ES2332174T3 - Aparato de supervision. - Google Patents
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Abstract
Aparato de supervisión (10, 60) para supervisar la corriente de accionamiento eléctrico para un motor eléctrico (12, 12A), que comprende medios de generación de señal (16, 64, 74) que se pueden accionar para proporcionar una señal la cual varía en respuesta a las variaciones de la corriente de accionamiento y medios de análisis (22, 22A, 22B) que se pueden accionar para analizar la señal (32) para determinar la velocidad de cambio de la corriente de accionamiento y proporcionar una señal de alarma (24) caracterizado porque la señal de alarma se proporciona en el caso en el que la velocidad de cambio de la corriente de accionamiento continúe siendo en exceso con respecto a una velocidad previamente determinada durante un período el cual excede de un tiempo previamente determinado.
Description
Aparato de supervisión.
La presente invención se refiere a aparatos de
supervisión y en particular, pero no exclusivamente, a aparatos
para la supervisión de la corriente eléctrica, tal como por ejemplo
la corriente de accionamiento para un motor eléctrico.
En muchas situaciones es necesario supervisar la
corriente de accionamiento a un motor eléctrico, por ejemplo para
verificar los fallos o bien otros problemas de funcionamiento. En el
caso de una puerta accionada eléctricamente, por ejemplo, es
deseable detectar cualquier obstáculo, de cara a las posibles
implicaciones de seguridad. Anteriormente ha sido propuesto
supervisar la corriente del motor a fin de detectar obstáculos.
El documento
US-A-5633620 describe un aparato
para controlar el accionamiento de un sistema de ventana automática,
tal como por ejemplo para un vehículo. Un dispositivo de detección
de la corriente de accionamiento del motor detecta la corriente que
fluye a través del motor cuando el vidrio de la puerta es elevado
por el motor. Un dispositivo de cálculo de la variación de la
corriente calcula una cantidad de la variación de la corriente
detectada por el dispositivo de detección de la corriente de
accionamiento del motor. Un dispositivo de control del
accionamiento detiene o invierte el motor cuando la cantidad de la
variación de la corriente excede de un valor previamente
determinado y el gradiente de la cantidad de la variación de la
corriente es positivo cuando se inicia la variación de la
corriente.
La presente invención proporciona un aparato de
supervisión para supervisar la corriente de accionamiento eléctrico
para un motor eléctrico, que comprende medios de generación de señal
que se pueden accionar para proporcionar una señal la cual varía en
respuesta a las variaciones de la corriente de accionamiento y
medios de análisis que se pueden accionar para analizar la
velocidad de cambio de la corriente de accionamiento y proporcionar
una señal de alarma caracterizado porque la señal de alarma se
proporciona en el caso en el que la velocidad de cambio de la
corriente de accionamiento continúe siendo en exceso con respecto a
una velocidad previamente determinada durante un período el cual
excede de un tiempo previamente determinado.
La señal preferiblemente es una tensión derivada
de la corriente de accionamiento.
La tensión se puede derivar a partir de por lo
menos parte de la corriente de accionamiento que fluye a través de
una impedancia. La parte de la corriente de accionamiento puede ser
derivada por medio de un dispositivo "Sense FET".
El aparato puede incluir medios de sensor que se
pueden accionar para proporcionar a los medios de análisis una
señal digital que representa el valor. Los medios de análisis
preferiblemente se pueden accionar para almacenar periódicamente el
valor de la señal y analizar la velocidad de cambio mediante la
referencia a una secuencia de valores almacenados. Los medios de
análisis pueden incluir un microprocesador o un microcontrol
programado para realizar los análisis como sido mencionado
antes.
Alternativamente, los medios de análisis pueden
incluir medios de diferenciador que se pueden accionar para
diferenciar la señal. Preferiblemente están provistos medios de
comparador, que se pueden accionar para comparar la salida de los
medios de diferenciador con un valor umbral. Medios de temporización
pueden estar provistos para medir la longitud del tiempo durante el
cual la salida de los medios de diferenciador exceden de un valor
umbral.
Ejemplos de la presente invención serán
descritos ahora con más detalle, a título de ejemplo únicamente, y
con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es un diagrama esquemático de un
circuito de una primera forma de realización de la presente
invención;
las figuras 2 y 3 son diagramas de bloque
esquemáticos de medios de análisis para utilizarlos en la
disposición de las figuras 1 o 4; y
la figura 4 es un diagrama esquemático de un
circuito de una segunda forma de realización.
La figura 1 ilustra el aparato de supervisión 10
para supervisar un parámetro el cual, en este ejemplo, es la
corriente de accionamiento a un motor 12, la corriente fluyendo
entre carriles de suministro 14. La corriente del motor fluye a
través de una resistencia en serie 16 la cual proporciona una señal
de tensión en 18, que varía en respuesta a las variaciones de la
corriente a través de la resistencia 16 y por lo tanto a través del
motor 12. La señal de tensión en 18 es filtrada por un filtro RC en
20 antes de alcanzar un circuito de análisis 22. Los detalles del
circuito de análisis 22 serán descritos más adelante en este
documento. El circuito 22 se puede accionar para analizar la
velocidad de cambio de la señal de tensión 18 y proporcionar una
señal de alarma en 24 en el caso en el que la velocidad de cambio
continúe excediendo de una velocidad previamente determinada
durante un período que exceda de un tiempo previamente
determinado.
Con más detalle, el motor 12 puede ser, por
ejemplo, un motor de accionamiento para accionar una puerta, una
persiana o bien otro mecanismo de control de acceso, permitiendo que
el mecanismo se abra o se cierre. La corriente del motor está
controlada por un dispositivo en 26, el cual puede ser un transistor
de potencia MOSFET provisto de una puerta 28 controlada por un
circuito de control 30 a fin de controlar la corriente de
accionamiento al motor 12. Detalles de la manera en la cual funciona
el circuito de control 30 no forman parte por ellos mismos de la
presente invención.
La corriente del motor fluye a través del canal
del transistor 26, con el cual está en serie la resistencia 16, de
modo que la tensión en 18 se eleva y cae con la corriente del motor.
Esta señal de tensión, en muchas situaciones prácticas, presentará
ruido. El propósito del filtro 20 es reducir o eliminar el ruido el
cual puede afectar al funcionamiento del circuito de análisis 22.
El filtro 20 se representa como un simple filtro RC, pero muchos
otros diseños de filtros se pueden utilizar, de acuerdo con la
naturaleza del ruido esperado y la sensibilidad del circuito de
análisis. Se puede prescindir del filtrado, si la señal de tensión
en 18 no se espera que presente ruido, pero se espera que en la
práctica sea probable que se requiera el filtrado.
Dos ejemplos de circuitos de análisis 22A, 22B
se ilustran en las figuras 2 y 3. Cada uno recibe una entrada en
32, la cual es la señal de tensión en 18, filtrada. Cada circuito
22A,B se puede accionar, cuando sea apropiado, para emitir una
señal de alarma en la salida 24. El circuito 22A de la figura 2
proporciona el análisis de una manera digital, mientras el circuito
22B de la figura 3 proporciona el análisis de una manera
analógica.
En el circuito 22A, la entrada 32 es recibida
por un convertidor de analógico a digital 34 el cual pasa una
representación digital de la tensión en 32 al circuito de análisis
principal 36, el cual puede ser un microprocesador o micro control
que corre bajo el control de los programas apropiados. Se pondrá
claramente de manifiesto a un lector experto que algunas o todas
las funciones ilustradas por bloques discretos en la figura 2 puede
ser implantadas dentro del microprocesador 36, o mediante circuitos
discretos, o el circuito completo 22A puede ser implantado mediante
circuitos discretos.
El microprocesador 36 analiza los valores
recibidos desde el convertidor 34, grabando periódicamente el valor
informado en la memoria 38, el microprocesador 36 estando provisto
de señales de temporización apropiadas por un circuito de control
40. Una memoria adicional en 42 graba dos valores requeridos por el
microprocesador 36 en el transcurso de su análisis. El primero de
estos valores es un valor umbral para la velocidad de cambio del
valor informado por el convertidor 34. El segundo valor es un valor
umbral para un período de tiempo.
Cuando se utiliza el circuito 22A, la corriente
del motor 12 variará de acuerdo con las condiciones de trabajo. Por
ejemplo, la corriente del motor puede ser alta cuando se inicia el
movimiento de la puerta, hasta que se supera la inercia del
sistema. La corriente también puede cambiar cuando se abre la
puerta, de acuerdo con el momento de torsión requerido en diversas
etapas del movimiento de la puerta. Cuando ocurren estos cambios,
la señal de tensión 18 se elevará o caerá y por lo tanto los valores
digitales informados al microprocesador 36 por el convertidor 34
serán una serie que representa la señal de elevación o de caída 18.
En muchas aplicaciones del motor 12, durante la utilización normal,
se esperarán variaciones en la señal de la tensión 18 y pueden ser
bastante amplias. Sin embargo, serán relativamente lentas o de corta
duración. Por ejemplo, los requisitos de momento de torsión que
aparecen a partir del movimiento de la puerta cambiarán
uniformemente a medida que se desplaza la puerta a través de su
gama de movimiento y de ese modo produce una señal de tensión 18 que
cambia lentamente. Una característica tal como una abolladura en el
carril a lo largo del cual se está desplazando la puerta, puede dar
lugar a un incremento significante en el requisito de momento de
torsión (y por lo tanto de la corriente del motor), pero únicamente
durante un breve período de tiempo, hasta que la abolladura haya
sido franqueada.
En el caso en el que se experimente un cambio en
la demanda de momento de torsión, el microprocesador 36 grabará una
serie de cambios de los valores en la memoria 38. Por consiguiente,
analizando una serie de valores almacenados en la memoria 38, el
microprocesador 36 puede calcular la velocidad de cambio sobre un
período particular y comparar ésta con una velocidad de cambio
umbral grabada en la memoria 42. Una elección apropiada del valor
almacenado en la memoria 42 asegurará que durante la utilización
normal de la puerta, los cambios esperados en el momento de torsión
no resultarán en una velocidad de cambio que exceda de la velocidad
previamente determinada almacenada en la memoria 42.
En el caso en el que se encuentre una abolladura
en el carril, el cambio del momento de torsión puede ser
significante y por lo tanto el microprocesador 36 encontrará que una
serie reciente de mediciones en la memoria 38 indican una velocidad
de cambio en exceso de la velocidad umbral almacenada en la memoria
42. Sin embargo, una abolladura en el carril normalmente producirá
una punta de descarga corta en la corriente del motor de modo que,
aunque el microprocesador 36 encontrará la velocidad de cambio que
excede del umbral, el microprocesador 36 también encontrará que la
velocidad de cambio excesiva no continúa durante un tiempo que
exceda de un tiempo previamente determinado también almacenado en
la memoria 42. Por consiguiente, ni un cambio grande pero lento en
la corriente del motor, ni un cambio rápido pero corto en la
corriente causarán que el convertidor 34 juzgue que ambos criterios
almacenados en la memoria 42 han sido excedidos y por consiguiente,
no se proporcionará una señal de alarma en 24.
Sin embargo, en el caso en el que la puerta esté
bloqueada, tal como por ejemplo por una persona o un objeto que se
podrían herir o dañar, la demanda de momento de torsión en el motor
empezará a incrementar rápidamente y continuará incrementando. En
esta situación, el microprocesador 36 verá por lo tanto una serie de
valores almacenados en la memoria 38, que representan una velocidad
de cambio que excede de la velocidad previamente determinada
almacenada en la memoria 42 y continuará durante un período que
excederá del tiempo previamente determinado, también almacenado en
la memoria 42. Por consiguiente, ambas condiciones serán juzgadas
que se cumplen y una salida de alarma será provista en 24. Ésta
puede funcionar para desactivar el circuito de control 30, de modo
que se desactive el motor 12 y también se puede producir una alarma
para alertar a un operario.
El circuito 22B de la figura 3 acciona un efecto
similar, de una manera análoga. La entrada en 32 es aplicada a un
circuito de diferenciador análogo 44 tal como por ejemplo un simple
circuito basado alrededor de un amplificador operacional. Éste
produce una salida en 46 que representa el valor del diferencial y
de ese modo representa la velocidad de cambio de la entrada 32.
Ésta se aplica a una entrada de un comparador 48, la otra entrada
del cual está provista con un valor de referencia en 50, que
representa la velocidad de cambio umbral por encima de la cual se
requiere que sea la velocidad de cambio medida para que suene la
alarma.
La salida del comparador 48 es leída por un
microprocesador 52 el cual recibe también señales de reloj en 54.
Por consiguiente, cuando la velocidad de cambio de la salida 32 se
eleva por encima del valor umbral establecido en 50, la salida del
comparador 48 cambia de estado. Esto será detectado por el
microprocesador 52, el cual puede entonces empezar la temporización
de ese cambio de estado. Si el estado del comparador se invierte
antes de que expire un tiempo previamente determinado (establecido
mediante un valor en la memoria 56), no se requiere acción alguna.
Sin embargo, en el caso en el que la velocidad de cambio exceda del
valor umbral en 50 durante un período que exceda del tiempo
previamente determinado, en microprocesador 52 juzga que existe un
bloqueo o bien otro fallo inaceptable y emite una señal de alarma
en 24. Otra vez, esto puede ser utilizado para inhabilitar el
control 30, para inhabilitar el motor 12 y también se puede utilizar
para alertar a un operario.
La figura 4 ilustra una segunda forma de
realización la cual difiere de la disposición de la figura 1 con
relación a la manera de obtener una señal la cual varía en respuesta
al parámetro que se está supervisando. El aparato 60 se utiliza
otra vez para supervisar la corriente de accionamiento a un motor
12A, para proporcionar una señal de tensión en 18A la cual es
filtrada después en 20A y aplicada a un circuito de análisis 22, el
cual puede estar construido de acuerdo con cualquier alternativa
descrita antes en este documento. La señal de tensión 18A se deriva
de la corriente del motor por medio de un dispositivo de
semiconductor 62, el cual es un "senseFET" que trabaja
conjuntamente con una resistencia 64, como se va a describir
ahora.
Un "senseFET" es un tipo de transistor de
potencia FET el cual está provisto de una capacidad de detección de
corriente. Un ejemplo de un "senseFET" es un dispositivo de
transistor fabricado por Motorola bajo su referencia MTP
40N06M.
El "senseFET" 62 tiene una puerta 66, un
drenaje 68 y una fuente 70, como es convencional en un FET y tiene
dos terminales adicionales asociados con el canal, es decir un
terminal "kelvin" 72 y un terminal "espejo" 74. En el
circuito de la figura 4 el terminal kelvin 72 está conectado a la
fuente 70. El terminal espejo 74 se utiliza para proporcionar la
señal de tensión 18A. Esto se consigue conectando la resistencia 64
entre el terminal espejo 74 y la fuente 70. En resumen, el
"senseFET" 62 está construido de modo que la corriente de
drenaje (y por lo tanto la corriente del motor) es dividida en el
interior del dispositivo para proporcionar una pequeña fracción
(pero conocida) de la corriente al espejo 74, el resto siendo
provista a la fuente 70. Acoplando una resistencia 64 entre el
espejo 74 y la fuente 70 se encuentra que se perturba algo esta
relación, pero de una manera que se mantiene predecible para
valores bajos de la resistencia 64 y por consiguiente proporciona
una señal de tensión 18A la cual está relacionada de forma
predecible con la corriente del motor. Por consiguiente, esta señal
de tensión 18A se puede utilizar como la entrada a una disposición
de análisis de cualquiera de los tipos descritos antes. Por lo
tanto, la capacidad de conectar o desconectar la corriente del motor
y la detección de esa corriente están provistas ambas dentro de un
único dispositivo de semiconductor.
En muchas aplicaciones típicas, tales como el
control del motor de una persiana enrollable, una puerta de garaje
o similar, la corriente nominal del motor puede estar en la zona de
los 5 A, pero variando entre aproximadamente 3 A y aproximadamente
6 A durante el funcionamiento normal. Puntas de descarga cortas en
la corriente del motor pueden aparecer, tal como por ejemplo a
partir de abolladuras o bien otras discontinuidades en el carril de
la puerta pero éstas típicamente no durarán más de 6 ms y darán
lugar a un incremento de corriente de hasta 1/2A. Por consiguiente
utilizando estos números como ejemplos, el valor de las resistencias
16, 64 y los umbrales almacenados dentro de los circuitos de
análisis 22 se establecerán, por ejemplo, para detectar una
elevación de la corriente con una velocidad en exceso de 1/2A en 6
ms y permaneciendo en o por encima de esta velocidad con una
duración en exceso de 6 ms.
Muchas variaciones y modificaciones se pueden
realizar al aparato descrito antes, sin por ello salirse del ámbito
de la presente invención. En particular, se pueden utilizar muchos
valores, valores de los componentes y detalles de los circuitos
diferentes, de acuerdo con la aplicación particular para la cual
está pensado el motor, corrientes del motor normales esperadas y
velocidades de cambio y similares. Muchas variaciones se pueden
realizar con relación a la implantación por ejemplo entre el equipo
y los programas, particularmente en relación con el circuito de
análisis.
Mientras en la memoria anterior se ha procurado
llamar la atención sobre aquellas características de la invención
que se cree que son de particular importancia, se debe comprender
que el solicitante reivindica protección con respecto a cualquier
característica o combinación de características patentables
referidas antes en este documento o representadas en los dibujos
tanto si se ha puesto en las mismas un énfasis particular como
sino.
Claims (10)
1. Aparato de supervisión (10, 60) para
supervisar la corriente de accionamiento eléctrico para un motor
eléctrico (12, 12A), que comprende medios de generación de señal
(16, 64, 74) que se pueden accionar para proporcionar una señal la
cual varía en respuesta a las variaciones de la corriente de
accionamiento y medios de análisis (22, 22A, 22B) que se pueden
accionar para analizar la señal (32) para determinar la velocidad de
cambio de la corriente de accionamiento y proporcionar una señal de
alarma (24) caracterizado porque la señal de alarma se
proporciona en el caso en el que la velocidad de cambio de la
corriente de accionamiento continúe siendo en exceso con respecto a
una velocidad previamente determinada durante un período el cual
excede de un tiempo previamente determinado.
2. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque la señal es una tensión derivada de la corriente de
accionamiento.
3. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque la tensión se deriva a partir de por lo menos parte de la
corriente de accionamiento que fluye a través de una impedancia
(16, 64).
4. Aparato de supervisión (60) según la
reivindicación 3 caracterizado porque dicha parte de la
corriente de accionamiento se deriva por medio de un dispositivo
"senseFET" (62).
5. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque el aparato incluye medios de sensor (34) que se pueden
accionar para proporcionar a los medios de análisis (36) una señal
digital que representa el valor.
6. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque los medios de análisis (22A) se pueden accionar para
almacenar periódicamente el valor de la señal y analizar la
velocidad de cambio mediante la referencia a una secuencia de
valores almacenados (38).
7. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque los medios de análisis (22, 22A, 22B) incluyen un
microprocesador o un microcontrol (36, 52) programado para realizar
el análisis anteriormente mencionado.
8. Aparato de supervisión (10, 60) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado
porque los medios de análisis (22B) incluyen medios de
diferenciador (44) que se pueden accionar para diferenciar la señal
(32).
9. Aparato de supervisión (10, 60) según la
reivindicación 8 caracterizado porque están provistos medios
de comparador (48) que se pueden accionar para comparar la salida
de los medios de diferenciador (44) con un valor umbral (50).
10. Aparato de supervisión (10, 60) según la
reivindicación 8 o 9 caracterizado porque están provistos
medios de temporizador (52, 56) para medir la longitud del tiempo
durante el cual la salida de los medios de diferenciador (44)
exceden de un valor umbral (50).
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