CN102628520B

CN102628520B - 无油箱微型电液控制器

Info

Publication number: CN102628520B
Application number: CN2012101218616A
Authority: CN
Inventors: 郭俊杰
Original assignee: JIUJIANG HUANQIU SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Jiujiang Global Technology Co ltd
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN102628520A

Abstract

本发明公开了一种无油箱微型电液控制器，由控制系统和液压系统组成，控制系统由位移传感器、电磁阀、防爆电机、信号隔离器、固态继电器以及控制电路组成；液压系统由泵、单向阀、过滤器、空气滤清器、溢流阀、压力表、液压锁、电磁阀及截止阀、调速阀和液压执行器组成，其特征在于：电磁阀的得电与否由可编程控制器PLC精确控制。本发明利用传动系统中液压润滑油之间相互传递动能的增压方式，来解决系统所需要的驱动能量，以达到解决控制阀门开和关的问题。解决了用较小空间、较小动能来实现较大的开、关阀门的目的，使阀门实现自动化控制。本发明运行平稳、工作可靠、体积小、精确度高、操作方便、价格便宜。

Description

无油箱微型电液控制器

技术领域

本发明电液控制器，尤其涉及一种无油箱微型电液控制器。

背景技术

目前国内外油气田、炼油、化工、电力、冶金等企业管线阀门自动控制大多数采用：气动控制阀门技术、电动控制阀门技术、电液控制机构控制阀门技术。气动控制阀门：当冬天气温低于0℃以下，空气中含有水分时，控制阀门开、关会出现滞后或关不严等现象，造成跑漏、浪费资源；电动控制阀门：体积大，频繁调节时电机过烧，会给安全造成重大威胁；传统的电液控制机构控制机构均采用有油箱控制技术，技术要求高，系统复杂，体积庞大，占地面积大，造价成本高，操作复杂。

发明内容

克服现有技术上述缺陷，提供了一种运行平稳、工作可靠、体积小、精确度高、操作方便、节能降耗的无油箱电液控制器。

本发明技术方案如下：由控制系统和液压系统组成，其特征在于：控制系统的电磁阀的得电与否由无油箱微型电液控制器的核心部件可编程控制器PLC控制：可编程控制器PLC接收到仪表室提供的自动控制方式的信号，进入到调节控制程序，隔离变化的自控制信号、传感器的阀位信号均输送至可编程控制器PLC的数据输入端口，按控制理论进行PID运算，据计算结果，经过可编程控制器PLC的I/D输出端口分别馈电给相应固态继电器的控制口，馈电给各电磁阀，则启动电机带动泵，产生动力油，经过导通的电磁阀，进入液压执行器，推动蝶阀，进行按操作指令对蝶阀开度进行调节控制；可编程控制器PLC接收到仪表室提供的仪表室点动操作指令，无油箱微型电液控制器则进行点动操作程序，仪表室发出阀开或阀关指令信号后，经过可编程控制器PLC逻辑分析的结果，由可编程控制器PLC的I/O输出端口，馈电给固态继电器的控制口和相应各电磁阀，实施对蝶阀操作；可编程控制器PLC接收到现场操作部位选择开关快速运行指令即高电平触电信号时，无论当时运行在仪表室自动控制或仪表室点动操作状态，可编程控制器PLC均运行快速运行程序，经过可编程控制器PLC的I/O输入端口，馈电给固态继电器的控制口，启动电机带动泵，馈电给油路电磁阀，切断油路调速阀，关闭分流，按用户要求，馈电给相应电磁阀，系统即进入快速关断或打开蝶阀操作。

本发明所述控制系统由转角传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一信号隔离器、第二信号隔离器、固态继电器以及控制电路组成，控制电路包括PLC控制单元、阀控制单元、SP/PV信号转换电路、控制室、显示部及电源部；液压系统由防爆电机、泵、单向阀、过滤器、压力表、空气滤清器、溢流阀、第一液压锁、第二液压锁、截止阀、调速阀和第一液压执行器、第二液压执行器组成，第一电磁阀、第二电磁阀的得电与否由可编程控制器PLC精确控制，可编程控制器PLC的I1接第一信号隔离器输出端；可编程控制器PLC的I2接转角传感器；可编程控制器PLC的I3接现场操作部位选择开关，提供给PLC 所有电气元件与PLC信息交换；可编程控制器PLC的I4接控制室的连锁自保信号输出端；可编程控制器PLC的Q2串接常开触点后接第二电磁阀；可编程控制器PLC的Q3接第三电磁阀；可编程控制器PLC的Q4接固态继电器；数字量扩展模块DM：数字量扩展模块DM 的Q1接超差指示灯的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q2接动力故障指示灯的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q3接综合报警的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q4接超差锁定的输出信号端；模拟量输出模块的V1、M1接阀位输出端；模拟量输出模块的14脚、8脚分别接第二信号隔离器，第一信号隔离器输入端接仪表室控制信号、第二信号隔离器。

本发明所述第一液压执行器、第二执行器为液压缸，通过第一电磁阀或第二电磁阀的得失电控制液压缸伸出或缩回活塞杆，经过拨叉机构，使直线位移转化成转角输出，以实施控制蝶阀转动。

本发明所述第一液压执行器、第二液压执行器为液压马达，直接通过第一电磁阀或第二电磁阀的得失电控制液压马达的正转或反转来实施蝶阀、球阀的运动方向的控制。

本发明解决了气动控制和电动控制系统存在的两大问题：1）气动控制系统：响应较慢，控制精度欠佳，抗偏离能力较差。2）电动控制系统：由于采用机械减速装置，结构较复杂，体积大重量重，容易发生故障，对现场使用维护人员的技术要求高，另外，系统运行较慢，控制精度差，从调节器输出一个信号，到调节阀响应而运动到指定相应的位置，需要较长的时间。

本发明利用传动系统中液压润滑油之间相互传递动能的增压方式，来解决系统所需要的驱动能量，以达到解决控制阀门开和关的问题。解决了用较小空间、较小动能来实现开、关阀门的目的，使阀门实现自动化控制。本发明体积小对安装空间无要求，对于口径≤DN600mm、调节不太频繁的自控阀门，有着巨大优越性和安全操作稳定性，且运行平稳、工作可靠、体积小、精确度高、操作方便、价格便宜。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明液压控制系统原理图；

图4为本发明控制系统的电气控制原理图。

具体实施方式

以下结合实施例对照附图对本发明进行详细说明。

本发明由控制系统和液压系统组成。

本发明所述控制系统包括仪表自动控制方式、仪表点操控制方式、快速关断或开启操作方式、现场手动操作方式等4种操作方式，由转角传感器17、第一电磁阀6、第二电磁阀11、第三电磁阀14、第一信号隔离器G1、第二信号隔离器G2、固态继电器SSR以及控制电路组成。控制电路包括PLC控制单元、阀控制单元、SP/PV信号转换电路、控制室、显示部及电源部。液压系统由防爆电机1、齿轮泵2、插装式单向阀3、过滤器4、压力表5、空气滤清器12、溢流阀13、第一液压锁7、第二液压锁10、截止阀16、调速阀15和第一伺服油缸8、第二伺服油缸9组成。

第一电磁阀6、第二电磁阀11的得电与否由可编程控制器PLC精确控制，可编程控制器PLC的（I1）接第一信号隔离器（G1）输出端；（I2）接转角传感器16；（I3）接现场操作部位选择开关（SB2），提供给PLC 所有电气元件与PLC信息交换；（I4）接控制室的连锁自保信号输出端；（Q2）串接常开触点J2后接第二电磁阀11；（Q3）接第三电磁阀14；（Q4）接固态继电器（SSR）；数字量扩展模块DM：（Q1）接超差指示灯的输出信号端；（Q2）接动力故障指示灯的输出信号端；（Q3）接综合报警的输出信号端；（Q4）接超差锁定的输出信号端； V1、M1接阀位输出端。14脚、8脚分别接第二信号隔离器G2，第一信号隔离器（G1）输入端接仪表室（4～20mA）控制信号、第二信号隔离器（G2）。

电机1输出轴通过联轴器连接齿轮泵2输入轴，带动齿轮泵2吸油口充分吸油，通过齿轮啮合出高压油，经过高压油管和过滤器4进入液压集成块，通过插装式单向阀3进行保压，高压油连通溢流阀13的P口，保证液压回路的安全运行；高压油连通压力表5便于观测系统压力，高压油连通第一电磁阀6、第二电磁阀11、第三电磁阀14的P端，通过PLC的控制，及时沟通第一液压锁7、第二液压锁10、调速阀15，把高压油根据要求输入第一伺服油缸8或第二伺服油缸9，实现阀门的正常开闭.当需要切换为现场手动控制时，仅须把截至阀16打向导通，沟通第一伺服油缸8和第二伺服油缸9，在手轮驱动下实现阀门正常开闭。

转角传感器17外设防爆盒18以满足防爆要求，将机械转角转变成（0～10）V电气信号，用于调节控制时反馈信号。第一电磁阀6、第二电磁阀11、第三电磁阀14组装在满足防爆要求的液压集成块防爆壳体25内。

LQ为间隙联轴器、间隙大于90、由蜗轮带动的拨块位置，通过观察孔看到空回指针与手动箱体盖上固定指标相对位置确定，当空回指示与固定指标重合时，这间隙位置，就能确保液体进行0～90正常操作。

第一伺服油缸8、第二伺服油缸9输出活塞杆28，通过拨叉机构26，使直线位移转化成转角输出。

手轮24通过蜗轮蜗杆传动装置JCD，传动装置JCD通过带动间隙联轴器LQ，实现转角输出。

本发明仪表室自动控制方式的原理为：由控制仪表室提供UPS直流电源，供电给控制系统可编程逻辑控制器PLC、模数转换模块AM2、扩展模块DM、信号隔离器G1、G2、及转角传感器SI的电源。由动力部门提供交流380V，供电给可控固态继电器SSR及由变压器T降压，经过桥堆V5，整流成直流24V～28V电压，作为电磁阀DF1～DF3，指示灯L1～L3的电源。

当无油箱微型电液控制器中操作部位开关SB1设置在仪表室时，就可以在仪表控制室实施仪表自动控制方式、仪表点操控制方式、快速关断或开启操作方式三种操作方式。

本发明所述的仪表室自动控制方式的原理为：

无油箱微型电液控制器的核心部件PLC接收到仪表室K1提供的自动控制方式的信号（高电平开关信号），进入到调节控制程序，据仪表室（4～20mA）控制信号、转角传感器JC（0～10V），按控制理论进行PID运算，据计算结果，经过PLC的I/O输出端口，馈电给固态继电器SSR的控制口，馈电给电磁阀6或电磁阀11，则启动电机1带动齿轮泵2，产生动力油，经过导通的电磁阀，进入伺服油缸8和9，推动蝶(球)阀，进行按操作指令对蝶(球)阀开度进行调节控制开或关。且无须重新加压力就可长久保持一定的动能压力，使其无蠕动和爬行，保留在一定的位置上。

本发明的仪表室点操控制方式的原理为：

PLC接收到仪表室K1提供的仪表室点动操作指令，则无油箱微型电液控制器进行点动操作程序。当仪表室K2发出阀开或阀关指令信号后，经过PLC逻辑分析的结果，有PLC的I/O输出端口，馈电给固态继电器FR1的控制口和相应第一电磁阀6或第二电磁阀11，实施对蝶阀操作。

本发明的快速关断或开启操作方式的原理为：

若PLC接收到SB2快速运行指令（高电平触电信号）时，不管当时运行在仪表室自动控制或仪表室点动操作状态，PLC就运行快速关断或开启程序。即经过PLC的I/O输入端口，馈电给固态继电器FR1的控制口，启动电机1带动齿轮泵2，馈电给电磁阀14，切断调速阀15油路，关闭分流，按用户要求，馈电给第一电磁阀6或第二电磁阀11，系统即进入快速关断或打开蝶(球)阀操作。

本发明所述的现场手动操作方式：对于具有自锁功能的蝶阀装置，将现场操作部位选择开关SB2设置在现场，则PLC接到这指令后，及中止执行由控制室来的任何指令，打开截止阀16，使工作油缸的两个油腔连通，即可旋转手轮24，通过速比为52的蜗轮蜗杆22传动装置，使蜗轮上的拨块与蝶阀转动轴作用块接触后才能对蝶阀实施转动操作。

本发明液压系统工作流程为：

当系统进行调节工况，由电机1带动齿轮泵2送出高压油，经过单向阀3，过滤器4，如果可编程逻辑控制器控制第一电磁阀6带电，则高压油经过第一电磁阀6，第一液压锁7，第一液压执行器8，驱动油缸活塞杆28向右移动，同时，第二伺服油缸9中的低压油，经过第二液压锁10，第二电磁阀11直接流回系统中；如果可编程逻辑控制器PLC控制第二电磁阀11带电，则高压油经过第二电磁阀11、第二液压锁10、第二伺服油缸9驱动油缸活塞杆28向左移动，同时，第一伺服油缸8中的低压油，经过第一液压锁7、第一电磁阀6直接流回系统中；系统可以通过第三电磁阀14接通常闭油道调速阀15分流达到调速目的，使阀的开启或关闭速度达到跟踪调节工况要求；当出现应急工况时，第三电磁阀14带电，通过第三电磁球阀14切断调速阀15油路，使液压系统以最大流量运行，以达到快速关断或开启的动作。阀位达到指定位置后，电机1停止运转，电磁阀全部断电，通过第一液压锁7、第二液压锁10使系统处于锁位状态。如果给定信号SP和阀位信号PV差值大于系统设定值，系统将就地锁位，直到SP和PV差值小于系统设定值时才解锁进入重新跟踪调节工况。

本发明液压操作与手动操作切换流程为：对于没有自锁功能的蝶阀装置，即在外界负载作用下，能自发朝着关闭或打开状态运行。为了简述，假设是朝着关闭方向运行。当系统切换到手动操作时，将SB2切换到现场位置，PLC停止执行由控制室发出的任何指令，脱开手轮锁定装置，朝着阀开方向轻松转动手轮，此时空回指针的指针偏转，直到感觉有阻力时，表明间隙已消除，此时打开截止阀JV，使得伺服油缸SG1和SG2的工作腔连通，即可用机械手轮在现场对蝶阀实施打开或关闭运行，实施蝶阀在任何角度进行无干扰的手动切换。

利用手操，使蝶阀在某一角度，要转入控制室电动操作时，关闭截止阀16，利用手轮24朝着阀关方向转动，通过显示窗口，观察到空回指针与壳体固定标记重合，锁定手轮，旋转SB2至控制室位置，就可实施控制室点动操作的无干扰切换操作。

若控制室为调节控制操作，则按照当前蝶阀转角位置，设置相对应控制信号，旋转SB2至控制室，就可实施调节控制的无干扰切换操作。

本发明的技术参数如下：

1) 全开、全关调节时间≤10s-14s；

2) 调节精度：±2％FS(2°)；

3) 灵敏度：±2％FS(2°)；

4) 快速调节时间≤2s-5s；

5) 额定扭距≤1500NM；额定扭距≤3000NM（两种参数）

6) 手动操纵扭距 30 Nm；

7) 间断工作，平均每小时2-3/次；

8) 完全满足阀门开关寿命100万次：（在比较纯净的介质中，阀门开关寿命可达100万次）的要求；

9) 完全满足阀门90o往复回转：90o往复回转即可实现阀门开、关与调节，操作方便、迅速、可靠，配置手动装置、联合驱动；

10) 完全满足三偏心、双偏心、单偏心阀门结构控制要求；

11) 阀位信号4～20mA；

12) 仪表电源UPS DC 24V 0.5kW；

动力电源380V 3相 1kW；

13) 防爆等级 EXDIIBT4。

本发明质量保证：ISO9001-2000。

设计满足下列标准：

ANSI B16.34 ；

JB/T 8527-1997；

ANSI B16.47。

Claims

1.一种无油箱微型电液控制器，由控制系统和液压系统组成，其特征在于：控制系统的电磁阀的得电与否由无油箱微型电液控制器的核心部件可编程控制器PLC控制：

可编程控制器PLC接收到仪表室提供的自动控制方式的信号，进入到调节控制程序，隔离变化的自控制信号、传感器的阀位信号均输送至可编程控制器PLC的数据输入端口，按控制理论进行PID运算，据计算结果，经过可编程控制器PLC的I/O输出端口分别馈电给相应固态继电器的控制口，馈电给各电磁阀，则启动电机带动泵，产生动力油，经过导通的电磁阀，进入液压执行器，推动蝶阀，进行按操作指令对蝶阀开度进行调节控制；

可编程控制器PLC接收到仪表室提供的仪表室点动操作指令，无油箱微型电液控制器则进行点动操作程序，仪表室发出阀开或阀关指令信号后，经过可编程控制器PLC逻辑分析的结果，由可编程控制器PLC的I/O输出端口，馈电给固态继电器的控制口和相应各电磁阀，实施对蝶阀操作；

可编程控制器PLC接收到现场操作部位选择开关快速运行指令即高电平触电信号时，无论当时运行在仪表室自动控制或仪表室点动操作状态，可编程控制器PLC均运行快速运行程序，经过可编程控制器PLC的I/O输入端口，馈电给固态继电器的控制口，启动电机带动泵，馈电给油路电磁阀，切断油路调速阀，关闭分流，按用户要求，馈电给相应电磁阀，无油箱微型电液控制器即进入快速关断或打开蝶阀操作。

2.根据权利要求1所述的无油箱微型电液控制器，其特征在于：控制系统由转角传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一信号隔离器、第二信号隔离器、固态继电器以及控制电路组成，控制电路包括PLC控制单元、阀控制单元、SP/PV信号转换电路、控制室、显示部及电源部；液压系统由电机、泵、单向阀、过滤器、压力表、空气滤清器、溢流阀、第一液压锁、第二液压锁、截止阀、调速阀和第一液压执行器、第二液压执行器组成，第一电磁阀、第二电磁阀的得电与否由可编程控制器PLC精确控制，可编程控制器PLC的I1接第一信号隔离器输出端；可编程控制器PLC的I2接转角传感器；可编程控制器PLC的I3接现场操作部位选择开关，提供给PLC 所有电气元件与PLC信息交换；可编程控制器PLC的I4接控制室的连锁自保信号输出端；可编程控制器PLC的Q2串接常开触点后接第二电磁阀；可编程控制器PLC的Q3接第三电磁阀；可编程控制器PLC的Q4接固态继电器；数字量扩展模块DM：数字量扩展模块DM 的Q1接超差指示灯的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q2接动力故障指示灯的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q3接综合报警的输出信号端；数字量扩展模块DM 的Q4接超差锁定的输出信号端；模拟量输出模块的V1、M1接阀位输出端；模拟量输出模块的14脚、8脚分别接第二信号隔离器，第一信号隔离器输入端接仪表室控制信号、第二信号隔离器。

3.根据权利要求2所述的无油箱微型电液控制器，其特征在于：第一液压执行器、第二执行器为液压缸，通过第一电磁阀或第二电磁阀的得失电控制液压缸伸出或缩回活塞杆，经过拨叉机构，使直线位移转化成转角输出，以实施控制蝶阀转动。

4.根据权利要求2所述的无油箱微型电液控制器，其特征在于：第一液压执行器、第二液压执行器为液压马达，直接通过第一电磁阀或第二电磁阀的得失电控制液压马达的正转或反转来实施蝶阀、球阀的运动方向的控制。

5.根据权利要求2或3或4所述的无油箱微型电液控制器，其特征在于：通过PLC的I/O输入端口，馈电给固态继电器的控制口，启动电机带动泵，馈电给电磁阀，通断调速阀油路，开闭分流，馈电给第一电磁阀或第二电磁阀，无油箱微型电液控制器即进入调速关断或开启蝶阀操作。