CN102221101A

CN102221101A - 阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀

Info

Publication number: CN102221101A
Application number: CN 201010146291
Authority: CN
Inventors: 李小宁; 孙中圣; 黄小平; 路建萍
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀。本发明在总线控制电磁集装阀的基础上，将各单元换向阀的阀芯集成永磁铁磁环，在阀体外侧固定磁性开关检测永磁铁磁环的位置，实现对各单元阀左右位工作状态的检测，并将各磁性开关的电源线路以及输出信号线另外汇集成两条总线，将检测到的信号以总线的形式输出；本发明能利用简单的集成方式和低成本的感应器件，实现对电磁集装阀各单元阀阀芯位置的检测，并以总线的方式输出开关信号，配合PLC或者嵌入式控制系统可用于集装阀(阀岛)的故障检测、液压气动系统元件状态监控等工业需求。

Description

阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀

技术领域

本发明属于一种电磁集装阀，特别是一种阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀。

背景技术

电磁集装阀(电磁阀岛)，作为克服了单个电磁阀安装分散导致控制线及管路复杂等弊端的新型元器件，已经在工业现场中得到广泛应用。而像中国专利申请200820084512中所陈述的总线集成形式的电磁阀岛，由于它的控制信号线及流体入口等管线都采用总线形式，彻底解决了电磁阀分散安装时的控制和操作不便的技术问题，使气动与液压的自动化控制难度大大降低。所以，总线集成形式的电磁集装阀，作为控制器与传感器以及操作和显示单元之间的接口，控制器与能量转换单元之间的接口，目前在自动化控制系统中得到广泛应用。

然而，目前使用的集装阀，控制总线的内容只有供电电源及换向信号，缺少对阀岛本身运行状态的监测信号。同时，缺少小型感应开关一类的低成本传感元件来感应各单元阀阀芯的运动状态，而阀本身无法提供其状态监测的信号依据，导致阀的真实工作状态(例如换向阀的左/右位状态、通气口开闭状态)无从得知，从而给集装阀的状态监测以及故障的检测带来困难。目前国内外对此的处理一般是在阀的出口处安装压力或流量传感器来检测——通过感应换向阀动作前后阀口的压力或者流量变化来判断换向阀的换向情况。但这种方法增加了检测的成本和现场接口加工、安装工序。目前在阀内加装位移传感器仅局限在对高成本高精度的比例/伺服阀上，在普通的电磁集装阀上感应阀芯动作，仍未有相应产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀，它能利用简单的集成方式和低成本的感应器件，实现对电磁集装阀各单元阀阀芯位置的检测，并以总线的方式输出开关信号，配合PLC或者嵌入式控制系统可用于集装阀(阀岛)的故障检测、液压气动系统元件状态监控等工业需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀，由单元换向阀集装而成，并将各单元换向阀的换向控制线和电源线分别汇集成两条总线，其特征在于：在总线控制电磁集装阀上，将各单元换向阀的阀芯集成永磁铁磁环，在阀体外侧固定磁性开关检测永磁铁磁环的位置，实现对各单元阀左右位工作状态的检测，并将各磁性开关的电源线路以及输出信号线另外汇集成两条总线，将检测到的信号以总线的形式输出；各单元换向阀阀芯的左右换向移动在改变左右工作位置的同时，将使对应的磁性开关因感应不到磁场而使输出信号呈高/低电平的反复变化，使用数据采集装置采集磁性开关的信号输出总线上的信号即可实现对阀芯位置的监控与电磁阀的故障检测。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1.应用本发明，在不明显增大集装阀体积的前提下，不采用昂贵的传感器，就可以完成对集装阀各单元阀进行开闭状态监测，并以数据总线形式输出。2.使用本发明与数据采集技术、电子信息技术相结合，可以方便地实现自动化处理，可以快速、准确地获取阀芯到位信息，检测换向阀未到位的故障，以便进行相应的控制处理。3.同时借助总线的形式，使整个集装阀在增加功能的同时，不增加它的体积与布线难度。利用本发明的磁性开关信号总线，可以使用PLC(可编程逻辑控制器)、监控计算机、嵌入式执行器件对集装阀各单元阀的阀芯状态进行监测，并可以用于集装阀的故障检测与诊断。4.在PLC或者嵌入式系统等监控技术的配合下，本发明可以实现集装阀的故障自动报警功能，或者如果回路发生了故障，则可以在极短的时候内判定是否为换向阀导致的故障，如果是，则能迅速地定位到发生故障的单元阀。5.使用本发明，二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通等各型换向阀均可以作为集装阀的单元阀，方便地实现阀芯位置的检测，进而用于换向阀状态监控，并且可以同时应用在气动与液压等需要集装阀的场合。

附图说明

图1为一个普通气动总线控制型电磁集装阀原理图。

图2为本发明的原理图(气动)。

图3为一个二位五通阀原理图及图形符号。

图4为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀，包括集成永磁体的阀芯，外部磁场感应器件以及集成控制总线三部分。其中，集成永磁体的阀芯部分是通过在阀芯上特定部位安装一个环形的永磁铁而得。外部磁场感应器件则采用磁性开关传感器，它是一种非接触式的接近开关。磁性开关是通过检测磁场的接近然后产生开关信号输出来实现对磁性物体的检测的。以一个二位的滑柱式气动换向阀为例(即阀芯仅有最左端和最右端两个固定位置)，如果永磁铁磁环安装于阀芯的两端面上，而阀体外侧两端各有一个磁性开关传感器，固定于阀体外壳上的磁场信号的极限位置；当阀芯处于最左端时，左端磁性开关输出信号，稍有偏离时无输出；右端亦然。

集成控制总线部分，是在集装阀本身原有线圈通断控制总线的基础上，增加磁性开关的供电线路及其感应所得信号输出信号线，一同集成在总线中，从而达到增加阀芯位置检测功能的目的。

在本发明工作时，对于集装阀的一号单元阀，阀芯两端安装有磁环A₁、B₁，两磁性开关均通过总线连接工作电源，不妨设阀芯初始位置为最左端，此时左侧的磁性开关A₁检测到左端的磁环I的磁场，则A₁有输出信号(输出高电平1)，右端磁性开关B₁由于此时阀芯没有位于最右端，检测不到右端磁环II的磁场，则B₁无输出信号(输出低电平0)。若换向阀实行换向，即阀芯从最左端位置移动至最右端，此时磁性开关A₁则检测不到磁环I的磁场，输出信号变为0；磁性开关B₁能检测到磁环II的磁场，输入信号变为1。此过程适用于阀岛上其它单元阀。在整个集装阀上的各单元阀进行左右换向时，集装阀总线上信号输出各接口信号均呈高低电平变化，用如单片机或PLC等设备采集总线上的信号，即可对各单元阀状态进行监测。

从本发明的工作过程可以看出，电磁集装阀各单元阀换向即各阀芯的移动前后，我们可以通过阀岛总线上的输出信号线清楚地检测到各阀芯当前的状态，若第N个单元阀的阀芯在左端，则AN、BN输出分别为1、0；若阀芯在右端，则AN、BN输出分别为0、1。而如果在该单元阀实行换向之后经过一段正常响应时间，AN、BN输出同时为0，则可判断阀芯卡死在中间，即第N个单元阀换向阀出现故障。故本发明同样可以用于电磁集装阀涉及阀芯的故障的检测与快速定位。

结合图1、图2，其中图1、2分别表示了普通气动总线控制型电磁阀岛与本发明的原理图(气动)，可以看出，在改进前后，集装阀仅在总线中多出了磁性开关供电以及磁性开关信号输出线路，体积与线路并没有明显增加，却实现了阀芯动作感应功能。配合PLC或其它设备，可实现对集装阀运行状态的监控以及故障检测。

图4为本发明的结构示意图，1-磁性开关A1；2-磁环α1；3-阀体(1号)；4-左排气口R1；5-气源口P；6-右排气口R2；7-磁环β1；8-阀芯(1号)；9-磁性开关B1；10-工作口II(4号)；11-工作口I(4号)；其中，2号、3号、4号单元阀的阀芯以及更多的单元阀被省略。在图示方案中，磁环被集成在阀芯的两个端面，磁性开关则安装于上方对应位置。在图示状态下，1号单元阀的工作状态为右位，假定2号单元阀的工作状态为右位，则1、2号单元阀上的磁性开关A1，B1，A2，B2输出信号为别为：(0，1，1，0)，检测总线中的信号，便可明确地得知各阀的状态。

1号与2号单元阀阀芯的左右两端面上各安装了一个永磁铁磁环，左、右各命名为磁环α1、β1、α2、β2，在阀体外侧，通过紧固螺钉，两端各安装了一个磁性开关，左、右各命名为A1、B1、A2、B2。永磁铁的材料、外形、及磁性强度等参数可以根据实际的电磁阀结构与外形等具体情况定制。磁性开关需要选择适合的型号，并使磁性开关紧固于阀体外侧，从而使磁性开关在工作时不会因工况外力等因素而偏离原始的极限位置。磁性开关的安装位置要求：当且仅当磁环I位于最左侧，即对应换向阀机能的左位时，磁性开关A才能感应到来自I的磁场信号，其信号引脚输出高电平，即输出1，当阀芯离开此极限位置时，输出0；当且仅当磁环II位于最右侧，即对应换向阀机能的右位时，磁性开关B才能感应到来自II的磁场信号，其信号引脚输出高电平，即输出1，当阀芯离开此极限位置时，输出0。

不妨设1号单元阀阀芯初始位置为最左端，即换向机能为左位换向阀所控制的气流流向为气源P→右工作口II1，左工作口I1→大气R1；2号单元阀阀芯初始位置为最右端，即换向机能为右位，换向阀所控制的气流流向为气源P→左工作口I2，右工作口II2→大气R2。此时1号单元阀左侧的磁性开关A1检测到左端的磁环α1的磁场，则A1有输出信号(输出1)，右端磁性开关B1由于此时阀芯未位于最右端，检测不到右端磁环β1的磁场，则B1无输出信号(输出0)；类似地，2号单元阀的磁性开关A2、B2分别输出0、1。若集装阀对这两个单元阀实行换向，即1号单元阀左位切换到右位同时2号单元阀右位切换到左位，在阀芯各自抵达另一端极限位置后，1号单元阀所控制的气流流向为气源P→左工作口I1，右工作口II1→大气R2。此时磁性开关A1则检测不到磁环α1的磁场，输出信号变为0；磁性开关B1能检测到磁环β1的磁场，输入信号变为1；类似地，2号单元阀的磁性开关A2、B2分别输出1、0。从数据采集端接收到的信号来看，阀岛实行换向动作即阀芯移动前后，通过采集磁性开关输出信号总线的数据，便可得知各单元阀的当前换向状态(即换向机能)。特别地，如果有在较长的一段时间内，同一单元阀的两磁性开关信号An、Bn同时为低电平，则表示阀芯因故障而卡死在中间。

Claims

1.一种阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀，由单元换向阀集装而成，并将各单元换向阀的换向控制线和电源线分别汇集成两条总线，其特征在于：在总线控制电磁集装阀上，将各单元换向阀的阀芯集成永磁铁磁环，在阀体外侧固定磁性开关检测永磁铁磁环的位置，实现对各单元阀左右位工作状态的检测，并将各磁性开关的电源线路以及输出信号线另外汇集成两条总线，将检测到的信号以总线的形式输出；各单元换向阀阀芯的左右换向移动在改变左右工作位置的同时，将使对应的磁性开关因感应不到磁场而使输出信号呈高/低电平的反复变化，使用数据采集装置采集磁性开关的信号输出总线上的信号即可实现对阀芯位置的监控与电磁阀的故障检测。

2.根据权利要求1所述的阀芯位置检测反馈型总线控制电磁集装阀，其特征在于：在阀体外侧设置T型槽固定磁性开关用以检测磁环的位置。