Устройство измерения множества сил, силоизмерительный модуль и способы мониторинга состояния устройства измерения множества сил
Изобретение относится к весоизмерительной технике и направлено на обеспечение безотказной работы при простом и рентабельном измерении множества сил при взвешивании, что обеспечивается за счет того, что устройство измерения множества сил содержит по меньшей мере два силоизмерительных модуля, каждый из которых включает в себя силоизмерительный элемент, средство подачи питания и блок источника питания, который служит для обеспечения силоизмерительных модулей электропитанием. При этом согласно изобретению средство подачи питания, по меньшей мере, одного силоизмерительного модуля подключено либо напрямую, либо через элемент соединения к управляющему кабелю, который подключается к блоку источника питания, а по меньшей мере два силоизмерительных модуля напрямую подключены друг к другу с помощью кабеля для соединения модулей, который служит для переноса электропитания между силоизмерительными модулями. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к устройствам измерения множества сил, в особенности к множественным устройствам измерения веса и к силоизмерительному модулю, а также к способу функционирования силоизмерительного устройства.
Под определением, используемым здесь, понимается устройство измерения множества сил, которое включает в себя, по меньшей мере, два силоизмерительных модуля и индикатор. Силоизмерительный модуль, в свою очередь, включает в себя электромеханический силоизмерительный элемент, служащий для определения силы, который действует как преобразователь измерения, преобразующий входную величину, которой является механическая сила, в электрический сигнал на выходе. Специальный тип устройства измерения множества сил существует в форме шкалы взвешивания с множеством взвешивающих устройств, так называемых модулей взвешивания. Силоизмерительный элемент сконфигурирован в этом случае как элемент взвешивания и служит для механико-электрического преобразования, посредством чего сила тяжести, вызванная объектом взвешивания, преобразуется в электрический сигнал. Таким образом, под термином «силоизмерительный модуль или модуль взвешивания», понимается соответственно устройство измерения силы или шкала взвешивания без индикатора.
Устройство измерения множества сил, в использующейся здесь терминологии, представляет собой силоизмерительное устройство, в котором измеряемая сила распределяется посредством механического устройства, в особенности измерительная пластина или контейнер, располагающийся на множестве силоизмерительных модулей. Каждый из силоизмерительных модулей из этой схемы включает в себя силоизмерительный элемент, посредством которого часть силы, которая придается соответствующему модулю, может быть в отдельности определена. Результаты отдельных измерений элементов измерения силы затем передаются на общее устройство вывода, где они объединяются в общий результат.
Устройства измерения множества сил используются, например, в промышленных установках для измерения содержимого резервуаров, сосудов, реакторов и тому подобных емкостей. Обычно в таких типах применений модули взвешивания сконфигурированы в качестве высокопроизводительных модулей взвешивания или так называемых элементов взвешивания резервуаров или элементов взвешивания реакторов. Для каждого взвешиваемого контейнера множество модулей взвешивания располагается между ножками и основанием контейнера. Таким образом, каждая ножка контейнера опирается на силоизмерительный модуль. Для того чтобы определить вес контейнера и/или его содержимого, измеряемая величина определяется силоизмерительными модулями, которые необходимо добавить, т.к. каждая измеряемая величина представляет собой часть массы. Эти расчеты в большинстве случаев выполняются процессором и/или контроллером, установленным рядом.
Высокопроизводительные силоизмерительные элементы также находят применение в качестве модулей взвешивания в шкалах взвешивания для грузовых автомобилей. У весов для грузовых автомобилей обычно есть несколько измерительных платформ или платформ для взвешивания, каждая из которых опирается на множество силоизмерительных модулей. Соответственно, каждый силоизмерительный модуль измеряет частичный вес грузовика и/или одного или более прицепов. Результаты измерения отдельных силоизмерительных модулей передаются на общий процессор, расположенный на некотором расстоянии от измерительной платформы и от силоизмерительных модулей, например в контроллере, который располагается на расстоянии сотни метров.
В соответствии с заявкой US 2004/0245026, процессор выполнен в виде внешнего устройства в форме так называемого терминала взвешивания. С помощью индикатора, который принадлежит к терминалу взвешивания, могут выпускаться результаты с устройства измерения множества сил. Кроме того, устройство для обеспечения устройства измерения множества сил питанием расположено в процессоре. Соответственно, отдельные силоизмерительные модули снабжаются электрической энергией через этот центральный источник питания.
Для передачи результатов измерения и поставки тока силоизмерительные модули подключаются кабелями к процессору. Обычно в таких схемах поставка тока, также как передача измеренного значения, выполняется посредством тех же самых кабелей, но по отдельным проводникам в кабеле. Кроме того, в качестве способа упрощения расположения кабелей отдельные силоизмерительные модули соединяются с распределительным устройством более короткими распределительными линиями, и только распределительное устройство напрямую соединяется через отдельный кабель, так называемый кабель, поддерживающий технологию «home-run» непосредственно к контроллеру. Подача электропитания и передача измеренных значений, таким образом, сливаются в распределительном устройстве для того, чтобы избежать множества параллельных кабелей между измерительной платформой и помещением контроллера.
Как показано в ЕР 0467562, для случая с четырьмя силоизмерительными модулями распределительное устройство может быть расположено в центре прямоугольника, сформированного четырьмя силоизмерительными модулями. В результате чего достигается короткая длина кабеля между модулями измерения силы и распределительным устройством, что, в свою очередь, снижает электрические возмущения и механические напряжения, а также уменьшает стоимость разводки кабелей.
В особенности крупные инсталляции, например взвешивающие установки для грузовых автомобилей, часто включают в себя много измерительных платформ и силоизмерительных модулей, например, четыре измерительные платформы с общим числом силоизмерительных модулей - шестнадцать. В результате, для достижения нужного слияния соединений приходится использовать многослойную, каскадную или иерархическую сетевую структуру распределительных устройств. В случае шестнадцати силоизмерительных модулей один оканчивается, например, на первом уровне четырех распределительных устройств, второй уровень из двух распределительных устройств и одно распределительное устройство третьего уровня, в общем, семь распределительных устройств.
Однако распределительные устройства являются дорогостоящими и чувствительными к помехам. Вероятность ошибок в процессе инсталляции, также как в течение работы и обслуживания, возрастает с ростом числа компонентов. В связи с этим желательно компоновать силоизмерительные устройства с наименьшим возможным числом распределительных устройств.
Во взвешивающем устройстве, описываемом в заявке US 2004/0245026A1, восемь взвешивающих модулей подключены к центральному распределительному устройству. Таким образом, можно обойтись без использования промежуточных иерархических уровней распределительных устройств. Центральное распределительное устройство служит общим местом подключения к источнику питания, также как и для соединительных контактов, и предлагает преимущества простого расположения проводников. Тем не менее в большинстве случаев это расположение предполагает более длинные распределительные контакты и большую общую длину распределительных контактов, таким образом увеличивая чувствительность к помехам и стоимость.
Для того чтобы избежать этих недостатков, кабельные соединения взвешивающих модулей заменены в US 2004/0026135 радиопередачей и отдельными независимыми источниками питания отдельных взвешивающих модулей. Распределительное устройство функционирует в этом случае как радиореле для передачи сигналов от взвешивающих модулей к процессору. Кроме того, распределительное устройство также оборудовано независимым источником питания для исключения влияния всех кабельных соединений. Для отдельных источников питания взвешивающих модулей и распределительного устройства используются батареи. Однако это решение имеет недостаток, заключающийся в том, что уровень заряда батарей необходимо проверять регулярно через определенные интервалы времени, и в том, что недостаточно заряженные батареи необходимо зарядить или заменить. Кроме того, обычно производительность батарей в сильной степени зависит от постороннего влияния факторов окружающей среды, в особенности от температуры окружающего воздуха. В связи с этим для того, чтобы убедиться в стабильной, надежной работе взвешивающих модулей, в особенности в случае наружных применений, требуются дорогостоящие приборы для проверки и мониторинга работы.
Поэтому настоящее изобретение имеет своей целью предложить устройство измерения множества сил, в частности устройство множественного взвешивания, силоизмерительный модуль и способ функционирования упомянутого устройства измерения множества сил, посредством чего может быть достигнута простая и рентабельная конфигурация, а также безотказная работа.
Эта цель достигаются с помощью устройства измерения множества сил, силоизмерительного модуля и способа с признаками, заданными в независимых пунктах формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления изобретения представлены в дополнительных, зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к устройству измерения множества сил, в особенности к устройству множественного взвешивания с, по меньшей мере, двумя силоизмерительными модулями, каждый из которых содержит силоизмерительный элемент и средство подачи электропитания, а также блок источника питания, который служит для снабжения силоизмерительных модулей электрической энергией. Средство подачи питания, по меньшей мере, одного силоизмерительного модуля в данной схеме соединено напрямую или через элемент соединения с управляющим кабелем, который подключен к блоку источника питания, а, по меньшей мере, два силоизмерительных модуля напрямую соединены между собой посредством кабеля, соединяющего модули, служащего для передачи электрической энергии. С такой схемой кабельных соединений общая длина кабеля устройства измерения множества сил может быть снижена, т.к. сумма длин всех кабелей для прямых соединений между силоизмерительными модулями всегда меньше, чем для схемы распределения типа «звезда». Результатом является рентабельная конфигурация, которая, кроме того, из-за своей простой и понятной структуры дает возможность проще распознавать неисправности в процессе функционирования и обслуживания.
Кроме того, нет необходимости в распределительных кабелях, распределительных устройствах, сцепках сегментов и проводниках сегментов. Посредством исключения этих устройств и кабельных соединений может значительно улучшаться бесперебойность работы силоизмерительного устройства. Эти преимущества внесены для того, чтобы переносить работу, в особенности в составе и при функционировании больших установок, по мере того как сложность установки увеличивается только на незначительную протяженность с увеличением числа силоизмерительных модулей.
Термин «средство подачи питания» охватывает все устройства, которые служат для обеспечения силоизмерительного модуля электрической энергией, такие как кабели, распределительные кабели, преобразователи напряжения, преобразователи тока, стабилизаторы, сглаживающие элементы или фильтрующие элементы. Также включаются источники напряжения для соединительных проводов, например CAN источники питания системы соединительных CAN шин.
Термин «кабель» включает в себя все типы электрических проводящих линий, таких как одножильные или многожильные кабели, многожильные проводники или провода, а также поставку электрического тока через фиксированные устройства, такие как заземляющие шины, корпусов и соединительных стержней. Элемент соединения может быть выполнен наибольшим числом методов, например, в виде простого Т-элемента, в виде корпуса с зажимами соединителя, в виде кабеля с разветвлением или кабеля с разрывом.
В дальнейших реализациях изобретения, по меньшей мере, три силоизмерительных модуля соединены цепеобразно с помощью кабеля для соединения модулей, с первым и последним модулями измерения силы в цепи, каждый из которых подключен напрямую или через элемент соединения к управляющему кабелю. С такой схемой поставки тока более чем через одно соединение питания достигается значительное снижение в падении напряжения на силоизмерительных модулях, особенно на тех силоизмерительных модулях, на которые поставляется ток или электроэнергия посредством большого числа других силоизмерительных модулей, упорядоченных между собой в цепи. Кроме того, элемент соединения в данной реализации может быть реализован в особенно простой конфигурации, т.к. только два силоизмерительных модуля необходимо подключить к управляющему кабелю. С такой схемой для устройства измерения множества силы достигается особенно простая и рентабельная конфигурация.
В специальных реализациях изобретения к управляющему кабелю подключается не более одного силоизмерительного модуля. Таким образом, элемент соединения можно опустить, посредством чего число требуемых компонент снижается и, таким образом, достигается безотказность работы.
Затем в предпочтительной реализации все силоизмерительные модули соединены между собой в цепь посредством кабеля, соединяющего модули. Таким образом, достигается особенно простая, ясная и рентабельная схема.
В последующих реализациях в соответствии с изобретением каждый из силоизмерительных модулей включает в себя средство связи и через кабель соединения модулей дополнительно возможно передавать сигналы связи между этими средствами связи. Эта передача может быть выполнена, в частности, посредством системы шин, в надлежащем случае посредством системы CAN шин. Эта концепция избегает необходимости располагать дополнительную установку связи. Кроме того, топология шины может быть скомбинирована особенно преимущественным способом, в виде цепочки силоизмерительных модулей. Сигналы связи в этом случае будут направляться по отдельным проводникам, независимо от линии электропередачи в кабеле соединения модулей, а также вместе с линией электропередачи через общий проводник в кабель соединения модулей.
Тем же способом, что и в кабеле соединения модулей, связь аналогичным образом может осуществляться по кабелю управления, например по отдельным проводникам, или вместе с источником питания по общим проводникам.
Термин «средство связи» охватывает все элементы, которые служат для передачи данных, в особенности элементы передатчика и приемника, обрабатывающие элементы для аналоговых и/или цифровых данных, приемопередатчики, преобразователи импеданса, трансмиттеры, клеммы провода, штыревые соединители или сцепки. Сигналы связи могут быть аналоговой или цифровой природы в форме измеряемых величин или финальных результатов измерения, рассчитанных результатов, временного наблюдения событий, в особенности в случаях, когда превышено пороговое значение. Более того, могут передаваться дополнительные данные и параметры измерений, например данные идентификации силоизмерительных модулей, данные относительно времени и расположения измерений или информация о рабочем состоянии силоизмерительных модулей. Кроме того, силоизмерительным модулям могут передаваться данные, такие как управляющая информация, рабочие параметры, управляющие параметры или данные калибровки.
Предпочтительно сигналы связи от силоизмерительных модулей передаются на терминал или от терминала. Терминал может в данном случае конфигурироваться как ведущий компьютер, как системный контроллер, система управления процессом, но также как простой инструмент вывода, например, как экран монитора и/или как принтер. В особенности в небольших установках функции источника питания, обработки измерений, управления силоизмерительным устройством и отображения могут быть совмещены в одном устройстве, например в офисном компьютере.
В дальнейших реализациях изобретения каждый силоизмерительный модуль имеет устройство для определения и/или мониторинга электрического напряжения средства подачи питания. Устройство может, в частности, служить для определения и/или мониторинга положительного напряжения и/или отрицательного напряжения, причем напряжения могут определяться и/или отслеживаться, если это применимо со ссылкой на общий потенциал, в особенности на потенциал земли. В связи с этим может собираться полезная информация относительно рабочего состояния источника питания силоизмерительных модулей, а также относительно состояния кабелей соединения модулей.
В предпочтительной реализации мониторинг напряжения осуществляется посредством проверки нахождения измеренных величин в пределах пороговых значений, и, если окажется, что пороговое значение превышено, запускаются такие действия как передача сообщений и/или повторная калибровка или выключение соответствующего силоизмерительного модуля. Это делает возможным, с одной стороны, то, что ошибки в силоизмерительных модулях и/или кабелях соединения модулей распознаются на ранних стадиях, а с другой стороны, что местоположение этих ошибок может быть легко обнаружено с большой точностью. С данной концепцией мониторинг может быть активным в течение инсталляции и/или калибровки, а также в процессе работы силоизмерительного устройства.
Более того, путем определения напряжения устройства подачи питания и/или временного профиля упомянутого напряжения можно получить важную информацию о состоянии тока и предсказать будущую необходимость в обслуживании, ускорение процесса старения, измерение условий окружающей среды или предсказать оставшееся время жизни силоизмерительных модулей. Например, высокий темп изменения напряжения в элементе может указывать на разрушение, вызванное коррозией в связывающем устройстве для силоизмерительного модуля. Преимущества такого наблюдения-мониторинга особенно проявляются в больших установках с множеством силоизмерительных модулей.
Пороговые значения могут быть определены посредством теоретических вычислений, принимающих в расчет в особенности характерные количественные параметры кабеля соединения модулей, такие как длина, площадь сечения проводящей жилы и/или значения внутреннего сопротивления силоизмерительного модуля, и/или посредством справочных измерений. Значения справочных измерений могут быть получены предпочтительно из измерений, полученных на только что установленном и/или откалиброванном силоизмерительном устройстве, и сохранены в модуле памяти. Справочные значения и/или пороговые значения могут быть взяты из руководств пользователя и инструкций по эксплуатации. Кроме того, они также могут быть определены производителем или при необходимости переданы производителем на установку от производителя. Особенно является преимуществом хранение справочных значений и/или пороговых значений в отдельных силоизмерительных модулях, тем самым может быть достигнута взаимозаменяемость модулей.
В дальнейших реализациях изобретения все кабели соединения модулей имеют в значительной степени идентичные сопротивления проводников, в особенности в значительной степени идентичные длины, материалы и площади сечения проводников. В этом случае пороговые значения особенно легко определить посредством расчета цепей делителя напряжения.
В дальнейших реализациях элемент соединения и/или силоизмерительные модули включают в себя устройство для мониторинга окончания соединения связи и/или для осуществления окончания. Так как отсутствие окончания может вызвать проблемы в передаче сигналов связи, эта концепция позволяет обнаружить проблему и сообщить о ней, и даже автоматически исправить ее с помощью силоизмерительного устройства.
В дальнейших реализациях силоизмерительный модуль или кабель соединения модулей содержит устройство для прерывания непрерывности в цепи подачи питания. Это обеспечивает возможность убедиться в том, что подача электропитания ограничивается для определенного максимального числа силоизмерительных модулей. Таким образом, можно гарантировать, например, что ток питания может передаваться между максимальным числом из четырех средств подачи электропитания. Это дает возможность сохранять максимальное питание, передаваемое через источник питания, в особенности максимальный ток ниже определенного максимального значения.
Это ограничение тока особенно важно в опасном окружении, в котором существует опасность взрыва и где необходимо соблюдать особые регламенты в отношении максимального потребления тока силоизмерительными модулями и/или силоизмерительными устройствами. Более того, это прерывание дает возможность силоизмерительному устройству подразделяться на различные, независимо обеспечиваемые питанием подсистемы. Это разделение может быть достигнуто, например, посредством ручного или электромагнитного переключения или посредством специального кабеля соединения модулей. В случае использования специальных кабелей для соединения модулей возможно, например, что линии связи имеют контактные коннекторы, обеспечивающие непрерывный проводящий путь, в то время как провода для обеспечения питанием не имеют контактных коннекторов, таким образом, что проводящий путь прерывается. Соответствие правилам по ограничению тока может также отслеживаться терминалом, и повторная конфигурация силоизмерительного устройства может быть выполнена через соответствующие команды управления силоизмерительным модулям с терминала.
В дальнейших предпочтительных реализациях силоизмерительный модуль также включает в себя, по меньшей мере, один штыревой соединитель, в особенности два штыревых соединителя, к которым могут подключаться кабель для соединения модулей и/или управляющий кабель. Это обеспечивает эффективный способ настройки, тестирования и обслуживания силоизмерительного устройства.
В дальнейшей реализации изобретения силоизмерительный модуль включает в себя штыревой соединитель, который герметизируется от воздействия окружающей среды, в частности от грязи, жидкостей или газов и/или, по меньшей мере, одна поверхность электрического контакта которого проектируется устойчивой к коррозии. С таким измерением достигается безотказная работа установки, в особенности в агрессивных условиях окружающей среды.
Подробное описание силоизмерительного устройства в соответствии с изобретением, силоизмерительного модуля в соответствии с изобретением и способа в соответствии с изобретением станут очевидными из описания примеров реализаций, представленных на чертежах, на которых:
фиг.1 схематично показывает вид поперечного сечения устройства измерения множества сил в соответствии с изобретением с двумя силоизмерительными модулями, каждый из которых включает в себя силоизмерительный элемент, средство подачи питания и средство связи, которые подключены к контроллеру посредством кабелей для соединения модулей и управляющего кабеля;
фиг.2 иллюстрирует устройство измерения множества сил в соответствии с уровнем техники в виде установки для взвешивания грузового автомобиля с двумя измерительными платформами, каждая из которых поддерживается четырьмя силоизмерительными модулями;
фиг.3 показывает конфигурацию устройства измерения множества сил в соответствии с изобретением, похожего на устройство, представленное на фиг.2, но в котором силоизмерительные модули соединены непосредственно друг с другом в цепочку с помощью кабеля для соединения модулей, при этом первый и последний силоизмерительные модули в цепочке присоединены посредством разветвленного кабеля с элементом соединения к управляющему кабелю;
фиг.4 представляет устройство измерения множества сил в соответствии с фиг.3, только с двумя силоизмерительными модулями, каждый из которых измеряет весовой вклад от двух измерительных платформ;
фиг.5 представляет устройство измерения множества сил в соответствии с фиг.3, но с прямым подключением отдельного силоизмерительного модуля к управляющему кабелю;
фиг.6 показывает упрощенную принципиальную электрическую схему устройства измерения множества сил в соответствии с изобретением, с блоком источника питания, от 1 до n силоизмерительными модулями, с сопротивлениями проводников, электрическими напряжениями и общим заземлением.
На фиг.1 представлено устройство 200 измерения множества сил в форме устройства взвешивания резервуара для нагрузки. Для взвешивания контейнера множество силоизмерительных модулей 244 упорядочены между опорами контейнера 230 и основанием 231 таким образом, что каждая опора контейнера 230 опирается на силоизмерительный модуль 244. Для того чтобы определить вес контейнера и/или его содержимого, значения измерений, определенные силоизмерительными модулями 244, необходимо сложить, т.к. каждое значение измерения представляет собой часть общей массы. Для выполнения операции сложения значения измерений отдельных силоизмерительных модулей 244 передаются на терминал 206, в котором они обрабатываются и представляются на дисплее 207. Терминал 206 размещен удаленно в контроллере 280.
Силоизмерительный модуль 244 включает в себя силоизмерительный элемент 210, заключенный в корпус 220. Обычно корпус 220 приваривается к силоизмерительному элементу 210 и плотно герметизируется от внешнего окружения силоизмерительного устройства 200. При выполнении измерений силоизмерительный элемент 210, а также корпус 220 упруго сжимаются. Деформация силоизмерительного элемента 210 измеряется с помощью силоизмерительного элемента 210 и направляется в средство 248 связи.
Источник питания силоизмерительного модуля 244, в особенности связанный с принципиальной электрической схемой, силоизмерительный элемент 210 и средство 248 связи становятся возможны благодаря средству 246 подачи питания, которое, в свою очередь, питается от источника питания PS. Этот блок 270 источника питания устройства 200 измерения множества сил располагается в устройстве 280 контроллера и встраивается в терминал 206. Силоизмерительные модули 244 соединены между собой посредством кабеля 250 для соединения модулей. Этот кабель 250 для соединения модулей может передавать ток питания PS, а также обеспечивать взаимосвязь С между силоизмерительными модулями 244. Таким образом, кабель 250 для соединения модулей соединяет средство 246 подачи питания и средство 248 связи отдельных силоизмерительных модулей 244 между собой. Кроме того, силоизмерительный модуль 244 подключается посредством управляющего кабеля 205 к контроллеру 280. Управляющий кабель 205, кабель, поддерживающий технологию «home-run», осуществляет связь зачастую на значительных расстояниях между соединителем 204 сегмента и контроллером 280 и, таким образом, устанавливает мгновенное подключение к контроллеру 280.
Это средство 270 источника питания устройства 200 измерения множества сил расположено в контроллере 280 и встроено в терминал 206. Распределение источника питания PS происходит через управляющий кабель 205 и кабель 250 соединения модулей к средству 246 подачи питания отдельных силоизмерительных модулей 244.
Таким же образом средство 248 связи силоизмерительных модулей подключается к терминалу 206 для того, чтобы передавать сигналы связи С, в особенности значения измерений, обработанные результаты и управляющие команды. Эта связь С осуществляется двунаправленно от средства 248 связи к терминалу 206, т.е. от средства 248 связи через кабель 250 для соединения модулей и управляющий кабель 205 к терминалу 206 контроллера 280.
Для иллюстрации существующего уровня техники на фиг.2 схематично представлено устройство 100 измерения множества сил в форме автомобильных весов. Автомобильные весы имеют две независимые измерительные платформы 140, каждая из которых поддерживается четырьмя силоизмерительными модулями 144. Для взвешивания грузовые автомобили располагаются на измерительных платформах, а результирующие силы измеряются с помощью силоизмерительных модулей 144. Обработка результатов измерения происходит в терминале 106.
Каждый силоизмерительный модуль 144 с помощью распределительной линии 101 подключается к распределительному устройству 102. Распределительное устройство 102, в свою очередь, через сегментный кабель подключается к соединителю 104 сегмента. Соединитель 104 сегмента, в конечном счете, подключается с помощью управляющего кабеля 105 к контроллеру 180. Соединитель 104 сегмента связывает вместе два независимых, физически разделенных сегмента устройства 100 измерения множества сил. Сегмент в каждом случае формируется из измерительной платформы 140, связанных силоизмерительных модулей 144, распределительных линий 101, распределительного устройства 102 и кабеля 103 сегмента.
Блок 170 источника питания встроен в терминал 106, который содержит дисплей 107 и расположен в контроллере 180. Распределение источника питания PS происходит через управляющий кабель 105, соединитель 104 сегмента, кабель 103 сегмента, распределительное устройство 102 и, в конце концов, через распределительную линию 101 к отдельным силоизмерительным модулям 144. В обратном направлении к терминалу 106 передаются значения измерений силоизмерительных модулей, т.е. от силоизмерительного модуля 144 по распределительной линии 101, распределительному устройству 102, кабелю 103 сегмента, соединителю 104 сегмента и управляющему кабелю 105 к терминалу 106.
На фиг.3 показана конфигурация устройства 300 измерения множества сил в соответствии с изобретением. Силоизмерительные модули 344 соединены друг с другом напрямую в виде цепочки кабелями 350 для соединения модулей. Эти кабели 350 для соединения модулей могут передавать электропитание PS, а также связь С между силоизмерительными модулями 344. Кабель 350 для соединения модулей поэтому соединяет средство 246 подачи питания и средство 248 связи отдельных силоизмерительных модулей 344 друг с другом.
Связь С может, например, состоять из передачи значений измерений и их обработанных результатов в одном направлении и из управляющих команд в обратном направлении. Эта двунаправленная связь С может осуществляться через раздельные кабельные соединения независимо от источника питания PS и/или вместе с питанием в отдельных проводящих жилах внутри одного кабеля и/или в проводе источника питания, предпочтительно в виде модулированного сигнала.
Кабель 350 для соединения модулей с обоих концов подключен к силоизмерительным модулям 344 с помощью штепсельных разъемов 352. Соответственно, каждый силоизмерительный модуль 344 имеет два штепсельных разъема 352, посредством которых два соседних модуля в цепочке могут быть соответственно присоединены. Однако в случае первого и последнего силоизмерительного модуля 244 подключается только один соседний модуль.
Кроме того, первый и последний силоизмерительные модули 344 в цепочке каждый подключается через разветвленный кабель 354 и элемент 356 соединения к управляющему кабелю 305. Элемент соединения на разветвлении в данном случае конфигурируется как простое Т-образное соединение и служит для разделения питания PS и связи С по соответствующим ветвям, ведущим к первому и последнему силоизмерительным модулям 344 в цепочке. Соответственно, распределительные линии 101, распределительные устройства 102, кабели 103 сегмента и соединители 104 сегмента в данной схеме отсутствуют.
В конечном счете, подача питания PS осуществляемая блоком 370 источника питания для силоизмерительного модуля 344, а также связь С между терминалом 306 и силоизмерительными модулями 344 осуществляется по управляющему кабелю 305. Кроме того, в данной реализации силоизмерительные модули 344 обеспечиваются мощностью или электроэнергией не с помощью терминала 306, а с помощью отдельного блока 370 источника питания. Блок 370 источника питания вместе с терминалом 306 и дисплеем 307 располагается в контроллере 380.
Дальнейшая реализация устройства 300 измерения множества сил в соответствии с изобретением представлена на фиг.4. Эта реализация аналогична реализации, представленной на фиг.3, кроме двух силоизмерительных модулей 344, которые используются таким образом, что каждый из них измеряет весовой вклад от обеих измерительных платформ 340. Это двойное введение силы может быть достигнуто, например, с гибко поддерживаемым механическим устройством. В результате такой схемы необходимое число силоизмерительных модулей 344 снижается с восьми до шести.
Дальнейшая реализация устройства измерения множества сил в соответствии с изобретением представлена на фиг.5. Эта схема аналогична представленной на фиг.3 за исключением того, что в этом случае только один силоизмерительный модуль 344 подключен к управляющему кабелю 305. Таким образом, разветвленный кабель 354 и элемент 356 соединения не требуются, что делает данную схему особенно рентабельной и стабильной.
Далее кабели 350 для соединения модулей подключаются одним концом к штепсельному разъему 352, а другим концом непосредственно к силоизмерительному модулю 344. Прямое подключение может быть реализовано, например, в виде клеммного соединения, соединения винтами, фиксированного проводного соединения или соединения спайкой. С такой схемой может быть достигнута еще большая рентабельность, а также увеличение стабильности.
На фиг.6 представлена упрощенная блок-схема устройства 200 для измерения множества сил в соответствии с изобретением с блоком 270 источника питания, от 1 до n силоизмерительными модулями 244(1)… 244(n), сопротивлениями RHR проводников, RIC, электрическими напряжениями VLC+, …, VLCn+, …, VLC-, …, VLCn- и общим заземляющим соединением GND.
Сопротивления проводников RHR, RIC представляют соответственно значения RHR сопротивления управляющего кабеля 205 и RIC кабеля 250 для соединения модулей. Соответственно, положительное напряжение VLC+ и отрицательное напряжение VLC- источника питания, отнесенного к общему потенциалу заземления, могут быть измерены для каждого силоизмерительного модуля 244(i), 1≤i≤n. Эти напряжения являются характеристическими для каждого отдельного силоизмерительного модуля 244(1)… 244(n). Потенциал заземления устанавливается экраном кабеля и/или корпусами силоизмерительных модулей 244(1)… 244(n) и в особенности с помощью подключения всего силоизмерительного устройства 200 к земле.
Предпочтительно измеренные напряжения VLC+, …, VLCn+, …, VLC-, …, VLCn- сравниваются с ожидаемыми значениями или пороговыми значениями и/или значениями допуска. Когда эти значения оказываются превышенными, эта информация сообщается терминалу посредством характерных сигналов. Терминал может соответствующим образом запускать действия, такие как сигнальное оповещение, информирование или предупреждение пользователя, или корректировка значений измерений, или калибровка, или настройка измерительного устройства.
В данной реализации изобретения сопротивления RIC проводников кабелей 250 для соединения модулей в значительной степени идентичны. Это может достигаться путем подходящего выбора длины, материалов и площади сечения отдельных проводящих жил в кабелях 250 для соединения модулей. Таким способом ожидаемые значения и соответствующие пороговые значения VLC+, …, VLCn+, …, VLC-, …, VLCn- могут определяться простыми вычислениями. Подобным образом в значительной степени идентичные значения RHR сопротивления проводников управляющего кабеля 250 достигаются путем подходящего выбора жил управляющего кабеля 205. Однако расчет ожидаемых значений и пороговых значений может проводиться без проблем для сопротивлений проводников произвольной величины.
В реализациях в соответствии с изобретением средство 248 связи может, в зависимости от конфигурации устройства 200 измерения множества сил и терминала 206, автоматически передавать релевантную информацию на терминал 206 как непрерывно, так и периодически и/или произвольно, или после того, как произошли изменения. Конечно, также возможно, что терминал 206 запрашивает у средства 248 связи информацию, такую как значения измерения или результаты измерения, как непрерывно, так и периодически, и/или в соответствии с принципом произвольности.
Способ в соответствии с изобретением может выполняться централизованными и/или децентрализованными частями контроллера установки, например, с терминалом 206 и/или силоизмерительным модулем 244, который для этой цели оснащен соответствующими рабочими программами. Однако также возможно разделить задачи между различными уровнями управления процессом. Через соответствующие измерения способ в соответствии с изобретением, таким образом, может быть внедрен с малыми затратами на любой одно- или многоуровневой установке. Терминал 206 и/или элемент 256 соединения может также устанавливаться в мобильном инструменте, который через радиосвязь может запрашивать отдельные значения измерений и/или результаты измерений. Для радиосвязи отдельным силоизмерительным модулям 244 могут назначаться идентификационные коды, как известно и практикуется в современных решениях в области техники для многих приложений.
Список справочных символов:
| 100, 200, 300 | устройство измерения множества сил |
| 101 | распределительная линия |
| 102 | распределительное устройство |
| 103 | кабель сегмента |
| 104 | соединитель сегмента |
| 105, 205, 305 | управляющий кабель |
| 106, 206, 306 | терминал |
| 107, 207, 307 | дисплей |
| 210 | силоизмерительный элемент |
| 220 | корпус |
| 230 | опора контейнера |
| 231 | основание |
| 140, 240, 340 | измерительная платформа |
| 144, 244, 344 | силоизмерительный модуль |
| 246 | средство подачи питания |
| 248 | средство связи |
| 250, 350 | кабель для соединения модулей |
| 352 | штепсельный разъем |
| 354 | разветвленный кабель |
| 356 | элемент соединения |
| 170, 270, 370 | блок источника питания |
| 180, 280, 380 | контроллер |
| С | связь (передача данных) |
| PS | источник тока или источник питания |
1. Устройство (200, 300) измерения множества сил, в частности устройство множественного взвешивания, содержащее, по меньшей мере, два силоизмерительных модуля (244, 344), каждый из которых включает в себя силоизмерительный элемент (210) и средство (246) подачи питания и дополнительно включает в себя блок (270, 370) источника питания, который служит для обеспечения силоизмерительных модулей (244, 344) электропитанием, отличающееся тем, что средство (246) подачи питания, по меньшей мере, одного силоизмерительного модуля (244, 344) подключено либо напрямую, либо через элемент (356) соединения к управляющему кабелю (205, 305), который подключается к блоку (270, 370) источника питания, и тем, что, по меньшей мере, два силоизмерительных модуля (244, 344) напрямую подключены друг к другу с помощью кабеля для соединения модулей, который служит для переноса электропитания между силоизмерительными модулями (244, 344).
2. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1, отличающееся тем, что три силоизмерительных модуля (244, 344) цепеобразно соединяются посредством кабеля (250, 350) для соединения модулей, и тем, что первый силоизмерительный модуль (244, 344) и последний силоизмерительный модуль (244, 344) в цепеобразной схеме подключаются каждый напрямую или через элемент (356) соединения к управляющему кабелю (205, 305).
3. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один силоизмерительный модуль (244, 344) подключается к управляющему кабелю (205, 305).
4. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что все силоизмерительные модули (244, 344) цепеобразно соединяются друг с другом.
5. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из силоизмерительных модулей (244, 344) имеет средство (248) связи, и тем, что сигналы связи могут передаваться между упомянутыми средствами (248) связи через кабель (250, 350) для соединения модулей, в частности, посредством системы шин, в качестве которой может использоваться система CAN шин.
6. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый силоизмерительный модуль (244, 344) имеет устройство для определения и/или мониторинга напряжения (VLC1) средства (246) подачи питания, а именно положительное напряжение vLC+ и/или отрицательное напряжение VLC-, измеренные относительно общего потенциала заземления (GND), если применимо.
7. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что все кабели (250, 350) для соединения модулей имеют в общем идентичные сопротивления (RIC) проводников, в частности идентичные длины, материалы и проводящие площади поперечного сечения.
8. Устройство (200, 300) измерения множества сил по п.1 или 2, отличающееся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) или кабель (250, 350) для соединения модулей содержит устройство для прерывания пути с непрерывной подачей питания.
9. Силоизмерительный модуль (244, 344) для устройства (200, 300) измерения множества сил, в частности устройства множественного взвешивания, с силоизмерительным элементом (210) и средством (246) подачи питания, отличающийся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) может быть подключен напрямую или через элемент (356) соединения к управляющему кабелю (205, 305), который подключен к блоку (270, 370) источника питания, и тем, что, по меньшей мере, один дополнительный силоизмерительный модуль (244, 344) такого же типа может быть подключен напрямую посредством, по меньшей мере, одного кабеля для соединения модулей, который служит для передачи электроэнергии.
10. Силоизмерительный модуль (244, 344) по п.9, отличающийся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) включает в себя средство (248) связи, и тем, что сигналы связи могут передаваться между упомянутым средством (248) связи и средством (248) связи следующего силоизмерительного модуля (244, 344) посредством кабеля (250, 350) для соединения модулей, в частности посредством системы шин, которая может быть системой CAN шин.
11. Силоизмерительный модуль (244, 344) по п.10, отличающийся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) включает в себя устройство для мониторинга и/или завершения соединения средства (248) связи.
12. Силоизмерительный модуль (244, 344) по одному из пп.9-11, отличающийся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) включает в себя устройство для определения и для мониторинга источника питания, в частности для мониторинга напряжения (VLC1) источника питания.
13. Силоизмерительный модуль (244, 344) по одному из пп.9-11, отличающийся тем, что силоизмерительный модуль (244, 344) включает в себя, по меньшей мере, один штепсельный разъем (352), в частности два штепсельных разъема (352), к которому может быть подключен кабель (250, 350) для соединения модулей и/или управляющий кабель (205, 305).
14. Силоизмерительный модуль (244, 344) по п.13, отличающийся тем, что штепсельный разъем (352) встраивается и/или герметизируется пайкой от влияния окружающей среды, а именно против грязи, жидкостей или газов, и/или тем, что, по меньшей мере, одна поверхность электрического контакта штепсельного разъема разработана устойчивой к коррозии.
15. Способ определения и мониторинга состояния устройства (200, 300) измерения множества сил по одному из пп.1-8 с, по меньшей мере, двумя силоизмерительными модулями (244, 344) по одному из пп.9-14, отличающийся тем, что осуществляют мониторинг источника питания, в частности его напряжение (VLC1), силоизмерительных модулей (244, 344).
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что осуществляют мониторинг напряжений силоизмерительных модулей (244, 344) на совместимость с пороговыми значениями, и тем, что в случае неисправности и/или, если пороговые значения превышены, запускаются такие действия как передача сообщений и/или повторная калибровка или отключение соответствующих силоизмерительных модулей (244, 344).
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что пороговые значения определяются с помощью теоретических расчетов, принимая во внимание, в особенности, характеристические параметры кабелей (250, 350) для соединения модулей, такие как длины проводников, площади поперечного сечения проводников, и/или значения внутреннего сопротивления силоизмерительных модулей (244, 344) и/или с помощью, по меньшей мере, одного эталонного измерения.
18. Способ по одному из пп.15-17, отличающийся тем, что напряжение (VLC1) средства подачи питания, а именно положительное напряжение (VLC1+) и/или отрицательное напряжение (VLC1-) измеряются по отношению к общему потенциалу, а именно потенциалу заземления (GND).
19. Способ по одному из пп.15-17, отличающийся тем, что силоизмерительные модули (244, 344) включают в себя средства (248) связи, связанные друг с другом, и тем, что осуществляется мониторинг соединения средств (264) связи по отношению к их окончанию и, если применимо, автоматически завершается.
20. Способ по одному из пп.15-17, отличающийся тем, что цепеобразное соединение в большей степени из четырех силоизмерительных модулей (244, 344) распознается терминалом (206, 306) и/или элементом (356) соединения и/или с помощью силоизмерительных модулей (244, 344), и тем, что, если применимо, передача электропитания к последующим силоизмерительным модулям отрезается.
