用于控制工业过程或生产单元的方法和装置转让专利
申请号 : CN200580045512.9
文献号 : CN100589061C
文献日 : 2010-02-10
发明人 : 托比亚斯·汉松 , 伦纳特·哈德尔
申请人 : ABB技术有限公司
摘要 :
本发明涉及一种用于控制过程和/或生产单元的方法。操作者通过吹或吸特别设计的控制装置来控制该生产单元，本发明得以实现。本发明还涉及一种用于控制过程和/或生产单元的系统和工作部件。
权利要求 :
1.一种借助于缠绕机制造变压器绕组的方法，其中缠绕工作的支 持和控制是由操作者利用所述缠绕机的启动、停止和旋转速度的无手 操作连同手操作来执行的，其特征在于，所述无手操作包括下列步骤：从操作者的嘴向操作者所佩戴的控制装置施加气压；
将所述气压转换成所述控制装置中的控制信号；
以无线方式将所述控制信号发射到接收器部分；
响应于所述控制信号而控制所述缠绕机的启动、停止和旋转速度， 使操作者能够与被控制的所述缠绕机同时绕着所述绕组移动。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，还包括步骤：
通过嘴与接触感测变送器的接触来感测操作者的存在。
3.一种用于制造变压器绕组的系统，包括缠绕机和用于控制所述 缠绕机的启动、停止和旋转速度的无手操作装置，其特征在于：所述无手操作装置包括操作者所佩戴的控制装置(1a)，该控制装 置(1a)包括：被设置成从操作者的嘴接收气压的工作部件(8)；以 及用于检测施加在所述工作部件(8)中的几个预定的压力水平的装置； 以及用于将所述气压转换成所述控制装置中的控制信号的装置(10)； 以及用于以无线方式将控制信号发射到接收器部分(1b)的装置(11)， 被设置成响应于所述控制信号而控制所述缠绕机的启动、停止和旋转 速度的控制单元(4)。
4.如权利要求3的系统，其特征在于：
接触感测变送器(15)，被设置成检测操作者的嘴的存在。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于控制工业过程或生产单元如机器等的方法和装 置。本发明尤其涉及一种这样的方法和控制装置，其使操作者的手自由， 并且其尤其被用作对用于缠绕变压器绕组等的旋转缠绕机的无线控制。
背景技术
为了控制过程或生产单元，通常使用各种形式的控制面板、手持控制 部件等。操作者通过按不同的控制部件/开关来控制设备/机器并且通过检 查显示单元上的控制灯或符号来监视设备。
例如，当制造大的变压器以及当缠绕其变压器绕组时，有必要并且也 要求操作者的两手应自由并且可用于支持或控制缠绕操作。缠绕机中的关 键因素是保持高的利用度，即试图在尽可能长的时段保持该机器处于工作 中。机器旋转的时间创造价值。
由于上面的原因，当今在制造变压器绕组时使用一种类型的脚踏板。 借助于该脚踏板，操作者能够通过按脚踏板上的各个表面来将各种控制命 令或控制功能递送到该机器，例如来启动/停止缠绕机以及增大或减小该 机器的旋转速度。然而，脚踏板将操作者的移动自由度局限于相对于旋转 缠绕机的相对锁定的/固定的位置。操作者被锁定至该同一位置来递送/执 行各种命令。如果操作者可与被操作/控制的机器同时绕着绕组移动，则 将显著地便于进行某些操作例如拉伸和反转。
另外，由于当操作者例如通过脉冲地按或踏脚踏板来控制缠绕机时， 他实际上保持一条腿站立，所以这样的脚踏板导致不自然的工作位置。由 于操作者必须平衡他的身体，所以此工作模式带来身体的静负荷，并且这 经常导致颈和背的劳损。
使用脚踏板的另一缺点在于机器被低效率地利用，这导致机器的较低 的时间利用并因此导致较低的生产率。
为了实现良好的成本效率和改进的人体工程学，并因此减少人员损 伤，使用不同的且更好的技术变得愈发更加重要。
例如，当制造大的变压器以及当缠绕其变压器绕组时，有必要并且也 要求操作者的两手应自由并且可用于支持或控制缠绕操作。缠绕机中的关 键因素是保持高的利用度，即试图在尽可能长的时段保持该机器处于工作 中。机器旋转的时间创造价值。
由于上面的原因，当今在制造变压器绕组时使用一种类型的脚踏板。 借助于该脚踏板，操作者能够通过按脚踏板上的各个表面来将各种控制命 令或控制功能递送到该机器，例如来启动/停止缠绕机以及增大或减小该 机器的旋转速度。然而，脚踏板将操作者的移动自由度局限于相对于旋转 缠绕机的相对锁定的/固定的位置。操作者被锁定至该同一位置来递送/执 行各种命令。如果操作者可与被操作/控制的机器同时绕着绕组移动，则 将显著地便于进行某些操作例如拉伸和反转。
另外，由于当操作者例如通过脉冲地按或踏脚踏板来控制缠绕机时， 他实际上保持一条腿站立，所以这样的脚踏板导致不自然的工作位置。由 于操作者必须平衡他的身体，所以此工作模式带来身体的静负荷，并且这 经常导致颈和背的劳损。
使用脚踏板的另一缺点在于机器被低效率地利用，这导致机器的较低 的时间利用并因此导致较低的生产率。
为了实现良好的成本效率和改进的人体工程学，并因此减少人员损 伤，使用不同的且更好的技术变得愈发更加重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述问题的方法和装置，且借助于该方 法和装置，操作者可以以灵活且高效的方式控制工业过程或生产单元/机 器，但该方法和装置同时允许操作者的手在整个工作期间自由。借助于本 发明，操作者能够从他当前所处位置来控制机器。另外，该控制装置应该 是使用舒适的并且应该满足卫生要求。
根据本发明，上面的目的和其他目的是通过根据权利要求1的方法、 通过根据权利要求4的系统且通过根据权利要求9的工作部件来实现的。
根据本发明，机器或过程不再通过放置在地上的脚踏板来控制，而是 通过操作者所佩戴的无线控制装置来控制，且该无线控制装置对通过操作 者的嘴的冲力作出反应，即，操作者在为该目的而制造的喷嘴中吹或吸。 通过喷嘴中的这些冲力，操作者可启动或停止缠绕机以及增大或减小缠绕 机的速度。如果操作者用他的嘴释放喷嘴，机器将停止。根据本发明的控 制装置显著地便利了生产单元的控制，这尤其是因为其使操作者的双手自 由以用于不同于机器的实际控制的其他操作。该无线控制装置允许操作者 非常灵活，并且允许他在发射器的所及范围内自由移动，这导致良好的人 体工程学和改进的生产率。无线控制提供了更高效运转，该更高效运转具 有更快的启动、逐步增高/逐步降低和更高的旋转速度、以及围绕机器的 整个工作范围移动的完全自由。本发明还减小了工作过程中的所谓微暂停 的次数和长度。
根据本发明，上面的目的和其他目的是通过根据权利要求1的方法、 通过根据权利要求4的系统且通过根据权利要求9的工作部件来实现的。
根据本发明，机器或过程不再通过放置在地上的脚踏板来控制，而是 通过操作者所佩戴的无线控制装置来控制，且该无线控制装置对通过操作 者的嘴的冲力作出反应，即，操作者在为该目的而制造的喷嘴中吹或吸。 通过喷嘴中的这些冲力，操作者可启动或停止缠绕机以及增大或减小缠绕 机的速度。如果操作者用他的嘴释放喷嘴，机器将停止。根据本发明的控 制装置显著地便利了生产单元的控制，这尤其是因为其使操作者的双手自 由以用于不同于机器的实际控制的其他操作。该无线控制装置允许操作者 非常灵活，并且允许他在发射器的所及范围内自由移动，这导致良好的人 体工程学和改进的生产率。无线控制提供了更高效运转，该更高效运转具 有更快的启动、逐步增高/逐步降低和更高的旋转速度、以及围绕机器的 整个工作范围移动的完全自由。本发明还减小了工作过程中的所谓微暂停 的次数和长度。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明。
图1示出根据本发明的控制装置的框图以及该控制装置与用于变压 器的缠绕机的连接。
图2示出工作部件的连接和功能的框图/功能图。
图3更详细地示出操作者用以给出其控制命令的工作部件及其喷嘴。
图4示出这里与操作者佩戴的护耳器整合的控制装置的发射器单元。
图1示出根据本发明的控制装置的框图以及该控制装置与用于变压 器的缠绕机的连接。
图2示出工作部件的连接和功能的框图/功能图。
图3更详细地示出操作者用以给出其控制命令的工作部件及其喷嘴。
图4示出这里与操作者佩戴的护耳器整合的控制装置的发射器单元。
具体实施方式
图1由此示出根据本发明的控制装置1a、b的框图，示出该控制装置 如何与在此情形下为用于制造变压器绕组的缠绕机电连接和协作。缠绕机 本身包括由电马达供电的竖直站立的/旋转的圆柱体2，其周围缠绕了铜线 3。电动的圆柱体2由自动控制单元4来控制，自动控制单元4向电马达 (未示出)供给电能并且控制和监视生产设施中的必要功能。当将开始制 造新的变压器绕组时，来自放置在解卷绕单元6中的带有铜线的鼓5的铜 线3的末端被附接到圆柱体2，然后操作者7通过控制装置1a、b将圆柱 体2设置为旋转。
该控制装置包括发射器部分1a和接收器部分1b。发射器部分1a又 由被提供有喷嘴9和信号处理模块10的工作部件8、发射器11以及天线 12a构成。接收器部分1b连接到生产设施的控制单元4，并且被提供有用 于接收无线电波的天线12b。
发射器11以无线方式、优选地借助于具有例如433MHz的载波频率 的无线电波来将信号发射到接收器部分1b。该发射还可借助于IR光、超 声、激光等来进行。取决于生产设备、周围环境、供给的功率等，发射器 11所及范围应该在25米和200米之间。
图2示出了发射器部分1a的各个功能块。发射器部分1a包括放置在 工作部件8中的信号处理单元10以及例如被提供有键组13和天线12a的 发射器11。工作部件8被提供有喷嘴9并且包括两个传感器：压力变送 器14，其可以为压电型的；以及触及或接触感测变送器15，其可优选地 为电容型的，但是其也可由微开关、导电橡胶膜等构成。两个变送器14、 15被构建在一起并且被封入工作部件8中。
压力变送器14检测操作者7通过他的嘴经由喷嘴9施加在工作部件 8中的气压。优选地，检测三个不同的水平：过压、负压以及常压。这对 应于操作者7通过在工作部件8的喷嘴9中吹、吸或什么也不做而获得的 状态。
接触感测变送器15以这样的方式放置在喷嘴9中/喷嘴9处：其由于 操作者的嘴、唇或牙齿接触或触及变送器15而感测操作者7的存在。如 果不存在，则变送器15相应地检测并且阻止机器启动；可替换地，如果 机器已经在运转，则停止被触发。
来自压力变送器14的信号在仪用放大器16中被放大并且所得信号被 供给到第一和第二比较器17、18。第一比较器17将来自压力变送器14 的信号与借助于第一电位器19预设的信号电平相比较，并且在信号电平 超过预设值时将输出信号递送到发射器11。这指示在喷嘴/压力变送器8、 14中检测到了过压。第二比较器18将来自压力变送器14的信号与借助 于第二电位计20预设的值相比较，并且在信号电平降到低于预设值时将 输出信号递送到发射器11。这指示在喷嘴/压力变送器8、14中检测到了 负压。
键组13连接到发射器。借助于此键组13，附加数目的命令可由操作 者7给出并且被传送到机器，并且其不要求操作者7应该有自由的手。对 于缠绕机，这些命令可以控制功能，如升高或降低旋转圆柱体2、打开或 关闭存在于旋转圆柱体和地平面之间的腔、改变圆柱体2的旋转方向、以 及控制制动系统(通/断)等。
当操作者7的嘴/唇触及接触感测变送器15(存在变送器)时，所述 变送器递送被发射到发射器11的信号。该信号由此暗示“检测到操作者 的存在”，并且从发射器11被发射到接收器1b，接收器1b对信号进行解 码并且使它们适合于过程/机器的自动控制单元4，并且允许过程/机器被 释放以使其可开始工作。
图3更详细地示出了工作部件及其喷嘴，操作者通过工作部件及其喷 嘴，通过用他的嘴/唇吹、吸、或仅触及来递送控制命令。工作部件8包 括外壳21，外壳21与上外壳部分22一起在安装位置形成腔。该腔形成 封闭的压力室23，压力室23通过通道24与喷嘴9连通。压力变送器14 被设置成检测当操作者7吹/吸时室23中呈现的压力与工作部件之外存在 的外部大气压之间的差，且这是通过附加通道25进行的。
存在感测变送器15包括薄金属板26或箔，其这里被放置在接近喷嘴 9的工作部件8的上外壳部分22上。板26连接到电子装置并且能够检测 操作者7的嘴/唇的存在。
尤其包括仪用放大器16和比较器17、18的信号处理单元10被布置 在工作部件8中，且通向发射器11的线缆27被放置在挠性臂28之内。
工作部件8还被提供有边缘29，边缘29使得操作者7更容易以正确 方式将该单元保持在他的嘴中。
图4示出了根据本发明的工作部件8如何应用于头戴耳机/耳防护器 30。工作部件8这里被安装在挠性臂28上，挠性臂28的另一端固定地或 可分离地连接到耳罩31之一。发射器部分11可以被整合到罩之一中或者 可以是一松散单元并且通过线缆连接，然后可以附着到操作者的衣服、放 在口袋中等。发射器11连接到安装在罩31上的天线12a。工作部件/喷嘴 8、9的位置可被容易地调节并且可被设置成适合于由操作者7使用并且 使用是舒适的。
上面已参考几个不同的优选实施例描述了本发明。当然，本发明不仅 限于这些实施例，而诸实施例的其他变种可由所附权利要求的保护范围所 包含。因此，完全可考虑使压力变送器14以连续方式感测施加在喷嘴9 中的气压，并且基于这样的信号，机器例如以连续方式控制速度。通过改 变吹喷嘴9的强度，操作者7由此被允许以连续方式控制机器的速度。
该控制装置包括发射器部分1a和接收器部分1b。发射器部分1a又 由被提供有喷嘴9和信号处理模块10的工作部件8、发射器11以及天线 12a构成。接收器部分1b连接到生产设施的控制单元4，并且被提供有用 于接收无线电波的天线12b。
发射器11以无线方式、优选地借助于具有例如433MHz的载波频率 的无线电波来将信号发射到接收器部分1b。该发射还可借助于IR光、超 声、激光等来进行。取决于生产设备、周围环境、供给的功率等，发射器 11所及范围应该在25米和200米之间。
图2示出了发射器部分1a的各个功能块。发射器部分1a包括放置在 工作部件8中的信号处理单元10以及例如被提供有键组13和天线12a的 发射器11。工作部件8被提供有喷嘴9并且包括两个传感器：压力变送 器14，其可以为压电型的；以及触及或接触感测变送器15，其可优选地 为电容型的，但是其也可由微开关、导电橡胶膜等构成。两个变送器14、 15被构建在一起并且被封入工作部件8中。
压力变送器14检测操作者7通过他的嘴经由喷嘴9施加在工作部件 8中的气压。优选地，检测三个不同的水平：过压、负压以及常压。这对 应于操作者7通过在工作部件8的喷嘴9中吹、吸或什么也不做而获得的 状态。
接触感测变送器15以这样的方式放置在喷嘴9中/喷嘴9处：其由于 操作者的嘴、唇或牙齿接触或触及变送器15而感测操作者7的存在。如 果不存在，则变送器15相应地检测并且阻止机器启动；可替换地，如果 机器已经在运转，则停止被触发。
来自压力变送器14的信号在仪用放大器16中被放大并且所得信号被 供给到第一和第二比较器17、18。第一比较器17将来自压力变送器14 的信号与借助于第一电位器19预设的信号电平相比较，并且在信号电平 超过预设值时将输出信号递送到发射器11。这指示在喷嘴/压力变送器8、 14中检测到了过压。第二比较器18将来自压力变送器14的信号与借助 于第二电位计20预设的值相比较，并且在信号电平降到低于预设值时将 输出信号递送到发射器11。这指示在喷嘴/压力变送器8、14中检测到了 负压。
键组13连接到发射器。借助于此键组13，附加数目的命令可由操作 者7给出并且被传送到机器，并且其不要求操作者7应该有自由的手。对 于缠绕机，这些命令可以控制功能，如升高或降低旋转圆柱体2、打开或 关闭存在于旋转圆柱体和地平面之间的腔、改变圆柱体2的旋转方向、以 及控制制动系统(通/断)等。
当操作者7的嘴/唇触及接触感测变送器15(存在变送器)时，所述 变送器递送被发射到发射器11的信号。该信号由此暗示“检测到操作者 的存在”，并且从发射器11被发射到接收器1b，接收器1b对信号进行解 码并且使它们适合于过程/机器的自动控制单元4，并且允许过程/机器被 释放以使其可开始工作。
图3更详细地示出了工作部件及其喷嘴，操作者通过工作部件及其喷 嘴，通过用他的嘴/唇吹、吸、或仅触及来递送控制命令。工作部件8包 括外壳21，外壳21与上外壳部分22一起在安装位置形成腔。该腔形成 封闭的压力室23，压力室23通过通道24与喷嘴9连通。压力变送器14 被设置成检测当操作者7吹/吸时室23中呈现的压力与工作部件之外存在 的外部大气压之间的差，且这是通过附加通道25进行的。
存在感测变送器15包括薄金属板26或箔，其这里被放置在接近喷嘴 9的工作部件8的上外壳部分22上。板26连接到电子装置并且能够检测 操作者7的嘴/唇的存在。
尤其包括仪用放大器16和比较器17、18的信号处理单元10被布置 在工作部件8中，且通向发射器11的线缆27被放置在挠性臂28之内。
工作部件8还被提供有边缘29，边缘29使得操作者7更容易以正确 方式将该单元保持在他的嘴中。
图4示出了根据本发明的工作部件8如何应用于头戴耳机/耳防护器 30。工作部件8这里被安装在挠性臂28上，挠性臂28的另一端固定地或 可分离地连接到耳罩31之一。发射器部分11可以被整合到罩之一中或者 可以是一松散单元并且通过线缆连接，然后可以附着到操作者的衣服、放 在口袋中等。发射器11连接到安装在罩31上的天线12a。工作部件/喷嘴 8、9的位置可被容易地调节并且可被设置成适合于由操作者7使用并且 使用是舒适的。
上面已参考几个不同的优选实施例描述了本发明。当然，本发明不仅 限于这些实施例，而诸实施例的其他变种可由所附权利要求的保护范围所 包含。因此，完全可考虑使压力变送器14以连续方式感测施加在喷嘴9 中的气压，并且基于这样的信号，机器例如以连续方式控制速度。通过改 变吹喷嘴9的强度，操作者7由此被允许以连续方式控制机器的速度。