專利名稱：數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電液一體化控制技術(shù)，具體涉及一種用于水輪機(jī)筒閥開啟和關(guān)閉的多液 壓缸同步升降的電液控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
筒閥作為一種斷開閥，安裝在水輪機(jī)固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉之間。由于在筒閥操作過 程中本體結(jié)構(gòu)需要在水平、平穩(wěn)的狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)，不能有發(fā)卡現(xiàn)象出現(xiàn)，因此需要可靠的
同步系統(tǒng)保證多執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。目前廣泛采用的筒閥同步機(jī)構(gòu)方式有兩種機(jī)械同步和 電液同步。
機(jī)械同步控制簡單，筒閥的啟閉可以手動(dòng)和自動(dòng)控制，管道連接簡單，因此漏油點(diǎn) 少。但接力器油缸的進(jìn)口油無調(diào)節(jié)能力，油缸進(jìn)油量由節(jié)流量調(diào)整固定，筒閥只能定速 關(guān)閉，不能按照給定的啟閉速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。同時(shí)同步結(jié)構(gòu)采用絲桿鏈條等機(jī)械裝置，所 占空間較大，而且筒閥啟閉較電液噪聲大。
電液同步筒閥控制可采用可編程任意調(diào)整，接力器運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)控制具有按照調(diào) 節(jié)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的隨動(dòng)性，對發(fā)生異步的油缸矯正能力好，筒閥也可按照程序制定啟閉速度 進(jìn)行控制。由于同步結(jié)構(gòu)無絲桿鏈條等機(jī)械裝置，所占空間小，對水輪機(jī)的拆裝起吊無 影響。電液控制的缺陷是不能全機(jī)械手動(dòng)開關(guān)筒閥控制，由于控制系統(tǒng)復(fù)雜，要求電氣 系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)密切配合，而且制作成本高。系統(tǒng)以及管道連接復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。本發(fā) 明針對現(xiàn)有水輪機(jī)筒閥同步控制系統(tǒng)中所存在的問題，提出了由液壓和電氣共同控制的 方案，液壓缸采用數(shù)字缸，使問題得到圓滿解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由多數(shù)字缸同步升降的水輪機(jī)筒閥控制裝置。以下結(jié)合附 圖對本發(fā)明的技術(shù)方案予以說明。
數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)，由控制模塊、供油模塊和執(zhí)行模塊三部分組成， 其中控制模塊由觸摸屏、PLC模塊和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成；供油模塊由電機(jī)、液壓泵、蓄
能器、溢流閥和油箱組成；由與N個(gè)驅(qū)動(dòng)器所對應(yīng)的N個(gè)步進(jìn)電機(jī)、N個(gè)位移傳感器、 N個(gè)三位四通閥和N個(gè)液壓缸組成執(zhí)行模塊。其中3SiVS8。由液壓缸、步進(jìn)電機(jī)和三 位四通閥組合為數(shù)字液壓缸。三位四通閥閥芯的移動(dòng)換向靠步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖和液壓缸中的機(jī)械裝置完成。在部件連接結(jié)構(gòu)上，觸摸屏與PLC控制模塊和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器相接； 液壓泵分別接至蓄能器、溢流閥和N個(gè)液壓缸的進(jìn)油總管P線；PLC模塊另有控制線 分別接至N個(gè)位移傳感器，液壓泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，N個(gè)液壓缸控制水輪機(jī)筒閥的同步升降
和速度。步進(jìn)電機(jī)接收到脈沖信號驅(qū)動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，控制三位四通閥的開口度，控制流量。 驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖的頻率控制速度，使速度達(dá)到一致，發(fā)送脈沖的數(shù)量控制位移。附圖中
的實(shí)線為工作油路管線；虛線為控制部分線路。
本發(fā)明采用液壓和電氣同步的控制方式。其控制方案為(1)用PLC (可編程控制 器)預(yù)先設(shè)定液壓缸的運(yùn)動(dòng)軌跡，使驅(qū)動(dòng)器控制每個(gè)液壓缸按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)；(2) 選擇液壓缸中位置最低的一個(gè)為參照，其它的液壓缸和這個(gè)作為基準(zhǔn)液壓缸的位置進(jìn)行 比較，然后通過反饋信號迸行控制；(3)每個(gè)液壓缸的頂端安裝一個(gè)位移傳感器，位移 傳感器與PLC模塊相連，PLC將每個(gè)液壓缸的位置進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)判斷所有液壓缸中位 置最低的，然后將其與其它液壓缸的位置進(jìn)行偏差分析。在操作上是通過觸摸屏與之連 接的PLC模塊以及驅(qū)動(dòng)器來進(jìn)行。
其工作過程是筒閥上升或下降的過程中，每個(gè)液壓缸頂端的位移傳感器實(shí)時(shí)的將 該液壓缸的位置信號反饋至PLC模塊，由PLC模塊與N個(gè)液壓缸的位置進(jìn)行比較，然后 將位置最低的液壓缸作為基準(zhǔn)。在分別將其它液壓缸的位置與其做比較，得出每個(gè)液壓 缸的位置偏差。同時(shí)根據(jù)液壓缸允許位置偏差去計(jì)算得出基準(zhǔn)位置的允許偏差。此時(shí)通 過每個(gè)液壓缸和基準(zhǔn)液壓缸的位置偏差實(shí)時(shí)的控制驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出數(shù)字脈沖信 號，使N個(gè)液壓缸同步運(yùn)行。液壓缸依據(jù)脈沖信號而運(yùn)動(dòng)，脈沖頻率為速度，脈沖總數(shù) 則表示總行程。


附圖為本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例并參照附圖對本發(fā)明的方案作進(jìn)一步的說明。 數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)，具有觸摸屏、PLC模塊、電機(jī)、液壓泵、蓄能 器、溢流閥、油箱、驅(qū)動(dòng)器'、步進(jìn)電機(jī)、位移傳感器、三位四通閥、液壓缸和筒閥。系 統(tǒng)由控制模塊、供油模塊和執(zhí)行模塊三部分組成，其中控制模塊由觸摸屏l、 PLC模塊 2和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器8-1 8-N組成；供油模塊由步進(jìn)電機(jī)3、液壓泵4、蓄能器5、溢流閥 6和油箱7組成；由與N個(gè)驅(qū)動(dòng)器8-l 8-N所一一對應(yīng)的N個(gè)步進(jìn)電機(jī)9-l 9-N、 N 個(gè)位移傳感器10-l 10-N、N個(gè)三位四通閥.ll-l ll-N和N個(gè)液壓缸12-l 12-N組成
4執(zhí)行模塊，其中3《WS8 。觸摸屏1按順序與PLC控制模塊2和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器8-l 8-N 相接。液壓泵4分別接至蓄能器5、溢流閥6和N個(gè)液壓缸12-l 12-N的進(jìn)油總管P 線。N個(gè)液壓缸12-l 12-N的回油總管T線以及液壓泵4和溢流閥6的底部均設(shè)有油 箱7。 PLC模塊2另有控制線分別接至N個(gè)位移傳感器10-l 10-N。液壓泵4由步進(jìn)電 機(jī)3驅(qū)動(dòng)，N個(gè)液壓缸12-l 12-N控制水輪機(jī)筒閥13的同步升降和速度。系統(tǒng)采用電 氣和液壓同步控制的方式以實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)筒閥的同步升降和速度控制要求。
本實(shí)施例采用6個(gè)液壓缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行裝置，筒閥13上升和下降時(shí)的工作 過程為
(1) 筒閥上升
當(dāng)筒闊上升時(shí)，液壓缸頂端的位移傳感器實(shí)時(shí)將6個(gè)液壓缸的位移反饋給PLC模塊， PLC模塊對6個(gè)液壓缸的位移進(jìn)行比較，得到位置最低的液壓缸，也即上升最慢的液壓 缸(假定第一個(gè)液壓缸12-1上升最慢)，此時(shí)將其它液壓缸的位移和與第一個(gè)液壓缸12-1 進(jìn)行偏差計(jì)算，偏差信號通過PLC模塊發(fā)送指令控制驅(qū)動(dòng)器，使第二至第六個(gè)驅(qū)動(dòng)器 8-2 8-6向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖頻率減慢，以此達(dá)到同步控制的目的。
(2) 筒閥下降
步驟同前。筒閥下降時(shí)，PLC模塊對6個(gè)液壓缸的位移比較后，得到位置最低的液 壓缸，也即下降最快的液壓缸(假定第二個(gè)液壓缸12-2下降最快)，此時(shí)掩其它液壓缸 的位移與第二個(gè)液壓缸12-2進(jìn)行偏差計(jì)算，偏差信號通過PLC模塊發(fā)送指令控制驅(qū)動(dòng) 器，使第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器8-1以及第三至第六個(gè)驅(qū)動(dòng)器8-3 8-6向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖頻率 加快，達(dá)到同步控制。
筒閥上升時(shí)以上升最慢的液壓缸位置為基準(zhǔn)，筒閥下降時(shí)以下降最快的液壓缸位置 為基準(zhǔn)進(jìn)行同步控制，所以能夠很好的滿足水輪機(jī)筒閥慢速上升和快速下降的要求。
本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果體現(xiàn)在液壓原件較少，系統(tǒng)簡化，由于采用液壓和電氣 共同控制使水輪機(jī)筒閥的運(yùn)動(dòng)軌跡同步可調(diào)，解決了液壓傳動(dòng)中的振動(dòng)、噪音、故障監(jiān) 測等問題。本發(fā)明可以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，并具有較高的抗干擾能力和抗油污能力， 安全可靠。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的電氣液壓同步控制和速度控制要求?？梢悦總€(gè)驅(qū)動(dòng)器 控制一個(gè)液壓缸，也可以一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制多個(gè)液壓缸。
權(quán)利要求
1.數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)，具有觸摸屏、PLC模塊、電機(jī)、液壓泵、蓄能器、溢流閥、油箱、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、位移傳感器、三位四通閥、液壓缸和筒閥，其特征是系統(tǒng)由控制模塊、供油模塊和執(zhí)行模塊三部分組成，其中控制模塊由觸摸屏(1)、PLC模塊(2)和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器(8-1～8-N)組成；供油模塊由步進(jìn)電機(jī)(3)、液壓泵(4)、蓄能器(5)、溢流閥(6)和油箱(7)組成；由與N個(gè)驅(qū)動(dòng)器(8-1～8-N)所一一對應(yīng)的N個(gè)步進(jìn)電機(jī)(9-1～9-N)、N個(gè)位移傳感器(10-1～10-N)、N個(gè)三位四通閥(11-1～11-N)和N個(gè)液壓缸(12-1～12-N)組成執(zhí)行模塊，觸摸屏(1)按順序與PLC控制模塊(2)和N個(gè)驅(qū)動(dòng)器(8-1～8-N)相接，液壓泵(4)分別接至蓄能器(5)、溢流閥(6)和N個(gè)液壓缸(12-1～12-N)的進(jìn)油總管P線，N個(gè)液壓缸(12-1～12-N)的回油總管T線以及液壓泵(4)和溢流閥(6)的底部均設(shè)有油箱(7)，PLC模塊(2)另有控制線分別接至N個(gè)位移傳感器(10-1～10-N)，液壓泵(4)由步進(jìn)電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)，N個(gè)液壓缸(12-1～12-N)控制水輪機(jī)筒閥(13)的同步升降和速度。
2. 按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)，其特征是由所述液壓 缸、步進(jìn)電機(jī)和三位四通閥組合為數(shù)字液壓缸。
3. 按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字缸控制的水輪機(jī)筒閥啟閉系統(tǒng)，其特征是所述N個(gè)驅(qū) 動(dòng)器(8-l 8-N)、 N個(gè)步進(jìn)電機(jī)(9-l 9-N)、 N個(gè)位移傳感器(10-1 10-N)、 N個(gè)三 位四通閥(11-l ll-N)以及N個(gè)液壓缸(12-l 12-N)，其中3^iVS8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由多液壓缸同步升降的水輪機(jī)筒閥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由控制模塊、供油模塊和執(zhí)行模塊三部分組成。由與N個(gè)驅(qū)動(dòng)器所一一對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)、位移傳感器、三位四通閥和液壓缸組成執(zhí)行模塊。其中3≤N≤8?？刂颇K通過觸摸屏、PLC和驅(qū)動(dòng)器控制液壓缸及步進(jìn)電機(jī)脈沖的頻率和數(shù)量以達(dá)到控制液壓缸運(yùn)動(dòng)速度和位移的目的。每個(gè)液壓缸頂端接有傳感器，實(shí)時(shí)將位移信號反饋給PLC模塊，根據(jù)每個(gè)液壓缸之間的位置偏差控制調(diào)整驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖的頻率和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)高精度的電氣同步控制和速度控制要求。本發(fā)明液壓原件較少，系統(tǒng)簡化，由于采用液壓和電氣共同控制使水輪機(jī)筒閥的運(yùn)動(dòng)軌跡同步可調(diào)。
文檔編號F03B15/12GK101660482SQ200910070590
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者宋偉科, 李曉奇, 鷹 洪, 剛 王, 王國棟, 肖聚亮, 靳光永 申請人:天津大學(xué)