CN114545856B - 一种机械式自复位气压检测控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械式自复位气压检测控制装置及控制方法，涉及气压传动技术领域，其技术方案要点是：还包括处理器和PLC控制器；气压主管的侧壁连通设有调节筒，调节筒内部以密封方式活动连接有调节塞，调节筒设有用于驱使调节塞沿调节筒轴线方向移动的驱动件；气压主管和/或调节筒内部安装有气压传感器；气压传感器的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的输出端与驱动件的输入端连接；处理器与气源装置电性连接。本发明以压缩气体或扩散气体的方式保持气压主管内部的气压保持相对稳定状态，无需对气源装置进行频繁调整，有效保证了整个***的稳定性，同时降低了气压检测的频率。
Description
技术领域
本发明涉及气压传动技术领域，更具体地说，它涉及一种机械式自复位气压检测控制装置及控制方法。
背景技术
气压传动以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的***是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的***是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制***。
随着高精密制造和电力电子产业的高速发展，对于适用于气压传动的控制***提出了更高的精度要求。而气压传动在使用过程中存在部分气压损失，这是由于气压传动时不可能存在绝对的密封，尤其是随着长时间的使用，密封结构的密封性能会有一定下降，这就导致气压传动的精度会逐渐降低，需要时常对气压传动控制***的气压进行检测，存在检测频率高、费时费力等问题。为此，现有技术中有考虑通过对气压主管内部的气压进行实时检测，并依据检测结果对气源装置的工作状态进行反馈控制，以此来补偿气压传动过程的气压损失。
然而，气压传动过程的气压损失是实时连续产生的，依据检测结果对气源装置的工作状态进行反馈控制，将会导致气源装置的调整频率过高，严重降低气源装置的使用寿命，同时还会影响整个***的稳定性。因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的机械式自复位气压检测控制装置及控制方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种机械式自复位气压检测控制装置及控制方法，能够依据检测结果以机械活塞结构适应性的调整气压主管内部的容量体积，以压缩气体或扩散气体的方式保持气压主管内部的气压保持相对稳定状态，整个操作过程无需对气源装置进行频繁调整，有效保证了整个***的稳定性，同时降低了气压检测的频率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种机械式自复位气压检测控制装置，包括气压主管和气源装置，还包括处理器和PLC控制器；
所述气压主管的侧壁连通设有调节筒，调节筒内部以密封方式活动连接有调节塞，调节筒设有用于驱使调节塞沿调节筒轴线方向移动的驱动件；
所述气压主管和/或调节筒内部安装有气压传感器；
所述气压传感器的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的输出端与驱动件的输入端连接；
所述处理器与气源装置电性连接。
进一步的，所述驱动件为驱动气缸，驱动气缸的输出轴与调节塞的端部固定连接。
进一步的，所述驱动件为驱动电机；
所述驱动电机的输出轴连接有连接头，连接头四周设有至少一个限位凸起，限位凸起沿驱动电机的输出轴轴线方向布设；
所述调节塞的端部设有用于放置连接头的滑动腔，滑动腔沿调节塞的轴线方向设置，且滑动腔的轴向长度大于连接头的轴向长度，滑动腔内壁设有供限位凸起滑动的限位槽；
所述调节塞的外壁设有螺旋凸起，调节筒的内壁设有与螺旋凸起螺旋配合的螺旋凹槽。
进一步的，所述调节筒内部设有位于调节塞与气压主管之间的截止阀，截止阀与PLC控制器连接；
所述PLC控制器设有启闭开关，PLC控制器响应于启闭开关触发的启闭信号控制截止阀启闭。
第二方面，提供了一种机械式自复位气压检测控制方法，该控制方法用于如第一方面中任意一项所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，包括以下步骤：
通过气压传感器采集气压主管在标准时间段内的气压数据，建立气压实时曲线；
根据气压实时曲线与由气源装置工作状态决定的标准压力值之差得到气压变化曲线；
将标准时间段划分成连续分布的时间单元，并依据气压变化曲线分析得到各个时间单元的气压变化量；
将气压变化量转换成调节塞的伸缩量，并依据伸缩量控制调节塞沿调节筒轴线方向移动，以使得气压主管内的实时气压调控至标准压力值。
进一步的，所述气压变化量转换成调节塞的伸缩量的计算公式具体为：
其中，l表示调节塞沿轴向方向的伸缩量，若为负值则朝着气压主管移动进行气体压缩，则若为正值则沿远离气压主管移动进行气体扩散；ΔP表示时间单元的气压变化量，由时间单元末时刻的气压值与始时刻的差值计算得到；V0表示气压主管和调节筒内在相应时间单元调控前的容纳体积；P1表示标准压力值；S表示调节筒的内截面面积，单位cm2。
进一步的，该控制方法还包括通过处理器将当前时间单元的气压变化量与预设值的基准量进行比较：
若气压变化量大于或等于基准量，则直接转换成伸缩量；
若气压变化量小于基准量，则将当前时间单元的气压变化量与下一个时间单元的气压变化量相加作为下一个时间单元参与调控的气压变化量，直至叠加后的气压变化量大于或等于基准量，并将叠加后的气压变化量转换成伸缩量。
进一步的，该控制方法还包括：
通过处理器统计调节塞的总伸缩量，并在总伸缩量超出调节塞和调节筒的调节限度时，处理器向气源装置和PLC控制器同时传输反馈信号；
PLC控制器响应于反馈信号后控制调节塞复位；
气源装置响应于反馈信号后，将气压主管内部的实时气压调节至调节塞复位完成后达到标准压力值。
进一步的，该控制方法还包括；
通过处理器统计调节塞在第一预设周期内的调控频率；
若调控频率大于或等于上限频率，则处理器输出检测维护信号。
进一步的，该控制方法还包括；
通过处理器统计调节塞在第二预设周期内的调控频率；
若调控频率小于下限频率，则处理器输出调控故障信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的一种机械式自复位气压检测控制装置，能够依据检测结果以机械活塞结构适应性的调整气压主管内部的容量体积，以压缩气体或扩散气体的方式保持气压主管内部的气压保持相对稳定状态，整个操作过程无需对气源装置进行频繁调整，有效保证了整个***的稳定性，同时降低了气压检测的频率；
2、本发明通过限位凸起与限位槽配合，限制了连接头与调节塞之间的相对圆周转动，且在螺旋凸起与螺旋凹槽的配合下，使得调节塞能够沿调节筒轴线方向伸缩；此外，螺旋凸起与螺旋凹槽配合，既可以有效防止调节塞在气压主管内较大气压下自行移动的情况发生，也可以有效增强调节塞与调节筒之间的密封性能；
3、本发明通过处理器将当前时间单元的气压变化量与预设值的基准量进行比较分析，能够有效降低调节塞的调控频率；
4、本发明还可以依据调节塞的调控情况对气源装置的工作状态进行反馈控制，同时对调节塞进行复位控制，能够有效保证气压检测调控装置能够循环使用；
5、本发明还通过对调节塞的调控频率进行分析，能够在调控频率较大情况下实现自动检测维修预警，同时在调控频率为较低或为零的情况下实现调整装置的失效故障自动检测预警。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中的工作原理图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101、气压主管；102、截止阀；103、调节筒；104、驱动件；105、调节塞；106、螺旋凹槽；107、螺旋凸起；108、连接头；109、限位凸起；110、限位槽；201、气压传感器；202、处理器；203、PLC控制器；204、气源装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：一种机械式自复位气压检测控制装置，如图1与图2所示，包括气压主管101和气源装置204，还包括处理器202和PLC控制器203。气压主管101的侧壁连通设有调节筒103，调节筒103内部以密封方式活动连接有调节塞105，调节筒103设有用于驱使调节塞105沿调节筒103轴线方向移动的驱动件104。调节筒103内部安装有气压传感器201。气压传感器201的输出端与处理器202的输入端连接，处理器202的输出端与PLC控制器203的输入端连接，PLC控制器203的输出端与驱动件104的输入端连接。处理器202与气源装置204电性连接。
本发明能够依据检测结果以机械活塞结构适应性的调整气压主管101内部的容量体积，以压缩气体或扩散气体的方式保持气压主管101内部的气压保持相对稳定状态，整个操作过程无需对气源装置204进行频繁调整，有效保证了整个***的稳定性，同时降低了气压检测的频率。
需要说明的是，气压传感器201可以采用一个安装在气压主管101或调节筒103内，也可以采用两个分别安装在气压主管101、调节筒103内，以两个气压传感器201的均值作为检测值，以此减小气流流动带来的误差。
在本实施例中，驱动件104为驱动电机，以驱动电机正反转实现不同方向的调控；驱动电机的输出轴连接有连接头108，连接头108四周设有多个限位凸起109，限位凸起109沿驱动电机的输出轴轴线方向布设；调节塞105的端部设有用于放置连接头108的滑动腔，滑动腔沿调节塞105的轴线方向设置，且滑动腔的轴向长度大于连接头108的轴向长度，滑动腔内壁设有供限位凸起109滑动的限位槽110；调节塞105的外壁设有螺旋凸起107，调节筒103的内壁设有与螺旋凸起107螺旋配合的螺旋凹槽106。本发明通过限位凸起109与限位槽110配合，限制了连接头108与调节塞105之间的相对圆周转动，且在螺旋凸起107与螺旋凹槽106的配合下，使得调节塞105能够沿调节筒103轴线方向伸缩；此外，螺旋凸起107与螺旋凹槽106配合，既可以有效防止调节塞105在气压主管101内较大气压下自行移动的情况发生，也可以有效增强调节塞105与调节筒103之间的密封性能。
作为另一种可选的实施方式，驱动件104为驱动气缸，驱动气缸的输出轴与调节塞105的端部固定连接。需要说明的是，驱动件104与调节塞105之间的驱动方式还可以替换成其他能够实现轴线驱动的驱动方式，在此不受限制。
在本实施例中，调节筒103内部设有位于调节塞105与气压主管101之间的截止阀102，截止阀102与PLC控制器203连接；PLC控制器203设有启闭开关，PLC控制器203响应于启闭开关触发的启闭信号控制截止阀102启闭。需要检修调节筒103内部器件时，通过操作启闭开关即可完成调节筒103的密封隔断。
如图2所示，上述一种机械式自复位气压检测控制装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：通过气压传感器201采集气压主管101在标准时间段内的气压数据，建立气压实时曲线；
S2：根据气压实时曲线与由气源装置204工作状态决定的标准压力值之差得到气压变化曲线；
S3：将标准时间段划分成连续分布的时间单元，并依据气压变化曲线分析得到各个时间单元的气压变化量；
S4：将气压变化量转换成调节塞105的伸缩量，并依据伸缩量控制调节塞105沿调节筒103轴线方向移动，以使得气压主管101内的实时气压调控至标准压力值。
需要说明的是，处理器202还可以替换成其他具备运算处理能力的上位机、智能终端、服务器等，以通信模块实现数据的远程传输。
在本实施例，气压变化量转换成调节塞105的伸缩量的计算公式具体为：
其中，l表示调节塞105沿轴向方向的伸缩量，若为负值则朝着气压主管101移动进行气体压缩，则若为正值则沿远离气压主管101移动进行气体扩散；ΔP表示时间单元的气压变化量，由时间单元末时刻的气压值与始时刻的差值计算得到；V0表示气压主管101和调节筒103内在相应时间单元调控前的容纳体积；P1表示标准压力值；S表示调节筒103的内截面面积，单位cm2。
需要说明的是，还可以在不考虑调节筒103自身体积变化的情况下对上述公式进行更改，也可以在进一步考虑螺旋凹槽106对体积的影响的情况下对上述公式进行更改，以上方式可以依据需求进行调整。
此外，本发明还通过处理器202将当前时间单元的气压变化量与预设值的基准量进行比较：若气压变化量大于或等于基准量，则直接转换成伸缩量；若气压变化量小于基准量，则将当前时间单元的气压变化量与下一个时间单元的气压变化量相加作为下一个时间单元参与调控的气压变化量，直至叠加后的气压变化量大于或等于基准量，并将叠加后的气压变化量转换成伸缩量，可有效降低调节塞105的调控频率。
另外，本发明还通过处理器202统计调节塞105的总伸缩量，并在总伸缩量超出调节塞105和调节筒103的调节限度时，处理器202向气源装置204和PLC控制器203同时传输反馈信号；PLC控制器203响应于反馈信号后控制调节塞105复位；气源装置204响应于反馈信号后，将气压主管101内部的实时气压调节至调节塞105复位完成后达到标准压力值，能够有效保证气压检测调控装置能够循环使用，
而且本发明还通过处理器202统计调节塞105在第一预设周期内的调控频率；若调控频率大于或等于上限频率，则处理器202输出检测维护信号，能够在调控频率较大情况下实现自动检测维修预警，
最后本发明还通过处理器202统计调节塞105在第二预设周期内的调控频率；若调控频率小于下限频率，则处理器202输出调控故障信号，可在调控频率为较低或为零的情况下实现调整装置的失效故障自动检测预警。
需要说明的是，第一预设周期、第二预设周期既可以相同，也可以不同，两者之间的大小分布在此不受限制。
工作原理：本发明能够依据检测结果以机械活塞结构适应性的调整气压主管101内部的容量体积，以压缩气体或扩散气体的方式保持气压主管101内部的气压保持相对稳定状态，整个操作过程无需对气源装置204进行频繁调整，有效保证了整个***的稳定性，同时降低了气压检测的频率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种机械式自复位气压检测控制装置，包括气压主管(101)和气源装置(204)，其特征是，还包括处理器(202)和PLC控制器(203)；
所述气压主管(101)的侧壁连通设有调节筒(103)，调节筒(103)内部以密封方式活动连接有调节塞(105)，调节筒(103)设有用于驱使调节塞(105)沿调节筒(103)轴线方向移动的驱动件(104)；
所述气压主管(101)和/或调节筒(103)内部安装有气压传感器(201)；
所述气压传感器(201)的输出端与处理器(202)的输入端连接，处理器(202)的输出端与PLC控制器(203)的输入端连接，PLC控制器(203)的输出端与驱动件(104)的输入端连接；
所述处理器(202)与气源装置(204)电性连接；
所述驱动件(104)为驱动电机；
所述驱动电机的输出轴连接有连接头(108)，连接头(108)四周设有至少一个限位凸起(109)，限位凸起(109)沿驱动电机的输出轴轴线方向布设；
所述调节塞(105)的端部设有用于放置连接头(108)的滑动腔，滑动腔沿调节塞(105)的轴线方向设置，且滑动腔的轴向长度大于连接头(108)的轴向长度，滑动腔内壁设有供限位凸起(109)滑动的限位槽(110)；
所述调节塞(105)的外壁设有螺旋凸起(107)，调节筒(103)的内壁设有与螺旋凸起(107)螺旋配合的螺旋凹槽(106)；
该装置的控制方法包括以下步骤：
通过气压传感器(201)采集气压主管(101)在标准时间段内的气压数据，建立气压实时曲线；
根据气压实时曲线与由气源装置(204)工作状态决定的标准压力值之差得到气压变化曲线；
将标准时间段划分成连续分布的时间单元，并依据气压变化曲线分析得到各个时间单元的气压变化量；
将气压变化量转换成调节塞(105)的伸缩量，并依据伸缩量控制调节塞(105)沿调节筒(103)轴线方向移动，以使得气压主管(101)内的实时气压调控至标准压力值。
2.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，所述调节筒(103)内部设有位于调节塞(105)与气压主管(101)之间的截止阀(102)，截止阀(102)与PLC控制器(203)连接；
所述PLC控制器(203)设有启闭开关，PLC控制器(203)响应于启闭开关触发的启闭信号控制截止阀(102)启闭。
3.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，所述气压变化量转换成调节塞(105)的伸缩量的计算公式具体为：
其中，l表示调节塞(105)沿轴向方向的伸缩量，若为负值则朝着气压主管(101)移动进行气体压缩，则若为正值则沿远离气压主管(101)移动进行气体扩散；ΔP表示时间单元的气压变化量，由时间单元末时刻的气压值与始时刻的差值计算得到；V0表示气压主管(101)和调节筒(103)内在相应时间单元调控前的容纳体积；P1表示标准压力值；S表示调节筒(103)的内截面面积，单位cm2。
4.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，该控制装置还包括通过处理器(202)将当前时间单元的气压变化量与预设值的基准量进行比较：
若气压变化量大于或等于基准量，则直接转换成伸缩量；
若气压变化量小于基准量，则将当前时间单元的气压变化量与下一个时间单元的气压变化量相加作为下一个时间单元参与调控的气压变化量，直至叠加后的气压变化量大于或等于基准量，并将叠加后的气压变化量转换成伸缩量。
5.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，该控制装置还包括：
通过处理器(202)统计调节塞(105)的总伸缩量，并在总伸缩量超出调节塞(105)和调节筒(103)的调节限度时，处理器(202)向气源装置(204)和PLC控制器(203)同时传输反馈信号；
PLC控制器(203)响应于反馈信号后控制调节塞(105)复位；
气源装置(204)响应于反馈信号后，将气压主管(101)内部的实时气压调节至调节塞(105)复位完成后达到标准压力值。
6.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，该控制装置还包括；
通过处理器(202)统计调节塞(105)在第一预设周期内的调控频率；
若调控频率大于或等于上限频率，则处理器(202)输出检测维护信号。
7.根据权利要求1所述的一种机械式自复位气压检测控制装置，其特征是，该控制装置还包括；
通过处理器(202)统计调节塞(105)在第二预设周期内的调控频率；
若调控频率小于下限频率，则处理器(202)输出调控故障信号。
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