專利名稱：全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水閥門控制領(lǐng)域，具體的講是全數(shù)字集成式筒形
閥電液同步控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景 在水電站水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水閥門之一，即筒形閥的使用中，除筒形閥本體的設(shè)計(jì)、 制造、安裝外，筒形閥的控制，即如何保證多只接力器的同步，成為筒形閥控制的關(guān)鍵技術(shù) 問(wèn)題。 目前，國(guó)內(nèi)筒形閥同步機(jī)構(gòu)廣泛采用的同步方式有兩種分別是機(jī)械同步方式和 電液同步方式。 機(jī)械同步方式是在筒形閥體的上端，沿圓周均勻地布置多只液壓接力器，每只接
力器下端固定在閥體上。每只接力器的絲杠上端裝有齒輪，通過(guò)鏈條使所有的齒輪同時(shí)運(yùn)
動(dòng)。液壓接力器活塞向上運(yùn)動(dòng)，筒形閥開啟；液壓接力器活塞向下運(yùn)動(dòng)，筒形閥關(guān)閉。各接
力器活塞的同步移動(dòng)由可逆?zhèn)鲃?dòng)的滾動(dòng)螺旋副實(shí)現(xiàn)。滾動(dòng)螺旋副是在接力器活塞桿上，固
定一只滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的螺母，螺母連接傳動(dòng)絲杠。當(dāng)接力器活塞上、下移動(dòng)，開啟、關(guān)閉筒形
閥時(shí)，絲杠隨之正、反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠上端的齒輪，將筒形閥的上下垂直運(yùn)動(dòng)，變?yōu)辇X輪的
徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)鏈條，連動(dòng)其他接力器的齒輪同速旋轉(zhuǎn)，并反作用于其絲杠而實(shí)現(xiàn)
多只接力器的同步。機(jī)械同步方式主要依靠絲杠、鏈條等運(yùn)動(dòng)部件相互配合，保證各接力器
上下同步運(yùn)動(dòng)；接力器活塞的上升、下降運(yùn)動(dòng)由液壓控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械同步方式有如下優(yōu)點(diǎn) (1)筒形閥開啟、關(guān)閉可自動(dòng)、手動(dòng)控制； (2)在調(diào)試或電氣失靈時(shí)，仍然可全手動(dòng)開啟、關(guān)閉筒形閥； (3)管路少，連接點(diǎn)少，有利于電廠達(dá)標(biāo)； (4)調(diào)試、維護(hù)工作簡(jiǎn)單、方便。
機(jī)械同步方式也有如下缺點(diǎn) (l)同步精度無(wú)法量化； (2)接力器油缸無(wú)自調(diào)節(jié)能力，鏈條同步對(duì)發(fā)生異步的油缸矯正能力差； (3)只能定速啟閉，不能按任意曲線啟閉； (4)在布置上場(chǎng)地空間要求較大。 電液同步方式由液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，這兩個(gè)控制系統(tǒng)缺一不可。 液壓控制系統(tǒng)必須由電氣控制系統(tǒng)精密控制，電氣控制系統(tǒng)必須通過(guò)液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行， 才能操作接力器，帶動(dòng)筒形閥開啟與關(guān)閉。 基于當(dāng)今世界的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)，目前所有筒形閥控制裝置生產(chǎn)廠家主要采用，而且 可行的電液同步方案有兩個(gè)同軸油馬達(dá)方案、伺服比例閥方案。主流電液同步方案是同軸 油馬達(dá)方案。
其優(yōu)點(diǎn)[0018] (1)筒形閥開關(guān)控制規(guī)律可編程任意調(diào)整； (2)對(duì)發(fā)生異步的接力器矯正能力好； (3)可按程序指定啟閉速度進(jìn)行啟閉控制。 其缺點(diǎn) (1)不能在任何操作方式下實(shí)現(xiàn)高精度同步； (2)控制復(fù)雜；系統(tǒng)、管路、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于電廠達(dá)標(biāo)； (3)系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù)困難； (4)在場(chǎng)地布置上空間要求較大。 隨著我國(guó)水電開發(fā)進(jìn)度的加快，機(jī)組容量、尺寸越來(lái)越大，筒形閥的尺寸也越來(lái)越
大，筒體重量也越來(lái)越重，原先比較成熟的機(jī)械同步方式就顯示出其先天的缺陷性。只有采
用電液同步方式才能滿足現(xiàn)在水電開發(fā)大尺寸、大重量、大行程筒形閥的同步控制需求。但
是，目前主要使用的前述兩種電液同步方式的實(shí)際使用效果不是很理想。 本實(shí)用新型所涉及的電液同步控制系統(tǒng)，既有機(jī)械同步方式的優(yōu)點(diǎn)，又能克服現(xiàn)
有電液同步方式的缺點(diǎn)，比現(xiàn)有電液同步方式可靠性高、控制精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、操
作、維護(hù)方便。
發(fā)明內(nèi)容 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下 —種全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，包括液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系 統(tǒng)，其特征在于所述液壓控制系統(tǒng)為數(shù)字量化缸，所述的數(shù)字量化缸包括缸體、活塞、機(jī)械 反饋機(jī)構(gòu)、接力器位移傳感器、反饋耦合機(jī)構(gòu)、耦合齒輪、數(shù)字閥、液控單向閥、步進(jìn)電機(jī)，所 述數(shù)字閥與步進(jìn)電機(jī)相連，所述耦合齒輪安裝在反饋耦合機(jī)構(gòu)與數(shù)字閥閥芯之間，所述耦 合齒輪上安裝有接力器位移檢測(cè)傳感器，所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)連接反饋耦合機(jī)構(gòu)和活塞，所 述電氣控制系統(tǒng)包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可編程序控制器；所述功率 部分包括電源轉(zhuǎn)換裝置、電源選擇裝置、步進(jìn)電機(jī)控制器。 所述的機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺母，固定在活塞上；所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)的
反饋傳動(dòng)螺旋桿，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)，與耦合齒輪、數(shù)字閥閥芯螺旋耦合。 所述數(shù)字量化缸是指液壓控制裝置與筒形閥接力器集成為一個(gè)整體。 所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)螺旋體。 所述傳感器為多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器。 所述可編程序控制器，包括電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模 塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、通訊模塊。 所述電氣控制裝置供電電源為220VDC電源和220VAC電源。 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) —、全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的從動(dòng)控制理念，采用主 動(dòng)控制模式。傳統(tǒng)的從動(dòng)控制，是對(duì)控制對(duì)象施加控制信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，用傳感器檢測(cè) 控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況反饋到控制器。在控制器內(nèi)與目標(biāo)值進(jìn)行多 次比較、調(diào)節(jié)、修正，形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，使控制對(duì)象最終到達(dá)預(yù)定目標(biāo)值。在目標(biāo)值周 圍，系統(tǒng)始終在進(jìn)行隨動(dòng)閉環(huán)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。[0038] 本實(shí)用新型接力器活塞運(yùn)動(dòng)控制，是電氣系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)值，給出一定量的控制脈 沖，液壓系統(tǒng)就自動(dòng)按數(shù)字量化值疊加動(dòng)作，直至目標(biāo)值。通俗地說(shuō)，就是想讓接力器活塞 走多少位移量，就給接力器活塞位移量+數(shù)字量化值個(gè)的控制脈沖，接力器活塞就自動(dòng)走 給定的位移量； 二、整個(gè)系統(tǒng)控制(包括電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng))，從行程檢測(cè)、控制信號(hào)、接力器的 液壓運(yùn)動(dòng)操作，全程實(shí)現(xiàn)了精密數(shù)字化。接力器位置檢測(cè)采用多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器。在 設(shè)計(jì)上，嚴(yán)格保證接力器活塞移動(dòng)10mm，編碼器旋轉(zhuǎn)1圈。編碼器旋轉(zhuǎn)輸出信號(hào)，就是標(biāo)準(zhǔn) 的數(shù)字信號(hào)。 接力器活塞，在液壓油操作下，是以數(shù)字量化值運(yùn)動(dòng)?？刂泼}沖與接力器活塞移動(dòng) 位移，具有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 三、筒形閥任何開啟與關(guān)閉操作，接力器都是高精度同步； 四、對(duì)發(fā)生異步的操作接力器(油缸)具有很強(qiáng)的矯正能力； 五、接力器位置檢測(cè)精度高； 六、即使系統(tǒng)壓力油源消失，也可保持筒形閥在任意開度位置(包括全開位置)長(zhǎng) 期基本鎖定不變； 七、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件少。液壓控制系統(tǒng)，就是幾只數(shù)字量化缸。具體數(shù)量與操 作接力器數(shù)量一致，它是由筒形閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定?？纱蟠鬁p少了安裝空間，減少了工地安裝 與調(diào)試的時(shí)間。

圖1為全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(6個(gè)數(shù)字量化缸)； 圖2為數(shù)字量化缸結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖(6個(gè)數(shù)字量化缸)。 所示附圖中1、數(shù)字量化缸 2、缸體3、活塞4、機(jī)械反饋機(jī)構(gòu) 5、接力器位移 傳感器6、反饋耦合裝置7、耦合齒輪8、數(shù)字閥9、液控單向閥10、步進(jìn)電機(jī)
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的是一種全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，包括液壓控制 系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。其特征在于所述液壓控制系統(tǒng)包括數(shù)字量化缸，所述的數(shù)字量化缸 包括缸體(2)、活塞(3)、機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)、接力器位移傳感器(5)、反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)、耦合 齒輪(7)、數(shù)字閥(8)、液控單向閥(9)、步進(jìn)電機(jī)(10)。所述數(shù)字閥(8)與步進(jìn)電機(jī)(10) 相連，所述耦合齒輪(7)安裝在反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)與數(shù)字閥(8)閥芯之間。所述耦合齒輪 (7)上安裝有接力器位移檢測(cè)傳感器(5)，所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)連接反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)和 活塞(3)。所述電氣控制系統(tǒng)包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可編程序控制 器；所述功率部分包括電源轉(zhuǎn)換裝置、電源選擇裝置、UPS電源、步進(jìn)電機(jī)控制器。 機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺母，固定在活塞(3)上；所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu) (4)的反饋傳動(dòng)螺旋桿，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)，與耦合齒輪(7)、數(shù)字閥(8)閥芯螺旋耦合。 機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)螺旋體，傳感器為多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器，數(shù)字量化缸數(shù)量為一個(gè) 或者多個(gè)，可編程序控制器，包括機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、通訊模塊。電氣控制裝置供電電 源為220VDC電源和220VAC電源。 全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，關(guān)鍵部件是組成液壓控制系統(tǒng)基本單元 的數(shù)字量化缸。數(shù)字量化缸是一個(gè)主動(dòng)控制的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)，就是由幾個(gè)基本單 元-一數(shù)字量化缸組成。數(shù)字量化缸的數(shù)量，就是筒形閥所需要接力器的數(shù)量。筒形閥所 需要接力器的數(shù)量，是由設(shè)計(jì)計(jì)算決定。 在每個(gè)接力器頂部，安裝有一套精密數(shù)字量化液壓控制裝置。液壓控制裝置與 筒形閥接力器集成在一起，成為一個(gè)有機(jī)的整體，通過(guò)與接力器活塞巧妙聯(lián)接的內(nèi)置式高 精度機(jī)械位置反饋機(jī)構(gòu)，對(duì)筒形閥操作接力器的運(yùn)動(dòng)速度、位置進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，形成位置閉 環(huán)，速度可控，自動(dòng)完成接力器的數(shù)字化運(yùn)動(dòng)操作。 我們把液壓控制裝置與筒形閥接力器的集成體，稱為數(shù)字流體缸(簡(jiǎn)稱數(shù)字 缸)，更準(zhǔn)確的應(yīng)該稱為數(shù)字量化缸(簡(jiǎn)稱數(shù)字缸)。 數(shù)字量化缸就是帶精密數(shù)字量化液壓控制裝置的接力器，即我們將接力器完全精 密數(shù)字量化。數(shù)字量化缸是一個(gè)高度集成的液壓控制元件。它由缸體(2)、活塞(3)、機(jī)械 反饋機(jī)構(gòu)(4)、接力器位移傳感器(5)、反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)、耦合齒輪(7)、數(shù)字閥(8)、液控單 向閥(9)、步進(jìn)電機(jī)(10)等組成。集成在數(shù)字量化缸內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)(10)，就是電氣-液壓 控制系統(tǒng)的接口，它有如調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)(10)接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字脈 沖信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)數(shù)字閥(8)閥芯運(yùn)動(dòng)，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)將閥芯旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，該直線運(yùn)動(dòng)打開數(shù)字閥(8)的閥口，從而將液壓油引入操作接力器，并由液 壓油源驅(qū)動(dòng)操作接力器活塞前進(jìn)或后退。 在接力器活塞上，安裝有可逆?zhèn)鲃?dòng)的機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)，機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)是一種 扭轉(zhuǎn)螺旋體。機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺母，固定在活塞(3)上；機(jī)械反饋機(jī)構(gòu) (4)的反饋傳動(dòng)螺旋桿，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)，與耦合齒輪(7)、數(shù)字閥(8)閥芯螺旋耦合。 在活塞(3)前進(jìn)或后退過(guò)程中，由活塞(3)帶動(dòng)裝在其上面的機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)中滾動(dòng)螺 旋傳動(dòng)螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為反饋傳動(dòng)螺旋桿的直線運(yùn)動(dòng)。機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)的直線運(yùn) 動(dòng)，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)，一方面作用于數(shù)字閥(8)閥芯，使閥芯回到動(dòng)作前原位，形成位 置負(fù)反饋；另一方面作用于耦合齒輪(7)，帶動(dòng)接力器位移傳感器(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，將活塞(3)的 實(shí)際位置檢測(cè)出來(lái)。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)(10)接收到電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的一個(gè)數(shù)字脈沖控制信號(hào)時(shí)，接力器 活塞(3)就移動(dòng)一個(gè)固定的行程(如0.01mm)。這個(gè)固定的行程值，稱為數(shù)字量化值，數(shù)字 量化值單位為mm。 根據(jù)系統(tǒng)控制精度的不同要求，數(shù)字量化值K可設(shè)計(jì)為0. 01mm、0. 02mm、0. 05mm、 0. lmm、0. 5mm、 1. Omm等。 數(shù)字量化值是由設(shè)計(jì)確定。通過(guò)內(nèi)部一套機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格保證控制脈沖與接 力器活塞移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，數(shù)字量化值。將接力器活塞的移動(dòng)完全數(shù)字量化，使接力器活塞 的移動(dòng)量，只與控制脈沖數(shù)量有關(guān)。 在反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)與數(shù)字閥(8)閥芯之間，裝有耦合齒輪(7)，耦合齒輪(7)伸 出軸上，安裝有接力器位移檢測(cè)傳感器(5)，傳感器是一個(gè)多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器，使之
6能準(zhǔn)確知道接力器活塞(3)的實(shí)際位置。 在設(shè)計(jì)上，保證接力器活塞移動(dòng)10mm，編碼器旋轉(zhuǎn)1圈。編碼器旋轉(zhuǎn)1圈，有8192 個(gè)測(cè)點(diǎn)；這意味著位移測(cè)量裝置的分辨率為10mm+8192 " 1.22iim，即精度可達(dá)1.5iim， 10mm的行程可分為8192個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)檢測(cè)。 數(shù)字量化缸的控制油路上，集成有液控單向閥(9)，它用于系統(tǒng)壓力油源消失閉 鎖，防止筒形閥在開啟位置下滑。 在步進(jìn)電機(jī)(10)的端部，有一個(gè)伸出軸。用工具手動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)(10)的伸出 軸，猶如給步進(jìn)電機(jī)(10)施加控制脈沖信號(hào)，同樣可以精確控制數(shù)字量化缸活塞運(yùn)動(dòng)。提 供無(wú)電源時(shí)的純手動(dòng)操作。 數(shù)字量化缸將原來(lái)復(fù)雜的位置閉環(huán)和速度控制，變成了簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖控制。這 樣，既簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了響應(yīng)速度。 由于液壓控制裝置的所有元件均裝在接力器內(nèi)部，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可
靠性，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。這種結(jié)構(gòu)特別適宜于惡劣的工作環(huán)境和粗放的維護(hù)
水平，提高了設(shè)備的可靠性，基本上可以做到現(xiàn)場(chǎng)零調(diào)試和零維護(hù)，長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。 數(shù)字量化缸還有一個(gè)特點(diǎn)，其活塞桿移動(dòng)位移的實(shí)際誤差是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配決
定的，在接力器活塞桿移動(dòng)過(guò)程中，只有一個(gè)基礎(chǔ)誤差，沒(méi)有累積誤差。 數(shù)字量化缸接口，包含液壓接口與電氣接口。 液壓接口 每只數(shù)字量化缸有一個(gè)油口 P接壓力油源(電液同步控制系統(tǒng)圖中的 P、X為同一油口)；一個(gè)油口接排油(電液同步控制系統(tǒng)圖中的T、Y為同一油口 )。只需將 數(shù)字量化缸的P油口， T油口，分別接到2根環(huán)形油管(1根壓力油管P，1根回油管T)上， 環(huán)形油管直接連接到電站油壓設(shè)備，中間不再有其它液壓設(shè)備及器件。 電氣接口 電氣控制系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)之間主要有2個(gè)電氣接口 ，步進(jìn)電機(jī)、位 移傳感器。步進(jìn)電機(jī)是將電氣系統(tǒng)控制信號(hào)，轉(zhuǎn)化為液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；位移傳感器是 將液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行情況，通過(guò)數(shù)字量化缸活塞的位置、行程變化，反饋給電氣系統(tǒng)。步進(jìn) 電機(jī)、位移傳感器通過(guò)電纜與筒形閥電氣控制盤相連。 接力器位移檢測(cè)傳感器，是一個(gè)多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器。與接力器活塞相連的
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與數(shù)字閥閥芯之間，裝有耦合齒輪，編碼器安裝在耦合齒輪伸出軸上。耦合齒輪將
接力器活塞直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在設(shè)計(jì)上，嚴(yán)格保證接力器活塞移動(dòng)10mm，編碼器
旋轉(zhuǎn)1圈。這樣，就將接力器實(shí)際位移，通過(guò)編碼器檢測(cè)出具體的實(shí)際位置。 電氣控制系統(tǒng)附圖是以6個(gè)接力器為例，對(duì)多只(3至12只)接力器，系統(tǒng)圖相同，
只是增減接力器數(shù)量即可。 控制部分由PLC、觸摸屏、空氣開關(guān)、繼電器、信號(hào)燈、切換開關(guān)、控制按鈕、接線座 組成。 功率部分由電源轉(zhuǎn)換裝置、24VDC電源選擇裝置、UPS電源、步進(jìn)電機(jī)控制器、空氣 開關(guān)、繼電器、信號(hào)燈、接線座組成。 電氣控制裝置的核心部分為PLC，由它控制與操作筒形閥開啟、關(guān)閉，所有顯示都 在觸摸屏界面上實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)操作命令，既可在觸摸屏界面上操作，也可以在控制部分面板上 操作。 可編程序控制器包括機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、通訊模塊等。所有輸入、輸出模 塊，除筒形閥電氣控制裝置自己控制使用外，預(yù)留有一定余量的開關(guān)量輸入、輸出通道，模 擬量輸入、輸出通道。 電氣控制裝置由220VDC、220VAC兩類電源供電。220VDC電源、220VAC電源實(shí)現(xiàn)多 路冗余。 正常狀態(tài)下，第一個(gè)電源轉(zhuǎn)換裝置由第一路220VAC供電，提供第一路24VDC電源。 當(dāng)?shù)谝宦?20VAC電源消失時(shí)，自動(dòng)切換由220VDC供電，由第二個(gè)電源轉(zhuǎn)換裝置，提供第二 路24VDC電源(第二路24VDC電源始終處于熱備用狀態(tài))。當(dāng)?shù)谝宦?20VAC電源恢復(fù)時(shí)， 又自動(dòng)恢復(fù)由第一路220VAC供電。若第一路220VAC電源、220VDC同時(shí)消失，第一路24VDC 電源、第二路24VDC電源也就同時(shí)消失，此時(shí)，就完全由第二路220VAC電源供電，經(jīng)第三個(gè) 電源轉(zhuǎn)換裝置，提供第三路24VDC電源，以保證筒形閥電氣控制裝置的可靠性。 第二路220VAC電源，跨接在UPS電源上，正常狀態(tài)下，UPS電源處于浮充狀態(tài)。UPS 電源的輸出，一方面提供給第三個(gè)電源轉(zhuǎn)換裝置，使第三路24VDC電源始終處于熱備用狀 態(tài)；另一方面提供步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)模板220VAC電源。這樣即使外接220VAC、220VDC完全 消失，UPS電源也可保證在一定時(shí)間內(nèi)，筒形閥電液同步控制系統(tǒng)可以操作，就大大提高數(shù) 字量化缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的可靠性。 第三路220VAC電源，提供控制部分內(nèi)照明、通風(fēng)風(fēng)扇、電加熱防潮、兩相電源插 座、三相電源插座等電源。 接力器位移傳感器的24VDC電源，由電氣控制裝置提供。位移傳感器與電氣控制 裝置之間信號(hào)接口 ，采用數(shù)字量通訊。 全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，控制筒形閥開啟、關(guān)閉，由多只數(shù)字量化 缸驅(qū)動(dòng)。正常工作時(shí)，只要由筒形閥電氣控制系統(tǒng)，按照編制好的程序，向多只數(shù)字量化缸 上步進(jìn)電機(jī)輸出同頻率、同數(shù)量的控制脈沖信號(hào)；筒形閥即可按給定的運(yùn)行曲線高精度同 步升降；脈沖頻率代表接力器運(yùn)行速度，脈沖總數(shù)代表行程， 一一對(duì)應(yīng)。 如果需要單獨(dú)動(dòng)作筒形閥某個(gè)數(shù)字量化缸時(shí)，只須給需要單獨(dú)的數(shù)字量化缸發(fā)控
制脈沖信號(hào)即可。這為筒形閥的初期安裝、調(diào)試、糾偏、矯正提供了極大的方便。 集成于數(shù)字量化缸上的位移傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)各數(shù)字量化缸實(shí)際位置、行程，并將
檢測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)送到筒形閥電氣控制系統(tǒng)，筒形閥電氣控制系統(tǒng)接收數(shù)字量化缸位置、行程
信號(hào)，并測(cè)量、監(jiān)視、分析、處理，并同時(shí)判定多只數(shù)字量化缸同步情況。 雖然筒形閥開啟、關(guān)閉，在同頻率、同數(shù)量的脈沖信號(hào)控制下，可以保持多只數(shù)字
量化缸高精度同步升降運(yùn)動(dòng)。但為了增加系統(tǒng)可靠性，我們還是將數(shù)字量化缸位移傳感器
信號(hào)，送入電氣控制系統(tǒng)，一方面做系統(tǒng)顯示、另一方面構(gòu)成一個(gè)大的閉環(huán)控制系統(tǒng)，既完
成測(cè)量、監(jiān)視、分析、處理等功能，使整個(gè)系統(tǒng)具備雙重分布閉環(huán)控制功能。 保持筒形閥多只數(shù)字量化缸同步，是筒形閥控制中的重要環(huán)節(jié)。多只數(shù)字量化缸
是否同步，我們通過(guò)多只數(shù)字量化缸位移信號(hào)，來(lái)測(cè)量、判定。多只數(shù)字量化缸的實(shí)際位置、
行程，是由位移傳感器、位移測(cè)量單元共同完成。位移傳感器集成于數(shù)字量化缸內(nèi)，位移測(cè)
量單元在電氣控制盤內(nèi)。
權(quán)利要求一種全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，包括液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述液壓控制系統(tǒng)為數(shù)字量化缸，所述的數(shù)字量化缸包括缸體(2)、活塞(3)、機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)、接力器位移傳感器(5)、反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)、耦合齒輪(7)、數(shù)字閥(8)、液控單向閥(9)、步進(jìn)電機(jī)(10)，所述數(shù)字閥(8)與步進(jìn)電機(jī)(10)相連，所述耦合齒輪(7)安裝在反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)與數(shù)字閥(8)閥芯之間，所述耦合齒輪(7)上安裝有接力器位移檢測(cè)傳感器(5)，所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)連接反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)和活塞(3)；所述電氣控制系統(tǒng)包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可編程序控制器，所述功率部分包括電源轉(zhuǎn)換裝置、電源選擇裝置、步進(jìn)電機(jī)控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺母，固定在活塞(3)上；所述機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)(4)的反饋 傳動(dòng)螺旋桿，通過(guò)反饋耦合機(jī)構(gòu)(6)，與耦合齒輪(7)、數(shù)字閥(8)閥芯螺旋耦合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī) 械反饋機(jī)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)螺旋體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述傳 感器為多圈旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置編碼器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù) 字量化缸數(shù)量為一個(gè)或者多個(gè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述可 編程序控制器，包括電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模 塊、模擬量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、通訊模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述電 氣控制裝置供電電源為220VDC電源和220VAC電源。
專利摘要本實(shí)用新型屬于水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水閥門控制領(lǐng)域，具體的講是全數(shù)字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括液壓控制系統(tǒng)為數(shù)字量化缸，所述的數(shù)字量化缸包括缸體、活塞、機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)、接力器位移傳感器、反饋耦合機(jī)構(gòu)、耦合齒輪、數(shù)字閥、液控單向閥、步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字閥與步進(jìn)電機(jī)相連，耦合齒輪安裝在反饋耦合機(jī)構(gòu)與數(shù)字閥閥芯之間，耦合齒輪上安裝有接力器位移檢測(cè)傳感器，機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)連接反饋耦合機(jī)構(gòu)和活塞，本實(shí)用新型所涉及的電液同步控制系統(tǒng)，既有機(jī)械同步方式的優(yōu)點(diǎn)，又能克服現(xiàn)有電液同步方式的缺點(diǎn)，比現(xiàn)有電液同步方式可靠性高、控制精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、操作、維護(hù)方便。
文檔編號(hào)F15B21/02GK201526564SQ20092008178
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者伍英巖, 劉時(shí)貴, 權(quán)君宗, 謝俊, 郭躍川 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司;東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司