CN101660482A - 数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由多液压缸同步升降的水轮机筒阀控制系统。系统由控制模块、供油模块和执行模块三部分组成。由与N个驱动器所一一对应的步进电机、位移传感器、三位四通阀和液压缸组成执行模块。其中3≤N≤8。控制模块通过触摸屏、PLC和驱动器控制液压缸及步进电机脉冲的频率和数量以达到控制液压缸运动速度和位移的目的。每个液压缸顶端接有传感器，实时将位移信号反馈给PLC模块，根据每个液压缸之间的位置偏差控制调整驱动器向步进电机发送脉冲的频率和数量，实现高精度的电气同步控制和速度控制要求。本发明液压原件较少，系统简化，由于采用液压和电气共同控制使水轮机筒阀的运动轨迹同步可调。

Description

数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统

技术领域

本发明属于电液一体化控制技术，具体涉及一种用于水轮机筒阀开启和关闭的多液压缸同步升降的电液控制系统。

背景技术

筒阀作为一种断开阀，安装在水轮机固定导叶和活动导叶之间。由于在筒阀操作过程中本体结构需要在水平、平稳的状态下运动，不能有发卡现象出现，因此需要可靠的同步系统保证多执行机构运行。目前广泛采用的筒阀同步机构方式有两种：机械同步和电液同步。

机械同步控制简单，筒阀的启闭可以手动和自动控制，管道连接简单，因此漏油点少。但接力器油缸的进口油无调节能力，油缸进油量由节流量调整固定，筒阀只能定速关闭，不能按照给定的启闭速度进行运动。同时同步结构采用丝杆链条等机械装置，所占空间较大，而且筒阀启闭较电液噪声大。

电液同步筒阀控制可采用可编程任意调整，接力器运动速度的调节控制具有按照调节规律运动的随动性，对发生异步的油缸矫正能力好，筒阀也可按照程序制定启闭速度进行控制。由于同步结构无丝杆链条等机械装置，所占空间小，对水轮机的拆装起吊无影响。电液控制的缺陷是不能全机械手动开关筒阀控制，由于控制系统复杂，要求电气系统和液压系统密切配合，而且制作成本高。系统以及管道连接复杂，调试困难。本发明针对现有水轮机筒阀同步控制系统中所存在的问题，提出了由液压和电气共同控制的方案，液压缸采用数字缸，使问题得到圆满解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种由多数字缸同步升降的水轮机筒阀控制装置。以下结合附图对本发明的技术方案予以说明。

数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统，由控制模块、供油模块和执行模块三部分组成，其中控制模块由触摸屏、PLC模块和N个驱动器组成；供油模块由电机、液压泵、蓄能器、溢流阀和油箱组成；由与N个驱动器所对应的N个步进电机、N个位移传感器、N个三位四通阀和N个液压缸组成执行模块。其中3≤N≤8。由液压缸、步进电机和三位四通阀组合为数字液压缸。三位四通阀阀芯的移动换向靠步进电机发送脉冲和液压缸中的机械装置完成。在部件连接结构上，触摸屏与PLC控制模块和N个驱动器相接；液压泵分别接至蓄能器、溢流阀和N个液压缸的进油总管P线；PLC模块另有控制线分别接至N个位移传感器，液压泵由电机驱动，N个液压缸控制水轮机筒阀的同步升降和速度。步进电机接收到脉冲信号驱动阀芯转动，控制三位四通阀的开口度，控制流量。驱动器发送脉冲的频率控制速度，使速度达到一致，发送脉冲的数量控制位移。附图中的实线为工作油路管线；虚线为控制部分线路。

本发明采用液压和电气同步的控制方式。其控制方案为：(1)用PLC(可编程控制器)预先设定液压缸的运动轨迹，使驱动器控制每个液压缸按照设定的轨迹运动；(2)选择液压缸中位置最低的一个为参照，其它的液压缸和这个作为基准液压缸的位置进行比较，然后通过反馈信号进行控制；(3)每个液压缸的顶端安装一个位移传感器，位移传感器与PLC模块相连，PLC将每个液压缸的位置进行比较，实时判断所有液压缸中位置最低的，然后将其与其它液压缸的位置进行偏差分析。在操作上是通过触摸屏与之连接的PLC模块以及驱动器来进行。

其工作过程是：筒阀上升或下降的过程中，每个液压缸顶端的位移传感器实时的将该液压缸的位置信号反馈至PLC模块，由PLC模块与N个液压缸的位置进行比较，然后将位置最低的液压缸作为基准。在分别将其它液压缸的位置与其做比较，得出每个液压缸的位置偏差。同时根据液压缸允许位置偏差去计算得出基准位置的允许偏差。此时通过每个液压缸和基准液压缸的位置偏差实时的控制驱动器向步进电机发出数字脉冲信号，使N个液压缸同步运行。液压缸依据脉冲信号而运动，脉冲频率为速度，脉冲总数则表示总行程。

附图说明

附图为本发明控制系统结构原理图。

具体实施方式

以下通过具体实施例并参照附图对本发明的方案作进一步的说明。

数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统，具有触摸屏、PLC模块、电机、液压泵、蓄能器、溢流阀、油箱、驱动器、步进电机、位移传感器、三位四通阀、液压缸和筒阀。系统由控制模块、供油模块和执行模块三部分组成，其中控制模块由触摸屏1、PLC模块2和N个驱动器8-1～8-N组成；供油模块由步进电机3、液压泵4、蓄能器5、溢流阀6和油箱7组成；由与N个驱动器8-1～8-N所一一对应的N个步进电机9-1～9-N、N个位移传感器10-1～10-N、N个三位四通阀11-1～11-N和N个液压缸12-1～12-N组成执行模块，其中3≤N≤8。触摸屏1按顺序与PLC控制模块2和N个驱动器8-1～8-N相接。液压泵4分别接至蓄能器5、溢流阀6和N个液压缸12-1～12-N的进油总管P线。N个液压缸12-1～12-N的回油总管T线以及液压泵4和溢流阀6的底部均设有油箱7。PLC模块2另有控制线分别接至N个位移传感器10-1～10-N。液压泵4由步进电机3驱动，N个液压缸12-1～12-N控制水轮机筒阀13的同步升降和速度。系统采用电气和液压同步控制的方式以实现水轮机筒阀的同步升降和速度控制要求。

本实施例采用6个液压缸作为液压系统的执行装置，筒阀13上升和下降时的工作过程为：

(1)筒阀上升：

当筒阀上升时，液压缸顶端的位移传感器实时将6个液压缸的位移反馈给PLC模块，PLC模块对6个液压缸的位移进行比较，得到位置最低的液压缸，也即上升最慢的液压缸(假定第一个液压缸12-1上升最慢)，此时将其它液压缸的位移和与第一个液压缸12-1进行偏差计算，偏差信号通过PLC模块发送指令控制驱动器，使第二至第六个驱动器8-2～8-6向步进电机发送脉冲频率减慢，以此达到同步控制的目的。

(2)筒阀下降

步骤同前。筒阀下降时，PLC模块对6个液压缸的位移比较后，得到位置最低的液压缸，也即下降最快的液压缸(假定第二个液压缸12-2下降最快)，此时将其它液压缸的位移与第二个液压缸12-2进行偏差计算，偏差信号通过PLC模块发送指令控制驱动器，使第一个驱动器8-1以及第三至第六个驱动器8-3～8-6向步进电机发送脉冲频率加快，达到同步控制。

筒阀上升时以上升最慢的液压缸位置为基准，筒阀下降时以下降最快的液压缸位置为基准进行同步控制，所以能够很好的满足水轮机筒阀慢速上升和快速下降的要求。

本发明的特点和有益效果体现在：液压原件较少，系统简化，由于采用液压和电气共同控制使水轮机筒阀的运动轨迹同步可调，解决了液压传动中的振动、噪音、故障监测等问题。本发明可以适应恶劣的工作环境，并具有较高的抗干扰能力和抗油污能力，安全可靠。同时能够实现高精度的电气液压同步控制和速度控制要求。可以每个驱动器控制一个液压缸，也可以一个驱动器控制多个液压缸。

Claims (3)

1.数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统，具有触摸屏、PLC模块、电机、液压泵、蓄能器、溢流阀、油箱、驱动器、步进电机、位移传感器、三位四通阀、液压缸和筒阀，其特征是系统由控制模块、供油模块和执行模块三部分组成，其中控制模块由触摸屏(1)、PLC模块(2)和N个驱动器(8-1～8-N)组成；供油模块由步进电机(3)、液压泵(4)、蓄能器(5)、溢流阀(6)和油箱(7)组成；由与N个驱动器(8-1～8-N)所一一对应的N个步进电机(9-1～9-N)、N个位移传感器(10-1～10-N)、N个三位四通阀(11-1～11-N)和N个液压缸(12-1～12-N)组成执行模块，触摸屏(1)按顺序与PLC控制模块(2)和N个驱动器(8-1～8-N)相接，液压泵(4)分别接至蓄能器(5)、溢流阀(6)和N个液压缸(12-1～12-N)的进油总管P线，N个液压缸(12-1～12-N)的回油总管T线以及液压泵(4)和溢流阀(6)的底部均设有油箱(7)，PLC模块(2)另有控制线分别接至N个位移传感器(10-1～10-N)，液压泵(4)由步进电机(3)驱动，N个液压缸(12-1～12-N)控制水轮机筒阀(13)的同步升降和速度。

2.按照权利要求1所述的数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统，其特征是由所述液压缸、步进电机和三位四通阀组合为数字液压缸。

3.按照权利要求1所述的数字缸控制的水轮机筒阀启闭系统，其特征是所述N个驱动器(8-1～8-N)、N个步进电机(9-1～9-N)、N个位移传感器(10-1～10-N)、N个三位四通阀(11-1～11-N)以及N个液压缸(12-1～12-N)，其中3≤N≤8。

Images