數字閥簡介

《全數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)包括數字量化缸，所述的數字量化缸包括缸體（2）、活塞（3）、機械反饋機構（4）、接力器位移傳感器（5）、反饋耦合機構（6）、耦合齒輪（7）、數字閥（8）、液控單向閥（9）、步進電機（10）。所述數字閥（8）與步進電機（10）相連，所述耦合齒輪（7）安裝在反饋耦合機構（6）與數字閥（8）閥芯之間。所述耦合齒輪（7）上安裝有接力器位移檢測傳感器（5），所述機械反饋機構（4）連接反饋耦合機構（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換裝置、電源選擇裝置、UPS電源、步進電機控制器。

機械反饋機構（4）的滾動螺旋傳動螺母，固定在活塞（3）上；所述機械反饋機構（4）的反饋傳動螺旋桿，通過反饋耦合機構（6），與耦合齒輪（7）、數字閥（8）閥芯螺旋耦合。機械反饋機構為扭轉螺旋體，傳感器為多圈旋轉絕對位置編碼器，數字量化缸數量為一個或者多個，可編程序控制器，包括機架、電源模塊、CPU模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進電機控制模塊、通訊模塊。電氣控制裝置供電電源為220伏DC電源和220伏AC電源。

全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，關鍵部件是組成液壓控制系統(tǒng)基本單元的數字量化缸。數字量化缸是一個主動控制的液壓執(zhí)行機構。

全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)，就是由幾個基本單元---數字量化缸組成。數字量化缸的數量，就是筒形閥所需要接力器的數量。筒形閥所需要接力器的數量，是由設計計算決定。

在每個接力器頂部，安裝有一套精密數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，成為一個有機的整體，通過與接力器活塞巧妙聯接的內置式高精度機械位置反饋機構，對筒形閥操作接力器的運動速度、位置進行實時反饋，形成位置閉環(huán)，速度可控，自動完成接力器的數字化運動操作。

我們把液壓控制裝置與筒形閥接力器的集成體，稱為數字流體缸（簡稱：數字缸），更準確的應該稱為數字量化缸（簡稱：數字缸）。

數字量化缸就是帶精密數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字量化。數字量化缸是一個高度集成的液壓控制元件。它由缸體（2）、活塞（3）、機械反饋機構（4）、接力器位移傳感器（5）、反饋耦合機構（6）、耦合齒輪（7）、數字閥（8）、液控單向閥（9）、步進電機（10）等組成。集成在數字量化缸內的步進電機（10），就是電氣-液壓控制系統(tǒng)的接口，它有如調速器的電液轉換機構。步進電機（10）接收計算機發(fā)出的數字脈沖信號而轉動，該轉動帶動數字閥（8）閥芯運動，通過反饋耦合機構（6）將閥芯旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，該直線運動打開數字閥（8）的閥口，從而將液壓油引入操作接力器，并由液壓油源驅動操作接力器活塞前進或后退。

在接力器活塞上，安裝有可逆?zhèn)鲃拥臋C械反饋機構（4），機械反饋機構（4）是一種扭轉螺旋體。機械反饋機構（4）的滾動螺旋傳動螺母，固定在活塞（3）上；機械反饋機構（4）的反饋傳動螺旋桿，通過反饋耦合機構（6），與耦合齒輪（7）、數字閥（8）閥芯螺旋耦合。在活塞（3）前進或后退過程中，由活塞（3）帶動裝在其上面的機械反饋機構（4）中滾動螺旋傳動螺母的旋轉運動，轉化為反饋傳動螺旋桿的直線運動。機械反饋機構（4）的直線運動，通過反饋耦合機構（6），一方面作用于數字閥（8）閥芯，使閥芯回到動作前原位，形成位置負反饋；另一方面作用于耦合齒輪（7），帶動接力器位移傳感器（5）轉動，將活塞（3）的實際位置檢測出來。

當步進電機（10）接收到電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的一個數字脈沖控制信號時，接力器活塞（3）就移動一個固定的行程（如0.01毫米）。這個固定的行程值，稱為數字量化值，數字量化值單位為毫米。

根據系統(tǒng)控制精度的不同要求，數字量化值K可設計為0.01毫米、0.02毫米、0.05毫米、0.1毫米、0.5毫米、1.0毫米等。

數字量化值是由設計確定。通過內部一套機械反饋機構，嚴格保證控制脈沖與接力器活塞移動的對應關系，數字量化值。將接力器活塞的移動完全數字量化，使接力器活塞的移動量，只與控制脈沖數量有關。

在反饋耦合機構（6）與數字閥（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傳感器（5），傳感器是一個多圈旋轉絕對位置編碼器，使之能準確知道接力器活塞（3）的實際位置。

在設計上，保證接力器活塞移動10毫米，編碼器旋轉1圈。編碼器旋轉1圈，有8192個測點；這意味著位移測量裝置的分辨率為10毫米÷8192≈1.22微米，即精度可達1.5微米，10毫米的行程可分為8192個測點來檢測。

數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。

在步進電機（10）的端部，有一個伸出軸。用工具手動旋轉步進電機（10）的伸出軸，猶如給步進電機（10）施加控制脈沖信號，同樣可以精確控制數字量化缸活塞運動。提供無電源時的純手動操作。

數字量化缸將原來復雜的位置閉環(huán)和速度控制，變成了簡單的數字脈沖控制。這樣，既簡化了控制系統(tǒng)，也簡化了系統(tǒng)結構，同時提高了響應速度。

由于液壓控制裝置的所有元件均裝在接力器內部，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。這種結構特別適宜于惡劣的工作環(huán)境和粗放的維護水平，提高了設備的可靠性，基本上可以做到現場零調試和零維護，長期穩(wěn)定工作。

數字量化缸還有一個特點，其活塞桿移動位移的實際誤差是由設計、生產、裝配決定的，在接力器活塞桿移動過程中，只有一個基礎誤差，沒有累積誤差。

數字量化缸接口，包含液壓接口與電氣接口。

液壓接口：每只數字量化缸有一個油口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備，中間不再有其它液壓設備及器件。

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個電氣接口，步進電機、位移傳感器。步進電機是將電氣系統(tǒng)控制信號，轉化為液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行機構；位移傳感器是將液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行情況，通過數字量化缸活塞的位置、行程變化，反饋給電氣系統(tǒng)。步進電機、位移傳感器通過電纜與筒形閥電氣控制盤相連。

接力器位移檢測傳感器，是一個多圈旋轉絕對位置編碼器。與接力器活塞相連的傳動機構與數字閥閥芯之間，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動，轉變?yōu)樾D運動，在設計上，嚴格保證接力器活塞移動10毫米，編碼器旋轉1圈。這樣，就將接力器實際位移，通過編碼器檢測出具體的實際位置。

電氣控制系統(tǒng)附圖是以6個接力器為例，對多只（3至12只）接力器，系統(tǒng)圖相同，只是增減接力器數量即可。

控制部分由PLC、觸摸屏、空氣開關、繼電器、信號燈、切換開關、控制按鈕、接線座組成。

功率部分由電源轉換裝置、24伏DC電源選擇裝置、UPS電源、步進電機控制器、空氣開關、繼電器、信號燈、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、關閉，所有顯示都在觸摸屏界面上實現?，F場操作命令，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架、電源模塊、CPU模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進電機控制模塊、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，預留有一定余量的開關量輸入、輸出通道，模擬量輸入、輸出通道。

電氣控制裝置由220伏DC、220伏AC兩類電源供電。220伏DC電源、220伏AC電源實現多路冗余。

正常狀態(tài)下，第一個電源轉換裝置由第一路220伏AC供電，提供第一路24伏DC電源。當第一路220伏AC電源消失時，自動切換由220伏DC供電，由第二個電源轉換裝置，提供第二路24伏DC電源（第二路24伏DC電源始終處于熱備用狀態(tài)）。當第一路220伏AC電源恢復時，又自動恢復由第一路220伏AC供電。若第一路220伏AC電源、220伏DC同時消失，第一路24伏DC電源、第二路24伏DC電源也就同時消失，此時，就完全由第二路220伏AC電源供電，經第三個電源轉換裝置，提供第三路24伏DC電源，以保證筒形閥電氣控制裝置的可靠性。

第二路220伏AC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電源轉換裝置，使第三路24伏DC電源始終處于熱備用狀態(tài)；另一方面提供步進電機功率驅動模板220伏AC電源。這樣即使外接220伏AC、220伏DC完全消失，UPS電源也可保證在一定時間內，筒形閥電液同步控制系統(tǒng)可以操作，就大大提高數字量化缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的可靠性。

第三路220伏AC電源，提供控制部分內照明、通風風扇、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24伏DC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接口，采用數字量通訊。

全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，控制筒形閥開啟、關閉，由多只數字量化缸驅動。正常工作時，只要由筒形閥電氣控制系統(tǒng)，按照編制好的程序，向多只數字量化缸上步進電機輸出同頻率、同數量的控制脈沖信號；筒形閥即可按給定的運行曲線高精度同步升降；脈沖頻率代表接力器運行速度，脈沖總數代表行程，一一對應。

如果需要單獨動作筒形閥某個數字量化缸時，只須給需要單獨的數字量化缸發(fā)控制脈沖信號即可。這為筒形閥的初期安裝、調試、糾偏、矯正提供了極大的方便。

集成于數字量化缸上的位移傳感器，實時檢測各數字量化缸實際位置、行程，并將檢測信號實時送到筒形閥電氣控制系統(tǒng)，筒形閥電氣控制系統(tǒng)接收數字量化缸位置、行程信號，并測量、監(jiān)視、分析、處理，并同時判定多只數字量化缸同步情況。

雖然筒形閥開啟、關閉，在同頻率、同數量的脈沖信號控制下，可以保持多只數字量化缸高精度同步升降運動。但為了增加系統(tǒng)可靠性，我們還是將數字量化缸位移傳感器信號，送入電氣控制系統(tǒng)，一方面做系統(tǒng)顯示、另一方面構成一個大的閉環(huán)控制系統(tǒng)，既完成測量、監(jiān)視、分析、處理等功能，使整個系統(tǒng)具備雙重分布閉環(huán)控制功能。

保持筒形閥多只數字量化缸同步，是筒形閥控制中的重要環(huán)節(jié)。多只數字量化缸是否同步，我們通過多只數字量化缸位移信號，來測量、判定。多只數字量化缸的實際位置、行程，是由位移傳感器、位移測量單元共同完成。位移傳感器集成于數字量化缸內，位移測量單元在電氣控制盤內。

1、一種全數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)為數字量化缸，所述的數字量化缸包括缸體（2）、活塞（3）、機械反饋機構（4）、接力器位移傳感器（5）、反饋耦合機構（6）、耦合齒輪（7）、數字閥（8）、液控單向閥（9）、步進電機（10），所述數字閥（8）與步進電機（10）相連，所述耦合齒輪（7）安裝在反饋耦合機構（6）與數字閥（8）閥芯之間，所述耦合齒輪（7）上安裝有接力器位移檢測傳感器（5），所述機械反饋機構（4）連接反饋耦合機構（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換裝置、電源選擇裝置、步進電機控制器。

2、根據權利要求1所述的全數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械反饋機構（4）的滾動螺旋傳動螺母，固定在活塞（3）上；所述機械反饋機構（4）的反饋傳動螺旋桿，通過反饋耦合機構（6），與耦合齒輪（7）、數字閥（8）閥芯螺旋耦合。

3、根據權利要求2所述的全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述機械反饋機構為扭轉螺旋體。

4、根據權利要求3所述的全數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絕對位置編碼器。

5、根據權利要求4所述的全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述數字量化缸數量為一個或者多個。

6、根據權利要求1所述的全數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、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、步進電機控制模塊、通訊模塊。

7、根據權利要求6所述的全數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220伏DC電源和220伏AC電源。

圖1為全數字集成式筒形閥電液同步控制系統(tǒng)結構示意圖（6個數字量化缸）；

圖2為數字量化缸結構示意圖；

圖3為電氣系統(tǒng)結構框架圖（6個數字量化缸）。

所示附圖中：1、數字量化缸，2、缸體，3、活塞，4、機械反饋機構，5、接力器位移傳感器，6、反饋耦合裝置，7、耦合齒輪，8、數字閥，9、液控單向閥，10、步進電機。