用于监测电动马达的安全设备、系统和方法与流程

本发明涉及用于监测电动马达的功能的安全设备及相关方法。举例而言，根据本发明的设备和方法被用在在工业机器或系统中，在这些机器或系统中，有必要监测电动马达的速度以确定机器或系统是否处于安全状况。

背景技术：

1、工业应用是已知的，在该工业应用中有必要监测装置的电动马达的速度。

2、第一示例是监测电动马达的速度以确定它是否不在运行，即，它是否具有等于零的速度，以便允许或不允许用户接触电动马达所被放置的危险区域。

3、这种情况是诸如例如带锯、圆锯等的自动或半自动机器的典型情况，其中电动马达用于移动具有高惯性并且在关闭引擎之后仍然可以运动一段时间的负载。

4、第二示例是监测电动马达的速度以确定它是否不在运行，即，它是否具有等于零的速度，以便向外部设备或操作员发出电动马达实际上不在运行的信号或者发信号通知紧急情况。

5、这种情况是诸如例如起重机、吊车等的自动或半自动机器的典型情况，其中电动马达用于提升悬挂的负载，该负载具有即使在电动马达不再被供电时也足以使电动马达处于运动中的重量。

6、第三示例是监测电动马达的速度以确定它是否在预定范围内，以便确定电动马达是否正常工作，并且在电动马达的速度不在预定范围内的情况下可能发信号通知紧急情况。这种情况是自动或半自动机器的典型情况，其中电动马达的速度取决于机器的操作状态，诸如例如在处于维护模式的机器中，其中需要维护技师在机器内部，或者在半自动机器中，其中设想在由电动马达移动的部件与操作员之间存在相互作用。

7、为了确定电动马达是否不在运行，即，它是否具有等于零的速度，已知使用安全设备，诸如us 6,049,284中描述的安全设备，该安全设备涉及当电动马达不再被供电时测量电动马达的各相上的电压，并且将测得的电压与基准电压进行比较。

8、当测得的电压小于基准电压时，则马达被认为是停止的，并且安全设备发信号通知机器处于安全状况。

9、相反，为了确定电动马达的速度是否在预定范围内，已知使用涉及将光学传感器或磁传感器连接至电动马达的轴的设备，该设备传送对电动马达的速度进行编码的信号。

10、可替选地，为了检查电动马达的速度是否落在设定范围内，已知使用对从马达的电源测得的电压进行采样的设备来确定马达的旋转频率。

11、现有技术的设备的第一个缺点是，假如有必要监测机器的引擎在没有被供电时是否不在运行以及在供电时其速度是否安全，则需要至少两个独立且分开的设备。

12、这是不利的，因为它需要很大的空间来将安全设备放置在机器内部，而且需要复杂的布线操作，人为错误的风险很高。

13、此外，使用两个独立且分开的设备使得检查它们和验证任何故障的存在非常复杂，降低了安装有它们的机器的安全性。

14、现有技术的另一个缺点是，在两个独立且分开的设备中的一个设备出现故障的情况下，前述设备可能给出不一致的信息，并且因此降低了安装有它们的机器的安全级别。

15、现有技术设备(诸如us2015/346739a1中描述的设备)的另一个限制是这些设备不提供对电动马达各相的电压检测，以便在电动马达不被供电时验证其运动和旋转速度。

16、这些设备仅测量旋转频率(速度)作为电动马达的电源上的交流电频率的函数，将该测得的频率转换成相应的成比例的电压值，该电压值用于进行比较以检测故障或异常情况。

17、更详细地，当马达不被供电时，不再检测马达电源上的任何频率的这些设备将测量出等于零的频率值，并且因此从频率转换中获得的所有电压值也将等于零。

18、因此，这些设备仅当电动马达被供电时可以用于测量电动马达的旋转速度，而在马达不被供电时则不测量这些参数，因为马达不在运行或正在减速。

19、因此，这些设备不能监测电动马达不在运行或正在减速时的状态，例如，因为它不被供电。因此，本发明的目的是实现紧凑且易于安装的安全设备，该安全设备使得既可以监测电动马达的速度是否安全，也可以验证相同电动马达在不被供电时是否实际上不在运行。

20、本发明的另一个目的是实现安全设备和方法，其允许包括至少一个电动马达的机器或系统的安全级别增加。

技术实现思路

技术特征：

1.一种配置为监测电动马达(101)的安全设备(10)，所述电动马达(101)被连接至电源线(100)，其特征在于，所述安全设备(10)包括控制单元(12)，所述控制单元(12)具有：

2.根据权利要求1所述的安全设备，其特征在于，所述第一输入通道(16)包括至少一个第一测量单元(19)和第一放大装置(18)，所述至少一个第一测量单元(19)被连接至所述至少一个第一处理单元(17)，以及所述第一放大装置(18)被配置为被连接至所述电源线(100)并将至少一个第一中间电压信号(iv)和至少一个第一中间频率信号(if)传送到所述第一测量单元(19)，所述第一测量单元(19)被配置为测量所述至少一个第一中间电压信号(iv)和所述至少一个第一中间频率信号(if)，并将所述至少一个第一工作信号(w)传送到所述至少一个第一处理单元(17)。

3.根据权利要求2所述的安全设备，其特征在于，所述第一通道(16)包括第一频率线(20)和第一电压线(21)，所述第一频率线(20)介于所述第一放大装置(18)与所述第一测量单元(19)之间，并且包括所述第一中间频率信号(if)的滤波电路(22)，以及所述第一电压线(21)介于所述第一放大装置(18)与所述第一测量装置(19)之间，并且包括所述第一中间电压信号(iv)的衰减电路(26)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其特征在于，所述控制单元(12)还包括：

5.根据权利要求4所述的安全设备，其特征在于，所述开关装置(15)包括两个串联布置并配置为传送电压控制信号(cv)的电压开关元件(51，52)和两个串联布置并配置为传送频率控制信号(cf)的频率开关元件(53，54)。

6.根据权利要求5所述的安全设备，其特征在于，第一电压开关元件(51)被连接至所述第一处理单元(17)，第二电压开关元件(52)被连接至所述第二处理单元(37)，并且第一频率开关元件(53)被连接至所述第一处理单元(17)，第二频率开关元件(54)被连接至所述第二处理单元(37)。

7.根据权利要求4至6中至少一项所述的安全设备，其特征在于，所述至少一个第二输入通道(36)包括至少一个第二测量单元(39)和第二放大装置(38)，所述至少一个第二测量单元(39)被连接至所述第二处理单元(37)，所述第二放大装置被配置为被连接至所述电源线(100)，并将至少一个第二中间电压信号(iv’)和至少一个第二中间电压信号频率(if’)传送到所述第二测量单元(39)，所述第二测量单元(39)被配置为测量所述至少一个第二中间电压信号(iv’)和所述至少一个第二中间频率信号(if’)，并将所述至少一个第二工作信号(w’)传送到所述第二处理单元(37)。

8.根据权利要求7所述的安全设备，其特征在于，所述第二通道(36)还包括第二频率线(40)和第二电压线(41)，所述第二频率线(40)介于所述第二放大装置(38)与所述第二控制单元测量装置(39)之间，并且包括所述第二中间频率信号(if’)的滤波电路(42)，以及所述第二电压线(41)介于所述第二放大装置(38)与所述第二测量单元(39)之间，并且包括所述第二中间电压信号(iv’)的衰减电路(46)。

9.根据权利要求4至8中至少一项所述的安全设备，其特征在于，所述第一处理单元和第二处理单元(17，37)以冗余方式相互连接。

10.根据前述权利要求4至9中任一项所述的安全设备，其特征在于，所述系统还包括连接至所述第一处理单元和第二处理单元(17、37)中的至少一个和旋转传感器(61)的传感器输入端(60)，所述旋转传感器(61)被配置为将与所述电动马达(101)的速度相关的信号(ω)传送到所述第一处理单元和第二处理单元(17，37)中的至少一个。

11.根据前述权利要求4至9中任一项所述的安全系统，其特征在于，所述至少一个第一输入通道(16)被连接至所述第二测量单元(39)，并且所述至少一个第二输入通道(36)被连接至所述第一测量单元(19)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其特征在于，所述设备包括介于所述输入通道(16，36)和所述处理单元(17，37)之间的绝缘屏障。

13.根据前述权利要求中任一项所述的安全设备，其特征在于，所述控制单元(12)被包含在单个壳体(11)中。

14.一种用于电动马达(101)的安全系统，包括被连接至电源线(100)的电动马达(101)和根据前述权利要求中一项或多项所述的安全设备(10)，其特征在于，所述安全系统还包括控制器(105)，所述控制器(105)被连接至所述开关装置(15)，并且被配置为：

15.一种用于借助于根据权利要求1所述的安全设备监测电动马达(101)的安全方法，其特征在于，所述方法至少包括以下阶段：

16.根据权利要求7和13所述的借助于安全设备监测电动马达(100)的安全方法，其特征在于，所述准备阶段(s2)包括所述中间频率信号(if，if’)和所述中间电压信号(iv，iv’)的测量子阶段(s2.4)以获得频率信息和电压信息，在所述测量子阶段期间，所述第一测量单元(19)处理所述第二信号中间频率(if’)并且所述第二测量单元(39)处理所述第一中间频率信号(if)，以测量关于所述电动马达(101)的旋转方向的信息，所述第一测量单元和第二测量单元(19，39)被配置为将包含关于旋转方向的相应信息的所述工作信号(w，w’)传送到相应的处理单元(17，37)。

技术总结
本发明公开了用于监测电动马达的安全设备、系统和方法。用于电动马达的安全系统包括：连接至电源的电动马达和用于监测电动马达的安全设备，安全设备包括具有至少一个第一输入通道、开关装置和至少一个第一处理单元的控制单元，第一输入通道被配置为被连接至电动马达的电源以检测电源上的电压和频率并传送与检测到的电压和频率相关的至少一个第一工作信号；开关装置被配置为传送控制信号；至少一个第一处理单元被连接至第一输入通道和开关装置，并被配置为控制开关装置根据第一工作信号产生至少一个第一激活信号。控制信号响应于上面提到的第一激活信号而被传送，并且处理单元被配置为将第一工作信号与预定频率阈值和预定电压阈值比较。

技术研发人员：朱塞佩·彼扎特
受保护的技术使用者：彼扎特电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15