專利名稱：智能氣動調(diào)節(jié)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種調(diào)節(jié)閥，特別是一種利用單片機(jī)作為控制器；用兩位兩 通高速開關(guān)閥控制的智能氣動調(diào)節(jié)閥，屬于液壓氣動及自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在氣動調(diào)節(jié)閥中，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以壓縮空氣為動力，接受調(diào)節(jié)儀表送出的控 制信號，控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的閥門、擋板，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的 自動化。定位器是氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)最重要的輔助設(shè)備，它保證調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的閥門、 擋板按設(shè)定的要求正確定位。
常規(guī)定位器多為機(jī)械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，可動件較多，容易 受溫度波動、外界振動等干擾的影響，耐環(huán)境性差；彈簧的彈性系數(shù)在惡劣環(huán)境 下能發(fā)生改變，會造成調(diào)節(jié)閥非線性，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；外界振動傳到力平衡 機(jī)構(gòu)，易造成部件磨損以及零點和行程漂移，也使定位器難以工作；由于噴嘴本 身的特性，定位器在穩(wěn)定狀態(tài)時也要大量消耗壓縮空氣，若使用定位器數(shù)量較多， 則能耗較大；而且噴嘴本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定 位器不能正常工作；常規(guī)定位器手動調(diào)校時需要使用專用設(shè)備、不隔離控制回路 是不可能的，且零點和行程的調(diào)整互相影響，須反復(fù)整定，費時費力。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷并充分利用現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型利用單片 機(jī)作為控制器；用兩位兩通高速開關(guān)閥來控制氣動調(diào)節(jié)閥，該裝置由單片機(jī)和高 速開關(guān)閥組成的智能控制器取代原來的定位器，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、 死區(qū)可調(diào)范圍寬、可靠性高、自適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，從而提高閥的定位能力。特 別要指出的是智能氣動調(diào)節(jié)閥充分利用了單片機(jī)的功能,可以根據(jù)被控制參數(shù) 的變化直接控制調(diào)節(jié)閥,以組成閉環(huán)控制回路,省去了調(diào)節(jié)儀表,只要程序編得好 則可實施最佳的控制規(guī)律，達(dá)到最佳的控制效果。
本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本實用新型包括控制單元、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、第一高速開關(guān)閥、第二高速開關(guān)閥、氣動執(zhí)行器、閥體、位 移傳感器；其中控制單元包括接收模塊、比較模塊、控制模塊?？刂茊卧妮敵?端通過D/A轉(zhuǎn)換器分別與第一高速開關(guān)閥和第二高速開關(guān)閥的控制端連接；第 二高速開關(guān)闊的進(jìn)氣口與恒壓氣源連通，第二高速開關(guān)閥的排氣口同時與氣動執(zhí) 行器的進(jìn)氣口和第一高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口相連，第一高速開關(guān)閥的排氣口與大氣 連通；氣動執(zhí)行器的進(jìn)氣口與第一高速開關(guān)閥的進(jìn)氣口相連，氣動執(zhí)行器膜片下 面的剛性圓盤通過連桿與閥體的閥芯相連；閥體中的閥芯與位移傳感器的輸入端 相連，位移傳感器的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與控制單元的輸入端連接；上位機(jī)信 號作為設(shè)定值，其輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與控制單元的輸入端連接。所述的接收 模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器接收閥體的閥位移反饋信號，比較模塊將接收的閥位移反 饋信號與上位機(jī)指定的閥位值進(jìn)行比較；如果比較有偏差，控制模塊通過D/A 轉(zhuǎn)換器控制第一高速開關(guān)閥和第二高速開關(guān)閥；所述的第一高速開關(guān)閥、第二高 速開關(guān)閥分別控制氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣量和排氣量，以改變多彈簧氣動薄膜執(zhí)行 機(jī)構(gòu)膜片上的壓力，使膜片運動，從而帶動閥體的閥芯運動。我們只要對單片機(jī) 編寫一個好的自學(xué)習(xí)系統(tǒng)就可對氣動調(diào)節(jié)閥實施智能控制。
根據(jù)上位機(jī)對被控參數(shù)的設(shè)定值與閥芯位置的關(guān)系，氣動執(zhí)行器有三個動 作，即下行程、上行程和靜止。其具體工作過程敘述如下
下行程接收模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器接收閥體閥芯的閥位移反饋信號，比較模 塊將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反饋信號小 于上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊通過D/A轉(zhuǎn)換器向第一高速開關(guān)閥和第二高 速開關(guān)閥的控制端發(fā)送控制信號，第一高速開關(guān)閥此時處于關(guān)閉狀態(tài)，第二高速 開關(guān)閥接受到控制信號處于開啟狀態(tài)；氣體經(jīng)過第二高速開關(guān)閥進(jìn)入氣動執(zhí)行 器，隨著進(jìn)入氣體量的增加，氣動執(zhí)行器內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，從而使氣動執(zhí)行器 膜片上表面的壓力大于下面彈簧的張力，膜片向下運動，從而帶動閥芯向下運動； 直到閥體閥芯的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值相等，而且氣壓對膜片的 作用力和下面彈簧的張力相平衡，第二高速開關(guān)閥關(guān)閉，氣體不再進(jìn)入，闊芯停 留在設(shè)定位置。
上行程接收模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器接收閥體閥芯的閥位移反饋信號，比較模 塊將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反饋信號大于上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊通過D/A轉(zhuǎn)換器向第一高速開關(guān)閥和第二高 速開關(guān)閥的控制端發(fā)送控制信號，第二高速開關(guān)閥此時處于關(guān)閉狀態(tài)，第一高速 開關(guān)閥接受到控制信號處于開啟狀態(tài)；氣體經(jīng)過第一高速開關(guān)閥流出氣動執(zhí)行 器，隨著流出氣體量的增加，氣動執(zhí)行器內(nèi)部氣體壓強(qiáng)減小，從而使氣動執(zhí)行器 膜片上表面的壓力小于下面彈簧的張力，膜片向上運動，從而帶動閥芯向上運動； 直到閥體閥芯的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值相等，而且氣壓對膜片的 作用力和下面彈簧的張力相平衡，第一高速開關(guān)閥關(guān)閉，氣體不再流出，閥芯停 留在設(shè)定位置。
靜止接收模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器接收閥體閥芯的閥位移反饋信號，比較模塊 將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反饋信號等于 上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊通過D/A轉(zhuǎn)換器向第一高速開關(guān)閥和第二高速 開關(guān)閥的控制端發(fā)送控制信號，第一高速開關(guān)閥和第二高速開關(guān)閥都處于關(guān)閉狀 態(tài)，氣體不進(jìn)入也不流出，閥芯停留在初始位置。
本實用新型的有益效果。
本實用新型提供了一種智能氣動調(diào)節(jié)閥，采用單片機(jī)和兩只高速開關(guān)閥組 合，它充分利用了高速開關(guān)閥響應(yīng)快、壽命長的優(yōu)點和單片機(jī)可靈活編程的功能 可以對氣動調(diào)節(jié)閥實施智能化控制；可靈活選擇控制參數(shù)，進(jìn)入接收模塊的反饋 信號可以是位移傳感器信號，如本實用新型中的閥位移反饋信號，也可以是溫度、 化學(xué)成分等某個具體的被控參數(shù)；本實用新型具有控制精度高、響應(yīng)速度快、死
區(qū)可調(diào)范圍寬、可靠性高、自適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，它能獨立組成閉環(huán)控制系統(tǒng),
省去了調(diào)節(jié)儀表和電氣定位器，因而具有很大的經(jīng)濟(jì)效益,對于不同的控制對象都
能達(dá)到最佳的控制效果。


圖1是本實用新型智能氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中l(wèi)控制單元、2A/D轉(zhuǎn)換器、3D/A轉(zhuǎn)換器、4第一高速開關(guān)閥、5第二 高速開關(guān)閥、6氣動執(zhí)行器、7閥體、8位移傳感器；其中1控制單元包括9接 收模塊、IO比較模塊、ll控制模塊。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本實用新型包括控制單元l、 A/D轉(zhuǎn)換器2、 D/A轉(zhuǎn)換器3、第一高速開關(guān)閥4、第二高速開關(guān)闊5、氣動執(zhí)行器6、閥體7、位移傳感器8;其中控制單元1包括接收模塊9、比較模塊10、控制模塊11。第一高速開關(guān)閥4和第二高速開關(guān)閥5均為兩位兩通高速開關(guān)閥，其共同組成一組高速開關(guān)閥組，第一高速開關(guān)閥4為排氣閥，第二高速開關(guān)閥5為進(jìn)氣閥；氣動執(zhí)行器6為多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制單元1采用單片機(jī)或可編程控制器。
控制單元1的輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換器3分別與第一高速開關(guān)閥4和第二高速開關(guān)閥5的控制端連接；第二高速開關(guān)閥5的進(jìn)氣口與恒壓氣源連通，第二高速開關(guān)閥5的排氣口分別與氣動執(zhí)行器6的進(jìn)氣口和第一高速開關(guān)閥4的進(jìn)氣口相連，第一高速開關(guān)閥4的排氣口與大氣連通；氣動執(zhí)行器6的進(jìn)氣口與第一高速開關(guān)閥4的進(jìn)氣口相連，氣動執(zhí)行器6膜片下面的剛性圓盤通過連桿與閥體7的閥芯相連；閥體7中的閥芯與位移傳感器8的輸入端相連，位移傳感器8的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器2與控制單元1的輸入端連接；上位機(jī)信號作為設(shè)定值，其輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器2與控制單元1的輸入端連接。
根據(jù)上位機(jī)對被控參數(shù)的設(shè)定值與閥芯位置的關(guān)系，氣動執(zhí)行器6有三個動作，即下行程、上行程和靜止。其具體工作過程敘述如下
下行程接收模塊9通過A/D轉(zhuǎn)換器2接收閥體7閥芯的閥位移反饋信號，比較模塊10將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反饋信號小于上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊11通過D/A轉(zhuǎn)換器3向第一高速開關(guān)閥4和第二高速開關(guān)閥5的控制端發(fā)送控制信號，第一高速開關(guān)閥4此時處于關(guān)閉狀態(tài)，第二高速開關(guān)閥5接受到控制信號處于開啟狀態(tài)；氣體經(jīng)過第二高速開關(guān)閥5進(jìn)入氣動執(zhí)行器6，隨著進(jìn)入氣體量的增加，氣動執(zhí)行器6內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，從而使氣動執(zhí)行器6膜片上表面的壓力大于下面彈簧的張力，膜片向下運動，從而帶動閥芯向下運動；直到閥體7閥芯的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值相等，而且氣壓對膜片的作用力和下面彈簧的張力相平衡，第二高速開關(guān)闊5關(guān)閉，氣體不再進(jìn)入，閥芯停留在設(shè)定位置。
上行程接收模塊9通過A/D轉(zhuǎn)換器2接收閥體7閥芯的閥位移反饋信號，比較模塊10將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反饋信號大于上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊11通過D/A轉(zhuǎn)換器3向第一高速開關(guān)閥4和第二高速開關(guān)閥5的控制端發(fā)送控制信號，第二高速開關(guān)閥5此時處
6于關(guān)閉狀態(tài)，第一高速開關(guān)閥4接受到控制信號處于開啟狀態(tài)；氣體經(jīng)過第一高
速開關(guān)閥4流出氣動執(zhí)行器6，隨著流出氣體量的增加，氣動執(zhí)行器6內(nèi)部氣體 壓強(qiáng)減小，從而使氣動執(zhí)行器6膜片上表面的壓力小于下面彈簧的張力，膜片向 上運動，從而帶動閥芯向上運動；直到閥體7閥芯的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè) 定的閥位值相等，而且氣壓對膜片的作用力和下面彈簧的張力相平衡，第一高速 開關(guān)閥4關(guān)閉，氣體不再流出，閥芯停留在設(shè)定位置。
靜止接收模塊9通過A/D轉(zhuǎn)換器2接收閥體7閥芯的閥位移反饋信號，比 較模塊IO將接收的閥位移反饋信號與上位機(jī)設(shè)定的閥位值進(jìn)行比較；閥位移反 饋信號等于上位機(jī)設(shè)定的閥位值，控制模塊11通過D/A轉(zhuǎn)換器3向第一高速開 關(guān)閥4和第二高速開關(guān)閥5的控制端發(fā)送控制信號，第一高速開關(guān)閥4和第二高 速開關(guān)閥5都處于關(guān)閉狀態(tài)，氣體不進(jìn)入也不流出，閥芯停留在初始位置。
控制單元1采用單片機(jī)或可編程控制器，我們只要編寫一個好的自學(xué)習(xí)系統(tǒng) 就可對氣動控制閥實施智能控制。
權(quán)利要求1.一種智能氣動調(diào)節(jié)閥，包括控制單元(1)、A/D轉(zhuǎn)換器(2)、D/A轉(zhuǎn)換器(3)、第一高速開關(guān)閥(4)、第二高速開關(guān)閥(5)、氣動執(zhí)行器(6)、閥體(7)、位移傳感器(8)；其中控制單元(1)包括接收模塊(9)、比較模塊(10)、控制模塊(11)，其特征在于控制單元(1)的輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換器(3)分別與第一高速開關(guān)閥(4)和第二高速開關(guān)閥(5)的控制端連接；第二高速開關(guān)閥(5)的進(jìn)氣口與恒壓氣源連通，第二高速開關(guān)閥(5)的排氣口分別與氣動執(zhí)行器(6)的進(jìn)氣口和第一高速開關(guān)閥(4)的進(jìn)氣口相連，第一高速開關(guān)閥(4)的排氣口與大氣連通；氣動執(zhí)行器(6)的進(jìn)氣口與第一高速開關(guān)閥(4)的進(jìn)氣口相連，氣動執(zhí)行器(6)膜片下面的剛性圓盤通過連桿與閥體(7)的閥芯相連；閥體(7)中的閥芯與位移傳感器(8)的輸入端相連，位移傳感器(8)的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與控制單元(1)的輸入端連接；上位機(jī)輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換器(2)與控制單元(1)的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能氣動調(diào)節(jié)閥，其特征是所述的第一高速開關(guān) 閥(4)和第二高速開關(guān)閥(5)均采用兩位兩通高速開關(guān)閥；氣動執(zhí)行器(6) 采用多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制單元(1)采用單片機(jī)或可編程控制器。
專利摘要智能氣動調(diào)節(jié)閥屬于液壓氣動及自動控制技術(shù)領(lǐng)域。包括控制單元、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、第一高速開關(guān)閥、第二高速開關(guān)閥、氣動執(zhí)行器、閥體、位移傳感器，該實用新型由單片機(jī)和高速開關(guān)閥組成的智能控制器取代原來的定位器來控制氣動調(diào)節(jié)閥。它充分利用了高速開關(guān)閥響應(yīng)快、壽命長的優(yōu)點和單片機(jī)可靈活編程的功能對氣動調(diào)節(jié)閥實施控制；本實用新型不僅可以對閥位移反饋信號進(jìn)行控制，也可以對溫度、化學(xué)成分等某個具體的被控參數(shù)進(jìn)行控制；具有控制精度高、響應(yīng)速度快、死區(qū)可調(diào)范圍寬、可靠性高、自適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，它能獨立組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，省去了調(diào)節(jié)儀表和電氣定位器，因而具有很大的經(jīng)濟(jì)效益，對于不同的控制對象都能達(dá)到最佳的控制效果。
文檔編號F15B13/02GK201386710SQ20092007262
公開日2010年1月20日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者楊桂康, 王春杰, 黃劉琦 申請人:上海交通大學(xué)