專利名稱：閉環(huán)高精度定量閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門，特別涉及一種閉環(huán)高精度定量閥。
背景技術(shù)：
造紙的定量控制由質(zhì)量控制系統(tǒng)(QCS, Quanlity Control System,造紙行業(yè)術(shù)語，是指對(duì)造紙生產(chǎn)過程中定量、水份、灰份和厚度等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)和控制。)測(cè)得成紙定量去控制定量閥的開度，國內(nèi)外的定量閥均采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速器驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的方式，沒有檢測(cè)閥芯的真實(shí)開度，屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)。例如國內(nèi)的實(shí)用新型專利200620130207.1公開了一種“定量閥”，即采用此結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有閥門依靠步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分，達(dá)到所謂的10000步、50000步甚至更高水平的控制不是真實(shí)的，帶有預(yù)測(cè)性和臆猜性，因?yàn)楫吘箾]有真正的檢測(cè)閥門的角位移用于反饋控制。由于步進(jìn)電機(jī)屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)，在閥門長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后閥芯、閥桿或者是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損造成閥門運(yùn)行阻力增大，極容易出現(xiàn)“丟步”現(xiàn)象，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)接收到了控制脈沖，但是電機(jī)由于某種原因沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯也沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，出現(xiàn)了和控制脈沖不一致的定位情況，因此，閥門的精度受到了影響。針對(duì)這一問題，需要開發(fā)新型的定量閥，提聞閥門的精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種閉環(huán)高精度定量閥，采用閉環(huán)技術(shù)來檢測(cè)閥芯的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，解決單純采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在的丟步問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體12，閥體12的閥桿11通過下聯(lián)軸器10、傳動(dòng)軸4和上聯(lián)軸器3連接步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸一端，步進(jìn)電機(jī)I接控制器由其控制轉(zhuǎn)動(dòng)方式，在所述傳動(dòng)軸4上設(shè)置有用以檢測(cè)傳動(dòng)軸4角向轉(zhuǎn)動(dòng)位移即閥門開度增量的空心式光電編碼器，光電編碼器的內(nèi)圈7固定在傳動(dòng)軸4上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器的底座8固定在傳動(dòng)軸4的外部支撐板9上保持靜止不動(dòng)，光電編碼器的數(shù)據(jù)輸出端接控制器，控制器將接收的實(shí)際閥門開度增量與控制器向步進(jìn)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送的代表閥門開度增量的脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并調(diào)整脈沖使實(shí)際閥位與設(shè)定的閥位一致。在所述傳動(dòng)軸4外部設(shè)置有開關(guān)組6，所述開關(guān)組6包括:用以檢測(cè)閥門全開狀態(tài)的全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1 ；用以檢測(cè)閥門全關(guān)狀態(tài)的全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2 ；用以檢測(cè)閥門正向極限位置的正向超程保護(hù)開關(guān)6-3 ；以及用以檢測(cè)閥門反向極限位置的反向超程保護(hù)開關(guān)6-4 ；所述開關(guān)組6將檢測(cè)的結(jié)果送入控制器，若閥門到達(dá)極限位置，則控制器控制使得步進(jìn)電機(jī)I停止轉(zhuǎn)動(dòng)。所述全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2為光電開關(guān)，二者的光軸沿傳動(dòng)軸軸心間隔為90度；所述正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4為機(jī)械行程開關(guān)，二者觸頭間距在90-95度之間。所述傳動(dòng)軸4上安裝有用以觸動(dòng)全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2的第一擺臂5-1，以及用以觸碰正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4的第二擺臂
5-2?？刂齐娫吹囊欢送ㄟ^所述正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4的常閉觸點(diǎn)連接控制器的中間繼電器線圈一端，所述中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)連接在步進(jìn)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)器的接觸器線圈上。在所述傳動(dòng)軸4上設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置14。所述機(jī)械硬限位裝置14包括連接在傳動(dòng)軸4上的硬限位塊14-0，硬限位塊14_0為漸開線輪廓，和傳動(dòng)軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳動(dòng)軸4外設(shè)置有與限位塊上輪廓線14-1配合限位的關(guān)限位螺栓14-2和與限位塊下輪廓線14-3配合限位的開限位螺栓14-4。所述關(guān)限位螺栓14-2和開限位螺栓14-4安裝在有螺紋的限位板14_5上。在所述傳動(dòng)軸4上設(shè)置有用以顯示閥門開度的機(jī)械指示針13。所述步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸另一端連接有手輪16，用以在斷電狀態(tài)下手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明能夠依靠編碼器的精密角位移反饋，實(shí)現(xiàn)閥門開度的閉環(huán)精密控制，比現(xiàn)有技術(shù)使用的依靠步進(jìn)電機(jī)細(xì)分提高閥門精度更可靠。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明開關(guān)組結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明正向超程保護(hù)開關(guān)和反向超程保護(hù)開關(guān)電氣連接示意圖。圖4是本發(fā)明閥門在全關(guān)位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖。圖5是本發(fā)明閥門在全開位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖。圖6是本發(fā)明閉環(huán)控制原理。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。如圖1所示，本發(fā)明為一種閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體12，閥體12的閥桿11通過下聯(lián)軸器10、傳動(dòng)軸4和上聯(lián)軸器3連接步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸一端，步進(jìn)電機(jī)I接有控制其轉(zhuǎn)動(dòng)方式的控制器，為控制轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸該端上設(shè)置有減速器2。其中閥桿
11、下聯(lián)軸器10、傳動(dòng)軸4、上聯(lián)軸器3以及步進(jìn)電機(jī)I均設(shè)置在一個(gè)密閉的殼體15內(nèi)。傳動(dòng)軸4上設(shè)置有用以顯示閥門開度的機(jī)械指示針13，步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸另一端連接有手輪16。殼體15內(nèi)壁上設(shè)置有一個(gè)支撐板9，傳動(dòng)軸4從支撐板9中穿過，傳動(dòng)軸4上設(shè)置有空心式的光電編碼器，光電編碼器的內(nèi)圈7固定在傳動(dòng)軸4上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器的底座8固定在支撐板9上保持靜止不動(dòng)，光電編碼器對(duì)檢測(cè)傳動(dòng)軸4角向轉(zhuǎn)動(dòng)位移即閥門開度增量進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至控制器，控制器將接收的實(shí)際閥門開度增量與控制器向步進(jìn)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送的代表閥門開度增量的脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并調(diào)整脈沖使實(shí)際閥位與設(shè)定的閥位一致如圖2所示，為對(duì)本發(fā)明閥門狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)，在傳動(dòng)軸4外部設(shè)置開關(guān)組6，開關(guān)組6包括:全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1、全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2、正向超程保護(hù)開關(guān)6-3以及反向超程保護(hù)開關(guān)6-4，其中全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2為光電開關(guān)，正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4為機(jī)械行程開關(guān)，傳動(dòng)軸4上安裝有與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一擺臂5-1和第二擺臂5-2，第一擺臂5-1用以觸動(dòng)全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2，第二擺臂5-2用以觸碰正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)
6-4。其中兩個(gè)光電開關(guān)的光軸間隔90度，以精確地指示閥門的全開全關(guān)狀態(tài)；兩個(gè)機(jī)械行程開關(guān)的觸頭間距稍大于90度，比如在90-95度之間，以保證在閥門正常的0-90度運(yùn)行過程中不會(huì)和第二擺臂5-2觸碰，但是當(dāng)閥門開度越過全開和全關(guān)位置之后，則會(huì)觸碰發(fā)生動(dòng)作。若第一擺臂5-1轉(zhuǎn)動(dòng)到全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1的位置，全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1動(dòng)作，向控制器發(fā)信號(hào)表示閥位到達(dá)全開位置；若第二擺臂5-2轉(zhuǎn)動(dòng)到全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2的位置，全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2動(dòng)作，向控制器發(fā)信號(hào)表示閥位到達(dá)全關(guān)位置。若由于某種問題閥芯越過了全開和全關(guān)的位置繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，為了防止閥芯的過度旋轉(zhuǎn)造成閥門損壞，增設(shè)了極限位置的電氣保護(hù)，如圖3所示，24V控制電源的一端通過正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4的常閉觸點(diǎn)與控制器中的一個(gè)中間繼電器的線圈一端連接，中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)連接在步進(jìn)電機(jī)I的接觸器線圈上。在旋轉(zhuǎn)過程中第二擺臂5-2若碰下正向超程行程開關(guān)6-3和反向超程行程開關(guān)6-4之一，行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)斷開，則切斷中間繼電器的電源，中間繼電器斷開，中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)斷開，則斷開交流接觸器線圈的電源，交流接觸器斷開后切斷步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源，步進(jìn)電機(jī)則不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止了閥芯的過度旋轉(zhuǎn)。為了便于操作，設(shè)置了超程解除功能，控制器內(nèi)安裝有超程解除按鈕，超程解除按鈕的一端連接24V電源正極，另一端直接跨過正向超程行程開關(guān)6-3和反向超程行程開關(guān)6-4的常閉觸點(diǎn)連接到中間繼電器線圈的一端，如果閥門發(fā)生了超程斷電，則按下超程解除按鈕，接通24V電源，中間繼電器線圈導(dǎo)通，使步進(jìn)電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)器電源接通，手動(dòng)進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，解除電氣超程保護(hù)。為防止執(zhí)行器在所有電氣裝置失效情況下過度轉(zhuǎn)動(dòng)而損壞閥芯，本發(fā)明在所述傳動(dòng)軸4上設(shè)置機(jī)械硬限位裝置14，機(jī)械硬限位裝置14包括連接在傳動(dòng)軸4上的硬限位塊14-0，在傳動(dòng)軸4外設(shè)置有與限位塊上輪廓線14-1配合限位的關(guān)限位螺栓14-2和與限位塊下輪廓線14-3配合限位的開限位螺栓14-4，關(guān)限位螺栓14-2和開限位螺栓14_4安裝在有螺紋的限位板14-5上，能夠通過調(diào)節(jié)螺栓擰入的深度，從而調(diào)節(jié)機(jī)械限位的位置其中，硬限位塊14-0為漸開線輪廓，和傳動(dòng)軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，為閥門在全關(guān)位置狀態(tài)，若閥門繼續(xù)向關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的上輪廓線14-1會(huì)碰到關(guān)限位螺栓14-2，將阻止閥門的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖5所示，為閥門在全開位置狀態(tài)，若閥門繼續(xù)向關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的下輪廓線14-3會(huì)碰到開限位螺栓14-4，將阻止閥門的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)本發(fā)明的控制原理如圖6所示，傳動(dòng)軸4經(jīng)過下聯(lián)軸器10與閥桿12相連實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)?？招墓怆娋幋a器內(nèi)圈固定在傳動(dòng)軸4上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器的座固定在支撐板9上保持靜止不動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把閥門開度的角位移信號(hào)傳送給控制器。控制器根據(jù)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的脈沖個(gè)數(shù)代表的閥門開度的增量與實(shí)際閥門開度的增量比較，進(jìn)行閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)使設(shè)定的閥位與編碼器測(cè)量的實(shí)際閥位一致。如果檢測(cè)到的閥門開度和控制器設(shè)定的開度不一致，則控制器繼續(xù)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)，直到一致為止。
權(quán)利要求
1.一種閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體(12)，閥體(12)的閥桿(11)通過下聯(lián)軸器(10)、傳動(dòng)軸(4)和上聯(lián)軸器(3)連接步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸一端，步進(jìn)電機(jī)(I)接控制器由其控制轉(zhuǎn)動(dòng)方式，其特征在于，在所述傳動(dòng)軸(4)上設(shè)置有用以檢測(cè)傳動(dòng)軸(4)角向轉(zhuǎn)動(dòng)位移即閥門開度增量的空心式光電編碼器，光電編碼器的內(nèi)圈(7)固定在傳動(dòng)軸(4)上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器的底座(8 )固定在傳動(dòng)軸(4 )的外部支撐板(9 )上保持靜止不動(dòng)，光電編碼器的數(shù)據(jù)輸出端接控制器，控制器將接收的實(shí)際閥門開度增量與控制器向步進(jìn)電機(jī)(I)驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送的代表閥門開度增量的脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并調(diào)整脈沖使實(shí)際閥位與設(shè)定的閥位一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，在所述傳動(dòng)軸(4)外部設(shè)置有開關(guān)組(6)，所述開關(guān)組(6)包括: 用以檢測(cè)閥門全開狀態(tài)的全開位置檢測(cè)開關(guān)(6-1)； 用以檢測(cè)閥門全關(guān)狀態(tài)的全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)(6-2)； 用以檢測(cè)閥門正向極限位置的正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3); 以及用以檢測(cè)閥門反向極限位置的反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4); 所述開關(guān)組(6 )將檢測(cè)的結(jié)果送入控制器，若閥門到達(dá)極限位置，則控制器控制使得步進(jìn)電機(jī)(I)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述全開位置檢測(cè)開關(guān)(6-1)和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)(6-2)為光電開關(guān),二者的光軸沿傳動(dòng)軸(4)軸心間隔為90度；所述正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3)和反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4)為機(jī)械行程開關(guān)，二者觸頭間距在90-95度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述傳動(dòng)軸(4)上安裝有用以觸動(dòng)全開位置檢測(cè)開關(guān)(6-1)和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)(6-2 )第一擺臂(5-1)，以及用以觸碰正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3)和反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4)的第二擺臂(5-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，控制電源的一端通過所述正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3)和反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4)的常閉觸點(diǎn)連接控制器的中間繼電器線圈一端，所述中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)連接在步進(jìn)電機(jī)(I)驅(qū)動(dòng)器的接觸器線圈上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，在所述傳動(dòng)軸(4)上設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述機(jī)械硬限位裝置(14)包括連接在傳動(dòng)軸(4)上的硬限位塊(14-0)，硬限位塊(14-0)為漸開線輪廓，和傳動(dòng)軸(4)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳動(dòng)軸(4)外設(shè)置有與限位塊上輪廓線(14-1)配合限位的關(guān)限位螺栓(14-2)和與限位塊下輪廓線(14-3)配合限位的開限位螺栓(14-4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述關(guān)限位螺栓(14-2)和開限位螺栓(14-4)安裝在有螺紋的限位板(14-5)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，在所述傳動(dòng)軸(4)上設(shè)置有用以顯示閥門開度的機(jī)械指示針(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸另一端連接有盤車用的手輪(16)，用以在斷電狀態(tài)下手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。
全文摘要
一種閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體，閥體的閥桿通過下聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸和上聯(lián)軸器連接步進(jìn)電機(jī)的輸出軸一端，步進(jìn)電機(jī)接控制器，在所述傳動(dòng)軸上設(shè)置有用以檢測(cè)傳動(dòng)軸角向轉(zhuǎn)動(dòng)位移即閥門開度增量的空心式光電編碼器，光電編碼器的內(nèi)圈固定在傳動(dòng)軸上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器的底座固定在傳動(dòng)軸的外部支撐板上保持靜止不動(dòng)，光電編碼器的數(shù)據(jù)輸出端接控制器，控制器將接收的實(shí)際閥門開度增量與控制器向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送的代表閥門開度增量的脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并調(diào)整脈沖使實(shí)際閥位與設(shè)定的閥位一致，本發(fā)明能夠依靠編碼器的精密角位移反饋，實(shí)現(xiàn)閥門開度的閉環(huán)精密控制，比現(xiàn)有技術(shù)使用的依靠步進(jìn)電機(jī)細(xì)分提高閥門精度更可靠。
文檔編號(hào)F16K31/04GK103090083SQ20131001946
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者王博, 湯偉, 王樨, 劉慶立, 董繼先, 王孟效 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)