CN103216660A - 一种电机外置半闭环高精度定量阀 - Google Patents

一种电机外置半闭环高精度定量阀 Download PDF

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王博
汤伟
王樨
刘庆立
董继先
王孟效
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Abstract

一种电机外置半闭环高精度定量阀，包括阀体，阀体的阀杆通过第一联轴器、减速器连接步进电机输出轴的一端，步进电机输出轴的另一端穿过编码器连接到盘车手轮，减速器的输出轴上设有主同步带轮，主同步带轮通过同步带连接至从同步带轮，从同步带轮上设有传动轴，传动轴通过第二联轴器连接至阀门回讯器，步进电机接收控制器的指令转动，经过减速器及主、从同步带轮，使传动轴通过第二联轴器和阀门回讯器同步转动，编码器将步进电机实际的转角数据发给控制器，控制器将数据与发送给步进电机驱动器等效的脉冲个数进行实时比较，进行闭环的PID调节，纠正步进电机的转角和控制器设定的转角一致，能够实现阀门开度的半闭环控制，提高定量阀的精度。

Description

一种电机外置半闭环高精度定量阀
技术领域
本发明涉及一种阀门，特别涉及一种电机外置半闭环高精度定量阀。
背景技术
造纸的定量控制由质量控制系统（QCS,QuanlityControlSystem，造纸行业术语，是指对造纸生产过程中定量、水份、灰份和厚度等参数进行在线检测和控制。）测得成纸定量去控制定量阀的开度，国内外的定量阀均采用步进电机经过减速器驱动阀芯旋转实现流量调节的方式，没有检测阀芯的真实开度，属于开环驱动，例如国内的实用新型专利200620130207.1公开了一种“定量阀”，即采用此结构。现有阀门依靠步进电机的细分，达到所谓的10000步、50000步甚至更高水平的控制不是真实的，带有预测性和臆测性，因为毕竟没有真正的检测阀门的角位移用于反馈控制。由于步进电机属于开环驱动，在阀门长时间运行后阀芯、阀杆或者是传动机构磨损造成阀门运行阻力增大，极容易出现“丢步”现象，即驱动电机接收到了控制脉冲，但是电机由于某种原因没有转动，阀芯也没有产生转角,出现了和控制脉冲不一致的定位情况，因此，阀门的精度受到了影响。针对这一问题，需要开发新型的定量阀，提高阀门的精度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种电机外置半闭环高精度定量阀，采用半闭环技术来控制阀门的步进电机运动，解决单纯采用步进电机驱动存在的“丢步”问题，能够有效提高阀门的精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电机外置半闭环高精度定量阀，包括阀体8，与阀体8连接有壳体11，壳体11外的上部设有编码器1，编码器1的底座固定连接在步进电机2上，步进电机2输出轴的一端固定连接有编码器1的内圈，并穿过编码器1连接到盘车手轮15，控制器通过电气接口与步进电机2相连接驱动步进电机2运动，控制器同时也与编码器1连接得到步进电机2实时旋转的角度，并实时的对步进电机2的转角进行控制，使步进电机2的转角与控制器设定的转角一致，步进电机2输出轴的另一端连接有减速器3，减速器3的输出轴上设有主同步带轮4，主同步带轮4通过同步带9连接至从同步带轮10，从同步带轮10上设有传动轴12，壳体11外的上部设有阀门回讯器14，传动轴12通过第二联轴器13连接至阀门回讯器14，减速器3的输出轴通过第一联轴器6连接至阀杆7，减速器3的输出轴上设有机械硬限位装置5，机械硬限位装置5包括连接在减速器3输出轴上的硬限位块5-0，在硬限位块5-0外设置有与限位块左轮廓线5-5配合限位的关限位螺栓5-1和与限位块右轮廓线5-6配合限位的开限位螺栓5-3，关限位螺栓5-1安装在有螺纹的限位板5-2上，开限位螺栓5-3安装在有螺纹的限位板5-4上，限位板5-2和5-4安装在壳体11上。
所述主同步带轮4和从同步带轮10齿数相等，并通过同步带9的同步传动保持转角一致。
所述硬限位块5-0为渐开线轮廓，在限位作用区域的轮廓半径逐渐大于非限位轮廓线，并与减速器3输出轴同步转动。
所述第一联轴器6为高刚性传动联轴器。
由于本发明采用减速器进行减速并增大传动转矩，步进电机通过减速器带动阀芯旋转，形成了半闭环的控制方案，依靠编码器的精密角位移反馈，实现阀门开度的半闭环精密控制，比现有技术使用的依靠步进电机细分提高阀门精度更可靠；控制器将接收的步进电机实际的转角与发送给步进电机驱动器等效的脉冲个数进行实时比较，并调整脉冲使步进电机的实际转角与控制器发送给步进电机驱动器等效的脉冲个数一致，确保步进电机不会发生“丢步”现象；为了防止执行器在所有电气装置失效的情况下过度转动而损坏阀芯，同时为阀门的零位和全开位置提供机械参考，在减速器的输出轴上还设置有机械硬限位装置加以保护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的阀门在全开位置状态下机械硬限位装置工作示意图，此时阀芯旋转至全开位置，通流量最大。
图3为本发明的阀门在全关位置状态下机械硬限位装置工作示意图，此时阀芯旋转至关闭位置。
图4为本发明的闭环控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1、图2、图3，一种电机外置半闭环高精度定量阀，包括阀体8，与阀体8连接有壳体11，壳体11外的上部设有编码器1，编码器1的底座固定连接在步进电机2上，步进电机2输出轴的一端固定连接有编码器1的内圈，并穿过编码器1连接到盘车手轮15，控制器通过电气接口与步进电机2相连接驱动步进电机2运动，控制器同时也与编码器1连接得到步进电机2实时旋转的角度，并实时的对步进电机2的转角进行控制，使步进电机2的转角与控制器设定的转角一致，步进电机2输出轴的另一端连接有减速器3，减速器3的输出轴上设有主同步带轮4，主同步带轮4通过同步带9连接至从同步带轮10，从同步带轮10上设有传动轴12，壳体11外的上部设有阀门回讯器14，传动轴12通过第二联轴器13连接至阀门回讯器14，减速器3的输出轴通过第一联轴器6连接至阀杆7，减速器3的输出轴上设有机械硬限位装置5，机械硬限位装置5包括连接在减速器3输出轴上的硬限位块5-0，在硬限位块5-0外设置有与限位块左轮廓线5-5配合限位的关限位螺栓5-1和与限位块右轮廓线5-6配合限位的开限位螺栓5-3，关限位螺栓5-1安装在有螺纹的限位板5-2上，开限位螺栓5-3安装在有螺纹的限位板5-4上，限位板5-2和5-4安装在壳体11上。主同步带轮4和从同步带轮10齿数相等，并通过同步带9的同步传动保持转角一致。硬限位块5-0为渐开线轮廓，并与减速器3输出轴同步转动。第一联轴器6为高刚性传动联轴器。盘车手轮15用以在断电状态下手动调节阀门。为了便于步进电机2散热，同时便于通过阀门回讯器14观察阀门的开度指示情况，将步进电机2和阀门回讯器14设置在壳体11之外。
参见图1、图4，本发明的工作原理是：
步进电机2接收控制器发来的指令转动，经过减速器3带动主同步带轮4同步转动，通过同步带9带动从同步带轮10转动，从而使传动轴12通过第二联轴器13和阀门回讯器14同步转动，阀门回讯器14检测和指示阀位，并将阀位、限位状况发送给控制器，编码器1将步进电机2实际的转角数据发送至控制器，控制器将接收的步进电机2实际的转角与发送给步进电机2驱动器等效的脉冲个数进行实时比较，进行闭环的PID调节使步进电机2的实际转角与控制器发送给步进电机2驱动器等效的脉冲个数一致，确保步进电机2不会发生“丢步”现象，经过减速器3和第一联轴器6的严格同步传动，将步进电机2的准确转角传递给阀杆7，从同步带轮10与阀杆7转角一致，构成半闭环的高精度定量阀。
参见图2，为阀门在全开位置状态，限位块的右廓线5-6到旋转中心的半径逐渐增大，若阀门继续向开的方向旋转，限位块的右廓线5-6会碰到开限位螺栓5-3，将阻止阀门的继续转动；参见图3，为阀门在全关位置状态，限位块的左廓线5-5到旋转中心的半径逐渐增大，若阀门继续向关的方向旋转，限位块的左轮廓线5-5会碰到关限位螺栓5-1，将阻止阀门的继续转动。

Claims (4)

1.一种电机外置半闭环高精度定量阀，包括阀体（8），其特征在于，与阀体（8）连接有壳体（11），壳体（11）外的上部设有编码器（1），编码器（1）的底座固定连接在步进电机（2）上，步进电机（2）输出轴的一端固定连接有编码器（1）的内圈，并穿过编码器（1）连接到盘车手轮（15），控制器通过电气接口与步进电机（2）相连接驱动步进电机（2）运动，控制器同时也与编码器（1）连接得到步进电机（2）实时旋转的角度，并实时的对步进电机（2）的转角进行控制，使步进电机（2）的转角与控制器设定的转角一致，步进电机（2）输出轴的另一端连接有减速器（3），减速器（3）的输出轴上设有主同步带轮（4），主同步带轮（4）通过同步带（9）连接至从同步带轮（10），从同步带轮（10）上设有传动轴（12），壳体（11）外的上部设有阀门回讯器（14），传动轴（12）通过第二联轴器（13）连接至阀门回讯器（14），减速器（3）的输出轴通过第一联轴器（6）连接至阀杆（7），减速器（3）的输出轴上设有机械硬限位装置（5），机械硬限位装置（5）包括连接在减速器（3）输出轴上的硬限位块（5-0），在硬限位块（5-0）外设置有与限位块左轮廓线（5-5）配合限位的关限位螺栓（5-1）和与限位块右轮廓线（5-6）配合限位的开限位螺栓（5-3），关限位螺栓（5-1）安装在有螺纹的限位板（5-2）上，开限位螺栓（5-3）安装在有螺纹的限位板（5-4）上，限位板（5-2）和（5-4）安装在壳体（11）上。
2.根据权利要求1所述的一种电机外置半闭环高精度定量阀，其特征在于，所述主同步带轮（4）和从同步带轮（10）齿数相等，并通过同步带（9）的同步传动保持转角一致。
3.根据权利要求1所述的一种电机外置半闭环高精度定量阀，其特征在于，所述硬限位块（5-0）为渐开线轮廓，并与减速器（3）输出轴同步转动。
4.根据权利要求1所述的一种电机外置半闭环高精度定量阀，其特征在于，所述第一联轴器（6）为高刚性传动联轴器。
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