识别热保护系统内的故障状态的方法及实施方法的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助温度感应器识别热保护系统内的故障状态的方法，以及一种用于实施这种方法的设备。
【背景技术】
[0002]这样一种热保护系统例如是一种用于电机热保护的系统，包括热敏电阻作为温度感应器。在这样一种电机热保护系统中需要识别的故障状态例如包括在通向所述热敏电阻的引线上的断线。
[0003]热敏电阻类型的温度感应器的电阻就在其响应温度以上急剧升高。其中，响应温度是这样选定的，使得其等于一个高到不可容许的程度的电机温度，需要对其加以监测并且做出响应。在现有技术中已知，要识别温度感应器的电阻测量值，并且在当识别到测量值等于高到不可容许的程度的电机温度时，那么就触发相应的响应。这种相应的响应可以是发送报警信息和/或电机的切断或扼流。在现有技术中，为电阻测量值定义了阈值，在其以下为标称的电机状态，并且在其以上则出现所不期望的电机状态。
[0004]但如果电阻测量值处在所述阈值以上，这可能还有第二个原因。当然还可能是在传感器引线中出现断线或者是在连接传感器线缆时连接位置有误，那么，这将可能假装形成了相应高的传感器电阻。
[0005]在热保护系统运行时，当所记录的电阻测量值处在所述阈值以上时，人们就想在正常的工作状态、也就是说传感器运行正常并且显示所不容许的电机状态的工作状态与传感器的故障状态、也就是说出现了断线或传感器误差并且不再能够可靠地监测电机状态的状态之间加以区分。
[0006]仅仅基于识别电阻测量值来进行断线识别，已不再非常可靠。因为断线也将引起高电阻测量值。这一电阻测量值也处在表示所不期望的电机运行的阈值以上，至少处在与热敏电阻在响应温度以上的电阻测量值相同的数量级上。那么，在识别到较高的、超过所述阈值的电阻测量值的情况下，已不再能够区分出，这是起源于断线，还是由于热敏电阻已经超过其响应温度。因此，将不再能够可靠地在断线与电机过热之间加以区分。那么，就将可能导致故障报警的频繁出现，这是所不期望的。
[0007]另一个问题在于，具有热敏电阻温度感应器的电机热保护经常被用在电磁干扰影响较大的恶劣环境下，也称作恶劣的EMV技术条件，即电磁兼容性EMV。电磁的干扰影响可能假装形成了高电阻测量值，并且由此导致故障触发。甚至还可能通过电磁的干扰而错误地导致表明是断线，这就可能导致不必要且成本高昂的维护服务投入。
[0008]换句话说，如果与温度相关的、例如热敏电阻的电阻值超出了识别范围，就认为是断线。连接正确的热敏电阻的电阻在响应温度以上非常急剧地升高，从而不能够可靠地在断线与过热温度范围内的正常系统之间加以区分。此外，测量值在EMV负载下还可能临时受到这样大的影响，以致错误地认为是断线。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的根本目的是，提供一种健壮的用于识别热保护系统内的故障状态的方法，该方法极少受到电磁干扰作用的影响并且容许在识别到高电阻测量值时可靠地在断线与温度感应器的正常状态之间加以区分。
[0010]本发明的另一个目的是，提供一种用于实施由此得到改进的方法的设备。
[0011]上述目的在所述方法方面是通过具有根据权利要求1所述特征的方法得以实现的。
[0012]上述目的在所述设备方面是通过具有根据权利要求9所述特征的设备得以实现的。
[0013]因此，根据本发明，所述用于识别热保护系统内的故障状态的方法包括以下步骤:
[0014]a)识别温度感应器的测量信号的随着时间的变化；
[0015]b)借助低通滤波器过滤所述温度感应器的测量信号；
[0016]c)算出所述测量信号的易变性并且使所述低通滤波器适配到所述测量信号的易变性；
[0017]d)算出所述温度感应器的测量信号的滑动平均值；
[0018]e)将所述测量信号与其滑动平均值进行对比，借助这种对比的结果，来识别故障状态。
[0019]所述根据本发明的方法是一种动态的识别方法。它是利用了这种认识，S卩:在断线的情况下，电阻值的升高、即电阻测量值的测量信号改变的随着时间的变化率要比在温度感应器的正常工作状态下超过温度感应器的响应温度时进行得更快。因此，可通过将温度感应器的测量信号与温度感应器的测量信号的滑动平均值进行对比，就能够可靠地在断线与正常显示所不期望的电机温度过高的电机状态之间作出区分。
[0020]根据本发明另外所设置的低通滤波器就能够避免来自所述温度感应器的使用环境的电磁干扰的影响。所述根据本发明的方法过滤了测量值中的EMV影响，对电阻值的突然升高、而不是绝对值进行估计。
[0021]测量信号的易变性在这里是指测量信号的波动强度。在强电磁干扰的环境下，测量信号的波动强度相应地高，要比在电磁干扰低的环境下的更高。例如可通过算出在测量间隔或距离间隔内的最高测量值与最低测量值之间的差，来算出所述易变性。这也被称作MIN/MAX测定。受强EMV干扰的环境下的加噪信号将具有高干扰尖峰，这就导致算出的易变性高。根据本发明，所述低通滤波器是与测量信号的易变性相适配的，涉及带宽和反应时间等。为此，所述低通滤波器优选被设计为数字滤波器。为了维持低材料成本，为此优选在分析电子器件内使用非常简单的微处理器。调整所述低通滤波器与所述测量信号的易变性相适配，就容许，借助简单且成本不高的微处理器，但能够达到良好的滤波效果，因为过滤算法不需要持续地、而是仅在所述测量信号的易变性高的情况下实现最高的过滤效果，这相应地节约了大量计算时间。在所述测量信号的易变性在时间上较低的情况下，过滤算法可相应地更加简单，由此运行的计算时间也更少。
[0022]因此，过滤带宽和反应时间要与EMV负载相适配。
[0023]错误识别断线在客户方就通常导致维护服务的投入，而在由于过热温度的触发中所述设备则可通过远程重置被复位。通过所述根据本发明的方法，可用性得到了提高，并且客户方的维护成本也得以降低。
[0024]根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，对所述温度感应器的测量信号进行采样，其中，要根据所述测量信号的易变性，来调整在具有可预先给定的采样时间的采样间隔内采样的数量η。采样优选借助ADC采样电路(ADC表示模拟数字转换)来进行。每个采样间隔具有可预先给定的采样时间，在采样间隔内进行可预先给定数量的采样。与具有低易变性的测量信号相比，具有高易变性的测量信号根据本发明是以每个采样间隔更高数量的采样来进行采样的。
[0025]因此，根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，求得易变性V，作为在采样间隔内的采样值的ΜΙΝ/ΜΑΧ测定的结果，并且，所述采样值的数量η在易变性更高的情况下被提高并且在易变性更低的情况下被降低。
[0026]根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，在每个采样间隔内生成与在这一采样间隔内采样的数量η相关的离散平均值。在每个采样间隔内的离散平均值的生成是低通滤波器的一种简单的、甚至借助简单的处理器就可用极少的计算时间来执行的算法。其中，根据本发明，所述低通滤波器与所述测量信号的易变性的适配是通过调整每个采样间隔的采样数量来进行的。
[0027]所述根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，基于连续的离散平均值的数量生成所述滑动平均值，并且，生成在最后所识别的离散平均值与所述滑动平均值之间的差，并且，当这个差超过可预先给定的阈值时，即对所述热保护系统内的故障状态加以识别和显不。
[0028]所述根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，所述故障状态是在通向所述温度感应器的引线上的断线。
[0029]所述根据本发明的方法的一种有利扩展的特征在于，所述温度感应器的类型是热敏电阻。
[0030]—种用于实施所述根据本发明的方法的设备包括以下功能组件:
[0031]-A/D转换和采样装置，其在输入侧被加载有所述温度感应器的测量信号；
[0032]-低通滤波器；
[0033]-易变性估计装置，用于使得所述低通滤波器与所述测量信号的易变性相适配；
[0034]-平均值生成装置，用于生成所述测量信号的滑动平均值；
[0035]-对比和估计装置，用于将所述测量信号与其滑动平均值相对比以及用于借助对比结果识别故障状态。
[0036]在根据本发明的设备的一种有利扩展中，所述低通滤波器被设置为用于生成在每个采样间隔内与该采样间隔内采样的数量η相关的离散平均值，并且，所述易变性估计装置被设置为用于采样间隔内的采样值的MIN/MAX测定，用于在易变性V较高的情况下提高所述采样值的数量η以及在易变性较低的情况下减小所述采样值的数量η，并且，所述平均值生成装置被设计为用于由连续的离散平均值的数量生成滑动平均值，并且，所述对比和估计装置被设计为用于算出最后所识别的离散平均值与所述滑动平均值之间的差，当所述差超过可预先给定的阈值时，即识别出所述热保护系统内的故障状态。
[0037]因此，根据本发明所设置的用于避免电磁干扰影响的低通滤波器在此是通过一种采样滤波器来实现的。
[0038]通过构成采样值的平均值，就可以简单的方式来降低由逆整流器或其他电磁干扰源带来的影响。为此，可采用滑动平均值，或者是采用识别采样值的固定数量结合接下来的平均值生成。
[0039]为了算出指标来表示外部环境的干扰作用对于所述温度感应器的测量信号的影响，对所谓的易变性加以识别。易变性给出了与主要的干扰影响相关的说明。在易变性较大的情况下，就要通过更多个测量值来生成平均值，干扰影响更小，数量可被降低并且能够更快地对触发作出反应。
[0040]作为热敏电阻-传感器的示例性的、典型的动态值约为250Ω /s。这就容许充分的过采样，即便是在设备内所要求的触发时间为100ms的情况下。
[0041]所述传感器信号的测量值的平均值要通过更长的时间段来进行观察，要确定传感器信号内的跳跃并且将其识别作为断线的指标。
[0042]作为低通滤波器，在所述根据本发明的方法中，离散的平均值生成是通过在一个采样周期T = 10ms内约10ADC-采样的数据包来实施的。
[0043]在一种成本有利的用于实施上述根据本发明的方法的设备中，采用了一种简单的且相应地价廉物美的微控器，其仅具有极低的计