延长电磁制动控制电路的寿命的系统和方法

技术领域

本公开内容总体上涉及用于控制阻止电机转子运动的电磁制动器的系统和方法。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于延长用于控制电磁(EM)制动系统的操作的电路的寿命的系统和方法。

背景技术

本部分旨在向读者介绍与下面描述和/或要求保护的本技术的各个方面相关的本领域的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开内容的各个方面。因此，应当理解的是，这些陈述应以此为准，而不是被认作现有技术。

电机驱动系统可以包括控制和监测系统，以控制用于阻止转子运动的EM制动器的操作。控制和监测系统可以监测状态以及/或者接收来自各种设备(例如，阀、电动机、各种传感器)、其他合适的监测设备等的信息。控制和监测系统的一个或更多个部件(例如，可编程终端、自动控制器、输入/输出(I/O)模块、通信网络、人机界面(HMI)终端等)可以控制电机驱动系统的操作。对电机驱动系统的操作的控制除了别的之外还可以包括操作用于控制(例如，导通或关断)EM制动器等的电路。由于该电路随时间操作来控制EM制动器，因此某些电路部件可能开始磨损并且可能不太可靠。因此，期望延长用于控制EM制动系统的电路的寿命的改进的系统和方法。

发明内容

下面阐述了本文公开的某些实施方式的概述。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方式的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开内容的范围。实际上，本公开内容可以包括下面可能未阐述的各个方面。

在一个实施方式中，一种系统可以包括机械继电器系统，该机械继电器系统可以耦接至第一导体。该系统还可以包括固态继电器系统，该固态继电器可以耦接至第二导体，使得该第一导体和该第二导体可以耦接至制动系统。该制动系统可以控制转子的运动。该系统还可以包括控制系统，该控制系统被配置成接收用于使转子的运动停止的请求并且响应于接收到该请求向固态继电器系统发送第一信号。该第一信号可以使固态继电器断开。然后，该控制系统在向固态继电器系统发送第一信号之后向机械继电器系统发送第二信号，使得该第二信号被配置成使机械继电器断开。

在另一实施方式中，一种方法可以包括经由处理器接收使转子运动的请求。该方法可以涉及响应于接收到该请求向机械继电器系统发送第一信号，使得该第一信号可以使机械继电器闭合。该机械继电器系统被配置成将第一导体耦接至EM制动器。该方法还可以包括在向机械继电器系统发送第一信号之后向固态继电器系统发送第二信号，使得该第二信号可以使固态继电器闭合。该固态继电器系统可以将第二导体耦接至EM制动器，使得该EM制动器在经由第一导体和第二导体接收电力之后断开。

在又一实施方式中，一种非暂态计算机可读介质被配置成存储可由处理器执行的指令，该指令在由该处理器执行时使该处理器接收用于使转子的运动停止的请求。然后，该处理器可以响应于接收到该请求向固态继电器系统发送第一信号，使得该第一信号可以使固态继电器断开。该固态继电器可以将电源耦接至EM制动系统，该EM制动系统被配置成控制转子的运动。此外，该处理器可以在向固态继电器系统发送第一信号之后向机械继电器系统发送第二信号，使得该第二信号可以使机械继电器断开并且将电源与EM制动系统解耦。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开内容中描述的实施方式的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，贯穿附图，相似的附图标记表示相似的部分，在附图中：

图1描绘了根据实施方式的电磁(EM)制动系统的框图；

图2描绘了根据实施方式的图1中的可以控制继电器系统的操作的EM制动系统中的继电器系统的框图；

图3是根据实施方式的用于使EM制动系统解除并且锁定转子的运动的方法的流程图；以及

图4是根据实施方式的用于使EM制动系统启动并且允许转子的运动的方法的流程图。

具体实施方式

下面将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简要描述，可能在说明书中未描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，都必须做出许多特定于实现方式的决定，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能在一个实现方式与另一个实现方式之间不同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的普通技术人员而言，仍将是设计、制造和加工的例行工作。

当介绍本公开内容的各种实施方式的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或更多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列元件之外可能还可以存在其他元件。下面将描述本文描述的本实施方式的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简要描述，可能在说明书中未描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，都必须做出许多特定于实现方式的决定，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能在一个实现方式与另一个实现方式之间不同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的普通技术人员而言，仍将是设计、制造和加工的例行工作。

本公开内容总体上涉及电磁(EM)制动系统。在一些电机驱动系统中，机电(EM)制动电路可以用于停止或降低转子的速度。EM制动器可以用作电机驱动的一部分以允许或阻止转子在电机中的旋转。为了锁定或解锁转子，EM制动电路可以分别以解除(disengaged)模式或启动(engaged)模式操作。当在解除模式与启动模式之间切换时，电源可以耦接至控制EM制动电路的操作的线圈(例如，继电器线圈)。在一些实施方式中，处理器可以通过断开或闭合开关的方式来控制开关以将电源连接至线圈。针对开关，可以使用各种技术，并且开关可能会受到与所使用的相应技术相关联的某些缺陷导致的可靠性降低的影响。

例如，在一些实施方式中，EM制动电路可以采用机械继电器来控制EM制动器在何时闭合以使转子的旋转停止或者在何时断开以允许转子旋转。随着时间推移，随着机械继电器断开和闭合，机械继电器的触点(例如，或接触器)可能由于电弧、触点弹跳和其他现象而磨损。在一些示例中，由于机械继电器的磨损，机械继电器可能不再如预期操作，从而阻碍对EM制动器的有效控制。在其他实施方式中，可以使用固态继电器来克服机械继电器的磨损问题。然而，在一些情况下，固态继电器会暴露于可能导致固态继电器短路的瞬变电气特性，从而再次阻碍对EM制动器的有效控制。

为了减小磨损并且增加EM制动电路的可靠性，本公开内容详述了电路部件，所述电路部件可以与EM制动电路一起使用，以减少操作EM制动器的机械继电器上可能发生的磨损并且增加固态继电器对EM制动器进行操作的可靠性。例如，EM制动电路可以利用机械继电器和固态继电器两者来克服彼此的缺陷。也就是说，可以将机械继电器和固态继电器(例如，隔离的TRIAC、背对背SCR或IGBT)放置在不同导体上的电源与EM制动器之间。当这两个继电器闭合时，电源可以耦接至EM制动器，从而使EM制动器解锁并且允许转子的运动。

通过采用机械继电器和固态继电器两者来控制EM制动器的操作，本实施方式利用两种不同的开关技术来延长EM制动电路的整体操作寿命。例如，本文描述的实施方式可以包括在闭合固态继电器之前闭合机械继电器，使得当机械继电器闭合时不存在电流。以相同的方式，本文描述的实施方式可以包括在断开机械继电器之前首先断开固态继电器，使得在电流减小到零之后机械继电器被断开。因此，由于电流对于引起电弧和类似类型的现象具有有限的有效性，本文描述的实施方式减少了机械继电器的触点上的磨损。下面参照图1至图4提供关于本文描述的实施方式的附加细节。

通过介绍，图1是具有电源12、变压器14、电机驱动系统16和控制系统18的示例性EM制动系统10的框图。电源12作为任何合适的三相电力源，例如，发电机、电力设施等。电源12可以通过三条传输线将电力提供至变压器14，并且变压器14可以将接收到的电力变换为经变换(例如，升压、降压)的电力以提供至电机驱动系统16。三条传输线的使用是示例性的并且在不同的实施方式中可以使用不同数目的电力传输线。变压器14可以部分地根据电机驱动系统16的电力规格来转换电力。变压器14可以将经变换的电力提供至驱动电路20，使得经变换的电力可以被修改以控制电机25。电机25可以使用以交流电或直流电形式的一定水平的电力来控制转子26的旋转。也就是说，驱动电路20可以提供电力以使电机25通电，以控制电机25的转子26和轴的运动。

在一些实施方式中，EM制动器24可以用于锁定和解锁转子26的运动。EM制动器24可以为电磁制动器，其使用电磁力以向转子施加机械阻力(例如，摩擦力)来使运动减慢或停止。在一些实施方式中，EM制动器24可以由继电器系统22控制。也就是说，继电器系统22可以经由某些开关部件控制至EM制动器24的电流或电力的流动，以控制EM制动器24的操作。例如，由变压器14输出的两相电力可以分别经由保险丝27和保险丝28提供至继电器系统22。当继电器系统22内的开关部件(例如，继电器)闭合时，继电器系统22可以将由变压器14输出的两相电力耦合至EM制动器24。当电力被提供至EM制动器24时，EM制动器24可以断开以允许转子26的运动。另一方面，当从EM制动器24断开电力时，EM制动器24可以闭合以使转子26的运动停止。

为了控制继电器系统22、EM制动器24和驱动电路20的操作，控制系统18可以向各个设备发送控制信号。在一些实施方式中，控制系统18可以包括计算装置或任何其他合适的控制设备，该计算设备或任何其他合适的控制设备可以经由任何合适的通信网络(例如，有线网络、无线网络和/或两者的组合)与本文描述的设备进行通信。另外，控制系统18可以包括具有通信能力、处理能力等的计算设备、控制器、驱动器、处理电路等。例如，控制系统18可以为任何合适的处理电路，包括可编程逻辑控制器(PLC)、可编程自动控制器(PAC)或者可以监测、控制和操作工业自动化设备或部件的任何其他控制器。控制系统18可以并入至任何物理设备(例如，工业自动化部件)中或者可以实现为独立的计算设备(例如，通用计算机)，诸如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动设备计算设备等。

控制系统18可以从各种传感器、保险丝或其他部件接收数据以控制EM制动系统10的至少一部分的操作。例如，控制系统18可以从保险丝27和/或保险丝28接收数据，并且控制系统18可以使用所述数据来控制继电器系统22的操作。

继电器系统22除了别的之外还可以包括机械继电器34、机械继电器控制系统38、固态继电器33、固态继电器控制系统36、制动反馈传感器42和保险丝传感器44，如图2所示。继电器系统22可以从控制系统18接收指示某些操作指令的信号。在某些实施方式中，保险丝27和保险丝28可以提供过电流保护和/或过电压保护，并且如果继电器系统22确定保险丝27和保险丝28处于开路状态，则继电器系统22可以向控制系统18发送控制信号以指示存在故障状况。然后，控制系统18可以基于当前的故障状况进而向驱动电路20发送控制信号以修改电机25的操作。虽然继电器系统22被示出为连接至由变压器14输出的两条线，但是应当注意的是，继电器系统22可以连接至由变压器14或其他合适的电力转换器/电力源输出的线的任何组合。

现在参照图2，图2是上面描述的继电器系统22的框图。如图2所示，继电器系统22可以包括耦接至第一导体的固态继电器33和耦接至第二导体的机械继电器34，使得固态继电器33和机械继电器34可以在变压器14和与电机25相关联的EM制动器24之间形成第一导电路径和第二导电路径。在一些实施方式中，固态继电器控制系统36可以通过向固态继电器33的栅极提供电力或者断开到固态继电器33的栅极的电力来控制固态继电器33的操作。以相同的方式，机械继电器控制系统38可以通过向机械继电器34的线圈提供电力或者断开到机械继电器34的线圈的电力来控制机械继电器34的操作。此外，控制系统18可以分别向固态继电器控制系统36和机械继电器控制系统38提供控制信号以控制固态继电器33和机械继电器34。制动反馈传感器42可以检测电机25和EM制动器24的操作状态。保险丝传感器44还可以用于监测可以作为EM制动系统10的一部分的保险丝的保险丝状态。

通过操作，可以闭合固态继电器33和机械继电器34以将两个导体从变压器14耦接至EM制动器24，以允许电机25运动。也就是说，提供至EM制动器24的电力可以使EM制动器24的部件通电，从而使EM制动器24断开并且解锁电机25的轴或转子26的旋转。为了控制固态继电器33的操作和机械继电器34的操作，控制系统18可以向固态继电器控制系统36发送信号以将电压信号从固态继电器33的栅极移除，以及/或可以向机械继电器控制系统38发送信号以移除提供至机械继电器34的线圈的电压。将电压信号从固态继电器33的栅极移除以及/或者将电压从机械继电器34的线圈移除可以使相应的继电器设备断开。在变压器14与EM制动器24之间的任何导体上的开路可以使EM制动器24断电并且使EM制动器24闭合以及转子26的运动停止。

控制系统18可以从制动反馈传感器42、保险丝传感器44或各种其他传感器接收数据，并且使用所述数据来控制继电器系统22的操作。例如，控制系统18可以接收指示电机25的温度超过阈值的传感器数据。基于所述传感器数据，控制系统18可以控制固态继电器控制系统36和/或机械继电器控制系统38，以使EM制动器24闭合并且使转子26的旋转停止。

为了使机械继电器34的磨损最小化，在某些实施方式中，控制系统18可以根据程序控制固态继电器33的操作和机械继电器34的操作。例如，当通过闭合EM制动器24来使转子26的旋转停止时，控制系统18可以向固态继电器控制系统36发送第一信号以将栅极信号从固态继电器33的栅极移除，从而使固态继电器33关断并且电子地断开变压器14与EM制动器24之间的连接。如此，EM制动器24可以从解锁状态转变为锁定状态，其中转子26的运动可以被限制为停止。然后，控制系统18可以向机械继电器控制系统38发送第二信号以将电压信号从机械继电器34的线圈移除，从而使机械继电器34的触点断开，使得变压器14与EM制动器24不电耦接至彼此。

由于固态继电器33的断开移除了来自耦接至机械继电器34的导体中的电流的存在，因此前述实施方式可以通过限制机械继电器34暴露于电流切换来减少机械继电器34的磨损。此外，控制系统18可以利用固态继电器33来控制EM制动器24，以及在固态继电器33变得不可操作的情况下利用机械继电器24来控制EM制动器24。也就是说，在一些情况下，固态继电器33会暴露于可能使固态继电器33短路至闭合状态的电噪声或瞬变，从而限制固态继电器33控制EM制动器24的能力。如此，在固态继电器33变得不可用的情况下，机械继电器34仍然可以用于控制EM制动器24的操作。

虽然继电器系统22的前述描述包括固态继电器控制系统36和机械继电器控制系统38作为单独部件，但是应当注意的是，提供这些部件的描述是出于说明的目的，并且本文描述的实施方式不应限于此。实际上，在一些实施方式中，固态继电器控制系统36的功能和机械继电器控制系统38的功能可以被并入至控制系统18或任何其他合适的控制部件中并且由控制系统18或任何其他合适的控制部件执行。

为了进一步阐明继电器系统22的操作，图3是用于操作继电器系统22以通过控制EM制动器24的操作使转子26的运动停止的方法46的流程图。虽然方法46被描述为由控制系统18执行，但是应当理解的是，方法46可以由任何合适的部件执行。例如，计算设备或任何合适的处理电路可以执行方法46的一些或全部。

现在参照图3，在块48处，控制系统18可以接收用于使转子26的旋转停止的请求。该请求可以经由对控制系统18的用户输入来接收。在一些实施方式中，控制系统18可以基于从EM制动系统10中的各种传感器接收到的数据自动地生成该请求。

在块48处接收到该请求之后，控制系统18可以进行至块50并且向固态继电器控制系统36发送信号，指示移除提供至固态继电器33的栅极信号。在固态继电器控制系统36将栅极信号从固态继电器33的栅极移除之后，固态继电器可以断开并且在变压器14与EM制动器24之间创建开路，从而使EM制动器24闭合并且使电机25的转子26或轴的运动停止。

在一些实施方式中，在块52处，控制系统18可以等待针对转子26的运动变成完全停止的阈值时间量。在某些实施方式中，阈值时间量可以被预先确定。在其他实施方式中，阈值时间量可以由处理器或控制系统38基于来自EM制动系统10中的各种传感器的反馈来确定。也就是说，在一些情况下，各种传感器可以提供指示在断开机械继电器34之前与EM制动器24相关联的电压和/或电流变为0的时间的数据。该传感器数据可以指示转子26变成完全停止并且因此可以用于确定阈值时间量。

然后，在块54处，控制系统18可以向机械继电器控制系统38发送第二信号以移除提供至机械继电器34的线圈的电压。通过等待阈值时间量，控制系统18可以限制机械继电器34将要暴露于相应导体上存在的电流切换信号或瞬变信号的可能性。可以将延迟限定为预计转子26或轴的运动停止之前的阈值时间量(例如，10毫秒至15毫秒)、用于导体中存在的电流消散的预计时间量等。通过执行方法46，控制系统18可以通过限制机械继电器34暴露于电流切换和其他电弧现象来减少机械继电器34的磨损。

考虑到前述内容，图4是用于操作继电器系统22以恢复转子26的运动的方法56的流程图。虽然方法56被描述为由控制系统18执行，但是应当理解的是，方法56可以由任何合适的部件执行。例如，计算设备或任何合适的处理电路可以执行方法56的一些或全部。

现在参照图4，在块58处，控制系统18可以接收启动转子26的运动的请求。该请求可以经由对控制系统18的用户输入来提供。在一些实施方式中，控制系统18可以在基于由各种传感器接收到的数据检测到适用于转子26开始运动的状况之后生成该请求。

在块58处接收到该请求之前，固态继电器33和机械继电器34都处于断开状态，从而防止电力到达EM制动器24并且使EM制动器24保持闭合。

在块58处接收到该请求之后，控制系统18可以进行至块60并且向机械继电器控制系统38发送信号。该信号可以使机械继电器控制系统38将电压信号连接至机械继电器34的线圈。然后，机械继电器34可以闭合并且将变压器14与EM制动器24连接。

在块62处，控制系统18可以在进行至块64之前等待阈值时间量。在块64处，控制系统18可以向固态继电器控制系统36发送信号，使得固态继电器控制系统36可以将栅极信号提供至固态继电器33的栅极，从而使固态继电器33闭合。在机械继电器34和固态继电器33都闭合之后，可以经由通过与机械继电器34和固态继电器33相关联的导体提供的导电路径使EM制动器24通电。在通电之后，EM制动器24可以断开并且允许转子26或轴的运动。通过设计，机械继电器34可以在固态继电器33之前闭合，以限制电流切换暴露于机械继电器34。

虽然本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真实主旨内的所有这样的修改和变化。