专利名称：监控设备的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控和控制电动机的设备和方法。具体地说，本发明涉及包括软启动器的电机控制器，该电机控制器具有用于监控连接到其上的一个或多个电动机的组件并由此监控与电机相关联的设施或过程。
背景技术：
在工业中，有许多情况必须测量生产过程或周围环境中的参数。工业中的过程控制和其他控制应用常依赖于传感器来提供关于设备和过程的操作状况的反馈。为使工商业设施中的过程及设备自动化，已开发出大型且复杂的过程控制系统或监督控制及数据采集(SCADA)系统。这样的系统通常并未完全标准化，而经常是出于专用目的而构建的，并通常包括许多专有装置和/或子系统、软件和通信协议。
然而，从传感器搜集用于控制目的的数据的众所周知的方法的缺点是，不同的这样的传感器及其安装、校准、维护以及最终的替换的费用表示需要可观的投资和不断的花费。
对于工商业中具有一定大小的设备中的许多而言，它们的驱动组件是电动机。用于工商业的过程和建筑的许多电动机由软启动器设备控制。软启动器用来以希望的方式启动电机和停止电机，主要来消除供电过程中的电流浪涌和/或电机中的过热。软启动器还用于减少或消除机械冲击或振动，这可能另外在对电机驱动的泵、风扇等造成磨损和损坏的启动/停止条件下出现。软启动器通常测量电机的输入电流，并调节电机接收的输入电流和/或电压，以获得希望的启动或停止性能。
软启动器在普遍的工业实践中是众所周知的，例如参见EP1,037,373 A2，题目为“电机控制系统的命令模块”。
发明概要本发明的目的是解决上述问题中的一个或多个。通过如所附权利要求中限定的特征达到该目的以及其他目的。
本发明的主要优点是，设备的监控可至少部分地借助给设施或过程设备中的一个或多个电动机配备根据本发明的包括软启动器的电机控制器来实现，其中电机控制器可用来监控电机，并由此在相当程度上可用来监控电机构成其一部分的过程。
在一个或多个电机操作期间，大量日志保存在电机控制器/软启动器的存储器存储中和随机存取存储器中。一种这样的标准日志是最近的21个事件的事件日志，它在此日志中意味着全部错误或告警事件。另一日志包含关于启动和停止的数据，使得启动次数和全部运行时间是已知的。其他操作数据也保存在不同的日志中，包括定制日志，这些定制日志可由用户配置以满足用户关于用户想要维护其记录的每个相位的电流、电压、频率等的所有可能的电参数及其他参数中的任何参数的要求。包括在标准日志和配置的日志中的全部这种数据根据本发明、经由到计算机的软启动器的数据接口、通过到软启动器的直接连接或者经由连接软启动器的数据网络可得。这样，软启动器以及由此一个或多个电动机的操作数据由操作员和/或甚至由计算机化的过程捕获，并可用于监控和分析。此外，对软启动器或其具体功能的访问可以是受口令保护的。
本发明的另一优点是它可控制多个电动机，多达三个电动机。这意味着电机控制器使能的控制功能可用于多达三个过程或部分过程。因此，诸如启动次数的操作数据和标准事件列表以及告警列表的操作数据可用于多个电机应用以及由此可用于多个过程。
在本发明的另一方面，描述一种用于使用根据本发明的有软启动器的电机控制器来监控一个或多个电机的方法。该方法包括本发明的包括可视显示器显示的信息的人机接口的使用、以及选择功能和/或导航到其他选项的选择组件的使用。使用连接到软启动器的计算机或数据网络、或使用连接到软启动器的远程计算机或与软启动器相连的数据网络，本地控制功能还可以由用户激活，用户可以是本地的。这样的数据连接还可包括无线数据连接。
在本发明的另一方面，描述用于实现根据本发明的方法的计算机程序。在本发明的另一方面，描述包括用于实现本发明的方法的计算机程序的计算机程序产品。在本发明的另一方面，描述包含在载波中的计算机数据信号。在本发明的又一方面，描述用于显示如此控制的一个或多个电动机的控制和/或操作和/或维护数据的图形用户接口。
通过参考以下在结合附图时进行的详细描述，可对本发明的方法和系统有更全面的理解，其中图1示出根据本发明实施例的软启动器的正视图；图2示出根据本发明实施例的软启动器的正视图；图3示出根据本发明实施例的用于测量和存储值的方法的流程图；图4示出电机控制器到现场总线网络的连接的示意图；图5示出电机控制器的软启动器中所包括的部件和系统的框图；以及图6示出根据本发明实施例提供的标准事件日志的一部分。
图7示意性地示出根据本发明实施例的电机控制器的HMI的功能和导航选项。
优选实施例描述图1示出根据本发明的包括软启动器的电机控制器1的正面图。控制面板2位于软启动器1的正面上。控制面板6包括显示器4和选择按钮5以及导航按钮6。标出三个指示器灯电源打开指示器3a(亮时为绿色)、故障指示器3b(红色)和保护指示器(亮时为黄色)。显示器4和按钮5、6的特征包括用于配置和操作软启动器的HMI的要素。
图1中还标出两个数据接口12和软启动器面板中用于现场总线连接的孔11。在软启动器的底部用三个端子15a、15b、15c标出供给软启动器的电源的位置即电力线进入。在启动器的顶部示出6根向外连接到一个或多个电动机的电力线的位置16a-16f，为简洁起见，这里在图上通过参考只标出16a和16f。提供输出16b、16d和16f用于连接到外部旁路接触器(图1中未示出)。软启动器是根据IEC1999+A12001和UL标准UL 508的基于半导体的AC电机控制器和电机启动器。在使用中，基于半导体的闸流管变得非常热，因此按常规在软启动器不是有效地用于启动或停止时为它设旁路。特别是在装置一定程度地封闭在箱体等中时和节约能量的情况下，使用这样的旁路避免产生太多的热量。这种防止装置出现过高温度的方法是加于电机控制器中所包括的电流过载保护之上的。
图2中示出软启动器的优选实施例。在图2中，示出选择按钮5a连同选择和/或返回按钮5b。示出导航和/或向上按钮6a连同导航和/或向下按钮6b。
图4示出简化框图中的系统的元件。显示器4与选择组件5、6相关联，选择组件5、6例如可以是对应于5a、5b、6a、6b的按钮。示出微处理器21和存储器组件22。将具体化为按钮5a、5b、6a、6b或其他形式的选择组件5、6进行的选择向微处理器进行登记，并在相关的情况下将其存储在工作存储器和/或长期存储的存储器中。在作出选择的时候显示的功能还借助微处理器显示，使得可用的选择选项由微处理器21运行的程序组件在显示组件4上提供，并且实际进行的选择选项保存在存储器组件22中。显示器最好是LCD(液晶显示器)，但可以是包括触敏屏幕材料的任何其他组件。
图3示出可根据本发明测量并保存操作数据的示范性方法。作为电机控制器及其软启动器的功能的一部分，对于诸如电流、电压、相位、温度等参数的测量基本上是连续进行的。图3示出开始于30并在31测量电机电流以及在32测量电压的方法或循环。在33，产生正被记录的测量或事件的种类的时间标记和标识符。在34，存储测量值连同时间标记以及事件ID。在35，循环结束。可为每次软启动和/或软停止进行测量。
数据即操作数据和配置数据二者都可包括在根据本发明的有软启动器的电机控制器中的标准日志和配置的日志中。图6中示出包含例如最近的21个事件的标准事件日志的一部分。
图7示出图6所示的电机控制器的HMI的功能和导航选项的另一表示。从图7可看出用诸如向上6a、向下6b或左5a、右5b的选择组件5、6进行选择的效果。像这样从开始菜单起的顺序按压“向下”到“设置”功能、按压“向下”到“选择”、按压“左”以激活“选择”，从而访问“功能设置”；然后按压“向下”以选择功能设置；从而访问“启动/停止”、“保护”或“警告”。可以看出，通过激活(按压真正的按钮或选择在显示器或计算机屏幕上按钮的表示)诸如“向下”的选择组件(按钮)来进行或激活选择，其中选择组件(按钮)对应于显示器上的下部或上部之外的所需要的位置。类似地，在所需要的选择在显示器的左或右边时，选择左、右按钮选择。
包括在标准日志和任何用户配置的日志中的全部这种数据根据本发明、可在电机控制器上的HMI接口、和/或经由到计算机的软启动器的数据接口、通过到软启动器的直接连接或者经由与软启动器连接的数据网络得到。这样，软启动器的相关操作数据由操作员或者甚至由计算机化的过程捕获，并可用于监控和分析。用户对控制器以及对任何显示的功能或操作数据值的访问可设置成根据用户提供和/或输入有效口令而被显示和/或被访问。
使用软启动器的HMI可显示和检查软启动器控制的一个或多个电动机的操作和配置数据的显示。然而使用连接到软启动器的计算机或类似设备也可实现相同的数据输入方法和显示方案。图1示出两个数据端口12。在图2中，数据端口12a可代表标准串行数据端口，而数据端口12b可代表另一类型的数据端口。软启动器包括电路组件、连接组件和软件组件，使得经由HMI可得的过程同样可经由经由数据端口12a或12b连接的计算机得到。这在实际中意味着，不是以物理方式按压软启动器正面上的按钮5a、5b、6a、6b，而是借助鼠标点击在适合的计算机屏幕上显示的按钮或其他选择装置的图像上来实现用户输入的。
图5示意性地示出一个或多个电机控制器如何经由现场总线网络连接到控制系统的。图5示出控制系统的数据网络51和连接到控制系统的计算机或工作站53。控制系统包括一排控制器52和连接三个根据本发明的软启动器电机控制器、用于在电机控制器和控制系统之间进行数据的数字交换的现场总线54。通过插入到软启动器的现场总线插座(参见图1、2中的11)中的现场总线插头5511、5611、5711来进行连接。现场总线可与诸如MODBUS、过程现场总线(Profibus)、设备网(DeviceNet)、AS-1、现场总线基金会(FieldbusFoundation)、以太网中任何一种的已知标准兼容。
与数据端口12类似，软启动器包括现场总线连接11，它允许软启动器采集的全部数据经由现场总线可用于查询和通信。因此，借助直接的串行数据连接、或者借助连接到与现场总线网络连接的网络的计算机，使用计算机可在附近或远程地配置软启动器。还有的情况是，可在任何数据网络上包括因特网上借助那两个数据连接11、12之一来配置软启动器。
还可使用诸如配备IR或蓝牙的计算机、移动电话或PDA或其他移动计算装置的无线组件来实现配置。无线节点(未示出)可连接到数据端口12或连接到经由现场总线连接器11与软启动器连接的现场总线网络。借助以某种方式连接到软启动器的无线节点，可使用如这里所述的相同的方法以无线方式配置软启动器。可使用任何能够在工业环境中提供可靠传输的无线协议，包括诸如蓝牙、无线LAN(WLAN)的标准或协议。对于通信而言，可以有现场总线或控制系统的其他部分强加的另外要求。在本发明的优选实施例中，所使用的通信技术基于蓝牙系统。将蓝牙装置的范围限制为约10米的这一事实在具有许多无线电装置的环境或区域中可能是有利的，在这样的区域中，保持无线电干扰电平尽可能地低是非常重要的。
因此，可监控一个或多个过程，过程包括可由根据本发明的有软启动器和HMI的电机控制器控制的一个或多个电动机的任何一个电动机。因此，可在不用额外的传感器来测量例如旋转速度、流速、压力、液面、转矩及其他适合的因数的情况下实现许多过程的监控，这些因数可例如根据在未公布的国际公布PCT/SE02/01844中公开的方法从电动机的电流和电压的数据中导出，由此该文献借助该引用全部结合。此外，可创建维护计划，并可作为采集诸如启动次数以及过载和保护事件的数据的结果而采取维护动作。
在最佳地使用本发明过程中，将本发明与由ABB所应用的结合工业IT方法和系统的控制系统组合使用。在该控制系统中，有作为一种搜索控制系统并从指定装置采集维护数据的软件程序的触发代理。当观测到预定数量的维护事件时，代理触发维护计划或次序的产生。对于每个装置，在系统中用软件对象表示，系统维护信息因此是可用的。此信息可用来识别使用的是什么设备以及在一段时间后使用特定的设备对象到什么程度。这然后可以与配置的限制进行比较，以决定是否维修或替换设备。
在本发明的另一方面，从软启动器经由数据网络的通信还包括计算机数据信号。计算机数据信号用于监控和/或控制和/或配置电机控制器(1)、设置成给一个或多个电动机提供控制和软启动、包含在载波中。数据信号遵照多种格式中的一种，例如内部格式化为XML文件，并包括组件以标识所述电机控制器的发送软启动器和诸如启动次数、保存的事件、保存的告警、配置的过载保护等的数据类型等。
通过任何适合的统计或建模或仿真方法可分析从电机控制器获取的数据。在一个实施例中，最好使用贝叶斯(Baysian)网络分析、诸如或类似于在2002年11月15日提交的题为“分析事件”的国际申请PCT/EP02/12824中所述的方法进行分析，它论及用于维护和其他数据的根本原因分析的贝叶斯网络。
软启动器或包括软启动器的电机控制器的微处理器(21)(或处理器)包括至少一个中央处理单元CPU，用于执行根据本发明的方面的方法的步骤。这是借助于一个或多个计算机程序来执行的，这些计算机程序至少部分存储在由处理器可访问的存储器中。将会明白，除了特别改装的计算机外，计算机程序还可运行在一个或多个通用工业微处理器或计算机上。
计算机程序包括使计算机执行之前描述的使用等式、算法、数据和计算的方法的计算机程序代码单元或软件代码部分。程序的一部分可存储在上述处理器中，但还可存储在ROM、RAM、PROM、EPROM或EEPROM芯片或类似的存储器组件中。程序部分或整体还可存储在其他适合的诸如磁盘、CD-ROM或DVD盘、硬盘、磁光存储器的存储组件的计算机可读介质上或存储在其中，存储在易失存储器、闪速存储器中，作为固件存储，或存储在数据服务器上。还可使用诸如可拆除硬驱动器的可拆除存储器介质、泡存储器装置、闪速存储器装置以及诸如Sony记忆棒的商业可得的专有可拆除介质和用于数字照相机、摄像机的存储卡等。
所述的计算机程序还可部分地设置为能够在大约相同的时间运行于若干不同的计算机或计算机系统上的分布式应用。
在包括软启动器的电机控制器的另一实施例中，旁路接触器设在相同的电机控制器设备1中，因此使得不必连接到外部旁路接触器。此外，通过使旁路已经内置到软启动器中而简化配置任务。
在本发明的又一实施例中，电机控制器的HMI可实现为触摸屏。在此情况下，包括在优选实施例的显示器4中的文本行或图像以及选择、导航按钮5a、5b和6a、6b可各实现为触摸屏上的图像。可根据相同的方法来实现电机控制器控制的一个或多个电动机的操作的监控，但借助屏幕的触摸部分而不是按压按钮、或通过用计算机鼠标或其他指向/选择装置点击来执行。
权利要求
1.一种用于监控和控制一个或多个电动机的设备，包括配备有软启动器的电机控制器，其特征在于，所述软启动器包括用于存储操作和事件数据的存储器组件(22)以及用于使述事件的信息可用于显示和/或分析的人机接口。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储器组件(22)还可存储配置数据。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述人机接口包括-用于以可视方式呈现所述软启动器的一个或多个功能的组件(4)，以及-包括用于根据如此显示的所述功能和/或菜单选项在可视显示器上的相对位置选择如此显示的所述一个或多个功能和/或导航到另一功能或菜单选项的组件的选择组件(5、6)。
4.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述选择组件包括用于从处于所述显示器的两个水平位置中的左边上的位置(6a)的或所述显示器中右边上的位置(6b)的选项选择的组件。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述选择组件包括用于从处于所述显示器中的两个垂直位置中的上部分的位置(6a)的或显示器中的两个位置的下部分(6b)的位置的选项选择的组件。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储器组件包括工作存储器和受保护的长期存储的存储器。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述存储器组件的工作存储器是随机存取存储器(RAM)。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述存储器组件是RAM存储器的受保护区。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述存储器组件包括可拆除的存储器组件。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括串行数据接口(12)。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括现场总线连接(11)。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，连接到与以下项构成的列表中的任一项兼容的现场总线MODBUS、过程现场总线、设备网、AS-1、现场总线基金会、以太网。
13.如权利要求1-12中任一项所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器可向在一个或多个相位上运行的AC电动机提供控制和软启动和/或软停止功能。
14.如权利要求1-12中任一项所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器可向以两个可选择的频率中的任一个运行的AC电动机提供控制和软启动功能。
15.如权利要求1-12中任一项所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括用于外部旁路接触器的连接。
16.如权利要求1-12中任一项所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括内置的旁路接触器。
17.一种监控并诊断由配备有包括人机接口的软启动器的电机控制器控制的电动机的状况的方法，其特征在于-获取关于所述软启动器中的启动和/或停止事件的信息，-将关于所述事件的信息存储在所述软启动器的存储器组件中，-检索存储的事件信息并使它可用于显示和/或分析。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，使配置数据可经由HMI(4)从存储器组件(22)得到。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，借助贝叶斯网络分析来分析操作和/或事件数据。
20.使用如权利要求1-16中任一项所述的电机控制器来监控和/或操作用来驱动以下项构成的列表中的任何应用的电动机离心泵、液压泵、离心式风扇、轴向式风扇、压缩机、输送机、破碎机、搅拌机、船首推进器。
21.使用如权利要求1-16中任一项所述的电机控制器通过人类操作员来监督设置成由至少一个受所述电机控制器(1)控制的电动机驱动的装置的功能。
22.使用如权利要求1-16中任一项所述的电机控制器借助运行于一个或多个计算机上的过程来监控设置成由至少一个受所述电机控制器(1)控制的电动机驱动的装置的功能。
23.一种计算机程序，包括用于使计算机或处理器执行权利要求17-19所述的步骤中任一步骤的计算机代码组件和/或软件代码部分。
24.如权利要求23所述的计算机程序产品包括在一个或多个计算机可读介质中。
25.一种用于监控电机控制器(1)、设置成向一个或多个电动机提供控制和软启动、包含在载波中的计算机数据信号，其特征在于，包括用于所述电机控制器的操作数据的一个或多个测量的参数和/或值。
26.如权利要求25所述的计算机数据信号，其特征在于，所述计算机数据信号根据以下项构成的列表中的任何标准通过短程无线组件来传递蓝牙、WLAN和类似标准。
27.一种图形用户接口(4)，用于显示用于控制和软启动一个或多个电动机的如权利要求1-16中任一项所述的电机控制器的配置功能和数据。
28.如权利要求27所述的图形用户接口，其特征在于，包括所述电机控制器的可视显示器(4)和所述控制器的选择组件(5、6)在计算装置(53)的计算机显示屏幕上的图形用户接口中的表示。
29.如权利要求28所述的图形用户接口，其特征在于，所述计算装置可以是包括以下项构成的列表中的任何一项的便携式计算装置配备IR或蓝牙的计算机、移动电话或PDA或其他移动计算装置。
30.如权利要求28-29中任一项所述的图形用户接口，其特征在于，显示的所述操作数据值设置成在使用计算机鼠标、触摸屏、触针或类似的计算机显示选择组件激活所述电机控制器的图形表示的部分时被显示。
31.如权利要求27-29中任一项所述的图形用户接口，其特征在于，显示的所述操作数据值设置成根据用户提供和/或输入有效的口令来被显示和/或被访问。
全文摘要
一种用于监控和控制一个或多个电动机的设备，包括配备有软启动器的电机控制器。软启动器包括用于存储操作和事件数据的存储器组件(22)以及用于使事件信息可用于显示和/或分析的人机接口；以及，一种监控并诊断由配备有包括人机接口的软启动器的电机控制器控制的电动机的状况的方法。在本发明的另一方面中，提供用于实现该方法的计算机程序。
文档编号H02P1/04GK1781241SQ200480011714
公开日2006年5月31日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年3月3日
发明者S·克林, G·约翰松 申请人:Abb股份有限公司