監測碰撞的方法與流程
2023-05-23 00:37:46
本發明涉及周期性運動的碰撞監控的方法，具體為權利要求1中所述的電力驅動的部件和權利要求10中所述的容器處理設備。
背景技術：
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從之前的文章中，已經得知道監測部件運動的方法，或控制運動的方法。
因此，諸如EP 1 858 153A2公開了一種方法，根據該方法，被測變量的時間分布，在這種情況下，負載元素上傳感器電力驅動的旋轉速度受到控制，且該旋轉速度的短暫變化由檢測設備進行評估，然後，通過評估，該影響證明負載存在不允許的旋轉碰撞狀態，且通過合適的反饋信號，電動驅動操作的控制參數將會被改變。通過該方法，可以確認在提供的參數範圍內出現了運動部件的運動，該運動可以降低發生碰撞的風險。
再者，眾所周知，對於電力驅動的部件來說，例如，使用伺服傳動裝置通過控制設備驅動，從而為運動的特定參數提供極限值，例如扭矩的速度或傳動，或傳遞到電機的電流。這些極限值作為一種指示，說明當超出極限值時，會發生運動部件與設備的另一個元件的碰撞，如果驅動器沒有被立即關閉，則會導致對整個容器處理設備造成相當大的損失。為此，當超出極限值時，應將驅動器停止，以避免對機器造成更嚴重的損壞。再者，這些極限值也可用作監測機器的常規功能。
但是，這種極限值的確定被認為非常困難，因為在運動過程中，由於部件的負載，傳送的扭矩以及可運動部件在運動過程中的速度，運動部件可能發生波動。因此，部件的負載可能在運動的過程中發生變化，例如，通過接收或轉移容器，或通過摩擦阻力，或通過改變料位，或通常情況下運輸容器的重量。特別是，實際上周期性運動的，同時在這種周期性運動中有靜止階段的部件，會暫時改變加速度，這時，這種極限值的定義比較困難。到目前為止，需要選擇足夠高的極限值，從而使機器在無故障運行過程中，不會觸發任何錯誤警報。另一方面，極限值需要進行調節，從而使故障，特別是部件或容器的碰撞，儘可能直接確定，以避免造成進一步的損壞。這些要求互相矛盾，因此，極限值的測定非常困難。
問題：因此，從已知的現有技術開始，現有發明潛在的問題是提供一種監測碰撞的方法，允許對極限值進行可靠測定，且將更好地避免意外的故障警報。
技術實現要素：
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根據本發明，上述問題可以通過權利要求1中所述的碰撞監測方法和權利要求10所述的容器處理設備解決。優選方案包含在從屬權利要求中。
根據本發明所述的碰撞監測的方法，的特徵是：部件當前運動周期的被測變量的極限值是在對之前周期被測變量的測量的基礎上動態確定的。因此，即使在正常的沒有碰撞發生的運行過程中，可能發生與可運動部件的移動剖面相關的變化，這種變化確定在可允許的範圍內。該方法允許適應相應的測定變量的極限值，這樣，通常的波動不會由於超出設定的極限值，而導致故障警報，儘管此時並沒有發生任何碰撞。再者，可以保證能夠可靠測定碰撞，且可以在對機器造成太大損壞之前，將驅動器關閉。
在一個實例中，部件運動當前周期的被測變量的極限值是在對前一個周期被測變量的測量的基礎上動態確定的。因為在沒有任何故障發生的常規運行中，連續幾個周期的測定值的概況僅有細微差別。考慮到這些細微變化，可能對極限值進行調整，同時減少發生錯誤警報的風險。
進一步的實例為，當前周期內被測變量的極限值可能與之前階段被測變量的極限值不同，最多為最大絕對值或最大相對值。因此，在規定極限值時，能夠將例如由於部件和驅動器在使用造成的常規磨損而導致的差異考慮在內。
在該實例的特殊情況下，最大絕對值和/或最大相對值的確定是以容器處理設備工作時長為基礎，和/或以部件使用時長的基礎，和/或以驅動部件的電機的使用時長為基礎的。因此，通過確定在較長一段時間內，極限值的變化梯度，可以評估機器或部件的哪種損壞程度導致變化的發生，且應該考慮對以後的極限值測定進行相應更正。
另外，可以規定極限值在整個周期內為非常數函數，或者在整個連續的周期段內恆定。對於可運動部件，例如以旋轉速度進行旋轉，在整個持續階段內非恆定，則可以使用非常數極限值，以避免觸發錯誤警報
進一步地，該方法包含被測變量最少為傳遞到部件的一個扭矩，驅動裝置的輪廓誤差，電機電流或負載扭矩。這些變量表明部件的運動，且能夠精確確定，從而使極限值的確定非常精確。
如果規定部件運動周期的極限值和前一周期的極限值之間的不同，在多個連續階段內始終有相同的符號，則說明，為了確定被測變量的極限值，應進一步收集並考慮實時驅動設備的狀態值。指示同一方向的累積偏差(符號相同)表明，由於其使用壽命以及相關磨損，機器在可運動部件的運動剖面中，經過了一次變化。考慮到狀態值，通過相應的更正，例如容器處理設備的使用壽命，當計算極限值時可能會考慮這種誤差。
因此，可能指出，存在相同符號時與時間相關的矯正值來源於驅動器狀態值的考慮，並且相加於當前周期的極限值的計算。通過該矯正值，可以考慮這些狀態值的變化，且可以更加有效地避免錯誤警報。
依照該方法的一個實例為，除了在碰撞檢測過程中的極限值，應考慮運行狀態，至少包括部件的一次加速度、空轉或生產。如果，例如，已經確定了滿載情況下操作容器處理設備的極限值，則該極限值可能不代表部件的加速度或初始相位，或部件的運動，或容器處理設備的空轉，這就說明為什麼這些運行狀態應分別進行考慮，以避免試運行過程中的錯誤警報。
依照本發明，提供一種容器處理設備，該設備按照執行以上所描述的實例中的某一個的碰撞監測方法的要求裝配。
因此，容器處理設備包含至少一個用於探測部件位置的傳感器，用於探測部件加速度的傳感器，用於探測表示驅動器功能的溫度值的傳感器，以及探測部件負載的傳感器。
進一步地，可以提供一個非易失性存儲器指定給控制單元，它將經計算得到的極限值進行存貯，從而使控制部件能夠讀取使用。
在進一步的實例中，在上述非易失存儲器中進一步存儲用於計算極限值的運行參數，使其能夠通過控制部件進行恢復。這樣，不僅可以將極限值相互比較後用於計算，例如，測試極限值的正確性是否一定是由容器處理設備部件的磨損造成的，而且，可以確定運行參數的不規則情況，這些有利於極限值的計算。
進一步地，根據本發明，提供一種可選擇的監測在容器處理設備中所傳送的容器的碰撞方法，容器處理設備中帶有一個部件或另一個在容器處理設備中被傳送的容器，其中規定了表示容器與部件或其他容器的碰撞的被測變量的極限值，當超出時，容器處理設備停止運行，其特徵是，當前容器運動的被測變量的極限值是根據已經由容器處理設備傳送的容器在其處理時對其被測變量的測量而動態確定的。因此，例如錯誤傳輸的容器發生的碰撞可以及時發現，且可以將機器關閉，以避免發生碰撞。
進一步地，一個處理如瓶子的容器的容器處理設備，按執行如權利要求14所述的碰撞監測方法的要求進行裝配。
附圖說明：
圖1為執行本發明所述方法的容器處理設備的結構示意圖；
圖2a和b在一個運動周期內被測變量和極限值的曲線示意圖；
圖3a到c不同實例中，計算出的極限值及相關的被測變量關係的示意圖；
圖4在故障期間部件運動的被測變量概況的示意圖；
具體實施方式
圖1按照圖示展示了一個容器處理設備100，該設備使用本發明所述的碰撞監測方法。容器處理設備100可以包括一個帶有星形轉架112的餵入機構101。星形轉架包含一個或多個夾持機構113，利用該裝置，可以接收容器130，並且將它傳送至帶有旋轉傳送機構的處理設備102，在旋轉傳送機構上設置有多個處理位置122。星形轉架繞R軸旋轉，旋轉傳送機構121繞D軸旋轉。旋轉傳送機構和星形轉架由驅動器驅動。對此，圖中沒有顯示，但顯示了驅動星形轉架112的驅動器的驅動軸111。
因此，本發明的容器處理設備包含至少兩個可運動部件，即星形轉架112及旋轉傳送機構121。根據本發明，也可以只提供一個可運動部件。其基本點是，為實現本發明所述的方法而設計本設備，由於設備中可運動部件和另一個部件之間發生故障，可能會發生碰撞。因此，容器處理設備100不是必須這樣配置，但這可以以其他不同的方式實現。
以下，對兩個部件的碰撞進行了參考性的描述，它涉及與部件或其他容器的碰撞的容器，由此，可能導致損壞。例如，如果對容器的夾持柱面不正確，可能會造成與設備不動的或運動的部分產生碰撞。一個運動部件也可能與一個同設備相對固定的容器碰撞。可運動部件與機器的另外的部件之間的碰撞相關的實例，同時也適用於可運動部件與機器中不可運動或可運動容器的碰撞。
為了監測運動部件運動情況的工作狀態或特定工件或被測變量，可設置多個傳感器。安裝確定運動部件在其運動過程中的位置或加速度的傳感器、確定其溫度值的傳感器，特別是要安裝驅動器或潤滑劑的溫度值以及軸承的溫度的傳感器。
可選擇地，容器被傳送到容器處理設備中的運動可以通過傳感器進行監測，以確定其位置並監測其運動。
本發明所述的方法尤其適用於伺服驅動器，這是因為獨立的可運動部件之間的運動，沒有直接的機械連接(例如旋轉星112以及傳送帶121)。因此，必須用電通過控制單元150對相互之間的運動輪廓進行控制進行調整。但是，在這種情況下，也可以使用其他的驅動器，特別是各種形式的電力驅動。
如圖1所示的容器處理設備100，由於對星形轉架112和旋轉機構121的運動的錯誤調整，可能會發生碰撞。例如對於的夾持機構113，在旋轉機構設有其空間，但沒有設置處理空間，因此，由於不同的幾種原因，會發生碰撞。例如，驅動器可能會發生故障或失靈，因此，傳遞給可運動部件的扭矩與其趨勢不一致，因此，可運動部件(星形轉架或旋轉傳送機構)的轉彎和向前的運動與另一部件相關，因此，碰撞會發生。更進一步的例子為，由於可運動部件的物理因素(鬆動部件掉入星形轉架或旋轉傳送機構，或類似情況)的影響而失靈，最終導致碰撞。這同樣也包括其他影響，影響某個可運動部件的運動，或在某個方面對其產生影響，使其不能按照預期運轉，且由於該影響，會與其他部件發生碰撞。
控制單元150，通過調節電驅動器或電機的供電，一方面對星形轉架112的運動進行控制，另一方面對旋轉傳送機構121進行控制，從而對電機傳輸到驅動軸111以及星形轉架112的扭矩進行調節。
運動部件(例如星形轉架112或旋轉傳送機構121)在循環或其周期運動過程中，扭矩會產生波動，特別是，當可運動部件啟動時，必須有一個比容器以恆定的速度運動期間更大扭矩。為了及時探測碰撞，應規定或確定反映運動的被測變量——如傳輸到星形轉架112的扭矩的極限值。在在先的文章中，已經知道了極限值的基本定義。因此，對碰撞的監測轉變為測定是否超出被測變量的極限值。如果測定值，例如傳輸到星形轉架112的扭矩超出極限值，則控制單元將對此進行判定，表明星形轉架和旋轉傳送機構之間發生了碰撞。但是，由於任何情況下都可能發生相應的被測變量的波動，例如啟動時或在常規運動軌跡下，很難通過這種方式確定極限值從而避免錯誤報警，更好地實現對碰撞監測。
因此，根據本發明，對可運動部件運動的每個周期的極限值是重新確定的。為實現這一目的，可運動部件當前運動周期的被測變量的極限值的確定是以對可運動部件之前運動周期的運動情況為基礎的。如果在之前的周期中沒有可運動部件的碰撞，因而沒有發生超出之前的極限值的情況，則在可運動部件(如星形轉架112)運動過程中對被測變量(如扭矩)的測量假定為符合常規功能或運動軌跡。對於可運動部件即將到來的運動周期(例如，星形轉架112的下一個旋轉)這個被測變量的輪廓用於決定新的極限值，它表示被測變量在下一周期可被接受的最大偏差，在這個極限值範圍內，可運動部件在這個周期被測變量的真實輪廓或伴隨的真實運動可認為是不會產生碰撞。當然，規定可運動部件運動的被測變量的極限值，不僅是以之前最近周期被測變量為基礎，而且，要考慮之前多個周期發生的情況，從而確定當前周期的極限值。
另外，圖2a和圖2b顯示了之前周期被測變量的兩種可能的輪廓，以及計算出的可運動部件下一運動周期的極限值的輪廓圖。
在2a和圖2b中，傳遞到可運動部件的扭矩被設置為被測變量。當然，也可以想像其他被測變量，例如運動部件進行的加速度，或可運動部件或負載力矩的慣性導致的、或電機供電電流導致的、可測量的、驅動器輪廓錯誤。圖2a中展示的曲線241對應之前周期中測量的、作用在可運動部件上的扭矩。對於下述說明，假設被測變量的該輪廓圖在極限值以下，是之前周期的特徵，因此，沒有探測到任何碰撞。從曲線241的這些值，然後計算極限值242，該值用作可運動部件下一運動的極限值。任何時候的該極限值與決定性被測變量241的差別為值Δ。因此，可以將可運動部件的變化行為考慮在內。例如，如果傳遞到可運動部件上的扭矩由於部件磨損發生變化，下一周期的扭矩將與輪廓241不同，例如，類似於輪廓圖243。儘管沒有發生任何碰撞，但是與之前的被測變量的輪廓圖有偏差。在確定極限值242時，與之前周期被測變量241的輪廓圖之間的偏差為值Δ應當考慮在內。對於使用極限值242的下一周期，傳遞到可運動部件的扭矩對應時間軌跡，該圖位於極限值242以下，控制單元150將該事實解釋為正常功能，而不是與可運動部件的碰撞，因此沒有觸發任何錯誤警報，且如果情況符合，則將容器處理設備關閉。
與每次固定的極限值相比，帶來的優點是：將傳遞到可運動部件的扭矩的變化考慮在內，該變化不會影響可運動部件的正確運動軌跡，或不會影響碰撞的發生，且不會觸發任何錯誤警報。但是，同時，探測到超出極限值，該值很可能導致碰撞的發生，且將機器關閉。
圖2b展示了可選擇的情況：可運動部件的在前一運動周期的被測變量的另外一個輪廓圖251，隨後周期中將從該圖中得出極限值252。經過與圖2a(曲線241)中展示的之前運動周期的被測變量進行對比，根據圖2b中顯示的可運動部件的常規運動扭矩在整個周期內基本不變，但是在t1到t2的範圍內明顯波動。如果使用固定極限值，對於象波動這種在實際上屬於可運動部件運動正常的情況，它也會導致虛假警報，且將導致機器停止。但是，依照本發明，確定可運動部件運動在隨後周期的極限值252，從而對波動給予平衡。因此，儘管被測變量的輪廓或下一周期的扭矩253與之前周期251的扭矩的輪廓不同，也不會觸發錯誤警報。
優選的，圖2a和圖2b中描述的確定極限值的過程，如果被測變量的變化是由於容器處理設備使用時長的增加，例如由於磨損。儘管短期變化，即從一個周期到下一個周期的變化，相對來說比較小，且明顯小於被測變量值的1％，這樣運動部件在工作幾年、經過幾千個周期後其才會發生可以注意到的偏差，但是這種偏差不會導致碰撞的發生。例如，在容器處理設備運行幾年之後，當前周期被測變量的輪廓與容器處理設備運行實施的第一個周期相比，將產生幾個百分比的偏差。而對於使用固定極限值的情況，除非極限值足夠高，或設置得與試運行階段被測變量的輪廓足夠不同，儘管實際的波動沒有超過極限值，這種偏差也必然會導致錯誤警報。因此，實際發生的碰撞可能不會被及時探測到。
因此，依照本發明，極限值的確定，也應將被測變量在較長一段時間內的輪廓變化考慮在內。對此，圖3顯示了確定極限值的進一步的實例——基於可運動部件在之前周期內運動情況確定被測變量極限值。
因此，圖3顯示了之前周期被測變量的輪廓341，為常數函數。此處代表性使用的被測變量又是扭矩，該值在運動過程中不變。對此，可以規定極限值342，該值與被測變量341之間的區別為值Δ，且該值允許被測變量輪廓的輕微波動，因此，這就是當前周期內可運動部件的運動。
在圖3b中，顯示了幾個階段內被測變量的輪廓。此處從351到353的這些曲線清楚地表示了由於磨損導致的被測變量的輪廓的變化。因此，例如曲線351對應容器處理設備試運行過程中被測變量的輪廓。曲線352對應運行一年之後的輪廓，且，曲線353對應運行兩年之後的輪廓。曲線352與曲線351之間的平均間距為值d2，曲線353和曲線352之間的平均間距為值d1.因此，曲線352和351之間的區別，以及曲線353和352之間的區別均為正值，因此符號相同，且對應「相同方向」的變化。被測變量輪廓長時間之後此類變化的特徵就是磨損。
在下列情形時可將上述情形考慮在內：可運動部件隨著曲線353運動一個運動周期的極限值354，並非只根據圖2a和圖2b中描述的最後一個或前面的被測變量的輪廓確定，同時，矯正值應考慮機器的磨損。該矯正值可以重複進行計算，也可以在每個周期重新確定。但是，同時也指出，該矯正值可以進行規定，從而使其用於至少特定數量的以下可運動部件的運動周期。之後，將其儘可能設置到足夠大，以便將幾個周期內被測變量輪廓的變化考慮在內，然後將其儘可能設置到足夠小，以便可靠、確實探測可能發生的碰撞。再者，該矯正值也可以進行規定，從而使下一周期的極限值偏離之前周期被測變量的輪廓，不僅通過常量值，而是整個極限值輪廓都有所不同，特別是「流動分離」，因此，在試運行時，測量變量中的急劇變化(例如扭矩的變化)隨著時間的推移進展大幅減小，因此，對於扭矩的相應變化，需要更多的時間。在確定極限值的輪廓時，可以將其考慮在內。
可選擇地，通過判定幾個周期可運動部件的運動，可以將機器的磨損考慮在內。因此，在極限值變化是否由於磨損可以確定的基礎上，可以做形成一個梯度表，從而在確定極限值時考慮是否將磨損考慮在內。如果是這種情況，則可以考慮，在計算極限值的過程中，考慮進一步的校正項時應將磨損考慮在內。
進一步地，極限值可能根據圖3c的描述適應性地進行規定。關於這點，適應性應這樣理解：關於被測變量的輪廓，例如在可運動部件運動一個階段後，顯示劇烈波動的輪廓361，可以規定一個極限值，該值不需要遵循該輪廓，但是將被確定為一個常數值，如曲線圖362所示，或通過之前階段中被測變量的輪廓使用平均函數描述。為了計算極限值，例如，被測變量361的輪廓可以分成幾個部分，從s1到s6。在這些部分中，極限值可以規定為測量值361的輪廓的線性近似，並可以通過補償，被用作運動隨後周期的極限值，如曲線363所示。同樣在此處也有可能是其他近似值，例如平方近似，或基於有限泰勒級數(此處根據需要的準確性，應使用N項)的近似值。基本上，可運動部件的運動的下個周期的極限值，與可運動部件的被測變量或其之前運動周期被測變量的輪廓是不同的，它是個常數或百分值。前者是指下一周期中的沿時間的每個點，極限值是一個常數，極限值為常數Δ不同於上之前周期沿被測變量在這個時間的原始值。在這種情況下，在這種情況下，g(t)＝f(t)+Δ(1)適用，其中g(t)為描述極限值輪廓的函數，f(6)為描述可運動部件運動前一周期被測變量的輪廓的函數。相反，後者意味著，對於極限值輪廓，(t)＝f(t)+αf(t)(2)適用，其中αε為(0；1)。混合也是可能的，例如值Δ(為根據時間選擇的，但是不依賴f(t)。再者，文中可能指出，在圖2b中給出的實例中，被測變量251的輪廓的截出部分的極限值由等式(1)確定，其中被測變量幾乎不變，對於時間L和t2之間的截出部分，輪廓線由等式(2)確定。
關於圖3n描述的矯正值，根據可運動部件運動前一周期被測變量的輪廓，也可能被規定為常數值，或時間變量，或百分比值。
圖2和圖3中說明的極限值，全部位於可運動部件運動之前周期的測量變量的輪廓以上。但是，我們知道，可以規定兩個極限值，之後，將被確定為之前一個周期或之前幾個周期被測變量的輪廓的框架。因此，可以為被測變量的輪廓指出一個下限值，如果缺少該值，則認為出現了碰撞或另外的故障。如果當前周期被測變量在框架確定的範圍內活動，則控制單元可以判斷這是準確函數，或可運動部件的運動。
相應地，作為前一階段被測變量剖面之上的極限值的替代，這也是一個極限值，該值僅位於前一周期被測變量輪廓以下，可以被測定。該值可能受到影響，其影響情況如圖2a和圖2b以及圖3a-3c所示。
最後，圖4顯示了極限值452從可運動部件運動前一周期被測變量的輪廓中獲得的一種情況。可運動部件當前運動周期被測變量的輪廓如參考編號451所示。在時間T的點，被測變量，此處為扭矩M，已經被傳遞到可運動部件，超出了極限值452，被控制單元認為發生了碰撞，或至少被認為容器處理設備發生故障，此時，可運動部件的傳動裝置，例如旋轉傳送機構或星形轉架，如圖1所示，將被關閉，以避免對容器處理設備造成更大的損壞。
為了生成有意義的初始值，以確定極限值，本發明在試運行階段以及在受控狀況下，應進行可運動部件運動的第一周期或可運動部件的幾個運動周期，以生成一個參考值，該值可作為初始值，以確定極限值，或作為一個周期可運動部件功能性運動的參考。從如此確定的參考值，以及可運動部件運動隨後壩基被測變量的輪廓中可以反覆規定後面的極限值。
這樣，如果可運動部件運動的幾個周期已經過去，則可以規定一個平均值，該值可以被理解為可運動部件無碰撞正常操作的一個參考。然後，根據可運動部件前面幾個周期，同時在考慮參考值的情況下，可以反覆計算可運動部件隨後幾個運動周期的極限值。
為了儲存參考值，可以為控制單元指定一個非易失性存儲器，控制單元為了如檢索參考值的目的可以對該存儲器進行存取。另外，在一個實例中，本發明也指出，可運動部件運動前面幾個周期的極限值被儲存在非易失存儲器中，以便作為確定當前極限值的一個參考，例如，為了在運行容器處理設備時創建統計資料的目的檢查極限值是否劇烈波動。另外或額外，本發明提供了運行參數，例如測量的被測變量在可運動部件運動不同階段內儲存在非易失存儲器中，從而使可運動部件幾個運動周期被測變量的輪廓，可以用於確定可運動部件當前周期的極限值。
但是，此處，作為示例，一個可運動部件被測變量只能確定一個極限值，本發明中，不同的被測變量可以確定幾個極限值，以表明可運動部件的運動。這樣，不僅對於扭矩，而且對於驅動器上起作用的負載來說，都可以規定一個極限值。由於故障可能不是由於超出一個被測變量的極限值而直接導致的，可以監測幾個被測變量的反應，並優先確定每個被測變量的極限值，從而避免可運動部件和其他部件發生碰撞，同時也為了探測可運動部件的其他故障。
圖2到圖4描述的，確定可運動部件運動周期極限值的實例，也可以用於確定傳遞到容器處理設備中的容器的運動的極限值，其中設置相應的傳感器可以用於確定被測變量，這些變量可以表明容器的運動。但是，對於傳送到容器處理設備的容器，不會發生周期性運動，這樣，就不能根據容器運動之前周期規定對應的極限值。但是，傳送到容器處理設備的容器的傳輸基本上在幾乎相同的條件下發生(速度變化圖、加速度、可能作用在容器上的扭矩)。因此，在之前的容器通過容器警報設備的運動中測量的被測變量(例如容器的位置或速度變化圖)，可能被認為可以表明當前容器被容器處理設備進行傳輸。因此，根據本發明，監控由容器處理設備傳輸的容器可能與部件或其他容器發生的碰撞，表明容器處理設備傳輸的容器的運動的被測變量的極限值，可以根據之前容器通過容器處理設備傳輸的運動測量的被測變量確定。
因此，根據圖2到圖4的實例也可以用於確定容器的極限值，該容器通過容器處理設備運動，以監測碰撞。