專利名稱：監(jiān)控原動機負載狀態(tài)的方法和相應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控一變速原動機的負載狀態(tài)的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種按所述方法工作的裝置。
背景技術(shù)：
變速原動機工作時須對抗一隨一速度變化的機械負載轉(zhuǎn)矩，所述速度特別由原動機轉(zhuǎn)速的一函數(shù)決定?，F(xiàn)有的這種原動機大多具有一比較器，當原動機的負載轉(zhuǎn)矩超出一報警極限值時，所述比較器會觸發(fā)一報警信號。如果原動機的負載轉(zhuǎn)矩例如以二次冪形式隨轉(zhuǎn)速增長，當轉(zhuǎn)速較高時就會出現(xiàn)相對較大的轉(zhuǎn)矩，可根據(jù)這一轉(zhuǎn)矩調(diào)整報警極限值。因而當原動機轉(zhuǎn)速相對較低時，通常也無法檢測到負載轉(zhuǎn)矩的明顯偏差，這是因為負載轉(zhuǎn)矩并沒有超過為高轉(zhuǎn)速設(shè)定的報警極限值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可特別有效地監(jiān)控一變速原動機的負載狀態(tài)的方法和一種適用于實施所述方法的裝置。
本發(fā)明有關(guān)方法的目的通過權(quán)利要求1所述的特征而達成。其中，所述方法包括確定原動機工作時的一瞬時速度與一瞬時負載轉(zhuǎn)矩。將所述瞬時負載轉(zhuǎn)矩與一作為速度的函數(shù)預(yù)先確定的監(jiān)控范圍進行比較。當瞬時負載轉(zhuǎn)矩在一預(yù)先確定的反應(yīng)延遲值的持續(xù)時間內(nèi)處于針對瞬時速度預(yù)先確定的監(jiān)控范圍之外時，就發(fā)出一報警信號。
其中，“瞬時負載轉(zhuǎn)矩”指的是一連續(xù)或定期測量的負載轉(zhuǎn)矩測量值。“瞬時速度”表示在各相應(yīng)時間點上測量的速度測量值，所述速度特別與原動機的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)。作為速度的函數(shù)預(yù)先確定的監(jiān)控范圍由一特別隨速度變化的下限值與一特別隨速度變化的上限值規(guī)定，低于所述下限值和超出所述上限值時均會發(fā)出報警信號。在一個以速度為橫坐標、以負載轉(zhuǎn)矩為縱坐標的平面中，表示由速度決定的監(jiān)控范圍隨速度變化而變化的曲線構(gòu)成一封閉區(qū)域，這一區(qū)域在下文中稱為“監(jiān)控區(qū)”。通過這種二維觀察，可在由瞬時速度和瞬時負載轉(zhuǎn)矩定義的瞬時負載狀態(tài)在反應(yīng)延遲持續(xù)時間內(nèi)偏離所述監(jiān)控區(qū)時，等效地發(fā)出報警信號。
本方法的進一步優(yōu)選實施例在依附權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中定義。
本發(fā)明與按所述方法工作的裝置相關(guān)的目的通過權(quán)利要求7所述的特征而達成。也就是說，本發(fā)明的裝置包括一用于確定一原動機的瞬時速度和瞬時負載轉(zhuǎn)矩的測量裝置。特別確定一轉(zhuǎn)速來量度原動機的速度，所述轉(zhuǎn)速指的是原動機在每一時間單位內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。此外，所述裝置還包括一監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置建構(gòu)為，當測得的瞬時負載轉(zhuǎn)矩在一預(yù)先確定的反應(yīng)延遲時間內(nèi)處于一作為速度的函數(shù)預(yù)先確定的監(jiān)測范圍之外時，所述監(jiān)控裝置就發(fā)出一報警信號。
本裝置的進一步優(yōu)選實施例在依附權(quán)利要求7的從屬權(quán)利要求中定義。
根據(jù)一有利設(shè)計方案，除一第一監(jiān)控范圍外還設(shè)置有一個或多個其他監(jiān)控范圍，這些監(jiān)控范圍均分配有一特定的其他反應(yīng)延遲時間。
為能針對瞬時負載轉(zhuǎn)矩不同程度地偏離各預(yù)期值的情況作出不同反應(yīng)，相應(yīng)的合理方案是，至少將第一監(jiān)控范圍完全納入其他或每個其他監(jiān)控范圍內(nèi)。根據(jù)一特別優(yōu)選的方案，為兩個監(jiān)控范圍中位于內(nèi)部的監(jiān)控范圍分配一比位于外部的監(jiān)控范圍更長的反應(yīng)延遲時間。其作用在于，允許在較長的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生一相對較小、只會導(dǎo)致瞬時負載轉(zhuǎn)矩偏離內(nèi)部監(jiān)控范圍的偏差，而非一相對較大、還會使負載轉(zhuǎn)矩偏離外部監(jiān)控范圍的偏差。
鑒于需要以有效而特別簡單的方式自動確定一個或每個監(jiān)控范圍以及一個或每個監(jiān)控區(qū)，因此，特定而言在原動機的一配置工作過程中確定一由速度決定的負載直方圖，再借助所述負載直方圖推導(dǎo)出所述監(jiān)控區(qū)或所述監(jiān)控范圍。負載直方圖指的是一頻率分布，其表示，當原動機以一特定速度正常工作時，一特定負載轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)的平均頻率。通過以等級的形式計算在配置工作過程中出現(xiàn)的負載狀態(tài)的總數(shù)，可合理確定所述負載直方圖。特定而言通過一采取相應(yīng)建構(gòu)方式的配置單元來確定所述負載直方圖、推導(dǎo)一個或每個監(jiān)控區(qū)并借此推導(dǎo)對應(yīng)一規(guī)定速度的一個或每個監(jiān)控范圍。
用于推導(dǎo)一個或每個監(jiān)控區(qū)以及一個或每個監(jiān)控范圍的簡單而合理的結(jié)構(gòu)準則是，以由負載轉(zhuǎn)矩和速度界定的平面中的負載直方圖中的每個點為圓心分別構(gòu)成一個圓。其中，這些圓的半徑作為直方圖高度(或等級頻率)的函數(shù)而變化。作為附加或可選方案，優(yōu)選將所述半徑規(guī)定為負載轉(zhuǎn)矩和/或速度的函數(shù)。其中，監(jiān)控區(qū)就是被所述圓包圍的區(qū)域，即所述圓的并集。其中，一個或每個監(jiān)控區(qū)可根據(jù)需要由一封閉區(qū)域或多個相鄰分區(qū)構(gòu)成。
作為可選方案，也可通過一具有規(guī)定半徑、以負載直方圖的頻率平均值為圓心的圓形區(qū)域來確定一個或多個監(jiān)控區(qū)的區(qū)域。也可根據(jù)需要使用其他的輪廓形狀來代替圓。規(guī)定速度情況下存在的一個或每個監(jiān)控范圍通過從對應(yīng)所述速度的位置處截取相應(yīng)監(jiān)控區(qū)而產(chǎn)生。此外，一個或每個監(jiān)控區(qū)也可通過其他算法推導(dǎo)而得，尤其是人工推導(dǎo)。
通過本發(fā)明而取得的優(yōu)點尤其在于，借助一監(jiān)控范圍監(jiān)控一原動機上的一瞬時負載轉(zhuǎn)矩，所述監(jiān)控范圍將所述負載轉(zhuǎn)矩與速度的機器特有相關(guān)性作為考慮因素。因此，無論原動機為高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速，借此均可根據(jù)適當?shù)臏蕜t來檢測偏差，從而可不依賴于瞬時速度有效地識別所述偏差。


下面借助附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，其中圖1為一具有一負載狀態(tài)監(jiān)控裝置的原動機的原理圖；圖2為一帶有一監(jiān)控范圍的負載直方圖，用于監(jiān)控圖1所示的原動機的負載狀態(tài)；以及圖3為圖2所示的負載直方圖，其帶有兩個可選監(jiān)控范圍。
具體實施例方式
相同的部件和量在各附圖中用相同的參考符號表示。
圖1顯示的是一原動機2，其在工作時以一特別由一轉(zhuǎn)速預(yù)先確定的速度v對抗一機械負載轉(zhuǎn)矩M。原動機2配有一按本發(fā)明的方法工作、用于監(jiān)控負載狀態(tài)的裝置。
所述裝置包括一監(jiān)控裝置4與一測量裝置6。原動機2工作時，測量裝置6連續(xù)或定期測量負載轉(zhuǎn)矩M的一測量值(下文中稱為“瞬時負載轉(zhuǎn)矩8”)和速度v的一測量值(下文中稱為“瞬時速度10”)。測量裝置6向監(jiān)控裝置4提供一測量數(shù)據(jù)信號12，所述信號含有關(guān)于原動機2的瞬時負載轉(zhuǎn)矩8和瞬時轉(zhuǎn)數(shù)10的信息。監(jiān)控裝置4對下述情況進行監(jiān)控，即，瞬時負載轉(zhuǎn)矩8是否處于一對于瞬時速度10有效的監(jiān)控范圍16內(nèi)。與速度v相關(guān)的監(jiān)控范圍16存儲在一存儲器14中。
當瞬時負載轉(zhuǎn)矩8偏離針對瞬時速度10預(yù)先確定的監(jiān)控范圍16時，監(jiān)控裝置4就會在一存儲在存儲器14中的規(guī)定反應(yīng)延遲時間18結(jié)束后發(fā)出一報警信號22，其中，所述反應(yīng)延遲時間通過一數(shù)據(jù)信號20被傳輸給監(jiān)控裝置4。報警信號22被傳輸給一再處理裝置24，所述再處理裝置用于調(diào)節(jié)和關(guān)閉原動機2，和/或?qū)缶盘?2轉(zhuǎn)化為一可以光學(xué)形式和/或聲學(xué)形式被一觀察者接收到的信號。
也就是說，當瞬時負載轉(zhuǎn)矩8偏離監(jiān)控范圍16時，監(jiān)控裝置4就會向一時間測量裝置26傳輸一啟動信號，從而開始對預(yù)先確定的反應(yīng)延遲時間18進行時間測量。反應(yīng)延遲時間18結(jié)束后，時間測量裝置26會向監(jiān)控裝置4傳輸一結(jié)束信號30。如果當結(jié)束信號30到達監(jiān)控裝置4時由速度決定的負載轉(zhuǎn)矩8仍處于監(jiān)控范圍16之外，監(jiān)控裝置4就會發(fā)出報警信號22。如果負載轉(zhuǎn)矩8在生成結(jié)束信號30之前重新回到監(jiān)控范圍，則上文所述的時間測量裝置26就會復(fù)位。為達到特別在負載轉(zhuǎn)矩波動較大的情況下能穩(wěn)定實施所述方法的目的，優(yōu)選在將瞬時速度10和/或瞬時負載轉(zhuǎn)矩8與監(jiān)控范圍16比較前對其進行時間上的平滑處理。
此外，所述裝置還包括一配置裝置32。當原動機2處于一配置工作模式時，測量裝置6會將測量數(shù)據(jù)信號12傳輸給配置裝置32，所述測量數(shù)據(jù)信號可傳達有關(guān)原動機2的瞬時負載轉(zhuǎn)矩8和瞬時速度10的信息。配置裝置32用于確定監(jiān)控范圍16。為此，配置裝置32在一相應(yīng)的時間間隔T內(nèi)匯集來自測量裝置6的測量數(shù)據(jù)，并從中產(chǎn)生一由速度決定的負載直方圖34(圖2)。
圖2和圖3分別顯示了這種負載直方圖34投影在一數(shù)學(xué)平面上的示范性草圖，所述數(shù)學(xué)平面的縱坐標表示負載轉(zhuǎn)矩M，橫坐標表示速度v。負載直方圖34被劃分為一定數(shù)量的等級K，每一等級分別從屬于一特定的速度范圍與一特定的負載轉(zhuǎn)矩范圍。
在配置工作過程中檢測到的負載狀態(tài)被分配給負載直方圖的各等級K，并以等級的形式被計算總數(shù)。圖2和圖3所示的每個點P表示分配給其的等級K的負載直方圖高度，即從屬于等級K、在時間間隔T內(nèi)被原動機2采用的負載狀態(tài)的出現(xiàn)頻率。從屬于一等級K的負載狀態(tài)在時間間隔T內(nèi)出現(xiàn)的頻率越高，相應(yīng)的點P在等級K中的直徑就越大。舉例而言，原動機2在時間間隔T內(nèi)所具有的由等級K1中的點P1表示的負載狀態(tài)P2的出現(xiàn)頻率比由等級K2中的點表示的工作狀態(tài)的出現(xiàn)頻率高。其直方圖高度低于一最小值的等級K在圖2和圖3中表示為空的方形。負載直方圖34從而構(gòu)成時間間隔T內(nèi)在配置工作過程中出現(xiàn)的負載狀態(tài)的一離散的出現(xiàn)頻率分布。
為確定一用于監(jiān)控正常工作狀態(tài)下的原動機2的監(jiān)控范圍16，在所述方法如圖2所示的一實施方式中，先為負載直方圖34的每個等級K分配一圓40，根據(jù)直方圖高度確定圓40的圓半徑42。其中，特別表示直方圖高度低于最小值的等級K的圓半徑42為0，因此，實際只需考慮圖2中用點P表示的等級K。被圓40的一共同的輪廓線包圍的區(qū)域用作監(jiān)控區(qū)48，所述監(jiān)控區(qū)針對速度v的一給定值vo定義相應(yīng)的監(jiān)控范圍16。
圖3顯示的是所述方法的一可選實施方式，根據(jù)這一實施方式，通過先確定負載直方圖34的所有等級頻率的一頻率平均值50(在圖3中用一叉表示)來確定一監(jiān)控區(qū)52。其中，監(jiān)控區(qū)52為一以所述頻率平均值50為圓心、具有一圓半徑54的圓。圓半徑54特別與負載直方圖34的寬度相匹配。與圖2所示相同，可從對應(yīng)瞬時速度v的規(guī)定值vo的監(jiān)控區(qū)52推導(dǎo)出的監(jiān)控范圍16″可通過從對應(yīng)值vo的位置處截取監(jiān)控區(qū)52而產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一有利實施方式，除第一監(jiān)控區(qū)52外，還規(guī)定一第二監(jiān)控區(qū)56，第二監(jiān)控區(qū)56完全包含第一監(jiān)控區(qū)52，因而特別具有一相對較大的半徑58。從監(jiān)控區(qū)58可推導(dǎo)出一監(jiān)控范圍16″，所述監(jiān)控范圍在圖3中例如對應(yīng)速度值vo，且始終完全包含監(jiān)控范圍16′。
其中，為第一監(jiān)控區(qū)52或第一監(jiān)控范圍16′分配一第一反應(yīng)延遲時間18′(圖1)，所述第一反應(yīng)延遲時間大于一為第二監(jiān)控區(qū)56或第二監(jiān)控范圍16″分配的第二反應(yīng)延遲時間18″(圖1)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控一變速原動機(2)的負載狀態(tài)的方法，其中，在所述原動機工作時確定一瞬時速度(10)與一瞬時負載轉(zhuǎn)矩(8)，當所述瞬時負載轉(zhuǎn)矩(8)在一預(yù)先確定的反應(yīng)延遲時間(18，18′，18″)的持續(xù)時間內(nèi)位于一監(jiān)控范圍(16，16′，16″)之外時，就發(fā)出一報警信號(22)，其中所述監(jiān)控范圍(16，16′，16″)作為瞬時速度(10)的函數(shù)被預(yù)先確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為第一監(jiān)控范圍(16′)分配一第一反應(yīng)延遲時間(18′)，以及為至少一個其他監(jiān)控范圍(16″)，分配一其他反應(yīng)延遲時間(18″)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一監(jiān)控范圍(16′)被完全容納在所述一監(jiān)控范圍或每個其他監(jiān)控范圍(16″)內(nèi)，所述第一反應(yīng)延遲時間(18′)大于所述所述一反應(yīng)延遲時間或每個其他反應(yīng)延遲時間(18″)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，借助一由速度決定的負載直方圖(34)確定所述一監(jiān)控范圍或每個監(jiān)控范圍(16，16′，16″)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述或每個監(jiān)控范圍(16，16′，16″)定義為被以所述負載直方圖(34)的每個等級(K)為圓心的圓(40)包圍的區(qū)域，其中，將每個圓(40)的圓半徑(42)確定為所述直方圖高度和/或所述速度(v)和/或所述負載轉(zhuǎn)矩(M)的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過一以預(yù)先確定的半徑(54，58)、以所述負載直方圖(34)的一頻率平均值(50)為圓心的圓(52，56)來確定所述一監(jiān)控范圍或每個監(jiān)控范圍(16′，16″)。
7.一種用于監(jiān)控一變速原動機(2)的負載狀態(tài)的裝置，所述裝置具有一用于確定一瞬時速度(10)與一瞬時負載轉(zhuǎn)矩(8)的測量裝置(6)，以及一監(jiān)控裝置(4)，當所述負載轉(zhuǎn)矩(8)在一由一時間測量裝置(26)提供的反應(yīng)延遲時間(18，18′，18″)的持續(xù)時間內(nèi)位于一監(jiān)控范圍(16，16′，16″)之外時，所述監(jiān)控裝置(4)就發(fā)出一報警信號(22)，其中，所述監(jiān)控范圍(16，16′，16″)作為速度(10)的函數(shù)被預(yù)先確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置具有一配置裝置(32)，所述配置裝置(32)用于借助一負載直方圖(34)來確定所述監(jiān)控范圍(16，16′，16″)，其中，所述負載直方圖(34)作為速度的函數(shù)在所述原動機(2)進行配置工作時產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控一變速原動機(2)的負載狀態(tài)的方法，其中，在所述原動機工作時確定一瞬時速度(10)與一瞬時負載轉(zhuǎn)矩(8)，當所述瞬時負載轉(zhuǎn)矩(8)在一預(yù)先確定的反應(yīng)延遲時間(18，18′，18″)的持續(xù)時間內(nèi)位于一根據(jù)所述瞬時速度(10)而預(yù)先確定的監(jiān)控范圍(16，16′，16″)之外時，就發(fā)出一報警信號(22)。
文檔編號G01P13/04GK101044439SQ200580035849
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者格爾德·米凱利斯 申請人:西門子公司