以包括用于确定供应致动器的线路中流动的电流的强度的部件33、37或者用于确定电阻元件37的两端处的电压的部件33，在供应致动器的线路中流动的电流流经该电阻元件37。部件33具体地可以包含在微控制器中。 [0045] 用于推断致动器的诊断的部件38可以包括用于时基分析供应致动器的电信号的电特性的变化的部件，具体为用于以时间窗口分析致动器中吸收的电流的强度的变化的部件。 [0046] 例如，受控开关和电阻元件在供应致动器的线路上串联。它们可以在端子6之间串联。 [0047] 有利地，诊断装置可以包括用户接口，例如通知用户存在问题、具体为致动器状态的问题的光指示器。可替换地或者补充地，诊断装置也可以包括可以连接到用户接口装置的端子35。 [0048] 下面参考图3来描述致动器2的第一实施例。致动器2主要包括控制装置22和电磁石21。 [0049] 电磁石包括例如第一涌入线圈211和第二保持线圈212。例如，这些线圈串联连接。 [0050] 控制装置主要包括：转换器221，用于将致动器的电源电信号转换为适用于供应电磁石的电信号；逻辑处理单元225，例如微控制器；电源223；和电压调节器224，所述电压调节器224将电力提供给该逻辑处理单元、第一线圈的电源的控制部件225、226、第一线圈和第二线圈的串联组的电源的控制部件225、228、用于确定第一线圈中流动的电流的强度的部件225、227、用于确定第一线圈和第二线圈的串联组中流动的电流的强度的部件225、229、用于分析线圈中流动的电流的强度的部件225、用于确定线圈的电源电压的部件 222、和用于分析线圈的电源电压的部件。 [0051] 转换器221典型地包括保护电路、滤波器和整流电路。 [0052] 优选地，如图3中所展示的，逻辑处理单元由电源223经由电压调节器224供电。电源自身由转换器221的输出供电。 [0053] 用于确定线圈的电源电压的部件包括分压器222，其中间端攻击逻辑处理单元。 [0054] 第一线圈的电源的控制部件225、226优选地包括由逻辑处理单元225控制的开关226。同样地，第一线圈和第二线圈的串联组的电源的控制部件228、225优选地包括由逻辑处理单元225控制的开关228。 [0055] 用于确定在第一线圈211中流动的电流的强度的部件225、227优选地包括与第一线圈和受控开关226串联的电阻器227。例如，电阻器227的一端接地。该电阻器的另一端的电势攻击逻辑处理单元的输入。 [0056] 用于确定在包括第一线圈和第二线圈的组件中流动的电流的强度的部件225、229优选地包括与第一线圈和第二线圈以及受控开关228串联的电阻器229。例如，电阻器229的一端接地。该电阻器的另一端的电势攻击逻辑处理单元的输入。 [0057] 当来自转换器221的输出上的电压维持低于第一电压阈值例如100V时，优选地设计是应用该第二实施例的控制装置。 [0058] 下面参考图4来描述致动器2’的第二实施例。致动器2’与致动器2的不同之处在于，它包括不同的控制装置22’。控制装置22’与控制装置22的不同之处在于：电源223被提供于电阻元件的两端之间，具体地在测量电阻器229的两端之间。当来自转换器221的输出上的电压超过第一电压阈值例如100V时，优选地设计应用该第二实施例的控制装置。 [0059] 下面参考图5来描述根据第二实施例的控制装置的实施例的细节。 [0060] 在该实施例中，受控开关303与保持线圈212和齐纳二极管307串联，在转换器221的两端之间。二极管308和电容器309的串联连接与齐纳二极管进一步并联。受控开关228和测量电阻器229的串联连接也与齐纳二极管并联。受控开关303连接到逻辑处理单元225，并且经由上拉电阻器302连接到转换器221的输出端。这样，只要转换器221提供电压，受控开关303就闭合。二极管304与保持线圈并联。 [0061] 受控开关228进一步受逻辑处理单元225控制，因此在电阻器229方面，能够使得齐纳二极管短路来测量保持线圈212中流动的电流。可以注意到，当受控开关228闭合时，二极管308阻止了电容器309提供的电流流入电阻器229。 [0062] 这样的组件使得在齐纳二极管两端显现的电压能够对电容器309充电，以便产生对电源223提供必要电力的电信号。 [0063] 例如，在恒定(permanent)控制的范围内，逻辑处理单元可以有规律地例如每312毫秒(μs)调节保持线圈的供应电流：开关303闭合时，电流必须简单地通过受控开关228旁路到电阻器229一段短时间(典型地16μs)，以便知晓电流强度的值。如果后者低于设置点，则受控开关303保持断开，并且电流流入齐纳二极管307和电容器309。如果保持线圈出现问题，则逻辑处理单元可以命令断开受控开关303。 [0064] 诊断装置和/或控制装置包括能够实现作为本发明目的的所述诊断方法的所有硬件和/或软件部件。具体地，诊断装置和/或控制装置包括能够实现作为本发明目的的所述诊断方法的每个步骤的硬件和/或软件部件。这些部件可以包括计算机程序。 [0065] 下面参考图6来描述根据本发明的诊断方法的执行模式。优选地，下面描述的方法的一组步骤在时间上重叠，具体地以规则的间隔重叠。这些重叠优选地通过诊断装置中包括的时钟来命令。 [0066] 在第一步骤100，通过诊断装置命令对致动器供电。该命令优选地通过时钟来触发并且被维持在预定时间期间(例如30ms)。在前面描述的诊断装置的实施例中，该供电步骤是通过闭合受控开关36来进行的。致动器2随后通过电源系统经由电阻器37来供电。将要注意，在上述预定时间结束时，受控开关36断开。 [0067] 在第二步骤105，线圈的供电通过致动器的控制装置来命令。这优选地在逻辑处理单元225中记录的测试过程中在致动器层面自动地进行，并且当进行致动器的供电时实现。为此，逻辑处理单元命令闭合受控开关226。从这一时刻起，线圈211的供电电流流经受控开关226和电阻器227。该步骤也包括对一组线圈211和212供电。为此，逻辑处理单元命令闭合受控开关228。从这一时刻起，线圈212的供电电流流经受控开关228和电阻器229。线圈的供电电流或电流可以在诊断装置层面得以检测，并且更确切地说在诊断装置的电阻器37层面得以检测。一个或多个线圈的供电事实上导致致动器2的电源线路上更大的电流涌入。 [0068] 在第三步骤110，在诊断装置层面监控或分析供应致动器的电信号的电特性。优选地监控供应致动器的电流的强度，具体地，贯穿通过诊断装置对致动器供电的时间期间，监控供应致动器的电流的强度的变化。 [0069] 在第四步骤115，进行如下测试：特性(具体为供应致动器的电流的强度)的变化或修改是否遵从它们在致动器的良好工作的情况下所应当的样子。致动器实际上被设计成吸收在测试过程期间具有校准强度的电流。如果致动器所吸收的电流的强度远远偏离该校准值，则可以从中推断该致动器存在具体在它的线圈方面的故障，和/或在它的线圈的电源的控制装置方面的故障。在该测试步骤之后，使用监控或分析步骤的结果来推断致动器的诊断。 [0070] 如果测试步骤115的结果为肯定的，则进行到步骤120，在步骤120形成下列诊断：致动器在工作。然后进行到步骤125，在步骤125期间在循环返回到步骤100之前进行时延。步骤125的时延最好相对较长，通常大约一小时。所述诊断可以通过界面来显示。 [0071] 如果测试步骤115的结果为否定的，则进行到步骤130，在步骤130形成下列诊断：致动器未工作。电特性的变化的分析的步骤具体地可以实现来确定致动器的哪个部分不工作，具体是控制装置还是涌入线圈或者保持线圈。所述诊断可以通过界面来显示。 [0072] 下面参考图2来描述供应操作的致动器的电流的强度的变化的示例。 [0073] 在顶图中，展示了当执行根据本发明的诊断方法的执行模式时致动器两端处的电压V7的变化时间比。要注意，致动器被供电达30ms。 [0074] 在底图中，展示了诊断装置的电阻器37两端处的电压V37的变化时间比，所述电压是致动器的供应电流的图像。在示例实施例中，在将电力提供给致动器达20ms之后，电源控制装置命令短暂闭合第一受控开关226，随后短暂闭合第二受控开关228。这些开关的总闭合时间通常是大约2ms。在致动器的供电开始与这些线圈的供电结束之间，逻辑处理单元225例如已经检验： [0075] -通过分压器222的两个电阻器之间的电压的测量，致动器的电源电压足以激活后者， [0076] -逻辑处理单元223的电源在工作， [0077] -涌入线圈中流动的电流既不太低(开路的情况)也不太高(短路的情况)。电阻器227的两端处的电压的测量可用于此目的。 [0078] -保持线圈中流动的电流既不太低(开路的情况)也不太高(短路的情况)。电阻器229的两端处的电压的测量可用于此目的。 [0079] 如果满足所有这些条件，则控制装置发送这些检验的结果。为此，逻辑处理单元命令例如在例如1ms的简短时间段期间闭合受控开关226。在相反的情况下，逻辑处理单元并不命令闭合受控开关对这个线圈或另一个线圈供电。 [0080] 结果，当分析诊断装置的电阻器37两端的电压时，如图2中所示，当致动器工作时会看到发生两个连续脉冲，而当致动器有故障时会看到一个脉冲或者甚至看不到脉冲。 [0081] 可以在时间上不同地自然地安排线圈中流动的电流的测试步骤。同样地，使得测试结果在将被编码的致动器方面能够进行的切换操作可以在时间上不同地安排并且改变以致能够编码不同信息，例如控制装置的故障、涌入线圈的故障和保持线圈的故障。 [0082] 控制装置进一步如此，以致如果致动器两端的电压持续30ms以上，则它将该电源解释为操作电源而不是诊断过程。然后，在30ms结束时，它命令涌入线圈的供电步骤，例如80ms，之后保持线圈的供电，该涌入线圈被去激活。 [0083] 在优选替换的实施例中，保持线圈的测试通过以下事实来暗中执行：在致动器2’的情况下，逻辑处理单元的电源流经保持线圈。如果它被中断，则都不工作。另外，在致动器2的情况下，不能测试保持线圈的状态。涌入线圈的功能事实上有能力实现致动器的功能。 [0084] 因此，由于本发明，通过诊断装置能够测试致动器的控制电子装置、配线的正确性、电源电压的存在性以及线圈的状态。 [0085] 归因于线圈的电源电压的知识，也可以精确地确定线圈的电阻值。同样可能的是，通过添加温度传感器，能够校正电阻测量以便考虑它的温度波动。 [0086] 自然地，从致动器到诊断装置的信息反馈可以通过不同于执行该致动器的供电的导线的导线来实现。 [0087] 不同的受控开关可以通过晶体管来实现。

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