DE3936939A1 - Verfahren und einrichtung zur schaltkontrolle von magnetventilen in elektrohydraulischen ausbausteuerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Schaltkontrolle von Magnetventilen, insbesondere in elektro­ hydraulischen Ausbausteuerungen im Bergbau, bei denen die Ventile vorzugsweise in Gruppen zusammengefaßt sind, durch eine Messung des elektrischen Verhaltens der Ventilmagnetspulen beim Einschalten und Auswertung der Messung über eine elektronische Auswerteeinheit.

Bei der Verwendung von Magnetventilen, insbesondere im unter­ tägigen Bergbau mit seinen besonderen Sicherheitsanforderungen, besteht häufig die Forderung nach einer Funktionskontrolle die­ ser Ventile. Diese Forderung besteht in besonderem Maße bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen, bei denen jeder einzel­ nen Ausbaueinheit des Gewinnungsbetriebs zur Durchführung der verschiedenen Arbeitsvorgänge eine größere Anzahl von Magnetven­ tilen zugeordnet ist, die vorzugsweise gruppenweise von einer mit einem Mikroprozessor versehenen Steuereinheit angesteuert und elektrisch geschaltet werden. Bei den im untertägigen Be­ trieb vorherrschenden ungünstigen Einsatzbedingungen kann ein Versagen der Magnetventile bei aller Sorgfalt nicht zuverlässig ausgeschlossen werden. Ein Versagen der Magnetventile kann je­ doch schwerwiegende Auswirkungen haben, die z. B. zu längeren Betriebsstillständen führen. Es ist daher erforderlich, das Versagen von Magnetventilen sofort festzustellen, insbesondere noch vor Ansprechen der Stromüberwachung der Stromversorgung im Kurzschlußfall.

Aus der DE 37 15 591 C2 ist eine Einrichtung und ein Verfahren zur Überwachung des Schaltzustandes von Magnetventilen bei elektrohydraulischen Ausbausteuerungen u. dgl. bekannt, bei der im Einschaltfall zunächst die Ventilmagnetspule zur Ankerver­ stellung eingeschaltet und dann nach Einstellen des maximalen Einschaltstromes der Strom kurzzeitig (zum Zeitpunkt T1) ab­ geschaltet und nach einem definierten Zeitintervall (zum Zeit­ punkt T2) wieder eingeschaltet wird, und daß nach dem Abschal­ ten und/oder bei bzw. nach Wiedereinschalten der Stromwert auf der Stromabfallkurve und/oder auf der Stromanstiegskurve zu einem definierten Zeitpunkt gemessen wird. Das bekannte Ver­ fahren erfordert den Normalablauf unterbrechende, zusätzliche Schaltvorgänge und benötigt daher zur Durchführung eine für Kon­ trollmessungen relativ lange Zeit.

Aus der DE-OS 26 02 906 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem die Funktionskontrolle bei elektrischer Aktivierung der Magnetspulen in der Weise durchgeführt wird, daß ein Sig­ nal erzeugt wird, welches den Zeitpunkt anzeigt, zu dem der Spulenanker in seine Schaltposition gelangt. Fällt das vorge­ sehene Positionssignal aus einem vorherbestimmten Zeitintervall heraus, so wird ein Fehlersignal geliefert. Die Kontrollein­ richtung umfaßt im einzelnen eina Detektorvorrichtung zur Fest­ stellung der Ankerverstellung der Magnetspule, ferner eine Steuereinrichtung mit einer Vorrichtung, die ein vorbestimmtes Zeitintervall für die Ankerverstellung festlegt, sowie eine Anzeigevorrichtung, die das Fehlersignal liefert. Auch dieses bekannte Verfahren benötigt eine ungünstig lange Kontrollzeit und ist relativ aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und besonders schnell arbeitendes Kontrollverfahren für Magnetventile anzuge­ ben, das ein Abschalten kurzgeschlossener Magnetventile noch vor dem Ansprechen der Stromüberwachung der Stromversorgung ermög­ licht. Weiterhin soll auch eine Leitungsunterbrechung erkennbar sein. Trotz der Kürze der Ansprechzeit soll dabei die Streuung der Ansprechzeit der einzelnen Ventile berücksichtigt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem die Erfindung be­ treffenen Verfahren nach Einschalten der Ventile die Anstiegs­ geschwindigkeit des Stroms in den Ventilmagnetspulen gemessen und ausgewertet wird. Durch die Messung der Anstiegsgeschwin­ digkeit des Stroms in den Ventilmagnetspulen ergibt sich vor­ teilhaft ein in kürzester Zeit vorliegender Wert, der nicht nur eine Ja-Nein-Aussage über die Ventilfunktion, sondern auch eine Aussage über das Verhalten des Ventils nach dem Einschalten er­ möglicht. Die Kontrollzeit wird vorteilhaft minimiert, ohne die Sicherheit der Kontrolle gegenüber den bekannten Verfahren her­ abzusetzen. Dabei können vorteilhaft die Unterschiede zwischen den einzelnen Ventilen durch ein Toleranzfeld berücksichtigt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Auswer­ tung die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms mit Grenzwerten verglichen wird, wozu besonders vorteilhaft Stromstärkengrenz­ werte in Verbindung mit vorherbestimmten Zeiten dienen. So ist eine besonders einfache Überwachung der Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms möglich, die für die Abschaltung von Magnetventilen sicherer ist als andere Erfassungsmethoden der Anstiegsgeschwin­ digkeit, z. B. unter Zuhilfenahme mathematischer Methoden.

Nach einer Grenzwertüberschreitung erfolgt eine Abschaltung der Ventile einer überwachten Gruppe durch die elektronische Auswerteeinheit, wobei besonders vorteilhaft nach der Abschal­ tung die angesteuerten Ventile der Reihe nach einzeln von der Auswerteeinheit auf ihre Funktion abgefragt werden. Durch diese Maßnahmen wird vorteilhaft erreicht, daß z. B. in Verbindung mit einer Positionsanzeige eine sofortige Auswechslung des beschädigten Ventils erfolgen kann, bevor ein größerer Schaden aufgetreten ist.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Einrichtung zur Schalt­ kontrolle von Magnetventilen vorgesehen, die ein Ventilstrom­ meßglied und ein Zeitglied aufweist. Zusammen mit weiteren Ele­ menten, wie einer Vergleichsschaltung, einem Grenzwertspeicher etc. ist eine erfindungsgemäß vorteilhafte Überwachungseinrich­ tung für die Ventile einer elektrohydraulischen Ausbausteuerung realisierbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Einschalt-Stromverlaufsdiagramm mit eingezeichnetem Grenzwertbereich und

Fig. 2 eine vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.

Im Diagramm von Fig. 1 ist mit 1 die Größe des zum Ventil fließenden Stroms und mit t der Zeitverlauf bezeichnet. Der Bereich zwischen der Linie 1 und Linie 4 entspricht im Diagramm dem Stromanstieg bei einem normalen Einschalten, die Linie 2 ent­ spricht einem langsamen Kurzschlußverlauf und die Linie 3 einem schnellen Kurzschlußverlauf. Zwischen den Linien 2 und 3 befin­ det sich der Toleranzbereich der einzelnen Kurzschlußfälle. Die automatische Abschaltung der Ventile erfolgt, wenn der Stroman­ stieg zwischen den Linien 2 und 3 liegt oder falls eine Lei­ tungsunterbrechung vorliegt. Bei einer Leitungsunterbrechung fließt kein Strom, wobei die Ungenauigkeit des Meßsystems zu der Anzeige eines geringen Stroms führt. Zwischen dem maximal gemes­ senen Stromwert bei Unterbrechung, z. B. 15 mA, (Linie 4) und (Linie 2), dem langsamen Kurzschlußverlauf befindet sich der Bereich, in dem sich der reguläre Einschaltverlauf befindet.

Die Auswerteeinheit ist in der Praxis vorzugsweise derart aus­ gelegt, daß sie nach dem Einschalten eines Ventils bis zu ca. 20 msec prüft, ob ein festgelegter Stromwert überschritten ist oder nicht. Bei Überschreitung erfolgt eine sofortige Abschal­ tung. Nach ca. 20 msec ist also die Entscheidung erfolgt, ob ein Kurzschluß vorliegt und es erfolgt jetzt die Prüfung, ob ein reguläres Einschalten mit einem Anstieg des Nennstroms vorliegt, oder ob nur ein so geringer Strom fließt, daß eine Unterbre­ chung vorliegen muß. Auch in diesem Fall, aber erst nach z. B. 300 msec der normalen Stromanstiegszeit, erfolgt ein Abschalten.

In Fig. 2, die ein vereinfachtes Blockschaltbild der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, sind die einzelnen Ele­ mente der Einrichtung durch ihre üblichen Symbole gekennzeich­ net. Die Steuerungssignale der Einrichtung werden in einem Mikro- Controller erzeugt, der Mikro-Controller ist mit 5 bezeichnet. Die Ventilleiste, der ventilseitige Ausgang der Einrichtung, ist mit 6 bezeichnet. Von der Ventilleiste 6 werden die Ventile an­ gesteuert, deren Zahl vorzugsweise zwölf beträgt. Mit 7 und 8 sind zwei symbolisch dargestellte Ventile bezeichnet.

Auf der Eingangsseite des Mikro-Controllers 5 sind Verbindungen 9 und 10 zum Ventilsteuerungsprozessor angeordnet, die eben­ falls in Leistenform dargestellt sind. Sie sind mit dem nicht dargestellten Ventilsteuerungsprozessor auf übliche Weise ver­ bunden. Der Ventilsteuerungsprozessor weist vorzugsweise zwei Teile, VP-I und VP-II, auf. Die Spannungsversorgung der Einrich­ tung erfolgt über die Einheit 11.

Als besonders wesentliche Elemente enthält die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens noch das Zeitglied 12, den Meßkreis 13 für die Ventilstrommessung mit einem Analog-Digital-Wandler sowie Schalttransistoren, z. B. 14, 15, und 16, denen Treiber­ stufen vorgeschaltet sind.

Zum Selbsttest und zur Aufschaltung einer Eichspannung um alle Einzelteile bei Spannungsabweichungen korrigieren zu können, ist die Einheit 17 vorgesehen, der eine wesentliche Funktion für die Betriebssicherheit der Einrichtung zukommt.

Die Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens ist anhand einer beispielhaften Ausführung gezeigt. Es versteht sich von selbst, daß Abwandlungen, Ergänzungen etc. im Belieben des Fachmannes liegen und projektbezogen oder im Zuge des Fort­ schritts der Mikroelektronik vorgenommen werden können.

Claims (9)

1. Verfahren zur Schaltkontrolle von Magnetventilen, insbeson­ dere in elektrohydraulischen Ausbausteuerungen im Bergbau, bei denen die Ventile vorzugsweise in Gruppen zusammengefaßt sind, durch eine Messung des elektrischen Verhaltens der Ven­ tilmagnetspulen beim Einschalten und Auswertung der Messung über eine elektronische Auswerteeinheit, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Einschalten der Ven­ tile die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms in den Ventilmag­ netspulen gemessen und ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Auswertung die Anstiegsgeschwindig­ keit des Stroms mit Grenzwerten verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Auswertung Stromstärken­ grenzwerte in Verbindung mit vorherbestimmten Zeiten dienen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach einer Grenzwertüberschrei­ tung eine Abschaltung der Ventile erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschaltung einer Ventilgruppe die angesteuerten Ventile der Reihe nach einzeln von der Auswerteeinheit auf ihre Funktion abgefragt werden.

6. Einrichtung zur Überwachung des Schaltzustandes von Magnet­ ventilen, insbesondere in elektrohydraulischen Ausbausteue­ rungen im Bergbau, bei denen die Ventile vorzugsweise in Gruppen zusammengefaßt sind und eine elektronische Überwachungseinheit aufweisen, die die Stromaufnahme der Ventilmagnetspulen über­ wacht, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Be­ stimmung des Anstiegs des Stromes nach dem Einschalten ein Ven­ tilstrommeßglied (13) aufweist, das mit einem Zeitglied (12) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen Grenzwertspeicher mit einer Vergleichsschaltung aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine Einzelansteuerung für die Ventile (7, 8) einer Ventilgruppe aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Selbsttestschal­ tung mit Korrektur einer Eichspannungsabweichung aufweist.