DE3715591C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltkontrolle
von Magnetventilen, insbesondere bei elektrohydraulischen
Ausbausteuerungen u. dgl., durch Bestimmung der Induktivi
tät der Magnetspule auf dem Wege der Strommessung und
Auswertung der ermittelten Meßwerte mittels einer elektro
nischen Auswerteeinheit. Ferner ist die Erfindung auf eine
Einrichtung zur Schaltkontrolle von Elektromagnetventilen
bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen u. dgl. gerich
tet.
Bei Verwendung von Magnetventilen besteht in vielen Fällen
die Forderung nach einer Schaltkontrolle dieser Ventile
mit Rückmeldung der Schaltstellung ihres Ankers gegenüber
der von Gleichstrom beaufschlagbaren Spule. Diese Forde
rung besteht in besonderem Maße bei elektrohydraulischen
Ausbausteuerungen, bei welchen jeder einzelnen Ausbauein
heit des Gewinnungsbetriebs zur Durchführung der verschie
denen Arbeitsvorgänge eine größere Anzahl an Magnetventi
len zugeordnet ist, die von einer mit einem Mikroprozessor
versehenen Steuereinheit angesteuert bzw. elektrisch ge
schaltet werden. Insbesondere unter den im Grubenbetrieb
vorherrschenden Einsatzbedingungen kann ein Versagen der
Magnetventile nicht zuverlässig ausgeschlossen werden.
Ein Versagen der Magnetventile kann schwerwiegende Aus
wirkungen haben. Es ist daher erforderlich, das Versagen von
Magnetventilen im Einsatz möglichst umgehend festzustellen,
so daß im Bedarfsfall auch ein rasches Auswechseln dieser
Ventile möglich ist.
Bei Magnetventilen, die für Ausbausteuerungen bestimmt sind,
ist es bekannt, im Stromkreis der Gleichstrommagnete Leucht
dioden zur Schaltbetätigung anzuordnen (DE-OS 29 23 694).
Mit dieser Maßnahme ist aber lediglich eine Kontrolle dar
über möglich, ob im Stromkreis der Magnetventile Strom
fließt, nicht aber darüber, ob die Anker der Magnetventile
die Schaltbewegungen funktionsgerecht ausführen oder ggf.
in einer Schaltposition hängengeblieben sind.
Aus der DE-OS 26 02 906 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Fehler
erkennung bei mit Magnetspulen arbeitenden Geräten bekannt,
bei der die Funktionskontrolle bei elektrischer Aktivierung
der Magnetspulen in der Weise durchgeführt wird, daß ein
Signal erzeugt wird, welches den Zeitpunkt anzeigt, zu dem
der Spulenanker in seine Schaltposition gelangt. Fällt das
vorgenannte Positionssignal aus einem vorbestimmten Zeit
intervall heraus, so wird ein Fehlersignal geliefert. Die
Kontrolleinrichtung umfaßt im einzelnen eine Detektorvor
richtung zur Feststellung der Ankerverstellung der Magnet
spule, ferner eine Steuereinrichtung mit einer Vorrichtung,
die ein vorbestimmtes Zeitintervall für die Ankerverstellung
festlegt, sowie eine Anzeigevorrichtung, die das Fehler
signal liefert.
Die vorgenannte bekannte Kontrolleinrichtung ist vor allem
darauf abgestellt, bei mit hohen Stellgeschwindigkeiten
arbeitenden Geräten die Geschwindigkeit der Ankerverstel
lung festzustellen. Die Funktionskontrolle erfolgt bei
Aktivierung der Magnetspule, d. h. bei betriebsbedingter
Stromeinschaltung. Dabei wird der Verlauf des Spulenstroms
gemessen. Eine Wendedetektorschaltung spricht auf den
Strom durch die Magnetspule an und ermittelt den Zeitpunkt,
zu dem der Anker in die Stellposition gelangt. Die
Funktionskontrolle erfolgt hier also durch Strom- und Zeit
messungen; sie ist stets mit dem betriebsbedingten Schalt
vorgang verknüpft.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und funktions
sicheres Verfahren oder eine Einrichtung zu schaffen, mit
dem bzw. der es möglich ist, die Schaltstellung des Spulen
ankers von Elektromagnetventilen zeitunabhängig vom Ein
schaltvorgang der Magnetspule zwecks Ventilschaltung durch
zuführen, so daß die Kontrolle der jeweiligen Schaltstel
lung der elektromagnetisch geschalteten Ventile zu jeder
gewünschten Zeit möglich ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren dadurch gelöst, daß zunächst die Magnetspule zur
Ankerverstellung an den Strom gelegt und erste nach Ein
stellen des maximalen Einschaltstromes der Strom kurzzeitig
abgeschaltet und nach einem definierten Zeitintervall wie
der eingeschaltet wird, und daß nach dem Abschalten und/
oder bei bzw. nach Wiedereinschalten der Stromwert auf der
Stromabfallkurve und/oder auf der Stromanstiegskurve zu
einem definierten Zeitpunkt gemessen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Tatsache, daß
die Induktivität einer Magnetspule abhängig ist von der Po
sition des Ankers gegenüber der Spule. Damit ist es möglich,
über die Bestimmung der Induktivität, d. h. über eine Strom
messung die Position des Ankers, d. h. die Schaltstellung des
Magnetventils festzustellen und eine Rückmeldung der Anker-
Schaltstellung zu erhalten, ohne daß am Magnetventil selbst
eine die Anker-Schaltstellung abtastende Sensorik vorgesehen
zu werden braucht. Die Rückmeldung erfolgt bei einer elektro
hydraulischen Ausbausteuerung zu dem die elektronische Aus
werteeinheit aufweisenden Steuergerät hin, von dem aus das
Magnetventil angesteuert wird. Hierbei kann der Mikroprozes
sor des Steuergerätes zugleich die Auswerteeinheit bilden,
welche die gemessenen Stromwerte im Sinne der Schaltkontrolle
auswertet.
Die von der Ankerstellung abhängige Induktivität der Spule
des Magnetventils bewirkt, daß beim Schließen und Öffnen des
Gleichstromkreises der Spule die Stromanstiegskurve und die
Stromabfallkurve bei abgefallenem Anker einen anderen Verlauf
hat als bei angezogenem Anker, wobei der Anstieg bzw. die
Neigung der Kurven je nach Konstruktion des Magnetventils
unterschiedlich sind. In jedem Fall kann durch Bestimmung
des Kurvenverlaufs bzw. des Kurvenanstiegs die Zeitkonstante
des Stromverlaufs und damit der Schaltzustand des Magnet
ventils festgestellt werden. Die Schaltkontrolle läßt sich
auch unabhängig von der betrieblich geforderten Schaltung
der Magnetventile zu jedem gewünschten oder vorbestimmten
Zeitpunkt durchführen. Bei eigensicheren Magnetventilen,
wie sie vor allem bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen
im Kohlebergbau Verwendung finden, empfiehlt es sich, die
Strommessung im externen Stromkreis vor einer der Eigen
sicherheit dienenden Diodenbrücke (Gleichrichterbrücke),
also in der elektronischen Steuereinheit selbst durchzu
führen. Insbesondere bei Anordnung mehrerer Magnetventile,
die sich auch gleichzeitig einschalten lassen und an einer
gemeinamen Stromversorgung angeschlossen sind, empfiehlt
es sich, die Schaltkontrolle so durchzuführen, daß aus den
gemessenen Stromwerten der Stromabfallkurve und/oder der
Stromanstiegskurve und einem vorbestimmten Strom-Bezugswert
sowie dem maximalen Einschaltstrom über die Zeitkonstante
der Stromanstiegskurve bzw. der Stromabfallkurve der Magnet
spule der Schaltzustand des betreffenden Magnetventils be
stimmt wird. Es wird hier also zusätzlich noch der Strom-
Bezugswert, der für die Schaltung des betreffenden Magnet
ventils den Nullpunkt bildet, sowie der volle Einschalt-
Stromwert ermittelt. Mit der Ermittlung des Strom-Bezugswertes
wird der Tatsache Rechnung getragen, daß unter Umständen noch
weitere Magnetventile eingeschaltet sind, deren Ströme bei
der Durchführung der Schaltkontrolle jeweils abgezogen werden
müssen. Auf diese Weise kommt man mit einer einzigen Strom
meßstelle aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit besonderem Vor
teil bei selbsthaltenden Magnetventilen durchführen, kann
aber auch bei nicht-selbsthaltenden Magnetventilen angewen
det werden, da diese hinsichtlich ihrer Ankerverstellung
eine ausreichend große Trägheit aufweisen, so daß der Anker
des gemessenen Magnetventils in Ruhe verbleibt, wenn die
Zeitspanne zwischen Abschalten und erneutem Einschalten des
die Magnetspule durchfließenden Stroms hinreichend kurz ge
wählt wird.
Wie erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt
bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen eingesetzt, bei
denen jeder Ausbaueinheit eine elektronische Steuereinheit
(Steuergerät) zugeordnet ist, über die mehrere Elektro
magnetventile einzeln oder gruppenweise ansteuerbar sind.
Bei dieser Ausbausteuerung bildet die mit dem Mikroprozessor
versehene Steuereinheit, wie erwähnt, zugleich die Auswerte
einheit, welcher die Strommeßvorrichtung zugeordnet ist. Die
elektronische Steuereinheit kann hierbei mit einer optischen
und/oder akustischen Kontrollanzeige versehen werden, um ein
Versagen der Magnetventile anzuzeigen. Vorzugsweise wird die
erfindungsgemäße Einrichtung bzw. die von der Steuereinheit
gebildete Auswerteeinheit so ausgebildet, daß bei einem
Schaltfehler eines Magnetventils eine ein- oder auch mehr
malige Schaltwiederholung ausgelöst wird. Es hat sich ge
zeigt, daß bei einem Hängenbleiben des Ankers eine Schalt
wiederholung, d. h. eine erneute Strombeaufschlagung der
Magnetspule in vielen Fällen dazu führt, daß der Schalt
vorgang ausgeführt wird. Falls bei der elektrischen An
steuerung des Magnetventils dieses nicht schaltet, wird also
der Ansteuervorgang bzw. der Schaltbefehl wiederholt, was,
wie erwähnt, in vielen Fällen zu dem gewünschten Schalterfolg
führt.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der
Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einem Diagramm die Induktivität einer
Magnetspule in Abhängigkeit von der Schalt
stellung ihres Ankers;
Fig. 2 in einem Strom-Zeitdiagramm ein bevorzugtes
Verfahren zur Schaltkontrolle eines
Magnetventils.
In den Fig. 1 und 2 ist jeweils auf der Abszisse die Zeit in
Milli-Sekunden und auf der Ordinate die Stromstärke I in
Milli-Ampere aufgezeichnet.
Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt den Stromverlauf beim Einschal
ten des Gleichstromkreises der Spule eines Magnetventils, wo
bei die Stromanstiegskurve I den Stromverlauf z. B. bei abge
fallenem Anker und die Stromanstiegskurve II den Stromverlauf
z. B. bei angezogenem Anker wiedergibt. Die beiden Kurven I
und II zeigen, daß die Induktivität der Spule des Magnet
ventils stark abhängig ist von der Position des Ankers. Der
maximale Spulenstrom, d. h. der Einschaltstrom I 1, ist für
beide Fälle gleich.
Beim Abschalten des Gleichstromkreises der Spule des Magnet
ventils fällt der Strom von I 1 ab, wobei die Stromabfallkurve
bei abgefallenem Anker steiler abfällt als bei angezogenem
Anker.
Je nach Ventilkonstruktion können die Verhältnisse aber auch
umgekehrt sein. Dies besagt, daß bei bestimmten Konstruktio
nen des Magnetventils die Stromanstiegskurve bei angezogenem
Anker auch steiler sein kann als bei abgefallenem Anker.
Wesentlich für die Schaltkontrolle ist die Unterschiedlich
keit des Verlaufs der Stromanstiegs- und/oder Stromabfall
kurve bei abgefallenem und bei angezogenem Anker.
Fig. 2 zeigt ebenfalls in einem Diagramm den typischen Ver
lauf der Stromanstiegskurve beim Einschalten eines Magnet
ventils im Zeitpunkt t 0. Die den Stromverlauf und damit auch
die Induktivität wiedergebende Kurve zeigt im Augenblick der
Ankerverstellung des Magnetventils einen ausgeprägten Ein
bruch A, der auf die sprunghafte Änderung der Induktivität
bei Ankerverstellung zurückzuführen ist. Der Strom steigt
dann nach der bekannten e-Funktion auf den maximalen
Einschalt-Stromwert I 1. Im Zeitpunkt t 1 wird der Strom in
der Magnetspule erneut zu Meßzwecken kurzzeitig abgeschaltet
und zum Zeitpunkt t 2 wieder eingeschaltet. Beim Abschalten
im Zeitpunkt t 1 ergibt sich bei dem gewählten Ausführungs
beispiel die Stromabfallkurve B, falls zuvor beim Einschal
ten der Anker angezogen wurde. Ist dies nicht der Fall, so
ergibt sich die steilere Stromabfallkurve B′, die in Fig. 2
gestrichelt angedeutet ist.
Wird die Strommessung im externen Kreis des Magnetventils,
also vor der zum Zwecke der Eigensicherheit des Systems vor
gesehenen Diodenbrücke (Gleichrichterbrücke) an der Steuer
einheit durchgeführt, so fällt der Strom I 1 beim Abschalten
im Zeitpunkt t 1 praktisch schlagartig auf I 0 ab, während im
Spulenkreis der Strom nach der Stromabfallkurve B bzw. B′
abfällt. Wird im Zeitpunkt t 2 der Strom wieder eingeschaltet,
so steigt der Strom schlagartig auf I M 2 oder I′ M 2 an, je
nachdem, ob zuvor der Anker der Magnetspule angezogen oder
nicht angezogen war, die Stromabfallkurve also den Verlauf B
oder B′ hat. Durch Strommessung im definierten Zeitpunkt t 2, der
auf der Stromabfallkurve liegt, kann demgemäß die Schaltstel
lung des Magnetventils in Abhängigkeit von dessen Kenndaten
durch die Auswerteeinheit (elektronische Steuereinheit) er
mittelt werden.
Auch ist es möglich, in einem definierten Zeitpunkt t 3 nach
erneutem Einschalten des Stromes im Zeitpunkt t 2 eine Strom
messung durchzuführen, um auf der Stromanstiegskurve C bzw.
C′ den Stromwert I M 2 bzw. I′ M 2 zu ermitteln, Die Strom
anstiegskurve C repräsentiert den Stromverlauf bei angezo
genem Anker, die Stromanstiegskurve C′ dagegen bei abgefal
lenem Anker. Je nachdem, ob der Anker der Magnetspule ange
zogen oder abgefallen ist, ergibt sich demgemäß ein unter
schiedlicher Meßwert für den Strom, so daß aus der Strom
messung im definierten Zeitpunkt t 3 ebenfalls Rückschlüsse
über den Schaltzustand des Magnetventils gezogen werden
können.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, nach Ab
schalten der Spule im Zeitpunkt t 1 mehrere Strommessungen
auf der Stromabfallkurve und/oder der Stromanstiegskurve
durchzuführen und aus den erhaltenen Meßwerten mit Hilfe
der Auswerteeinheit den Schaltzustand des Magnetventils
zu bestimmen.
In dem Diagramm nach Fig. 2 braucht der den Nullpunkt bil
dende Stromwert I 0 nicht unbedingt den Wert Null zu haben.
Bei mehreren von einer gemeinsamen Gleichstromquelle ge
speisten Magnetventilen, die ebenfalls eingeschaltet sind,
kann der Stromwert I 0 einen von Null abweichenden Bezugs-
Stromwert bilden, der dabei den relativen Nullpunkt bezüg
lich der Strommessung des betreffenden Magnetventils dar
stellt. Es können mit den vorgenannten Messungen auf den
Kurven B, B′ bzw. C, C′ auch die Stromwerte I 0 und I 1 ge
messen werden, um aus den so erhaltenen Meßwerten den
Schaltzustand des Magnetventils bei Vorhandensein einer
Magnetventilgruppe zur ermitteln.
Wie erwähnt, lassen sich die Strommessungen an den Steuer
einheiten durchführen, die mit den Magnetventilen über elek
trische Kabel verbunden werden können. An den Magnetventilen
selbst brauchen keine Tastorgane vorgesehen zu werden, wel
che die Ankerstellung abtasten. Die Zeitspanne vom Abschalten
im Zeitpunkt t 1 bis zum erneuten Einschalten im Zeitpunkt t 2
kann bei nicht-selbsthaltenden Magnetventilen so kurz gewählt
werden, daß ihr Anker aufgrund seiner Trägheit über die Meß
zeitspanne in Ruhe verbleibt.
Claims (6)
1. Verfahren zur Schaltkontrolle von Magnetventilen, ins
besondere bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen
u. dgl., durch Bestimmung der Induktivität der Magnet
spule auf dem Wege der Strommessung und Auswertung der
ermittelten Meßwerte mittels einer elektronischen Aus
werteeinheit, dadurch gekennzeich
net, daß zunächst die Magnetspule zur Ankerverstel
lung an den Strom gelegt und erst nach Einstellen des
maximalen Einschaltstromes (J 1) der Strom kurzzeitig
(zum Zeitpunkt t 1) abgeschaltet und nach einem definier
ten Zeitintervall (zum Zeitpunkt t 2) wieder eingeschal
tet wird, und daß nach dem Abschalten und/oder bei bzw.
nach Wiedereinschalten der Stromwert auf der Strom
abfallkurve (B, B′) und/oder auf der Stromanstiegs
kurve (C, C′) zu einem definierten Zeitpunkt (t 2
und/oder t 3) gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß aus den gemessenen Strom
werten der Stromabfallkurve oder der Stromanstiegskurve
und einem vorbestimmten Strom-Bezugswert (I 0) und dem
maximalen Einschaltstrom (I 1) über die Zeitkonstante
der Stromanstiegskurve bzw. der Stromabfallkurve der
Magnetspule der Schaltzustand des betreffenden Magnet
ventils bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zeitspanne (t 1-t 2)
vom Abschalten (im Zeitpunkt t 1) bis zum erneuten Ein
schalten (im Zeitpunkt t 2) so kurz gewählt wird, daß bei
nicht-selbsthaltenden Magnetventilen deren Anker aufgrund
seiner Trägheit über die Meßzeitspanne in Ruhe verbleibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strommessung an
der elektronischen Steuereinheit im externen Stromkreis vor
der mit einer Dioden-Gleichrichterbrücke versehenen
Magnetventile durchgeführt wird.
5. Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes von
Magnetventilen bei elektrohydraulischen Ausbausteuerun
gen u. dgl., bei denen die Magnetventile, deren Magnet
spulen zur Ankerverstellung von Gleichstrom beaufschlag
bar sind, von einer elektronischen Steuereinheit elek
tronisch ansteuerbar sind, wobei den Magnetventilen eine
Schaltkontrolle zugeordnet ist, die zur Bestimmung der
Induktivität der Magnetspulen mit einer Strommeßvorrich
tung und einer die Meßwerte auswertenden elektronischen
Auswerteeinheit versehen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß die von der Steuerein
heit gebildete Auswerteeinheit mit einer bei einem
Schaltfehler eines Magnetventils ausgelösten Schalt
wiederholung versehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinheit der Ausbau
steuerung mit einer den Schaltzustand des Magnetventils
anzeigenden optischen und/oder akustischen Kontroll
anzeige versehen ist.
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