專利名稱：診斷電動機故障的方法和控制電動機操作的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一種通過單個保護電路控制多臺電動機的電動機操作系統(tǒng)中診斷電動機故障的方法，以及用所述方法控制電動機操作的方法。
汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)或其它這樣使用步進電動機的系統(tǒng)裝有控制電動機驅(qū)動的驅(qū)動電路，數(shù)目等于引入電動機的線圈的數(shù)目，電動機中的多個線圈則由這些驅(qū)動電路來控制。采用這種控制方法的電動機控制系統(tǒng)有一個自動控制裝置，包括一個電動機電源和一個與電動機連接的線束。如果線束對地短路，由此引起的過電流很可能損壞自動控制裝置中的元件。此外，如果電動機線圈短路，由此引起的過電流將損壞關(guān)聯(lián)開關(guān)元件。為了防止這樣故障的發(fā)生，已經(jīng)提出了各種各樣的故障診斷方法。
在Japanese Public Disclosure No.Hei 2-162117教導(dǎo)的系統(tǒng)中，當(dāng)致動器的實際位置與期望位置之間的差在預(yù)定時段超過預(yù)定量時，診斷為發(fā)生了致動器故障。Japanese Public Disclosure No.Hei 7-20186教導(dǎo)了一種系統(tǒng)，通過對電路施加一個小電壓，并且根據(jù)輸出端測量的電壓檢測發(fā)生了短路問題，以診斷故障。
然而，由于前種系統(tǒng)需要檢測致動器的實際位置，所以如果所使用的致動器不能輸出位置檢測信號就不能采用該系統(tǒng)。這意味著它不能用于大多數(shù)使用無輸出位置檢測信號能力的步進電動機的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在后種系統(tǒng)中，檢測由驅(qū)動信號或電源線中發(fā)生的故障所引起的故障的電路必須與脈沖驅(qū)動電路相容，并且為此需要專用電路。這樣增加了成本。
此外，當(dāng)在通過單個保護電路驅(qū)動多臺電動機的系統(tǒng)中實行故障診斷時，企圖采用一種響應(yīng)診斷結(jié)果來操作保護電路的布置，結(jié)果導(dǎo)致這樣問題，例如即使在多臺電動機中僅一臺電動機的線圈短路，因此權(quán)在這臺電動機操作時才發(fā)生過電流，然而保護電路響應(yīng)診斷結(jié)果，對包括那些正在正常操作的所有電動機切斷電源。
此外，如果在單臺電動機短路時實行同時起動，則所有電動機的電源被切斷。由于這樣造成其它正常電動機的錯誤操作，所以在驅(qū)動電路所確定的電動機旋轉(zhuǎn)位置與實際旋轉(zhuǎn)位置之間出現(xiàn)不一致。結(jié)果發(fā)生階躍移動。
本發(fā)明的一個目的是提供一種診斷電動機故障的方法，其能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種控制電動機操作的方法，其能在通過單個保護電路控制多臺電動機的電動機操作系統(tǒng)中對每臺電動機進行故障診斷，并且按照診斷結(jié)果，控制電動機的操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種診斷電動機故障的方法，其能對電動機故障進行診斷，即使在通過單個保護電路控制多臺不能產(chǎn)生位置檢測信號的步進電動機的電動機控制系統(tǒng)中也不增加成本。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種控制電動機操作的方法，其能防止階躍移動，并且按照故障診斷結(jié)果使受到短路保護或其它保護操作的電動機能夠正常操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種控制電動機操作的方法，其能在電動機電路的短路保護按照故障診斷結(jié)果起作用時，保護步進電動機在起動時的階躍移動。
本發(fā)明的一個方面涉及在一種電動機控制系統(tǒng)中診斷電動機故障的一種方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制多臺步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，其特征在于，它使驅(qū)動電路驅(qū)動步進電動機，并且響應(yīng)其時從電源開關(guān)元件獲得的自診斷檢測輸出，對步進電動機實行故障診斷。電源開關(guān)元件可以作為高壓側(cè)電源開關(guān)元件或低壓側(cè)電源開關(guān)元件裝設(shè)。
在一個優(yōu)選實施例中，該優(yōu)選實施例用于一種系統(tǒng)，其中在步進電動機一側(cè)的接線端與電源的高壓側(cè)之間裝有一個具有智能短路保護和診斷能力的電源開關(guān)元件，并且在多臺步進電動機另一側(cè)的接線端與電源的接地側(cè)之間裝有驅(qū)動電路，該方法使驅(qū)動電路去驅(qū)動步進電動機，并且響應(yīng)其時從高壓側(cè)電源開關(guān)元件獲得的自診斷檢測輸出，對步進電動機實行故障診斷。在這個實施例中，高壓側(cè)電源開關(guān)元件可以用裝設(shè)在驅(qū)動電路和電源接地側(cè)之間的具有智能短路保護和診斷能力的低壓側(cè)電源開關(guān)元件來替換，并且步進電動機的一側(cè)接線端可以直接與電源的高壓側(cè)連接。
裝設(shè)在高壓側(cè)或低壓側(cè)的電源開關(guān)元件具有智能保護和診斷能力。當(dāng)在由驅(qū)動電路所驅(qū)動的步進電動機中發(fā)生斷電，短路或其它這樣故障時，電源開關(guān)元件通過實行占空操作或其它類似操作，對構(gòu)成負載的步進電動機限制供電，以保護電源，從而保護電源電路，并且還輸出一個信號，指示在負載中發(fā)生了故障。因此，當(dāng)步進電動機正在逐一地由驅(qū)動電路所驅(qū)動時，通過監(jiān)視這個信號可以對步進電動機中的故障實行診斷。還可能構(gòu)成一種系統(tǒng)，其能識別所發(fā)生的任何故障的性質(zhì)。
本發(fā)明的另一個方面涉及在一種電動機控制系統(tǒng)中控制電動機操作的一種方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，其特征在于，當(dāng)電源開關(guān)元件產(chǎn)生一個信號，指示在步進電動機中發(fā)生故障時，它禁止驅(qū)動電路輸出驅(qū)動控制信號去驅(qū)動被驅(qū)動的步進電動機。在這種情況下，電源開關(guān)元件也可以裝設(shè)在多臺步進電動機的高壓側(cè)或低壓側(cè)。
當(dāng)電源在先前斷開之后再接通時，可以取消對驅(qū)動控制信號輸出的禁止。在這種情況下，當(dāng)電源再接通時，利用適當(dāng)裝置可以對發(fā)現(xiàn)曾有故障的步進電動機診斷有/沒有過電流或其它這樣故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，可以判定已經(jīng)返回正常，其后使之起動并能正常驅(qū)動。另一方面，即使在電源已經(jīng)再接通后發(fā)現(xiàn)有故障時，判定步進電動機的故障繼續(xù)存在，并且保持對驅(qū)動信號輸出的禁止。
本發(fā)明的這個方面例如能適于用多臺步進電動機在空氣導(dǎo)管之間轉(zhuǎn)換，并/或調(diào)節(jié)排出空氣溫度的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此時，如果在多臺步進電動機中有一臺步進電動機在其被驅(qū)動時發(fā)現(xiàn)有故障，可以僅對這臺步進電動機禁止控制信號的輸出，而繼續(xù)驅(qū)動其它步進電動機。在電源再接通時，利用可以裝設(shè)在高壓側(cè)或低壓側(cè)的電源開關(guān)元件能對發(fā)現(xiàn)曾有故障的步進電動機診斷有/沒有過電流或其它這樣故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，可以判定其已經(jīng)返回正常，其后使之起動并能正常驅(qū)動。另一方面，即使在電源已經(jīng)接通后發(fā)現(xiàn)有故障時，判定步進電動機的故障繼續(xù)存在，并且保持對驅(qū)動信號輸出的禁止。
本發(fā)明的另一個方面涉及在一種電動機控制系統(tǒng)中控制電動機操作的一種方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，其特征在于，當(dāng)已經(jīng)指令步進電動機起動時，它在起動之前對步進電動機順序施加驅(qū)動信號，根據(jù)其時故障診斷結(jié)果識別各臺步進電動機是正常還是異常，并且僅對識別為正常的步進電動機實行起動。
在一個優(yōu)選實施例中，在上述處理之后，當(dāng)電源先前斷開并且后來再接通時，僅對識別為異常的步進電動機順序施加驅(qū)動信號，根據(jù)其時故障診斷結(jié)果進行識別，以確定步進電動機是已經(jīng)返回正常或仍為異常，并且對識別為返回正常的步進電動機實行起動。無論采用哪種布置，該方法都能適于進行控制，以便不對發(fā)現(xiàn)為異常的步進電動機供給驅(qū)動信號，并且不使之起動。


圖1是表示適于汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的本發(fā)明的一個實施例的示意圖。
圖2是表示圖1所示控制裝置的詳細布置的方塊圖。
圖3是表示圖2所示具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件的操作的真值表。
圖4是說明本發(fā)明的另一個實施例的流程圖，其中步進電動機的操作用智能高壓側(cè)元件的自診斷能力來控制。
圖5是說明本發(fā)明的另一個實施例的流程圖，其中步進電動機的操作用智能高壓側(cè)元件的自診斷能力來控制。
圖6是說明圖5流程圖中檢查步進電動機的步驟中的處理的詳細流程圖。
圖7是表示圖2控制裝置中具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件用具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)元件替換情況下布置一例的方塊圖。
圖1是表示適于汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的本發(fā)明的一個實施例的示意圖。汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)用標號1表示，它有一個鼓風(fēng)機3，一個蒸發(fā)器4和一個加熱器芯5，安排在導(dǎo)管2中，如圖解說明。在導(dǎo)管2內(nèi)還裝設(shè)一個進氣門6，一個混合門7和一個方式門8，它們分別與步進電動機9，10和11連接。一個控制裝置12響應(yīng)一個內(nèi)部空氣傳感器13，一個外部空氣傳感器14，一個日光傳感器15，一個溫度設(shè)定器16，以及一個冷卻傳感器17的各種輸出，對步進電動機9，10和11，以及鼓風(fēng)機3施加驅(qū)動信號。因此控制裝置12構(gòu)成一個控制鼓風(fēng)機3和步進電動機9，10和11操作的系統(tǒng)。
由于用控制裝置12的驅(qū)動信號來驅(qū)動步進電動機9，10和11，以便操作進氣門6，混合門7和方式門8，進而控制汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1的基本布置本身為周知，所以這里將不對其作進一步說明。
圖2是詳細表示控制裝置12的布置的方塊圖?？刂蒲b置12有一個共驅(qū)動電路21，用于驅(qū)動步進電動機9-11和圖1中未示出的步進電動機E。共驅(qū)動電路21輸出四組驅(qū)動控制信號K11-K14，K21-K24，K31-K34和K41-K44。各組驅(qū)動控制信號施加到四個驅(qū)動晶體管電路XA-XD中的相關(guān)的一個上。步進電動機9-11和E連接到驅(qū)動晶體管電路XA-XD，如圖解說明。驅(qū)動晶體管電路XA有四個驅(qū)動晶體管22-25，它們控制供給步進電動機9的線圈L1-L4的驅(qū)動電流。
步進電動機9的線圈L1-L4將它們的一端連接在一起，并將它們的另一端連接到驅(qū)動晶體管22-25的關(guān)聯(lián)端。具體地，線圈L1的另一端通過驅(qū)動晶體管22的集電極-發(fā)射極電路接地，對驅(qū)動晶體管22的基極供給驅(qū)動控制信號K11，并且按照驅(qū)動控制信號K11由驅(qū)動晶體管22的接通/斷開操作來控制至線圈L1的驅(qū)動電流。至其它線圈L2-L4的驅(qū)動電流由關(guān)聯(lián)驅(qū)動晶體管23-25類似地控制。由于其它驅(qū)動晶體管電路XB-XD和步進電動機10，11及E類似地構(gòu)成，所以它們在圖2中沒有詳細地示出。通過電源26對共驅(qū)動電路21和步進電動機9，10，11和E供電。具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27相對于步進電動機9，10，11和E共同裝設(shè)。圖中省略了提供其它操作汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1所需的控制功能的組成元件。共驅(qū)動電路21構(gòu)成為一個微型電子計算機，它通過執(zhí)行規(guī)定的驅(qū)動控制程序來執(zhí)行所需的功能。
步進電動機9的線圈的互連一端通過具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27連接到電源26的輸出端。其它步進電動機10，11和E類似地連接。電源26通過一個電鍵開關(guān)KS連接到電池B。當(dāng)電鍵開關(guān)KS接通時，電池B的電力由電源26調(diào)節(jié)成預(yù)定值的恒定直流電壓，并且這個恒定直流電壓供給控制裝置12中的不同部分和具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27。電鍵開關(guān)KS包括一個起動器開關(guān)ST，以對一臺起動電動機(未示出)接通和斷開供電，并且共驅(qū)動電路21通過線29監(jiān)視起動器開關(guān)ST的接通/斷開狀態(tài)。
具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27用市場上買得到的功能IC器件構(gòu)成。當(dāng)它接通時，在其電源輸入端27A施加的電壓從其輸出端27B輸出，并且施加在步進電動機9，10，11和E上。當(dāng)通過外部電路在具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸出端27B和接地端27C之間發(fā)生短路或其它類似故障，引起負載電流超過預(yù)定值時，內(nèi)部裝有檢測裝置的具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27檢測到這個狀態(tài)，并且占空控制輸出端27B的電壓輸出，以便輸出端27B的輸出被占空操作，以防止內(nèi)部和/或外部元件的燒壞。
具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27還有一個輸入端27D和一個自診斷檢測端27E。輸入端27D施加有輸入信號，以控制是否從輸出端27B輸出施加在電源輸入端27A的電壓，從而使具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)27能夠操作為一個高壓側(cè)開關(guān)，以響應(yīng)輸入端27D的輸入來接通/斷開施加在與輸出端27B連接的負載上的電壓。在輸入端27D的“H”電平輸入使輸出接通時，例如當(dāng)負載為短路狀態(tài)時，自診斷檢測端27E變?yōu)椤癓”電平。輸入端27D和自診斷檢測端27E連接到共驅(qū)動電路21。
圖3是表示具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的操作的真值表。通過對該表應(yīng)用輸出端27B，輸入端27D和自診斷檢測端27E的電平狀態(tài)，可以確定具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸出側(cè)狀態(tài)是“正?！?，“負載短路”，“負載開路”，還是“過熱”?？捎米骶哂斜Ｗo和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的器件包括由ToshibaCorporation制造和銷售，產(chǎn)品號為TDP1008S的那些器件。共驅(qū)動電路21能夠根據(jù)圖3所示的真值表，用輸入端27D和自診斷檢測端27E的電平狀態(tài)來確定負載狀態(tài)。
為了選擇和驅(qū)動步進電動機9，10，11和E中的一臺，共驅(qū)動電路21輸出與待驅(qū)動的步進電動機相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動控制信號組，以便接通/斷開控制用來驅(qū)動(旋轉(zhuǎn))該步進電動機的關(guān)聯(lián)驅(qū)動晶體管。同時，它對具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸入端27D輸出一個“H”電平信號，從而接通具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27。此時，僅驅(qū)動所選擇的期望步進電動機。
現(xiàn)在將說明用具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的自診斷能力來進行步進電動機9，10，11和E的故障診斷的一種方法。首先，由共驅(qū)動電路21對具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸入端27D施加一個“H”電平信號，以便僅使驅(qū)動控制信號K11-K14為“H”電平。如果其時步進電動機9正常，則自診斷檢測端27E的電平變?yōu)椤癏”。然而，如果在步進電動機9中發(fā)生短路，則自診斷檢測端27E的電平變?yōu)椤癓”。共驅(qū)動電路21繼續(xù)不斷地監(jiān)視自診斷檢測端27E的輸出，因此能在輸出驅(qū)動控制信號K11-K14時識別步進電動機9是正常還是異常。其后，按同樣方式，它順序地輸出驅(qū)動控制信號組K21-K24，K31-K34和K41-K44，并且在各組輸出時檢查自診斷檢測端27E的電平，從而相對于所有步進電動機9，10，11和E進行故障診斷。
因此，通過對關(guān)聯(lián)步進電動機順序施加驅(qū)動控制信號組，并且在各組輸出時檢查具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的預(yù)定端的輸出電平，能對每臺步進電動機識別其操作狀態(tài)是正常，負載短路，負載開路，還是過熱。識別結(jié)果例如能轉(zhuǎn)換成由發(fā)光二極管(LED)或其它這樣發(fā)光器件閃光所顯示的碼。
現(xiàn)在將說明這樣閃光顯示的一個具體例子。在進入故障診斷方式下，共驅(qū)動電路21在其顯示部分21A上持續(xù)1秒時間顯示“3”，并且在這個時間期間診斷步進電動機9，10，11和E。如果發(fā)現(xiàn)無故障，它在1秒時間結(jié)束顯示“30”。如果發(fā)現(xiàn)一個或多個故障，它從最小編號開始依次閃光發(fā)出為相關(guān)步進電動機所特有的指示(例如對步進電動機9，10，11，E分別為數(shù)字31，32，33，34)。各指示閃光兩次。為了區(qū)分不同種類的故障，“開路故障”，即負載開路操作，可以通過僅閃光發(fā)出為相關(guān)步進電動機所指定的數(shù)字來指示，“短路故障”，即負載短路操作，可以通過連同負號(-)一起閃光發(fā)出所指定的數(shù)字來指示。
由于步進電動機9，10，11和E中有/沒有故障可以用具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的自診斷能力來識別，并且識別結(jié)果可以按上述方式顯示，所以能對步進電動機9，10，11和E實行診斷并對診斷結(jié)果實行顯示，而無需附加任何專用反饋信號。此外，由于可以只通過修改共驅(qū)動電路21中裝入的程序，而不附加專用電路來實現(xiàn)診斷和顯示，所以成本增加最小。
如上述所說明，圖1和圖2所示的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1構(gòu)成為利用具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的自診斷能力，以對步進電動機9，10，11和E實行和顯示故障診斷結(jié)果。然而，它并不限于這一點，而是還可以應(yīng)用診斷結(jié)果對步進電動機9，10，11和E實行有效的操作控制。
圖4是表示在共驅(qū)動電路21中執(zhí)行這樣一種操作控制方法的操作控制程序的流程圖。在圖4流程圖的步驟31，檢查指示短路故障的標記F1是否設(shè)置。由于標記F1的初始設(shè)置為F1＝0，所以當(dāng)無短路故障發(fā)生時步驟31的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟32。在步驟32，具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸入端27D的電平為“H”，由此對一臺規(guī)定步進電動機施加電壓。然后，在步驟33，檢查自診斷檢測端27E的電平是否為“H”。步驟33結(jié)果為YES意味著在該步進電動機中無短路故障發(fā)生(參見圖3)，并且過程轉(zhuǎn)到步驟34。
在步驟34，檢查標記F2是否設(shè)置。標記F2指示這是否為起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作。初始設(shè)置F2＝1。因此，當(dāng)這不是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，F(xiàn)2＝0，步驟34的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟35。在步驟35實行步進電動機的正常控制，其后在步驟36對標記F1重新設(shè)置，并且過程移到下一個控制階段。
當(dāng)步驟31的結(jié)果為YES(發(fā)生短路故障)時，過程轉(zhuǎn)到步驟37，在步驟37檢查這是否為起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作。如果是，步驟37的結(jié)果為YES，并且過程轉(zhuǎn)到步驟38，而且在設(shè)置標記F2后，轉(zhuǎn)到步驟32。這是因為僅當(dāng)起動器開關(guān)是從斷開到接通轉(zhuǎn)換時才實行步進電動機起動。當(dāng)不是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，步驟37的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟39。這是因為當(dāng)不是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，無需自診斷。
在步驟39，輸入端27D的電平為“L”，以斷開具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27，其后過程轉(zhuǎn)到步驟40，在步驟40，對剛才識別為經(jīng)歷短路故障的步進電動機中斷驅(qū)動控制信號的輸出。而后，在步驟41，設(shè)置標記F1，過程移到下一個控制階段。
換句話說，當(dāng)標記F1在步驟31發(fā)現(xiàn)被設(shè)置，并且這是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，設(shè)置標記F2，并且過程轉(zhuǎn)到步驟32，在步驟32，接通具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件27，并且相對于其時選擇為驅(qū)動的步進電動機的故障實行自診斷。根據(jù)診斷結(jié)果，使步進電動機正常操作或中斷其操作。然而，當(dāng)標記F1在步驟31發(fā)現(xiàn)被設(shè)置，并且這不是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，過程轉(zhuǎn)到步驟39而不進行自診斷，以便斷開具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件27(步驟39)，以中斷對步進電動機的驅(qū)動。而且當(dāng)步驟33的結(jié)果為NO時，過程轉(zhuǎn)到步驟39，以便斷開具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件27，以中斷對步進電動機的驅(qū)動。
當(dāng)步驟34的結(jié)果為YES時，即當(dāng)步驟37發(fā)現(xiàn)這是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，過程轉(zhuǎn)到步驟42，在步驟42起動步進電動機，之后轉(zhuǎn)到步驟43，在步驟43重新設(shè)置標記F2，之后轉(zhuǎn)到步驟35，在步驟35執(zhí)行正常控制。
換句話說，當(dāng)步驟31的結(jié)果為NO時，接通具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件27，并且檢查自診斷檢測端27E的電平(步驟32和33)。根據(jù)結(jié)果判斷步進電動機是否經(jīng)歷短路故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)其有短路故障時，中斷對相關(guān)步進電動機的驅(qū)動。因此，相對于所有步進電動機順序?qū)嵭袌D4所示控制，有可能僅對步進電動機9，10，11和E中發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了短路故障的一臺或幾臺電動機中斷驅(qū)動，并且相對于發(fā)現(xiàn)為正常的步進電動機實行正常控制。
因此避免了由于僅單臺步進電動機故障而使所有步進電動機變?yōu)椴荒茯?qū)動的不便。此外，當(dāng)下次識別起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，總是再對任何驅(qū)動控制信號輸出已被中斷的步進電動機實行診斷。如果故障不再存在，可以恢復(fù)正?？刂?。另外，由于在步驟34檢查標記F2，并且如果標記F2被重新設(shè)置就起動步進電動機，所以一臺步進電動機的故障不會防止其它正常步進電動機適當(dāng)?shù)仄饎印?br> 還可能采用一種布置，根據(jù)在對一臺步進電動機中斷驅(qū)動控制信號輸出時，發(fā)現(xiàn)輸入端27D的電平為“H”，以及自診斷檢測端27E的電平為“L”，判定共線對地短路，并且通過使輸入端27D電平為“L”，對所有步進電動機中斷驅(qū)動控制信號輸出。
還可能采用一種布置，根據(jù)僅在對某臺步進電動機輸出驅(qū)動控制信號時，發(fā)現(xiàn)輸入端27D的電平為“H”，以及自診斷檢測端27E的電平為“L”，判定相關(guān)步進電動機短路，并且僅對該步進電動機中斷驅(qū)動控制信號輸出，同時對輸入端27D保持輸出“H”電平。
如上述所說明，驅(qū)動步進電動機的電路包括一個具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件，并且構(gòu)成為利用該智能高壓側(cè)元件的自診斷能力來實行步進電動機的故障診斷。因此能相對于電動機逐一地實行故障診斷，而無需步進電動機附有任何專用反饋信號能力。此外，由于能根據(jù)具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件的輸入和輸出狀態(tài)實行故障診斷，所以用適當(dāng)程序進行處理就足夠，無需添加專用電路。就成本方面來說這一點非常有利。
另外，利用具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)元件的自診斷能力實行步進電動機的故障診斷，并且當(dāng)某臺步進電動機發(fā)現(xiàn)故障時，僅禁止這臺步進電動機的驅(qū)動。因此不會發(fā)生對其它正常電動機停止供電。即使在相對于識別為故障的步進電動機實行保護電路操作時，也不會在正常步進電動機中出現(xiàn)階躍移動，并且可以相對于發(fā)現(xiàn)為正常的步進電動機實行正?？刂?，而不會遇到任何問題。
其次，參考圖5和圖6，將說明控制步進電動機9，10，11和E操作的一種方法，該方法利用具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的自診斷能力，使共驅(qū)動電路21能夠有效地起動步進電動機9，10，11和E。
圖5是表示在共驅(qū)動電路21中實行這種操作控制的操作控制程序的流程圖。在步驟51，檢查指示短路故障的標記F1是否設(shè)置。由于標記F1的初始設(shè)置為F1＝0，所以當(dāng)無短路故障發(fā)生時步驟31的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟52。在步驟52，檢查是否發(fā)出起動指令。如果無起動指令發(fā)出，步驟52的結(jié)果為NO，并且在步驟53實行步進電動機的正?？刂啤．?dāng)步驟52的結(jié)果為YES時，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)出起動指令時，過程轉(zhuǎn)到步驟54。在步驟54，檢查是否所有步進電動機9，10，11和E正常。
圖6是表示在步驟54為檢查步進電動機所實行的處理的詳細流程圖。步進電動機檢查處理從步驟71開始(圖5步驟54)，在步驟71順序輸出驅(qū)動步進電動機9，10，11和E的驅(qū)動控制信號組K11-K14，K21-K24，K31-K34和K41-K44。然后，在步驟72，當(dāng)使智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸入端27D的電平為“H”時，檢查自診斷檢測端27E的電平是否變?yōu)椤癏”。換句話說，在步驟72，智能開關(guān)元件27的自診斷能力用來檢查步進電動機至少為非異常。
當(dāng)在步驟72發(fā)現(xiàn)，在輸入端27D的電平為“H”時，自診斷檢測端27E的電平也變?yōu)椤癏”時，步驟72的結(jié)果為YES，并且過程轉(zhuǎn)到步驟73。在步驟73，檢查當(dāng)使智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的輸入端27D的電平為“L”時，自診斷檢測端27E的電平是否變?yōu)椤癓”。在這種情況下，智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的自診斷能力也用來檢查步進電動機為非異常。
當(dāng)在步驟73發(fā)現(xiàn)，在輸入端27D電平為“L”時，自診斷檢測端27E的電平也變?yōu)椤癓”時，步驟73的結(jié)果為YES，并且過程轉(zhuǎn)到步驟74。在步驟74，判定步進電動機正常。換句話說，當(dāng)步驟72和步驟73結(jié)果都為YES時，判定步進電動機沒有經(jīng)歷短路故障，開路故障或過熱(參見圖3)。其次，在步驟75，在存儲器中存儲標識在步驟74判定為正常的步進電動機的代碼，以及指示其為正常的代碼，并且過程轉(zhuǎn)到步驟55(圖5)。
當(dāng)在步進電動機中發(fā)生某種異常時，步驟72或步驟73的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟76，在步驟76判定步進電動機經(jīng)歷了某種異常。而后，在步驟77，在存儲器中存儲標識在步驟76判定為異常的步進電動機的代碼，以及指示其為異常的代碼，并且過程轉(zhuǎn)到步驟55(圖5)。
在步驟55，根據(jù)在步驟75和77存儲在存儲器中的結(jié)果，識別所有步進電動機是否正常。當(dāng)所有步進電動機正常時，過程轉(zhuǎn)到步驟56，在步驟56起動所有步進電動機，并且轉(zhuǎn)到步驟57，在步驟57對標記F1重新設(shè)置，完成起動操作。當(dāng)在步驟55發(fā)現(xiàn)不是所有步進電動機都正常時，這個步驟的結(jié)果變?yōu)镹O，并且過程轉(zhuǎn)到步驟58，在步驟58，僅起動那些發(fā)現(xiàn)為正常，并在步驟75在存儲器中存儲了它們的代碼的步進電動機，其后轉(zhuǎn)到步驟59，在步驟59設(shè)置標記F1，完成起動操作。
當(dāng)在步驟51發(fā)現(xiàn)標記F1被設(shè)置時，即當(dāng)已發(fā)現(xiàn)至少有一臺步進電動機異常時，過程轉(zhuǎn)到步驟60，在步驟60檢查這是否是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作。如果不是，步驟60的結(jié)果為NO，并且過程轉(zhuǎn)到步驟52。換句話說，當(dāng)不是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，即使標記F1被設(shè)置，也總是執(zhí)行步驟52。當(dāng)是起動器開關(guān)ST的初次斷開到接通操作時，步驟60的結(jié)果為YES，并且執(zhí)行步驟54，而與是否發(fā)出了起動指令無關(guān)。起動當(dāng)然不對在步驟76判定為異常的步進電動機實行，并且布置可以為這樣，即在其后步驟中禁止對其驅(qū)動。
在圖5和圖6所示的起動方法中，智能高壓側(cè)元件27的自診斷能力用來在起動前識別所有步進電動機的正常/異常，并且然后僅對那些發(fā)現(xiàn)為正常的步進電動機實行起動。因此，即使某些步進電動機故障，仍能起動正常的步進電動機，并且能夠根據(jù)共驅(qū)動電路21輸出的驅(qū)動控制信號，正常執(zhí)行它們的操作。即使先前禁止了驅(qū)動控制信號的輸出，由于當(dāng)起動器開關(guān)ST下次從斷開到接通轉(zhuǎn)換時，不變地執(zhí)行另一次檢查(步驟60)，所以仍可能恢復(fù)正?？刂啤＠纾慌_先前因為某種原因過熱而被撤消操作的步進電動機，在其冷卻并在步驟54發(fā)現(xiàn)正常之后，當(dāng)起動器開關(guān)ST再接通時，將被起動并在正常控制下操作。
圖1至圖6所示實施例構(gòu)成為應(yīng)用裝設(shè)在步進電動機9，10，11和E高壓側(cè)的具有保護和診斷能力的共智能高壓側(cè)開關(guān)元件27，對步進電動機9，10，11和E實行故障診斷。然而，本發(fā)明不限于在步進電動機高壓側(cè)設(shè)置具有保護和診斷能力的智能開關(guān)元件，并且本發(fā)明能代之以相同作用應(yīng)用于一種布置，其中具有保護和診斷能力的智能開關(guān)元件裝設(shè)在步進電動機低壓側(cè)。
圖7是表示在具有保護和診斷能力的智能元件裝設(shè)在步進電動機低壓側(cè)情況下，控制裝置布置一例的方塊圖。對圖7所示那些與圖2所示相對應(yīng)的組成元件指定了與圖2那樣的相同標號，并且這里將不再說明。
各臺步進電動機9，10，11和E的多個線圈連接在一起，并且直接連接到電源26的輸出側(cè)，即高壓側(cè)。構(gòu)成驅(qū)動晶體管電路XA-XD的晶體管的發(fā)射極連接在一起，并且通過一個具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28連接到共驅(qū)動電路21的接地端，即連接到低壓側(cè)。具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28和圖2所示具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27有完全相同的布置。它具有端28A-28E，和具有保護和診斷能力的智能高壓側(cè)開關(guān)元件27的端27A-27E相對應(yīng)。
當(dāng)具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28接通時，電流可以在端28A與端28C之間流通。當(dāng)通過外部電路在輸出端28B與接地端28C之間發(fā)生短路或其它類似故障，使負載電流超過預(yù)定值時，具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28通過其內(nèi)部檢測裝置檢測這種狀態(tài)，并且占空控制輸出端28B的輸出。
輸入端28D施加有一個輸入信號，以控制施加在電源輸入端28A的電壓是否從輸出端28B輸出，從而使具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28能夠操作為一個低壓側(cè)元件，以響應(yīng)輸入端28D的輸入，接通/斷開施加在與輸出端28B連接的負載上的電壓。在輸出由輸入到輸入端28D的“H”電平接通時，例如當(dāng)負載為短路狀態(tài)時，自診斷檢測端28E變?yōu)椤癓”電平。輸入端28D和自診斷檢測端28E連接到共驅(qū)動電路21。圖3所示真值表也適于具有保護和診斷能力的智能低壓側(cè)開關(guān)元件28。因此圖7布置按圖2布置相同方式操作。
權(quán)利要求
1.一種在電動機控制系統(tǒng)中診斷電動機故障的方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制多臺步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，該方法包括使驅(qū)動電路驅(qū)動步進電動機的步驟，以及響應(yīng)其時從電源開關(guān)元件獲得的自診斷檢測輸出，對步進電動機實行故障診斷的步驟。
2.一種在電動機控制系統(tǒng)中控制電動機操作的方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制多臺步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，該方法包括當(dāng)電源開關(guān)元件產(chǎn)生一個信號，指示在一臺步進電動機中發(fā)生故障時，禁止從驅(qū)動電路對選擇為驅(qū)動的該臺步進電動機輸出驅(qū)動控制信號的步驟。
3.一種在電動機控制系統(tǒng)中控制電動機操作的方法，該電動機控制系統(tǒng)裝有各與多臺步進電動機的每臺相關(guān)聯(lián)，以控制多臺步進電動機操作的多個驅(qū)動電路，以及與所有多臺步進電動機共同關(guān)聯(lián)，且具有智能短路保護和診斷能力的單個電源開關(guān)元件，該方法包括響應(yīng)步進電動機起動指令，在起動之前對步進電動機順序施加驅(qū)動信號的步驟，根據(jù)其時故障診斷結(jié)果，識別各臺步進電動機是正常還是異常的步驟，以及僅對識別為正常的步進電動機實行起動的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在電源先前斷開之后再接通時，對一臺驅(qū)動控制信號輸出已被禁止的步進電動機再識別有/沒有故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，其后使之能夠正常驅(qū)動。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在電源先前斷開之后再接通時，對一臺驅(qū)動控制信號輸出已被禁止的步進電動機再識別有/沒有故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，判定其返回正常，其后使之起動并能夠正常驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在電源先前斷開之后再接通時，對一臺驅(qū)動控制信號輸出已被禁止的步進電動機再識別有/沒有故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，其后使之能夠正常驅(qū)動，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)有故障時，即使電源已經(jīng)再接通后，仍判定步進電動機的故障繼續(xù)存在，并且保持對驅(qū)動控制信號輸出的禁止。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在電源先前斷開之后再接通時，對一臺驅(qū)動控制信號輸出已被禁止的步進電動機再識別有/沒有故障，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)無故障時，判定其返回正常，其后使之起動并能夠正常驅(qū)動，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)有故障時，即使電源已經(jīng)再接通后，仍判定步進電動機的故障繼續(xù)存在，并且保持對驅(qū)動控制信號輸出的禁止。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在電源先前斷開之后再接通時，對多臺步進電動機再識別有/沒有故障，并且相對于那些其時發(fā)現(xiàn)無故障的步進電動機實行起動。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的高壓側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的低壓側(cè)。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的高壓側(cè)。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的低壓側(cè)。
13.如權(quán)利要求3所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的高壓側(cè)。
14.如權(quán)利要求3所述的方法，其中電源開關(guān)元件裝設(shè)在多臺步進電動機的低壓側(cè)。
全文摘要
一種診斷電動機故障的方法,其根據(jù)一個具有智能保護和診斷能力的電源開關(guān)元件的輸入/輸出狀態(tài)實行診斷,該電源開關(guān)元件由一個控制裝置所使用,以驅(qū)動多臺步進電動機。故障診斷結(jié)果用來僅對那些發(fā)現(xiàn)有故障的步進電動機禁止驅(qū)動。僅對發(fā)現(xiàn)為正常的步進電動機進行起動。該方法使得能夠以低成本系統(tǒng)進行步進電動機的故障診斷和復(fù)雜的操作控制。
文檔編號H02P8/34GK1193759SQ9810545
公開日1998年9月23日 申請日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者櫻井義彥, 水野邦男, 村松直樹, 新井和光 申請人:株式會社杰克賽爾