MX2012015081A - Inclinometro con iman permanente para una maquina industrial. - Google Patents

Abstract

Inclinómetro de imán permanente para una máquina industrial; la máquina industrial incluye un componente movible con respecto a la máquina industrial que incluye un primer imán permanente y un segundo imán permanente; un arreglo de sensores magnéticos circulares detecta un primer flujo magnético asociado con el primer imán permanente y un segundo flujo magnético asociado con el segundo imán permanente; el arreglo de sensores magnéticos circulares incluye un primer sensor magnético que detecta el primer flujo magnético y un segundo sensor magnético que detecta el segundo flujo magnético; el controlador recibe una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético y una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético, analiza la primera señal de flujo para identificar un primer flujo magnético pico, y analiza la segunda señal de flujo para identificar un segundo flujo magnético pico; el controlador determina posteriormente la inclinación del componente de la máquina industrial con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico.

Description

INCLINÓMETRO CON IMAN PERMANENTE PARA UNA MÁQUINA INDUSTRIAL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un inclinómetro. Los sistemas Í microelectromecánicos ("MEMS", por sus siglas en inglés) se utilizan a menudo para medir la inclinación. Sin embargo, los MEMS incluyen piezas móviles pequeñas que son susceptibles a los golpes y a las vibraciones, lo cual puede afectar negativamente la capacidad de los MEMS para meelir la inclinación con precisión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención descrita en la presente proporciona un inclinómetro magnético que se puede utilizar para determinar la inclinación de, por ejemplo, una palanca de cucharón, una pluma, u otro componente de una máquina industrial. La inclinación del componente de la máquina industrial es utilizada, por ejemplo, por un sistema para evitar colisiones, un sistema de determinación de carga útil, un sistema de detección de posición asociado con la máquina industrial. El inclinómetro incluye un arreglo de ¡manes (por ejemplo, imanes permanentes) montado o de otro modo acoplado al componente de la máquina industrial. Un arreglo de sensores magnéticos circulares (por ejemplo, un arreglo de sensores de efecto Hall u otros detectores magnéticos) se proporciona en la proximidad de los imanes. El arreglo de sensores magnéticos está conectado a un controlador que recibe señales desde el arreglo de sensores magnéticos asociado con una característica detectada (por ejemplo, flujo magnético) de uno o más de los imanes. El controlador procesa las señales recibidas desde el arreglo de sensores. Con base en cuales sensores en el arreglo de sensores detectaron la característica (o la magnitud de la característica) de los imanes, el controlador determina o calcula una inclinación del componente de la máquina industrial. Tal inclinómetro es capaz de determinar la inclinación del componente de la máquina industrial con base en movimientos lineales del componente, movimientos de rotación del componente, o una combinación de movimientos lineales y de rotación del componente de la máquina industrial. Adicionalmente, debido a que los imanes permanentes y sensores magnéticos no incluyen ninguna pieza móvil, ellos no son susceptibles a los errores causados por vibraciones y golpes.

En una modalidad, la invención proporciona un método para determinar una inclinación de un componente de una máquina industrial. El componente de la máquina industrial es independientemente movible de forma lineal y de forma rotativa. El método incluye detectar un primer jflujo magnético asociado con un primer sensor magnético, detectar un segundo flujo magnético asociado con un segundo sensor magnético, y generar una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético y una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético. El método también incluye analizar la primera señal de flujo para identificar un primer flujo magnético pico, analizar la segunda señal de flujo para identificar un flujo magnético pico, e identificar una trayectoria de sensor magnético con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico. La inclinación del componente de la máquina industrial se determina posteriormente con base en la trayectoria de sensor magnético identificada.

En otra modalidad, la invención proporciona una máquina industrial. La máquina industrial incluye un componente, un arregló de sensores magnéticos circulares, y un controlador. El componente es movible de forma lineal o de forma rotativa con respecto a la máquina industrial. El componente incluye un primer imán permanente y un segundo imán permanente. El arreglo de sensores magnéticos circulares está configurado para detectar un primer flujo magnético asociado con el primer imán permanente y un segundo flujo magnético asociado con el segundo imán permanente. El arreglo de sensores magnéticos circulares incluye un primer sensor magnético configurado para detectar el primer flujo magnético asociado con el primer imán permanente y un segundo sensor magnético configurado para detectar el segundo flujo magnético asociado con el segundo imán permanente. El controlador está configurado para recibir una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético y una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético, analizar la primera señal de flujo para identificar un primer flujo magnético pico, y analizar la segunda señal de flujo para identificar un segundo flujo magnético pico. El controlador también está configurado para determinar la inclinación del componente de la máquina industrial con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico.

En otra modalidad, la invención proporciona un método para determinar la inclinación. El método incluye detectar un primer flujo magnético asociado con un primer imán permanente, detectar un segundo flujo magnético asociado con un segundo imán permanente, generar una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético, y generar una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético. El método también incluye identificar un primer flujo magnético pico asociado con la primera señal de flujo, identificar un segundo flujo magnético pico asociado con la segunda señal de flujo, y determinar la inclinación con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico.

Otros aspectos de la invención serán evidentes por la consideración de la descripción detallada y los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Fig. 1 ilustra una máquina industrial de conformidad con una realización de la invención.

La Fig. 2 ilustra un controlador de conformidad con una modalidad de la invención.

La Fig. 3 ¡lustra un sistema de control para una máquina industrial de conformidad con una modalidad de la invención.

La Fig. 4 ilustra un sistema de inclinómetro magnético circular de conformidad con una modalidad de la invención.

Las Figs. 5A-5F ilustran arreglos de sensores de con modalidades de la invención.

Las Figs. 6A-6D ilustran arreglos de imanes permanentes de conformidad con modalidades de la invención.

La Fig. 7 ¡lustra un proceso para determinar la inclinación de un componente de una máquina industrial de conformidad con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN i Antes de que las modalidades de la invención se expliquen con detalle, se debe entender que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los siguientes dibujos. La invención es capaz de otras modalidades y de ponerse en práctica o de llevarse a cabo de varias maneras. También, se debe entender que la fraseolog'a y terminología utilizadas en la presente es para propósitos de descripción y no debe considerarse como limitada. El uso de "incluir", "comprender" o "tener" y variaciones de los mismos en la presente se entiende que abarca los artículos enumerados de ahí en adelante y equivalentes de los mismos así domo artículos adicionales. Los términos "montado", "conectado" y "acoplado" se utilizan en sentido amplio y abarcan tanto montaje directo como indirecto, i conectar y acoplar. Adicionalmente, "conectado" y "acoplado" no se limitan a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos, y pueden incluir conexiones o acoplamientos eléctricos, ya sea directos o indirectos. Además, las comunicaciones y notificaciones electrónicas pueden llevarse a cabo utilizando cualquier medio conocido, incluyendo conexiones directas, conexiones inalámbricas, etc.

Debe notarse que una pluralidad de dispositivos basados en hardware y software, así como una pluralidad de diferentes componentes estructurales se pueden utilizar para implementar la ¡nvenbión. Adicionalmente, y como se describe en los párrafos siguientes, las configuraciones específicas ilustradas en los dibujos están destinadas a ejemplificar modalidades de la invención y que otras configuraciones alternativas son posibles. Los términos "procesador", "unidad central de procesamiento" y "CPU" son intercambiables a menos que se establezca lo contrario. Cuando los términos "procesador" o "unidad central de procesamiento" o "CPU" se utilizan para identificar una unidad que Meya a cabo funciones específicas, se debe entender que, a menos que se establezca lo contrario, esas funciones pueden ser llevadas a cabo por un único procesador, o procesadores múltiples dispuestos en cualquier forma, j incluyendo procesadores en paralelo, procesadores en serie, procesadores en tándem o configuraciones de procesamiento en nube/computación en nubje.

La invención descrita en la presente se refiere al control de una máquina industrial (por ejemplo, una máquina de minería, una grúa, un cargador de extremo, un cargador de deslizamiento, una retroexcavadora, etc.) configurada para, entre otras cosas, subir y bajar una carga. Contro ar la máquina industrial incluye determinar, entre otras cosas, la orientación de la máquina industrial, la posición de los componentes de la máquina industrial, y los ángulos relativos de los componentes de la máquina industrial con respecto uno a otro. Por ejemplo, la máquina industrial puede incluir uno o más inclinómetros que se pueden utilizar para determinar la inclinación de, por ejemplo, una palanca de cucharón, una pluma, u otro componente de la máquina industrial. La inclinación del componente de la máquina industrial puede ser utilizada por una variedad de sistemas de control asociados con la máquina industrial con el propósito de evitar colisiones, la determinación de carga útil, la detección de posición, etc. Los inclinómetros pueden incluir un arreglo de imanes (por ejemplo, imanes permanentes) montado o de otra manera acoplado a un componente de la máquina industrial. Un arreg o de sensores magnéticos circulares (por ejemplo, un arreglo de sensores de efecto Hall u otros detectores magnéticos) se proporciona en la los imanes. El arreglo de sensores detecta una característica flujo magnético) asociada con los ¡manes, y está conectado a un controlador que recibe señales del arreglo de sensores magnéticos relacionadas con la característica. El controlador procesa posteriormente las señales recibidas del arreglo de sensores. Con base en cuales sensores en el arreglo de sensores detectaron la característica asociada con los imanes, el controlador determina o calcula una inclinación del componente de la máquina industrial. Tal inclinómetro es capaz de determinar la inclinación del componente de la máquina industrial con base en movimientos lineales del componente, movimientos de rotación del componente, o una combinación de movimientos lineales y de rotación del componente de la máquina industrial.

Aunque la invención descrita en la presente se puede aplicar a, llevar a cabo por, o utilizar conjuntamente con una variedad de máquinas industriales (por ejemplo, una pala de cable eléctrico, dragalinas, cargadores de extremo, cargadores de deslizamiento, retroexcavadoras, grúas, etc.), modalidades de la invención se describen en la presente con respecto a una pala de cable eléctrico o pala mecánica, tal como la pala mecánica 10 mostrada en la Fig. 1. La pala 10 incluye una base móvil 15, pistas de accionamiento 20, una placa giratoria 25, una cubierta de maquinaria 30, una pluma 35, un extremo inferior 40, una polea 45, cables de tensión 50, un tirante posterior 55, una estructura de tirante 60, un cucharón 70, un cable de elevación 75, un tambor de maquinilla 80, brazo o palanca de cucharón 85, un bloque de caballete 90, un punto de pivote 95, una unidad de transmisión 100, un pasador con estribo 105, y un inclinómetro 32.

La base móvil 15 está soportada por las pistas de accionamiento 20. La base móvil 15 soporta la placa giratoria 25 y la cubierta de maquinaria 30. La placa giratoria 25 es capaz rotar 360 grados alrededor de la cubierta de maquinaria 30 con relación a la base móvil 15. La pluma 35 está conectada pivotalmente en el extremo inferior 40 a la cubierta de maquinaria 30. La pluma 35 se mantiene en una relación que se extiende hacia arriba y hacia fuera de la cubierta por los cables de tensión 50 que están anclados al tirante posterior 55 de la estructura de tirante 60. La estructura de tirante 60 está montada rígidamente en la cubierta de maquinaria 30. La polea 45 está montada de forma rotativa en el extremo superior de la pluma 35.

El cucharón 70 está suspendido de la pluma 35 por el cable de elevación 75. El cable de elevación 75 está enrollado sobre la polea 45 y unido al cucharón 70 en el pasador con estribo 105. El cable de elevación 75 está anclado en el tambor de maquinilla 80 de la cubierta de maquinaria 30. A medida que el tambor de maquinilla 80 gira, el cable de elevación 75 se desenrolla para bajar el cucharón 70 o se retrae para elevar el cucharón 70. El cucharón 70 también incluye la palanca de cucharón 85 unida rígidamente al mismo. La palanca de cucharón 85 está soportada de forma deslizable en un bloque de caballete 90, y el bloque de caballete 90 está montado pivotalmente a la pluma 35 en el punto de pivote 95. La palanca de cucharón 85 incluye una formación de cremallera dentada en la misma la cual acopla un piñón de accionamiento montado en el bloque de caballete 90. El piñón de accionamiento es accionado por un motor eléctrico y la unidad de transmisión 100 para extender o retraer la palanca de cucharón 85 con relación al bloque de caballete 90.

Una fuente de energía eléctrica está montada en la cubierta de maquinaria 30 para proporcionar energía a uno o más motores eléctricos de elevación para accionar el tambor de maquinilla 80, uno o más motores eléctricos de empuje para accionar el bloque de caballete 90, la unidad de transmisión 100, y uno o más motores eléctricos de oscilación para girar la placa giratoria 25. Cada uno de los motores de empuje, de elevación, y de oscilación son accionados mediante su propio controlador de o accionados en respuesta para controlar voltajes y corrientes correspondiéntes a los comandos del operador.

La Fig. 2 ilustra un controlador 200 asociado con la pala mecánica 10 de la Fig. 1. El controlador 200 es conectado eléctricamente y/o en comunicación con una variedad de módulos o componentes de la pala 10. Por ejemplo, el controlador ilustrado 200 está conectado a uno o más indicadores 205, un módulo de interfaz de usuario 210, uno o más motores de elevación y mandos de motor de elevación 215, uno o más motorejs de empuje y mandos de motor de empuje 220, uno o más motores de oscilación y mandos de motor de oscilación 225, un almacenaje de datos o base de datos 230, un módulo de suministro de energía 235, uno o más sensores 240, y un módulo de comunicaciones de red 245. El controlador 200 incluye combinaciones de hardware y software que son operables para, entre otras cosas, controlar el funcionamiento de la pala mecánica 10, controlar la posición de la pluma 35, la palanca de cucharón 85, el cucharón 70, etc., activar el uno o más indicadores 205 (por ejemplo, una pantalla de cristal líquido ["LCD", por sus siglas en inglés]), monitorear el funcionamiento de la pala 10, etc. El uno o más sensores 240 incluyen, entre otras cosas, una galga extensiométrica de pasador de carga, uno o más inclinómétros, pasadores de pórtico, uno o más módulos de campo de motor, etc. La galga extensiométrica de pasador de carga incluye, por ejemplo, un banco de galgas extensiométricas ubicadas en una dirección x (por ejemplo, horizontalmente) y un banco de galgas extensiométricas ubicadas en una dirección y (por ejemplo, verticalmente) de tal manera que se puede determinar una fuerza resultante en el pasador de carga. En algunas modalidades, se puede utilizar una unidad de empuje diferente de una unidad de motor de empuje (por ejemplo, una unidad de empuje para una palanca de una pata, un vástago, un cilindro hidráulico, etc.).

En algunas modalidades, el controlador 200 incluye una pluralidad de componentes eléctricos y electrónicos que proporcionan energía, control operativo, y protección para los componentes y módulos dentro del controlador 200 y/o la pala 10. Por ejemplo, el controlador 200 incluye, entre i otras cosas, una unidad de procesamiento 250 (por ejemplo, un microprocesador, un microcontrolador, u otro dispositivo programable adecuado), una memoria 255, unidades de entrada 260, y unidades de salida 265. La unidad de procesamiento 250 incluye, entre otras cosas, una unidad de control 270, una unidad aritmético lógica ("ALU", por sus siglas en inglés) 275, y una pluralidad de registros 280 (mostrados como un grupo de registros en la Fig. 2), y se implementa utilizando una arquitectura de computadora conocida, tal como una arquitectura de Harvard modificada, una arquitectura de von Neumann, etc. La unidad de procesamiento 250, la memoria 255, las unidades de entrada 260, y las unidades de salida 265, así como los divérsos módulos conectados al controlador 200 están conectados por uno o más buses de control y/o de datos (por ejemplo, bus común 285). Los buses de control y/o de datos se muestran en general en la Fig. 2 con propósitos ilustrativos. El uso de uno o más buses de control y/o de datos para la interconexión entre y la comunicación entre los diversos módulos y componentes sería conocido para una persona experta en la técnica en vista de la invención descrita en la presente. En algunas modalidades, el controlador 200 es implementado parcial o totalmente en un semiconductor (por ejemplo, un semiconductor de arreglo de compuertas programables en campo ["FPGA", por sus siglas en inglés]) un chip, tal como un chip desarrollado a través de un proceso de diseño de nivel de transferencia de registros ("RTL", por sus siglas en inglés).

La memoria 255 incluye, por ejemplo, un área de almacenamiento de programas y un área de almacenamiento de datos. El área de almacenamiento de programas y el área de almacenamiento de datos pueden incluir combinaciones de diferentes tipos de memoria, tal como memoria de sólo lectura ("ROM", por sus siglas en inglés), memoria de acceso aleatorio ("RAM", por sus siglas en inglés) (por ejemplo, RAM dinámica ["DRAM", por sus siglas en inglés], DRAM síncrono ["SDRAM", por sus siglas en inglés], etc.), memoria de sólo lectura borrable y programable eléctricamente ("EEPROM", por sus siglas en inglés), memoria flash, un disco duro, una tarjeta SD, u otros dispositivos de memoria magnéticos, ópticos, físicos, o electrónicos adecuados. La unidad de procesamiento 250 está conectada a la memoria 255 y ejecuta instrucciones de software que son capaces de ser almacenadas en una RAM de la memoria 255 (por ejemplo, durante la ejecución), una ROM de la memoria 255 (por ejemplo, en una base generalmente permanente), u otro medio legible por computadora no transitorio tal como otra memoria o un disco. El software incluido en la implementación de la pala 10 se puede almacenar en la memoria 255 del controlador 200. El software incluye, por ejemplo, firmware, una o más aplicaciones, datos de programa, filtros, reglas, uno o más módulos de programa, y otras instrucciones ejecutables. El controlador 200 está configurado para recuperar de la memoria y ejecutar, entre otras cosas, instrucciones relacionadas con los procesos y métodos de control descritos en la presente. En otras construcciones, el controlador 200 incluye componentes adicionales, menos, o diferentes.

El módulo de comunicaciones de red 245 está configurado para conectarse a y comunicarse a través de una red 290. En algunas modalidades, la red es, por ejemplo, una red de área extensa ("WAN", por sus siglas en inglés) (por ejemplo, una red basada en TCP/IP, una red celular, tal como, por ejemplo, una red de Sistema Global para Comunicaciones Móviles ["GSM", por sus siglas en inglés], una red de Servicio Radioeléctrico General por Paquetes ["GPRS", por sus siglas en inglés], una red de Acceso Múltiple por División de Código ["CDMA", por sus siglas en inglés], una red de Evolución-Datos Optimizados ["EV-DO", por sus siglas en inglés], una red de Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM ["EDGE", por sus siglas en inglés], una red de 3GSM, una red de 4GSM, una red de Telecomunicaciones Digitales Mejoradas sin Cordón ["DECT", por sus siglas en inglés], una red de AMPS digital ["IS-136 TDMA"], o una Red Ampliada Digital Integrada ["IDEN", por sus siglas en inglés], etc.).

En otras modalidades, la red 290 es, por ejemplo, una red de área local ("LAN", por sus siglas en inglés), una Red de Área de Vecindario ("NAN", por sus siglas en inglés), una Red de Área Local ("HAN", por sus siglas en inglés), o Red de Área Personal ("PAN", por sus siglas en inglés) que emplean cualquiera de una variedad de protocolos de comunicaciones, tales como Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, etc. Las comunicaciones a través de la red 290 mediante el módulo de comunicaciones de red 245 o el controlador 200 se pueden proteger utilizando una o más técnicas de criptación, tales como aquellas técnicas proporcionadas en el estándar IEEE 802.1 para la seguridad de la red basada en puertos, clave pre-compartida, Protocolo de Autenticación Extensible ("EAP", por sus siglas en inglés), Privacidad Equivalente por Cable ("WEP", por sus siglas en inglés), Protocolo de Integridad de Clave Temporal ("TKIP", por sus siglas en inglés), Acceso Wi-Fi Protegido ("WPA", por sus siglas en inglés), etc. Las conexiones entre el módulo de comunicaciones de red 245 y la red 290 son, por ejemplo, conexiones alámbricas, conexiones inalámbricas, o una combinación de conexiones alámbricas e inalámbricas. De manera similar, las conexiones entre el controlador 200 y la red 290 o el módulo de comunicaciones de red 245 son conexiones alámbricas, conexiones inalámbricas, o una combinación de conexiones inalámbricas y alámbricas. En algunas modalidades, el controlador 200 o el módulo de comunicaciones de red 245 incluye uno o más puertos de comunicación (por ejemplo, Ethernet, Serial Adjunto de Tecnología Avanzada ["SATA", por sus siglas en inglés], Bus Serial Universal ["USB", por sus siglas en inglés], Dispositivo con Electrónica Integrada ["IDE", por sus siglas en inglés], etc.) para transferir, recibir o almacenar datos asociados con la pala 10 o el funcionamiento de la pala 10.

El módulo de suministro de energía 235 suministra un voltaje nominal de CA o de CC al controlador 200 u otros componentes o módulos de la pala 10. El módulo de suministro de energía 235 es energizado, por ejemplo, por una fuente de energía que tiene voltajes nominales de línea éntre 100 V y 240 V, CA y frecuencias de aproximadamente 50-60Hz. El módulo de suministro de energía 235 también está configurado para suministrar voltajes más bajos para operar circuitos y componentes dentro del controlador 200 o de la pala 10. En otras construcciones, el controlador 200 u otros componentes y módulos dentro de la pala 10 son energizados por una 0|inás baterías o paquetes de baterías, u otra fuente de energía independiente de la rejilla (por ejemplo, un generador, un panel solar, etc.).

El módulo de interfaz de usuario 210 se utiliza para controlar o monitorear la pala mecánica 10. Por ejemplo, el módulo de interfaz de usuario 210 está acoplado operativamente al controlador 200 para controlar la posición del cucharón 70, la posición de la pluma 35, la posición de la palanca de cucharón 85, la unidad de transmisión 100, etc. El módulo de interfaz de i usuario 210 incluye una combinación de dispositivos de entrada o salida digitales y analógicos requeridos para alcanzar un nivel de control y monitoreo deseado para la pala 10. Por ejemplo, el módulo de interfaz de usuario 210 incluye una pantalla (por ejemplo, una pantalla primaria, una pantalla secundaria, etc.) y dispositivos de entrada, tales como pantallas táctiles! una pluralidad de protuberancias, diales, conmutadores, botones, etc. La pantalla es, por ejemplo, una pantalla de cristal líquido ("LCD", por sus siglas en inglés), una pantalla de diodo emisor de luz ("LED", por sus siglas en inglés), una pantalla de LED orgánico ("OLED", por sus siglas en inglés), una pantalla electroluminiscente ("ELD", por sus siglas en inglés), una pantalla de Superficie Conductora Emisora de Electrones ("SED", por sus siglas en inglés), una pantalla de emisión de campo ("FED", por sus siglas en inglés), un LCD de transistor de película delgada ("TFT", por sus siglas en inglés); etc.

El módulo de interfaz de usuario 210 también puede estar configurado para I mostrar condiciones o datos asociados con la pala mecánica 10 en tiempo real o sustancialmente en tiempo real. Por ejemplo, el módulo de interfaz de usuario 210 está configurado para mostrar características eléctricas medidas de la pala mecánica 10, el estado de la pala mecánica 10, la posición del cucharón 70, la palanca de cucharón 85, etc. En algunas ¡mplementaciones, el módulo de interfaz de usuario 210 está controlado conjuntamente con el uno o más indicadores 205 (por ejemplo, LEDs, bocinas, etc.) para proporcionar indicaciones visuales o auditivas del estado o condiciones de la pala mecánica 10.

La FIG. 3 ilustra un sistema de control más detallado 300 de la pala mecánica 10. Por ejemplo, la pala mecánica 10 incluye un controlador principal 305, un conmutador de red 310, un gabinete de control 315, un gabinete de control auxiliar 320, una cabina de operador 325, un primer módulo de mando de elevación 330, un segundo módulo de mandó de elevación 335, un módulo de mando de empuje 340, un módulo de mando de oscilación 345, un módulo de campo de elevación 350, un módulo de campo de empuje 355, y un módulo de campo de oscilación 360. Los diversos componentes del sistema de control 300 están conectados por y comunicados a través de, por ejemplo, un sistema de comunicación de fibra óptica, que utiliza uno o más protocolos de red para la automatización industrial, tales como Bus de Campo de Proceso ("PROFIBUS", por sus siglas en inglés), Ethernet, ControlNet, Fundación Bus de Campo, INTERBUS, bus de Red de Controlador de Área ("CAN", por sus siglas en inglés), etc. El sistema de control 300 puede incluir los componentes y módulos descritos anteriorménte con respecto a la Fig. 2. Por ejemplo, los mandos de motor 225 puéden corresponder a los mandos de elevación, de empuje, y de oscilación 330, 335, y 340, la interfaz de usuario 205 y los indicadores 210 se pueden incluir en la cabina de operador 325, etc. La galga extensiométrica de pasador de carga puede proporcionar señales eléctricas indicativas de las fuerzas aplicadas al pasador de carga al controlador principal 305, el gabinete de control 315, el gabinete auxiliar 320, etc.

El primer módulo de mando de elevación 330, el segundo módulo de mando de elevación 335, el módulo de mando de empuje 340, y el módulo de mando de oscilación 345 están configurados para recibir señales de control del, por ejemplo, controlador primario 305 para controlar las operaciones de elevación, de empuje, y de oscilación de la pala 10. Las señales de control de están asociadas con las señales de accionamiento de los motores de elevación, de empuje, y de oscilación 225A, 225B, 225C de la pala 10. A medida que las señales de accionamiento se aplican a los motores 225A, 225B, 225C, las salidas (por ejemplo, salidas eléctricas y mecánicas) de los motores se monitorean y se alimentan en retorno al controlador primario 305. Las salidas de los motores incluyen, por ejemplo, velocidad del motor, par del motor, potencia del motor, corriente del motor, etc. Con base en estas y otras señales asociadas con la pala (por ejemplo, señales de uno o más inclinómetros), el controlador primario 305 está configurado para determinar o calcular uno más estados o posiciones de funcionamiento de la pala 10 o sus componentes. En algunas modalidades, el controlador primario 305 determina una posición del cucharón, un ángulo de enrollamiento de elevación, rotaciones del motor de elevación por minuto ("rpm"), rpm del motor de empuje, una velocidad del cucharón, una aceleración del cucharón, ángulo de la palanca de cucharón, etc.

El controlador primario 305 o el controlador 200 están conectados a un sistema de inclinómetro magnético circular 400, como se ilustra en la Fig. 4. Por ejemplo, en la modalidad ilustrada, el sistema 400 incluye el controlador 200, un componente 405 de la máquina industrial, una pluralidad de imanes (por ejemplo, imanes permanentes) 410, un arreglo de sensores magnéticos circulares 415, y una pluralidad de sensores magnéticos 420. Los sensores magnéticos 420 son, por ejemplo, grupos o conjuntos de detectores magnéticos 425 (por ejemplo, sensores de efecto Hall, magnetómetros, u otro detector apropiado) configurados para detectar campos magnéticos o flujo magnético (es decir, la medida de un campo magnético o densidad de flujo magnético que pasa a través de una superficie dada). Las referencias hechas en la presente a "un sensor magnético 420" se hacen con respecto a modalidades de la invención que incluyen una pluralidad de detectores 425 por sensor 420, aunque los sensores 420 que incluyen un único detector 425 se puede utilizar en otras modalidades. El componente de la máquina industrial 405 es, por ejemplo, la pluma 35, la palanca de cucharón 85, etc., mostrados en la Fig. 1. Las modalidades del sistema 400 se describen en la presente con respecto al componente 405 de la máquina industrial 10 que es la palanca de cucharón 85. El componente 405 está configurado tanto para movimiento en una dirección lineal (por ejemplo, con respecto a un eje x 430 o dirección generalmente horizontal) como movimiento de rotación (por ejemplo, movimiento con respecto tanto al eje x 430 como al eje y 435 [es decir, en una dirección generalmente vertical]). En algunas modalidades, el componente 405 también está configurado para movimiento en la dirección lineal y movimiento de rotación al mismo tiempo. El movimiento del componente 405 es dependiente de, por ejemplo, la aplicación selectiva de fuerzas de elevación y de empuje durante el funcionamiento de la máquina industrial 10.

En algunas modalidades, cada uno de la pluralidad de sensores j magnéticos 420 está conectado individualmente al controlador 200. En otras modalidades, la salida de cada uno de la pluralidad de sensores magnéticos 420 es multiplexada o de otro modo combinada para la transmisión al controlador 200. En la modalidad ilustrada, el arreglo de sensores magnéticos circulares 415 incluye veinte sensores magnéticos 420. Cada uno de los sensores magnéticos 420 detecta flujo magnético asociado con los imanes permanentes 410 cuando los sensores magnéticos están en la proximidad de los imanes permanentes 410. Esta detección da como resultado un ¡área detectada 440 del arreglo de sensores 415. El flujo magnético que es detectado por los sensores magnéticos 420 varía con la posición de los imanes permanentes con respecto a los sensores 420. Por ejemplo, si uno de los imanes permanentes 410 está ubicado directamente encima de un sensor magnético 420, el sensor 420 detectará un flujo magnético máximo o picó del imán permanente 410. Sin embargo, a medida que los imanes permanentes 410 se alejan de tal posición, el flujo magnético que es detectado por el sensor 420 disminuye. Con base en el flujo magnético detectado por cada uno de los sensores magnéticos 420, el controlador 200 puede determinar un centro de una trayectoria de sensor magnético (por ejemplo, una línea central de la pluralidad de imanes 445) dentro del área detectada 440. El controlador 200 determina posteriormente la inclinación del componente 405 (por ejemplo, con respecto al eje x 430 y al eje y 435) dependiendo de donde el centro de la trayectoria de sensor magnético está en el arreglo de sensores 415. Por ejemplo, la inclinación se calcula o determina por el controlador 200 con base en una pendiente de la trayectoria de sensor magnético y una orientación del arreglo de sensores 415. Adicional o alternativamente, la posición de cada uno de los detectores magnéticos o sensores magnéticos es conocida, y dependiendo de cual de los detectores o sensores detectaron los flujos magnéticos más grandes, el controlador 200 puede calcular o determinar la inclinación del componente 405.

Las Figs. 5A-5F ilustran una variedad de diferentes configuraciones de sensores para el arreglo de sensores magnéticos circulares 415. En la Fig. 5A, un arreglo de sensores magnéticos circulares 415A incluye cuatro sensores magnéticos 450 dispuestos simétricamente alrededor del arreglo de sensores 415A. En la Fig. 5B, un arreglo de sensores magnéticos circulares 415B incluye tres sensores 455, y en la Fig. 5C, un arreglo de sensores magnéticos circulares 415C incluye dos sensores 460. Cada uno de los arreglos circulares de sensores magnéticos 415A, 415B, y 415C incluye sensores que son adyacentes entre sí. Si bien los arreglos circulares de sensores magnéticos 415A, 415B, 415C incluyen solamente 4, 3, y 2 sensores magnéticos, respectivamente, el arreglo de sensores magnéticos circulares 415 puede incluir un número mayor de sensores magnéticos. Por ejemplo, el arreglo de sensores magnéticos circulares 415 puede incluir entre un sensor y veinte sensores (como se muestra en la Fig. 4). En otras modalidades, el arreglo de sensores magnéticos circulares 415 puede incluir más de veinte sensores magnéticos (por ejemplo, entre 20 y 1000 sensores con base en el nivel deseado de precisión para la determinación de inclinación). Un arreglo de sensores magnéticos circulares 415D de la Fig. 5D incluye dieciséis sensores magnéticos circulares 465 espaciados alrededor del arreglo 415D (por ejemplo, uniformemente espaciados). La Fig. 5E ilustra un arreglo de sensores magnéticos circulares 415E que incluye veinte sensores magnéticos de tipo barra 470 espaciados (por ejemplo, uniformemente espaciados) alrededor del arreglo 415E. La Fig. 5F ilustra un arreglo de sensores magnéticos circulares 415F que incluye 72 sensores magnéticos 475 espaciados (por ejemplo, uniformemente en base a una fila) en dos filas alrededor del arreglo de sensores. Cuanto mayor sea el número de sensores magnéticos que están incluidos en el arreglo 415, mayor será la precisión con la cual el sistema 400 es capaz de determinar el ángulo de inclinación del componente 405.

Las Figs. 6A-6D ilustran diversas configuraciones de imanes permanentes para el componente 405. La Fig. 6A ilustra una pluralidad de imanes permanentes 480 espaciados uniformemente a lo largo de una superficie 485 del componente 405. Aunque los imanes permanentes 480 ilustrados en las Figs. 6A-6D son circulares, también se pueden utilizar imanes que tengan otras formas (por ejemplo, imanes de forma cuadrada, imanes de forma rectangular, etc.) Adicionalmente, aunque el arregló de imanes permanentes 480 en la Fig. 6A se puede utilizar para determinar la inclinación del componente 405, los imanes 480 también se puede utilizar para determinar, por ejemplo, el movimiento o la extensión del componente 405. Con el fin de determinar la extensión del componente 405, el controlador 200 (Fig. 4) determina qué imán está siendo detectado por el arreglo de sensores 415. En algunas modalidades, los imanes 480 en la Fig. 6A pueden ser contados por el controlador 200 a medida que están siendo detectados por el arreglo de sensores 415. Cuando el componente 405 se mueve erí una primera dirección, el recuento de imanes se puede aumentar. Cuando el componente 405 se mueve en una segunda dirección, el recuento de imanes se puede disminuir. Adicional o alternativamente, los imanes que tienen intensidades de campo magnético o momentos dipolares magnéticos diferentes se pueden utilizar para identificar porciones del componente 405. Por ejemplo, cada décimo imán permanente 480 puede tener una intensidad de campo magnético aumentada o disminuida. Esto permite que el controlador 200 identifique la extensión del componente 405 sin mantener el seguimiento de cada imán que pasa el arreglo de sensores. La Fig. 6B ilustra una modalidad del componente 405 que incluye imanes permanentes de tamaño diferente. Los imanes permanentes más grandes 490 se pueden utilizar para identificar porciones específicas del componente 405. Cuando el controlador 200 detecta la transición del flujo magnético asociado con los imanes más grandes 490 (por ejemplo, el flujo que es detectado por más detectores 425) al flujo de un imán más pequeño 495 (por ejemplo, el flujo que es detectado por un menor número de detectores 425), o viceversa, el controlador 200 es capaz de identificar una porción particular del componente 405.

La Fig. 6C ilustra una modalidad del componente 405 que incluye imanes permanentes 500 que tienen diferentes distancias, D, entre ellos. Por ejemplo, las distancias entre los centros respectivos de los primeros nueve imanes permanentes 500 se aumentan gradualmente a lo largo de la superficie 485 del componente 405 desde una distancia, D1 , hasta una distancia, D8. En algunas modalidades, las distancias posteriormente pueden disminuirse correspondientemente. Debido a que las aberturas resultantes entre los imanes permanentes 500 serán detectadas por el arreglo de sensores 415 como una reducción en el flujo magnético detectado (o una falta de flujo magnético), el controlador 200 puede comparar la reducción en eí flujo magnético detectado con tamaños relativos conocidos de los distancias entre los imanes permanentes 500 para identificar una porción particular del componente 405. La Fig. 6D ilustra una modalidad del componente 405 que incluye imanes permanentes de tamaños diferentes. Por ejemplo, los imanes varían en tamaño de ¡manes pequeños 505 a ¡manes grandes 510, y el tamaño de los imanes se puede aumentar gradualmente a lo largo de la longitud del componente 405 A medida que los imanes se hacen más grandes, el flujo magnético asociado con los imanes es detectado por tmás detectores 425 en los sensores 420. Debido a que los imanes pueden estar espaciados uniformemente, el tamaño del área donde se detecta el flujo magnético para cada imán se puede comparar de manera relativa al tamaño del área donde se detecta el flujo magnético de los imanes adyacentes a este. Con base en esta comparación, el controlador 200 puede identificar una porción particular del componente 405. Los arreglos de imanes permanentes mostrados en y descritos con respecto a las Figs. 6A-6D también se pueden utilizar para determinar, por ejemplo, la dirección de movimiento del componente 405, la velocidad de movimiento del componente 405, la aceleración del componente 405, etc., además de ser utilizado para determinar la posición o inclinación.

La Fig. 7 ilustra un proceso 600 para determinar la inclinación de un componente de la máquina industrial 10 utilizando imanes permanentes. Un primero de los sensores magnéticos 420 detecta el flujo magnético asociado con un primer imán permanente y un primer conjunto o grupo de detectores (por ejemplo, los detectores magnéticos asociados con el primero de los sensores magnéticos) (etapa 605). Un segundo de los sensores magnéticos 420 detecta el flujo magnético asociado con un segundo imán permanente y un segundo conjunto o grupo de detectores (por ejemplo, los detectores magnéticos asociados con el segundo de los sensores magnéticos) (etapa 610). El primero y el segundo de los sensores magnéticos 420 generan primera y segunda señales de flujo, respectivamente, relacionadas con los flujos detectados por cada uno de los sensores. En algunas modalidades, las señales de flujo corresponden a cada uno de los flujos detectados por cada uno de los detectores magnéticos en un sensor magnético dado 420. En otras modalidades, las señales de flujo corresponden a un promedio de los flujos detectados por los detectores magnéticos en un sensor magnético dado 420. La primera y la segunda señales de flujo se envían posteriormente a y se reciben por el controlador 200 (etapa 615). Con base en la primera señal de flujo, el controlador 200 determina los valores para el flujo detectado por el primer sensor magnético (por ejemplo, para cada uno de los detectores magnéticos en el primer sensor magnético) (etapa 620). Con base en la segunda señal de flujo, el controlador 200 determina los valores para el flujo detectado por el segundo sensor magnético (por ejemplo, para cada uno de los detectores magnéticos en el segundo sensor magnético) (etapa 625).

Los valores de flujo asociados con el primer sensor magnético se analizan posteriormente para identificar una ubicación de un primer imán permanente (etapa 630). Por ejemplo, los valores de flujo se analizan y se mapean o se agrupan con base en la magnitud relativa. En algunas modalidades, cada sensor magnético o cada uno de los detectores magnéticos representan un punto en un mapa de flujo magnético. Los valores relativos de puntos adyacentes en el mapa de flujo magnético se puéden utilizar posteriormente para determinar la inclinación del componente 405. En otras modalidades, se rellena un cuadro de valores de flujo magnético, y cada valor de flujo tiene una ubicación correspondiente dentro del arreglo de sensores magnéticos. Conociendo la ubicación de cada valor del flujo, la magnitud de cada valor de flujo, y una orientación del arreglo de sensores magnéticos, la orientación o la inclinación del componente 405 se pueden determinar. Por ejemplo, cuanto mayor sea la magnitud del flujo detectado, más cerca del detector estará el imán permanente. El controlador 200 puede comparar cada uno de los valores de flujo con uno o más valores de umbral para identificar una ubicación de (por ejemplo, un área)o centro (por ejemplo, un punto) del imán permanente. En algunas modalidades, el controlador 200 identifica un valor de flujo pico o máximo asociado con el sensor y utiliza la posición del valor de flujo pico como la ubicación del imán permanente. Por i ejemplo, un imán permanente circular tendrá picos característicos de flujo magnético medidos por los detectores directamente sobre o en la proximidad de, por ejemplo, un polo del imán permanente. Los detectores que están más separados del imán permanente detectarán menos flujo magnético jy se pueden utilizar para determinar un límite del imán permanente. Los valores de flujo detectados para el segundo sensor magnético se analizan posteriormente para identificar una ubicación de un segundo imán permanente o un flujo magnético pico asociado con el segundo imán permanente (etapa 635) dé una manera similar a la descrita con respecto a la etapa 630. El controlado^ 200 determina un centro de una trayectoria de sensor magnético o una línea central de los imanes permanentes con base en las ubicaciones de o flujos pico asociados con el primero y el segundo imanes permanentes (etapa 640). Como se describió anteriormente, el centro de la trayectoria de sensor magnético y la orientación del arreglo de sensores magnéticos circulares se pueden utilizar posteriormente para determinar el ángulo de inclinación del componente 405 (etapa 645). i De esta manera, la invención proporciona, entre otras cosas, sistemas, métodos y dispositivos para determinar la inclinación de un componente de una máquina industrial utilizando un inclinómetro de \ imán permanente. Varias características y ventajas de la invención se exponen en las siguientes reivindicaciones. 1 I1

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para determinar una inclinación dé un componente de una máquina industrial, el componente de la máquina industrial es independientemente movible de forma lineal y de forma rotativa, el método comprende: detectar un primer flujo magnético asociado con un primer sensor magnético; detectar un segundo flujo magnético asociado con un segundo sensor magnético; generar una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético y una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético; analizar la primera señal de flujo para identificar un primer flujo magnético pico; analizar la segunda señal de flujo para identificar un segundo flujo magnético pico; identificar una trayectoria de sensor magnético con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico; y determinar la inclinación del componente de la máquina industrial con base en la trayectoria de sensor magnético identificada.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el componente de la máquina industrial es una palanca de cucharón. I,

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente recibir la primera señal de flujo y la segunda señal de flujo en un controlador.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer flujo magnético pico está asociado con una primera ubicación para un primer imán permanente, y el segundo flujo magnético pico está asociado con una segunda ubicación para un segundo imán permanente.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer sensor magnético incluye una primera pluralidad de detectores magnéticos y el segundo sensor magnético incluye una segunda pluralidad de detectores magnéticos.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la primera señal de flujo corresponde a un flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el ? primer sensor magnético, y la segunda señal de flujo corresponde a un flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el segundo sensor magnético.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque analizar la primera señal de flujo y la segunda señal de flujo incluye mapear el flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el primer sensor magnético y el flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el segundo sensor magnético.

8. - Una máquina industrial, que comprende: un componente movible de forma lineal o de forma rotativa con respecto a la máquina industrial, el componente incluye un primer imán permanente y un segundo imán permanente; un arreglo de sensores magnéticos circulares configurado para detectar un primer flujo magnético asociado con el primer imán permanente y un segundo flujo magnético asociado con el segundo imán permanente, el arreglo de sensores magnéticos circulares incluye un primer sensor magnético configurado para detectar el primer flujo magnético asociado con el primer imán permanente y un segundo sensor magnético ? configurado para detectar el segundo flujo magnético asociado con el segundo imán permanente; y un controlador configurado para recibir una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético y una segunda señal de1 flujo relacionada con el segundo flujo magnético, analizar la primera señal de flujo para identificar un primer flujo magnético pico, analizar la segunda señal de flujo para identificar un segundo flujo magnético pico, y determinar la inclinación del componente de la máquina industrial con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico.

9. - La máquina industrial de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el componente es una palanca de cucharón.

10. - La máquina industrial de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el primer sensor magnético incluye una primera pluralidad de detectores magnéticos y el segundo sensor magnético incluye una segunda pluralidad de detectores magnéticos.

11. - La máquina industrial de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el primer sensor magnético es adyacente al segundo sensor magnético.

12.- La máquina industrial de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el primer sensor magnético está separado del segundo sensor magnético.

13.- La máquina industrial de conformidad con la reivindicación I, 8, caracterizada además porque el primer imán permanente es más grande en tamaño que el segundo imán permanente.

14. - La máquina industrial de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el primer imán permanente corresponde a una posición completamente retraída del componente.

15. - Un método para determinar la inclinación, el método comprende: detectar un primer flujo magnético asociado con un primer imán permanente; detectar un segundo flujo magnético asociado con un segundo imán permanente; generar una primera señal de flujo relacionada con el primer flujo magnético; generar una segunda señal de flujo relacionada con el segundo flujo magnético; identificar un primer flujo magnético pico asociado con la primera señal de flujo; identificar un segundo flujo magnético pico asociado con la segunda señal de flujo; y determinar la inclinación con base en el primer flujo magnético pico y el segundo flujo magnético pico.

16.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque comprende adicionalmente recibir la primera señal de flujo y la segunda señal de flujo en un controlador.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el primer flujo magnético pico está asociado con una primera ubicación para el primer imán permanente, y el segundo flujo magnético pico está asociado a una segunda ubicación para el segundo imán permanente. I

18.- El método de conformidad con la reivindicación 15, i caracterizado además porque el primer sensor magnético incluye una primera pluralidad de detectores magnéticos y el segundo sensor magnético incluye una segunda pluralidad de detectores magnéticos.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la primera señal de flujo corresponde a un flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el primer sensor magnético, y la segunda señal de flujo corresponde a un flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el segundo sensor magnético.

20.- El método de conformidad con la reivindicacióni 19, caracterizado además porque analizar la primera señal de flujo y la segunda señal de flujo incluye mapear el flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el primer sensor magnético y el flujo detectado para cada uno de la pluralidad de detectores magnéticos en el segundo sensor magnético.