CN102449569A - 用于控制数字液压控制器的方法 - Google Patents

Abstract

描述控制具有供给管路、排出管路、输出管路和多个单独可切换的开关阀的数字液压控制器的方法，这些阀选择性地将供给管路连接到输出管路或将输出管路连接到排出管路。该方法包括：检测包括输出管路中的流体压力和/或流速的受控量的步骤；和选择多个阀中待切换的至少一个阀的步骤，以控制通过被选择的至少一个阀的流体的量和方向，用于控制受控量以接近目标值。该方法还包括执行测试序列的步骤，包括：各个阀的校准，其通过交替地打开两个阀、并通过根据控制器中的检测到的流量和压力值计算和设定各阀的校准值来进行，其中一个阀将供给管路连接到输出管路而另一个阀将输出管路连接到排出管路；和/或状态监控，其中循序地切换每个阀，并且响应于阀的切换，由检测到的流量和压力值决定各阀的阀开启状态。

Description

用于控制数字液压控制器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制数字液压控制器的方法。这种控制器包括一组开关阀，这组开关阀并联连接以在控制器的输入管路和输出管路之间延伸。通常，这些阀中的每一个连接到这些管路之一，所述管路具有设置在管路和阀之间的节流部或者阻气部。在数字液压技术中，在一组阀中的节流值设定成，使得经过各自的阀门管路组合的各流量形成量值二倍(递增)的一行，例如当经过最小的节流部的最小流量是1，则其他阀管路组合显示出2、4、6、8、16等的流量比(flow rate)。典型地，为了进行压力控制，控制器具有两组阀，其中，一组阀将输入管路或者供给管路连接到控制器的输出管路，而另一组阀将输出管路连接到排出管路。

背景技术

通过适当地切换控制器中单个开关阀的适当的组合，来控制从输入管路通过控制器到输出管路的流体的流量，以控制该控制器的输出管路中的流体流量或者流体压力。通过这种方式，控制器使滑阀的控制边的模拟行为数字化，以便替换后者。对合适的阀的组合和单个阀的打开次数以及数字液压控制器的其他操作参数进行选择，就需要每个阀及其节流部的校准值。例如当应用于液压缸时，已知的是从头到尾地运行该缸，同时观察该缸的各压力室中的用于液压缸移动的线性传感器和用于压力的压力传感器。根据这些测量数据，再手动计算出每个阀的通过量或流量及其节流部的校准值。

然而，当在实际应用中使用控制器时，工作流体的温度变化、在阀或节流部的工作流体中的杂质和/或污垢可能自然地或者逐步地显著影响校准值的精准度。在这种情况下，控制器就变得不精确。另外，例如可能因电磁驱动器中的缺陷而产生不适当的阀门功能，这也影响控制精度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于在操作中提高控制精度的控制数字液压控制器的方法。

此目的是借助根据权利要求1的方法解决的。根据本发明，提供一种用于控制数字液压控制器的方法，该数字液压控制器具有供给管路、排出管路、输出管路和多个独立地可切换的开关阀，这些阀选择性地将供给管路连接到输出管路或将输出管路连接到排出管路。该方法包括以下多个步骤：检测受控量，该受控量包括输出管路中的流体的压力和/或流速；选择多个阀中的待切换的至少一个阀，以控制通过被选择的至少一个阀的流体的量和方向，用于将受控量控制成接近目标值；以及执行测试序列(test sequence)。该测试序列包括：单个阀的校准，其通过交替地打开多个阀中的两个阀，并通过根据控制器中的检测到的流量值和压力值计算与设定单个阀的校准值来进行，所述两个阀中的一个阀将供给管路连接到输出管路而另一个阀将输出管路连接到排出管路；和/或状态监控(condition monitoring)，其中循序地切换每个阀，并且其中响应于阀的切换，根据检测到的流量值和压力值推断单个阀的阀开启状态。

经由上述方法，能够基于在控制器的实际应用中获得的测量值，来检查或者提高控制器的校准度。特别地，由于可立刻用测量值来设定校准值，所以能够针对控制器或者周围环境的变化作出反应。

另外，经由上述方法，能够通过该方法对受控量的效果来识别单个阀的阀门故障。因此，无需额外的功能监控设备(例如附加线路或者管道)来进行确保控制器适当工作的***检查。另外，在阀门故障(例如阀未打开)的情况下，可利用状态监控的结果来选择待操作的阀的另一种组合，以维持控制器的控制功能。通过这种方式，可以确保至少直到下一个机械操作停止阶段之前的紧急操作。

在一个优选的解决方案中，在校准中，按照控制器的构造将其中多个阀设置为多对，其中每一对阀包括一个用于将供给管路连接到输出管路的阀，以及一个用于将输出管路连接到排出管路的阀，相同对中的阀可交替地打开以进行校准。当在校准中交替地打开具有相同设计流动特性的两个阀时，可使得向单个阀分配校准数据有利地变得更为容易。

在一个有利的解决方案中，校准可包括包含两个阀的各组阀的连续校准，其中对控制器的所有阀执行校准。

在一优选解决方案中，状态监控可包括决定阀是否有故障，并且可包括改变对至少一个阀的选择，被改变的选择然后从待切换用于控制的多个阀中排除有故障的阀。

有益地，可基于控制器的操作时间，以固定的时间间隔执行测试序列；或者可基于通过控制器的流量的整合值，以固定的时间间隔执行测试序列。

为了应对工作流体的温度变化，测试序列可以当流体的温度变化超过预定温度变化值时执行。

此外或者可选择地，可在控制器的输出管路的压力和/或流量值响应与对应于所选择的阀的切换的预期响应之差大于预定量的压力和/或流量时，执行该测试序列。

在一个优选解决方案中，控制器可设有可切换的开关输出阀，该可切换的开关输出阀用于中断位于控制器和由控制器控制的致动器(actuator)之间的输出管路；且其中当输出阀关闭时执行测试序列。在这种情况下，能够进行独立的控制器测试而不影响受控过程。特别地，由于能够迅速执行测试序列，中断控制器和受控的致动器之间连接的这段时间很短，所以虽然测试序列在运行，但对致动器的影响可以忽略。

可选择地，可在控制器在输出管路连接到致动器的情况下进行操作期间执行测试序列；其中在压力和/或流量值与目标值之差大于预定量时中断该测试序列，并恢复压力和/或流量控制。

在所述方法的一种有益形式中，选择步骤可包括在设定时间段选择待同时切换的阀的组合，其中该组合的选择和打开时间段的设定根据数学模型来计算。

在一可选解决方案中，选择步骤可包括在对每个阀不同的设定时间段选择待切换的阀的组合，其中该组合的选择和打开时间段的设定根据数学模型来计算。

优选地，多个供给阀可并联连接到供给管路和输出管路，并且多个排出阀可并联连接到输出管路和排出管路；其中所述选择包括选择多个供给阀来增加控制器的输出管路的压力，或选择多个排出阀来降低控制器的输出管路的压力。在这种有益的形式下，各个供给阀均可具有不同的流量特性，以在打开时通过不同的流体流速；并且其中各个排出阀可各自具有不同的流量特性，以在打开时向排出管路释放不同的流体流速。同样优选的是，若对应的是每个供给阀，则有设计流量特性相同的排出阀。

附图说明

图1示出数字液压控制器的原理图。

具体实施方式

图1中，数字液压控制器1由四行或者说四组开关切换阀23、24、25、26组成，其中这些阀中的每个阀以附图标记22表示。每个阀21设有以附图标记22表示的节流部。

泵10向压力供给管路110提供工作流体，阀行24和25连接到该压力供给管路110。还具有排出管路11，阀行23和26的多个阀连接到排出管路11。

液压缸3具有两个压力室31和32。阀行23和24连接到通向液压缸3的压力室31的输出管路41。阀43设置在管路41中，用以中断液压缸3与行23和24中的多个阀之间的连接。

阀行25和26连接到通向液压缸3的压力室32的输出管路42。阀44设置在管路42中，用以中断液压缸3与行25和26中的多个阀之间的连接。

以PT表示的多个传感器适于测量各管路110、41、42中的压力和温度，流量传感器47设置在贮槽管路11中。所示压力传感位置46用于测量输出管路42中的压力，可对输出管路41设置相似的压力传感器。

按照测试序列并且为了校准，根据预定模式来切换多个阀(通常行23和24中的多对阀一起切换，而行25和26中的多对阀一起切换)。根据在传感器47处测量到的流量值和/或在各传感器PT处测量到的压力测量值，能够确定通过每个阀及其相关的节流部的实际流量，以便为每个阀设定实际的校准值。为了保持缸3不受测试序列影响，用于在行23和24中校准多个阀的相应的关闭阀(switch-off valve)43切换到关闭位置以中断管路41。类似地，用于校准行25和26中的多个阀的关闭阀44切换至关闭位置，以中断输出管路42。然而，还可在液压缸仍然连接到控制器的情况下，通过响应于阀的动作，利用在传感器46处的压力变化读数来完成校准。

选择性地，当校准行25和26中的阀时，可利用在传感器位置46得到的压力测量值。当然，相同的布置也可用于行23、24。

最后，按照关于监控阀功能的测试序列，优选为当检查阀的功能时中断各输出管路。按照这种测试序列，循序地打开例如行26的阀并且测量/探测流量，以便判断阀的功能是否良好。为了提供供功能测试用的流体，在并联的行25中保持一个阀(通常是具有最大流量值的那个阀)打开。在对行25的阀进行功能测试的情况下，保持行26中的一个阀(通常是具有最大流量值的那个阀)打开，以使流体流出从而经过流量传感器47。利用行23和24分别执行相应的测试方法。

概要地，本发明可执行如下：在数字液压控制回路中，加入独立的测试序列，该测试序列每次在该区域内部交替地打开相同尺寸的两个阀。基于流量传感器的供给和管路压力测量值和读数，自动地计算多个阀的新的校准值。在阀区域的输出管路中，有多个独立的开关阀在测试序列的时候关闭，由此在致动器的方向上没有发生流量或压力变化。在该序列已经停止之后，对每个阀更新新的校准值，由此使控制器重新理想地进行操作。

如果压力传送器(pressure transmitter)46加在关闭输出管路的开关阀的处理侧(process side)，则也可在压力调节期间执行测试序列。如果测量到的输出管路压力值与目标值足够不同，可中断测试序列并可再次按照所需要的那样调整管路压力，而且可重新执行序列。这具有特别的优点：针对控制器，能够容易、快速并精准地对新的校准值进行测量和更新，能够执行测试序列而不移动液压缸，并且还能在压力调节期间执行测试序列。

除以上之外，在数字液压的控制回路中，加入独立的测试序列，该测试序列交替地打开每一单个阀并由该阀的工作反应来进行检查。在阀区域的输出管路中，有多个独立的开关阀41、44在测试序列的时候关闭，由此在致动器的方向上没有发生流量或压力变化。如果探测出有故障的阀，控制回路从经核准打开的组合中移除这些阀；并且这组阀继续其操作，几乎与正常时一样。

如果压力传送器46加在关闭输出管路的开关阀的处理侧，则可在压力调节期间执行测试序列，也可在运行期间执行该测试序列。如果测量到的输出管路压力值与目标值足够不同，可中断测试序列并可再次按照所需要的那样调整管路压力，而且可重新执行序列。这产生特别的优点：除了阀的电故障信号之外不需要额外的阀门状态信号；另外还可探测到机械故障，例如阀杆阻塞或者节流部阻塞，并且在正常生产期间或者在停工期间可进行状态监控。

在改型中，在数字液压的控制(回路)中，可使用嵌入式控制***，该控制***能够以高级语言迅速地执行程序编写。加入程序的功能监控按照测量结果所作改变的效果。从使用的阀的组合和响应的可能故障来看，该程序可减去没有如所预期地操作的阀。无效的阀可从已核准的组合中移除并且可通知控制***。

Claims (16)

1.一种用于控制数字液压控制器的方法，所述数字液压控制器具有供给管路、排出管路、输出管路和可独立地切换的多个开关阀，所述开关阀选择性地将所述供给管路连接到所述输出管路、或将所述输出管路连接到所述排出管路，所述方法包括以下步骤：

检测受控量，所述受控量包括所述输出管路中的流体的压力和/或流速；

选择所述多个阀中的待切换的至少一个阀，以控制通过被选择的至少一个阀的流体的量和方向，用于将所述受控量控制成接近目标值；以及

执行测试序列，所述测试序列包括以下至少一个：

各个阀的校准，其通过交替地打开所述阀中的两个阀，并通过根据所述控制器中的检测到的流量值和压力值计算与设定各个所述阀的校准值来进行；所述两个阀中的一个阀将所述供给管路连接到所述输出管路，而另一个阀将所述输出管路连接到所述排出管路；以及

状态监控，其中循序地切换每个所述阀；并且其中响应于所述阀的切换，根据检测到的流量值和压力值推断各个所述阀的阀开启状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个阀以多对的方式设置，其中每一对包括一个用于将所述供给管路连接到所述输出管路的阀，以及一个用于将所述输出管路连接到所述排出管路的阀，且其中在所述校准中，同一对的所述阀被交替地打开。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述校准中，具有相同的设计流动特性的两个阀被交替地打开。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述校准包括对包含两个阀的各组阀的连续校准，其中对所述控制器的所有阀执行所述校准。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态监控包括决定一阀是否有故障，并且包括改变所述至少一个阀的选择，被改变的所述选择从待切换用于控制的所述阀中排除所述故障阀。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中基于所述控制器的操作时间，以固定的时间间隔执行所述测试序列。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中基于通过所述控制器的流量的整合值，以固定的时间间隔执行所述测试序列。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在所述流体的温度变化超出预定的温度变化值时，执行所述测试序列。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在所述控制器的输出管路的压力和/或流量响应与对应于所选择的阀的切换的预期响应之差大于预定量的压力和/或流量时，执行所述测试序列。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述控制器设有可切换的开关输出阀，所述可切换的开关输出阀用于中断位于所述控制器和由所述控制器控制的致动器之间的输出管路；并且其中当所述输出阀关闭时，执行所述测试序列。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在所述控制器在所述输出管路连接到致动器的情况下进行操作期间，执行所述测试序列；其中在所述压力和/或流量值与所述目标值之差大于预定量时，中断所述测试序列并恢复压力和/或流量控制。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择步骤包括在设定的时间段选择待同时切换的阀的组合，其中所述组合的选择和打开时间段的设定根据数学模型计算。

13.根据权利要求1所述的方法，其中该选择步骤包括在对每个阀不同的设定时间段选择待切换的阀的组合，其中所述组合的选择和打开时间段的设定根据数学模型计算。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中多个供给阀并联连接到所述供给管路和所述输出管路，并且多个排出阀并联连接到所述输出管路和所述排出管路；其中所述选择包括选择多个供给阀来增加所述控制器的输出管路的压力，或选择多个排出阀来减小所述控制器的输出管路的压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中各个所述供给阀均具有不同流动特性，以在打开时通过不同的流体流速；并且其中各个所述排出阀均具有不同的流动特性，以在打开时向所述排出管路释放不同的流体流速。

16.根据权利要求15所述的方法，其中对于每个供给阀，有具有相同的设计流量特性的排出阀。

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