CN104763605A - 用于气动活塞泵计量及施配控制的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及用于气动活塞泵计量及施配控制的方法及设备。本发明揭示泵系统及方法的说明性实施例。在至少一个实施例中，一种设备包括：活塞泵，其包含电机及柱塞，其中所述电机经配置以响应于被供以经压缩流体流而驱动所述柱塞的线性往复运动；计量阀，其流体耦合到所述电机，所述计量阀经配置以控制到所述电机的所述经压缩流体流；放气阀，其流体耦合于所述计量阀与所述电机之间；线性编码器，其耦合到所述活塞泵，所述线性编码器经配置以产生指示所述柱塞的位置的传感器数据；及电子控制器，其操作地耦合到所述计量阀、所述放气阀及所述线性编码器，其中所述电子控制器经配置以从所述线性编码器接收传感器数据且控制所述计量阀及所述放气阀。

Description

用于气动活塞泵计量及施配控制的方法及设备

技术领域

本发明一般来说涉及泵系统及方法，且更明确地说，涉及用于气动活塞泵的计量及施配控制系统。

背景技术

气动动力的活塞泵是用于递送各种各样的流体或半流体材料的稳健且通用系统。一般来说，气动活塞泵包含由驱动活塞以泵送流体介质的经压缩空气提供动力的空气电机。活塞泵能够产生相对高的流体压力且因此可用于泵送较高粘度的流体。典型活塞泵在工业过程中可用于将油墨、润滑脂、粘合剂、密封剂、灌封物、粘结剂或任何其它流体递送到应用点。另外，典型活塞泵包含简单开/关控制—当操作者将经压缩空气供应到泵时，泵送流体，且当不再供应经压缩空气时，泵送停止。

用于递送中等粘度到高粘度流体的当前计量及施配系统使用例如伺服控制的齿轮泵、钻粒供给器或精密阀系统的经加工组件来递送流体。典型计量及施配系统的精加工组件是昂贵的且具有高零件计数。

发明内容

根据一个方面，设备可包括：活塞泵，其包含电机及柱塞，其中所述电机经配置以响应于被供以经压缩流体流而驱动所述柱塞的线性往复运动；计量阀，其流体耦合到所述电机，所述计量阀经配置以控制到所述电机的所述经压缩流体流；放气阀，其流体耦合于所述计量阀与所述电机之间；线性编码器，其耦合到所述活塞泵，所述线性编码器经配置以产生指示所述柱塞的位置的传感器数据；及电子控制器，其操作地耦合到所述计量阀、所述放气阀及所述线性编码器，其中所述电子控制器经配置以从所述线性编码器接收传感器数据且控制所述计量阀及所述放气阀。

在一些实施例中，所述电子控制器可经配置以：发射第一控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的所施配体积；响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀阻挡到所述电机的所述经压缩流体流；及响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而发射第二控制信号以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。所述电子控制器可进一步经配置以响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。

在一些实施例中，所述设备可进一步包括流体耦合到所述活塞泵的出口且操作地耦合到所述电子控制器的压力传感器。所述压力传感器可经配置以产生指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力的压力数据，且所述电子控制器可经配置以确定在所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已到达阈值时已停止所述柱塞的所述线性往复运动。所述电子控制器可经配置以部分地通过忽略所述柱塞在行程终点位置与泵启动位置之间移动的距离而确定所述所施配体积。

在一些实施例中，所述电子控制器可进一步经配置以：发射控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的体积流率；及依据所述所确定体积流率及目标体积流率而修改所述控制信号。所述电子控制器可经配置以部分地通过忽略所述柱塞在行程终点位置与泵启动位置之间移动的距离而确定所述体积流率。

在一些实施例中，所述设备可进一步包括流体耦合到所述活塞泵的出口且操作地耦合到所述电子控制器的压力传感器。所述压力传感器可经配置以产生指示由所述活塞泵泵送的流体介质的压力的压力数据。所述电子控制器可经配置以：发射第一控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；使用从所述压力传感器接收的所述压力数据来确定由所述活塞泵泵送的所述流体介质的所述压力；及依据所述所确定压力及目标压力而修改所述第一控制信号。

在一些实施例中，所述电子控制器可进一步经配置以响应于所述所确定压力等于或大于所述目标压力而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀阻挡到所述电机的所述经压缩流体流，及响应于所述所确定压力等于或大于所述目标压力而发射第二控制信号以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。所述电子控制器可进一步经配置以响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。

在一些实施例中，所述计量阀可包括流体耦合为并联网络的多个电磁阀。所述电子控制器可经配置以发射选择性地打开或关闭所述多个电磁阀中的每一者以控制到所述电机的所述经压缩流体流的一或多个控制信号。

根据另一方面，一种方法可包括：将第一控制信号发射到计量阀以致使所述计量阀将经压缩流体供应到活塞泵的电机，使得所述电机驱动所述活塞泵的柱塞的线性往复运动；从耦合到所述活塞泵的线性编码器接收传感器数据，所述传感器数据指示所述活塞泵的所述柱塞的位置；依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的所施配体积；响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀中止将经压缩流体供应到所述电机；及响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而将第二控制信号发射到流体耦合于所述计量阀与所述电机之间的放气阀以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。

在一些实施例中，所述方法可进一步包括响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。确定所述所施配体积可包括：使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达行程终点位置；使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达泵启动位置；及忽略所述柱塞在所述行程终点位置与所述泵启动位置之间移动的距离。

在一些实施例中，确定所述所施配体积可包括：从耦合到所述活塞泵的出口的压力传感器接收压力数据，所述压力数据指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力；及忽略所述柱塞移动的距离直到所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已达到阈值为止。所述方法可进一步包括发射致使第二活塞泵泵送与所述所施配体积成比例的体积的流体介质的第二控制信号。

根据又一方面，一种方法可包括：将控制信号发射到计量阀以致使所述计量阀将经压缩流体供应到活塞泵的电机，使得所述电机驱动所述活塞泵的柱塞的线性往复运动；从耦合到所述活塞泵的线性编码器接收传感器数据，所述传感器数据指示所述活塞泵的所述柱塞的位置；依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的体积流率；及依据所述所确定体积流率及目标体积流率而修改所述控制信号。

在一些实施例中，确定所述体积流率可包括：使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达行程终点位置；使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达泵启动位置；及忽略所述柱塞在所述行程终点位置与所述泵启动位置之间移动的距离。在其它实施例中，确定所述体积流率可包括：从耦合到所述活塞泵的出口的压力传感器接收压力数据，所述压力数据指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力；及忽略所述柱塞移动的距离直到所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已达到阈值为止。所述方法可进一步包括发射致使第二活塞泵以与所述所确定体积流率成比例的体积流率泵送流体介质的第二控制信号。

附图说明

附图中以实例方式且不以限制方式图解说明本发明中所描述的概念。为图解的简化及清晰起见，图中所图解说明的元件未必按比例绘制。举例来说，为清晰起见，可相对于其它元件扩大一些元件的尺寸。此外，在认为适当处，已在各图当中重复参考标记以指示对应或类似元件。

图1是用于气动活塞泵的计量及施配控制系统的至少一个实施例的简化框图；

图2是可与图1的控制系统一起使用的计量阀网络的至少一个实施例的简化框图；

图3是使用图1的系统的计量及施配控制的方法的至少一个实施例的简化流程图；

图4是使用图1的系统的批次计量及施配控制的方法的至少一个实施例的简化流程图；

图5是使用图1的系统的连续流量计量及施配控制的方法的至少一个实施例的简化流程图；

图6是使用图1的系统的压力计量及施配控制的方法的至少一个实施例的简化流程图；且

图7是使用图1的系统的自动起动的方法的至少一个实施例的简化流程图。

具体实施方式

虽然易于对本发明的概念做出各种修改及替代形式，但已在图式中以实例方式展示且将在本文中详细描述本发明的具体示范性实施例。然而，应理解，并不打算将本发明的概念限制于所揭示的特定形式，而是相反，打算涵盖属于本发明的精神及范围内的所有修改形式、等效形式及替代形式。

现在参考图1，泵系统10的一个说明性实施例展示为简化框图。泵系统10包含活塞泵12，所述活塞泵自身包含连接到柱塞16的空气电机14。当将经压缩空气供应到空气电机14时，空气电机14驱动柱塞16的往复线性运动。空气电机14可包含允许空气电机14产生上行程及下行程两者上的动力的往复活塞及阀系统。尽管图解说明为包含空气电机14，但在其它实施例中，活塞泵12可包含由任何其它经压缩流体提供动力的电机，举例来说液压电机。

柱塞16是使用往复机械运动来泵送流体介质的正排量泵。当柱塞16在活塞泵12内来回移动时，流体经由介质入口18进入活塞泵12且经由介质出口20泵送出。活塞泵12可进一步包含泵体，所述泵体与一系列止回阀、球阀、快速柱塞泵(chop-check)或其它流体控制装置耦合以控制从介质入口18到介质出口20的流体流。在一些实施例中，活塞泵12可为双动泵，即，当柱塞16沿任一方向(上行程及下行程)移动时，均可泵送流体。在其它实施例中，活塞泵12可为单动泵，即，仅当柱塞16沿一个方向(例如，下行程)移动时，可泵送流体。活塞泵12可获得的机械优点与空气电机14的活塞的直径对柱塞16的直径的比有关。柱塞16可直接连接到空气电机14的活塞，或可使用机械连杆机构(例如杆)而连接。在一些实施例中，空气电机14及/或柱塞16可为模块化组件，从而允许针对特定应用而定制活塞泵12。

活塞泵12流体耦合到计量阀22。计量阀22进一步流体耦合到经压缩空气供应器24。经压缩空气供应器24是活塞泵12的主要动力源，且可包含一或多个压缩器、过滤器、经压缩空气存储箱、润滑系统及工业经压缩空气系统的其它典型组件。当打开计量阀22时，允许经压缩空气从经压缩空气供应器24流动到活塞泵12，此致使空气电机14驱动柱塞16，从而泵送流体。当关闭计量阀22时，阻挡到活塞泵12的经压缩空气流，从而停止活塞泵12。计量阀22是可以电子方式控制的。在一些实施例中，计量阀22可为由数字信号控制的开/关阀。在其它实施例中，计量阀22可为由模拟信号或经编码数字信号控制的变量流阀。另外或替代地，计量阀22可包含电磁阀网络，如下文结合图2进一步所描述。

泵系统10还包含流体耦合于计量阀22与活塞泵12之间的放气阀26。放气阀26是由数字信号控制的开/关阀。当打开时，放气阀26将经压缩空气从空气电机14排出到大气。当关闭放气阀26时，经压缩空气可在不经由放气阀26转向的情况下流动到空气电机14。如下文进一步所描述，放气阀26可用于从泵系统10释放过量压力，从而允许活塞泵12迅速停止泵送。

泵系统10进一步包含耦合到活塞泵12的线性编码器28。线性编码器28是经配置以产生指示柱塞16的位置的电信号的电子传感器。另外，所述电信号可指示柱塞16的行进的方向，即，柱塞16是处于下行程还是上行程。线性编码器28可体现为具有双通道正交输出的游标类型编码器。线性编码器28可物理附接到活塞泵12(举例来说，连接空气电机14及柱塞16的杆)。在一些实施例中，线性编码器28可通过光学感测线、图案或定位于柱塞16或连接杆上的其它视觉记号而确定柱塞16的位置。在其它实施例中，线性编码器28可通过定位于柱塞16或连接杆上(或并入其中)的不同磁性性质的电磁感测材料而确定柱塞16的位置。

泵系统10还包含耦合到活塞泵12的介质出口20的压力传感器30。压力传感器30产生指示介质出口20处的流体介质的压力的电信号。举例来说，压力传感器30可产生与在介质出口20处所测量的压力成比例的介于0与10伏特之间的模拟信号。

泵系统10进一步包含电连接到计量阀22、放气阀26、线性编码器28及压力传感器30的电子控制器32。控制器32可体现为经由各种电子输入及输出连接到泵系统10的其它组件的离散组件。在其它实施例中，控制器32可物理地并入或集成有泵系统10的其它组件，举例来说，活塞泵12。控制器32可经密封或变硬以供在工业工厂中使用。控制器32本质上是负责解译由与泵系统10相关联的传感器发送的信号及负责激活或激励与泵系统10相关联的以电子方式控制的组件的主计算机。举例来说，控制器32经配置以监视来自线性编码器28及压力传感器30的各种信号以控制计量阀22及放气阀26的操作且确定何时应执行泵系统10的各种操作，以及其它。特定来说，如下文参考图3-7将更详细描述，控制器32可操作以控制泵系统10的计量及施配操作。

为进行此，控制器32包含通常与在控制机电系统中所利用的电子控制单元相关联的若干电子组件。在说明性实施例中，泵系统10的控制器32包含处理器34、输入/输出(“I/O”)子系统36、存储器38及用户接口40。将了解，控制器32可包含其它或额外组件，例如常见于计算装置(例如，各种输入/输出装置)中的那些组件。另外，在一些实施例中，控制器32的说明性组件中的一或多者可并入控制器32(例如，如同微控制器)的另一组件中或以其它方式形成所述另一组件的一部分。

控制器32的处理器34可体现为能够执行本文中所描述的功能的任何类型的处理器。举例来说，处理器可体现为一或多个单核或多核处理器、数字信号处理器、微控制器或其它处理器或处理/控制电路。类似地，存储器38可体现为能够执行本文中所描述的功能的任何类型的易失性或非易失性存储器或数据存储装置。存储器38存储在控制器32的操作期间所使用的各种数据及软件，例如操作系统、应用程序、程序、库及驱动程序。举例来说，存储器38可以软件例程(或例程)的形式存储在由处理器34执行时允许控制器32控制泵系统10的操作的指令。用户接口40准许用户与控制器32互动以(举例来说)起始施配操作、指定所要批次体积、流率或压力或针对特定应用而配置泵系统10。因此，在一些实施例中，用户接口40包含小键盘、触摸屏、显示器及/或其它机构以准许I/O功能性。

存储器38及用户接口40经由I/O子系统36以通信方式耦合到处理器34，所述I/O子系统可体现为电路及/或组件以促进控制器32的I/O操作。举例来说，I/O子系统36可体现为或以其它方式包含存储器控制器集线器、I/O控制集线器、固件装置、通信链路(例如，点对点链路、总线链路、电线、电缆、光导、印刷电路板迹线等)及/或其它组件及子系统以促进I/O操作。在说明性实施例中，I/O子系统36包含将来自线性编码器28或压力传感器30的模拟信号转换为供由处理器34使用的数字信号的模/数(“A/D”)转换器或类似物。应了解，如果与泵系统10相关联的传感器中的任何一或多者产生数字输出信号，那么可绕过A/D转换器。类似地，在说明性实施例中，I/O子系统36包含将来自处理器34的数字信号转换为供由计量阀22及/或放气阀26使用的模拟信号的数/模(“D/A”)转换器或类似物。还应了解，如果计量阀22或放气阀26使用数字输入信号而操作，那么可绕过D/A转换器。

现在参考图2，计量阀22的一个说明性实施例展示为简化框图。所图解说明计量阀22包含布置于并联流体网络中的三个电磁阀42。电磁阀42中的每一者以通信方式连接到控制器32。电磁阀42在打开时可具有相同流量容量，或可具有不同流量容量。在一个实施例中，每一电磁阀42具有先前电磁阀42两倍的流量容量。因此，控制器32可通过选择性地打开或关闭电磁阀42中的每一者而控制穿过计量阀22的总流量(使得电磁阀42中没有一者、电磁阀42中的全部电磁阀或一子组同时打开)。在说明性实施例中，假设三个电磁阀42(每一电磁阀具有先前电磁阀42两倍的流量容量)，可实现八种不同流率。其它实施例可使用较少或额外电磁阀42，其中额外电磁阀42允许增加的可调整性。如图2中所展示的电磁阀42的阵列可比等效变量流阀(例如针阀)廉价。

现在参考图3，使用泵系统10的计量及施配控制的方法100的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法100图解说明为若干框102到122，其可由泵系统10的各种组件执行。方法100在框102中开始，其中控制器32接收体积校准因子。体积校准因子是可用于在柱塞16的线性运动与所泵送的流体介质的体积之间进行转换的数值数量。作为简单实例，假设圆柱形泵送室，体积校准因子可为柱塞16的面积。体积校准因子可在泵系统10的初始安装或配置期间由供应商及/或泵系统10的用户(举例来说)使用控制器32的用户接口40来供应。

方法100的一些实施例可任选地采用框104，其中控制器32自动起动活塞泵12。当活塞泵12最初连接或重新连接到流体源时，其必须经起动以移除空气且使活塞泵12准备好立即施配流体。因此，可在初始设置时或在流体源被断开连接且接着被重新连接时采用框104。另外，在一些实施例中，可在(举例来说)经由用户接口40从用户接收单独命令后即刻执行自动起动。下文结合图7描述用于自动起动活塞泵12的方法的一个实施例。

一段时间之后，在框106中，控制器32读取施配命令及任何相关联参数。在一些实施例中，施配命令可由用户使用控制器32的用户接口40键入。所述相关联参数可包含所要批次体积、所要体积流率或所要介质出口压力。在其它实施例中，施配命令可由控制器32从工业过程中的另一组件接收。举例来说，泵系统10可耦合到机器人施配头。当施配头放置到适当位置中时，外部控制系统可发信号通知控制器32施配一批次。在仍其它实施例中，可从另一泵系统10接收施配命令。如下文进一步所描述，两个或两个以上泵系统10可以主控/随动关系耦合，且随动泵系统10可在由主控泵系统10引导时施配。举例来说，此类主控/随动系统可用于数种流体的体积比混合。在框108中，控制器32确定是否施配流体。如果否，那么方法100往回循环到框106以继续监视施配命令。如果是，那么方法100前进到框110。

在框110中，控制器32打开计量阀22以允许经压缩空气流动到空气电机14中并借此借助活塞泵12起始泵送。如上文所描述，为打开计量阀22，控制器32可将电子控制信号发射到计量阀22(或计量阀22的各种组件，例如电磁阀42)。控制器32可发射数字信号、模拟信号、数字信号的经编码集合或引导计量阀22打开且允许经压缩空气流的任何其它控制信号。

在框112中，控制器32从线性编码器28及/或压力传感器30接收传感器数据且基于传感器数据而控制计量阀22。控制器32可通过修改发送到计量阀22或其组件的控制信号而控制计量阀。如下文结合图3-6进一步所描述，控制器32可测量且控制泵系统10以产生特定体积的流体的所测量批次、处于目标体积流率的连续流体流或处于目标出口压力的连续流体流。

在框114中，控制器32可基于所接收传感器数据而记录计量及施配数据。举例来说，控制器32可记录所施配体积、所施配的批次数、体积流率、出口压力或在流体介质的施配期间所测量或所计算的任何其它数据。控制器32可使用电子数据存储装置(例如存储器38(或另一存储器装置))、机电装置(例如打印机或图表记录器)或能够记录信息的任何其它装置来记录数据。

在框116中，控制器32基于传感器数据而确定是否存在报警条件。报警条件包含应传递到用户的泵系统10的任何异常条件。举例来说，报警条件可包含自动起动过程的失败、低出口压力条件、高出口压力条件或活塞泵12何时已超过循环计数极限。如果不存在报警条件，那么方法100前进到下文所描述的框120。如果存在报警条件，那么方法100岔开到框118。在框118中，控制器32发信号通知报警条件。控制器32可(举例来说)通过激活指示器灯、在显示屏上显示警告或经由扬声器发出可听报警的声音使用用户接口40来发信号通知报警条件。在一些实施例中，控制器32可通过将信号发射到外部控制装置(举例来说，用于工业过程的外部控制器)而发信号通知报警条件。关于紧急或安全相关报警条件，控制器32可激活紧急关闭或故障安全例程(未图解说明)。在发信号通知报警条件之后，方法100前进到框120。

方法100的一些实施例可任选地采用框120，其中控制器32将控制信号发射到第二泵系统10。控制信号可指示流体介质的所测量数量，且可致使第二泵系统10施配特定量的流体。举例来说，控制信号可指示流体的所施配体积，且可致使第二泵系统10施配比例流体量。如另一实例，控制信号可指示流体的体积流率或压力，且可致使第二泵系统10以比例体积流率或压力施配流体。此控制信号可由主控/随动系统中的主控泵系统10使用以控制随动泵系统10。此类主控/随动系统可用于以预定义混合比施配多种流体(例如，环氧粘合剂的组分)。

在框122中，控制器32确定施配操作是否完成。施配操作可出于众多原因而完成，包含在控制器32已确定已施配批次体积时，在已从用户接收用以停止施配的命令时，在已检测到报警条件时，或在已从另一装置(例如第二泵系统10或外部控制器)接收用以停止施配的命令时。如果控制器32确定施配操作未完成，那么方法100往回循环到框112以继续在施配操作期间接收传感器数据及控制计量阀22。如果控制器32确定施配操作完成，那么方法100往回循环到框104以等待进一步施配命令。

现在参考图4，使用泵系统10的批次计量及施配控制的方法200的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法200可用作方法100(参见图3)的框112中的传感器监视及控制功能的一个说明性实施例。方法200图解说明为若干框202到222，其可由泵系统10的各种组件执行。方法200在框202中开始，其中控制器32从线性编码器28接收传感器数据。如上文所描述，传感器数据表示活塞泵12的柱塞16的位置，且还可指示柱塞16的方向。

在框204中，控制器32依据传感器数据及体积校准因子而确定流体介质的所施配体积。传感器数据用于确定柱塞16在施配操作期间行进的距离。柱塞16可在施配单个批次时完成数个行程。为适应多个泵送循环，控制器32确定柱塞16在泵送流体时行进的总距离。举例来说，对于单动泵，控制器32可确定在每一循环的一个泵送行程期间行进的总距离，且对于双动泵，控制器32可确定所行进的总距离。如上文所描述，此距离可乘以体积校准因子以确定已施配的流体介质的体积。如本发明中所使用，语言“依据”及“基于”打算为开放式的，使得标的确定可不仅依据或基于明确列出的因素而且依据或基于额外因素。

在框206中，作为计算所施配体积的一部分，控制器32可忽略柱塞16在行程的终点处(在此处，不泵送流体)移动的任何距离。当到达行程的终点时，柱塞16停止移动，且流体介质的压力可降低。此经减小压力可致使流体停止泵送，直到柱塞16已颠倒方向且移动某一距离以增加压力为止。为忽略在不泵送流体的情况下移动的距离，控制器32可确定柱塞16何时到达行程终点位置(在上行程或下行程的终点处)且忽略柱塞16的任何运动，直到柱塞16到达泵启动位置(在此处，活塞泵12重新开始泵送流体)为止。泵启动位置可为柱塞16的预定义位置，已知活塞泵12在此处重新开始泵送，且控制器32可监视来自线性编码器28的传感器数据以确定柱塞16何时到达泵启动位置。另外或替代地，在一些实施例中，控制器32可基于从压力传感器30接收的数据而确定泵启动位置。泵启动位置可确定为压力传感器30在介质出口20处所测量的出口压力满足或超过预定压力的位置。

在框208中，控制器32确定所施配体积是否满足或超过预定批次体积。如上文所描述，预定批次体积可由用户使用用户接口40输入到控制器32，或可从另一装置(例如第二泵系统10)接收。如果所施配体积不满足或超过预定批次体积，那么方法200的此循环完成。如上文结合图3所描述，在批次施配操作期间，可多次执行方法200以允许传感器数据的连续或周期性监视及对计量阀22的控制。如果在框208中，所施配体积满足或超过预定批次体积，那么方法200前进到框210。

在框210中，控制器32关闭计量阀22，从而阻挡到空气电机14的经压缩空气流。如上文所描述，为操作计量阀22，控制器32输出致使计量阀22按需要打开或关闭的一或多个电子控制信号。举例来说，控制器32可发射数字关断信号或模拟零流量信号以关闭计量阀22。关闭计量阀22防止经压缩空气流动到空气电机14，从而停止柱塞16的运动。

在框212中，控制器32打开放气阀26，从而允许经压缩空气从空气电机14排出。如上文所描述，为操作放气阀26，控制器32输出致使放气阀26按需要打开或关闭的一或多个电子控制信号。举例来说，控制器32可发射数字接通信号以打开放气阀26。在不排出经压缩空气的情况下，空气电机14中的残余压力可继续驱动柱塞16，此继而可降低计量准确性。在关闭计量阀22之后，打开放气阀26从空气电机14释放任何残余压力，从而允许空气电机14及柱塞16迅速停止。

在框214中，控制器32确定柱塞16是否仍移动。如上文所描述，由于惯性及残余压力，因此切断到空气电机14的经压缩空气可不立即停止活塞泵12。控制器32可使用任何适当方法来确定柱塞16是否正移动。方法200的一些实施例可任选地采用框216，其中控制器32基于来自线性编码器28的数据而确定柱塞16的速度。当来自线性编码器28的数据停止改变时，柱塞16的速度为零，且因此柱塞16已停止移动。另外或替代地，方法200的一些实施例可任选地采用框218，其中控制器32基于从压力传感器30接收的传感器数据而确定流体介质的出口压力是否低于阈值。在框220中，控制器32评估柱塞16是否正移动。如果柱塞16正移动，那么方法200往回循环到框214以继续监视柱塞16的运动，同时关闭计量阀22及打开放气阀26。如果柱塞16未移动，那么方法200前进到框222。

在框222中，控制器32关闭放气阀26。如上文所描述，控制器32将致使放气阀26关闭的电子控制信号发射到放气阀26。在关闭放气阀26之后，保持空气电机14的任何剩余残余空气压力，此可改进重新启动性能。如果放气阀26保持打开达经扩展时间周期，那么泵系统10的空气压力将等于周围压力。为重新启动，此泵系统10将需要供应充足经压缩空气以使空气电机14充分加压。相比之下，在柱塞16停止移动之后关闭放气阀26允许泵系统10保持高于周围的某一压力，且因此可需要较少经压缩空气来重新启动空气电机14。所保持压力可仅稍微低于移动柱塞16所需的压力，此意味着可相对迅速地重新启动活塞泵12。在关闭放气阀26之后，方法200完成。如上文关于图3所描述，在施配预定批次体积的流体之后，泵系统10可等待进一步施配命令。

现在参考图5，使用泵系统10的连续流率计量及施配控制的方法300的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法300可为上文所描述的图3的框112的传感器监视及控制功能的实施例。方法300图解说明为若干框302到310，其可由泵系统10的各种组件执行。方法300在框302中开始，其中控制器32从线性编码器28接收传感器数据。如上文所描述，传感器数据表示活塞泵12的柱塞16的位置，且还可指示柱塞16的方向。

在框304中，控制器32依据传感器数据及体积校准因子而确定流体介质的体积流率。传感器数据用于确定柱塞16在施配操作期间行进的距离。柱塞16可在执行施配操作时完成数个行程。控制器32确定在每一泵送行程内所行进的距离。为适应多个泵送循环，控制器32确定柱塞16在泵送流体时行进的总距离。举例来说，对于单动泵，控制器32可确定在每一循环的一个泵送行程期间行进的总距离，且对于双动泵，控制器32可确定所行进的总距离。如上文所描述，此距离可乘以体积校准因子以确定已施配的流体介质的体积，且可依据所施配体积及施配操作的经过时间而进一步确定体积流率。

在框306中，作为计算体积流率的一部分，控制器32可忽略柱塞16在行程的终点处(在此处，不泵送流体)移动的任何距离。如上文关于图4的框206所描述，当到达行程的终点时，柱塞16停止移动，且流体介质的压力可降低。此经减小压力可致使流体停止泵送，直到柱塞16已颠倒方向且移动某一距离以增加压力为止。为忽略在不泵送流体的情况下移动的距离，控制器32可确定柱塞16何时到达行程终点位置(在上行程或下行程的终点处)且忽略柱塞16的任何运动，直到柱塞16到达泵启动位置(在此处，活塞泵12重新开始泵送流体)为止。泵启动位置可为柱塞16的预定义位置，已知活塞泵12在此处重新开始泵送，且控制器32可监视来自线性编码器28的传感器数据以确定柱塞16何时到达泵启动位置。另外或替代地，在一些实施例中，控制器32可基于从压力传感器30接收的数据而确定泵启动位置。泵启动位置可确定为压力传感器30在介质出口20处所测量的出口压力超过预定压力的位置。

在框308中，控制器32确定所测量体积流率与目标流率之间的关系。如上文所描述，目标流率可由用户使用用户接口40输入，或可依据从另一装置(例如第二泵系统10或外部控制器)接收的控制信号而导出。控制器32可确定所测量流率是大于、等于还是小于目标流率。在一些实施例中，控制器32可基于所测量流率及目标流率而确定误差信号。

在框310中，控制器32基于所测量流率与目标流率之间的关系而控制计量阀22。如上文所描述，控制器32可将致使计量阀22打开、关闭或实现所设定流率的电子控制信号发射到计量阀22。控制器32可基于所测量流率与目标流率之间所确定关系而修改到计量阀22的现有控制信号。控制器32可使用任何已知控制算法来确定针对计量阀22的适当控制设定。举例来说，控制器32可实施开环控制算法、比例积分控制器、比例积分微分控制器或模糊逻辑控制算法。在一些实施例中，控制器32可发送控制信号以选择性地激活计量阀22的个别电磁阀42。在修改控制信号以致使计量阀22采取正确设定之后，方法300完成。如上文结合图3所描述，在连续流量计量期间，可多次执行方法300以允许传感器数据的继续监视及对计量阀22的控制。

现在参考图6，使用泵系统10的压力计量及施配控制的方法400的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法400可为上文所描述的图3的框112的传感器监视及控制功能的实施例。方法400图解说明为若干框402到408，其可由泵系统10的各种组件执行。方法400在框402中开始，其中控制器32从压力传感器30接收传感器数据。如上文所描述，传感器数据指示介质出口20处的流体介质的出口压力。在框404中，控制器32基于传感器数据而确定出口压力。在一些实施例中，控制器32可通过将适当转换因子应用于从压力传感器30接收的模拟或数字信号而确定出口压力。

在框406中，控制器32确定所测量出口压力与目标出口压力之间的关系。如上文所描述，目标出口压力可由用户使用用户接口40输入，或可依据从另一装置(例如第二泵系统10或外部控制器)接收的控制信号而导出。控制器32可确定所测量出口压力是大于、等于还是小于目标出口压力。控制器32可使所测量出口压力平均化、平稳化或以其它方式过滤所测量出口压力以计及由活塞泵12产生的普通波动。在一些实施例中，控制器32可基于所测量出口压力及目标出口压力而确定误差信号。

在框408中，控制器32基于所测量出口压力与目标出口压力之间的关系而控制计量阀22。控制器32可将致使计量阀22打开、关闭或实现所设定流率的电子控制信号发射到计量阀22。控制器32可基于所测量出口压力与目标出口压力之间的所确定关系而修改到计量阀22的现有控制信号。控制器32可使用任何已知控制算法来确定针对计量阀22的适当控制设定。举例来说，控制器32可实施开环控制算法、比例积分控制器、比例积分微分控制器或模糊逻辑控制算法。在一些实施例中，控制器32可选择性地激活计量阀22的个别电磁阀42。在致使计量阀22采取正确设定之后，方法400完成。如上文结合图3所描述，在连续压力计量期间，可多次执行方法400以允许传感器数据的继续监视及对计量阀22的控制。

现在参考图7，使用泵系统10的自动起动的方法500的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法500可为上文所描述的图3的框104的泵起动功能的实施例。方法500图解说明为若干框502到522，其可由泵系统10的各种组件执行。方法500在框502中开始，其中控制器32打开计量阀22以允许经压缩空气流动到空气电机14中且借此借助活塞泵12起始泵送。如上文所描述，为打开计量阀22，控制器32可将电子控制信号发射到计量阀22或计量阀22的组件。控制器32可发射数字信号、模拟信号、数字信号的经编码集合或引导计量阀22打开且允许流量的任何其它控制信号。

在框504中，控制器32从压力传感器30接收传感器数据。如上文所描述，传感器数据指示介质出口20处的流体介质的出口压力。在框506中，控制器32使用压力传感器30数据来确定介质出口20处的流体介质的出口压力的特性。特性可包含压力信号的差分(即，改变速率)、压力信号的平均值、压力信号的滚动平均值、压力信号的峰值及/或压力信号的振幅。在起动期间(即，在活塞泵12正泵送空气而非流体时)所测量的特性显著不同于一旦起动活塞泵12而测量的特性。预期，在框506中可使用任何数目个压力信号特性，因此上文所列出的说明性特性不应视为具限制性。

在框508中，控制器32确定出口压力的所测量特性是否小于阈值。阈值是表示在起动活塞泵12时的出口压力的特性的预定义值。因此，如果特性小于阈值，那么不起动活塞泵12，且方法500往回循环到框504以继续起动活塞泵12。如果特性大于或等于阈值，那么起动活塞泵12，且方法500前进到框510。

在起动活塞泵12之后，控制器32停止活塞泵12(以类似于上文结合图4所描述的方式)。在框510中，控制器32关闭计量阀22，从而阻挡到空气电机14的经压缩空气流。如上文所描述，为操作计量阀22，控制器32输出致使计量阀22按需要打开或关闭的一或多个电子控制信号。举例来说，控制器32可发射数字关断信号或模拟零流量信号以关闭计量阀22。关闭计量阀22防止经压缩空气流动到空气电机14，从而停止柱塞16的运动。

在框512中，控制器打开放气阀26，从而允许经压缩空气从空气电机14排出。如上文所描述，为操作放气阀26，控制器32输出致使放气阀26按需要打开或关闭的一或多个电子控制信号。举例来说，控制器32可发射数字接通信号以打开放气阀26。在不排出经压缩空气的情况下，空气电机14中的残余压力可继续驱动柱塞16，此继而可降低计量准确性。在关闭计量阀22之后，打开放气阀26从空气电机14释放任何残余压力，从而允许空气电机14及柱塞16迅速停止。

在框514中，控制器32确定柱塞16是否正移动。如上文所描述，由于惯性及残余压力，因此切断到空气电机14的经压缩空气不立即停止活塞泵12。控制器32可使用任何适当方法来确定柱塞16是否正移动。方法500的一些实施例可任选地采用框516，其中控制器32基于来自线性编码器28的数据而确定柱塞16的速度。当来自线性编码器28的数据停止改变时，柱塞16的速度为零且因此柱塞16已停止移动。另外或替代地，方法500的一些实施例可任选地采用框518，其中控制器32基于从压力传感器30接收的传感器数据而确定流体介质的出口压力是否低于阈值。在框520中，控制器32评估柱塞16是否正移动。如果柱塞16正移动，那么方法500往回循环到框514以继续监视柱塞16的运动，同时关闭计量阀22及打开放气阀26。如果柱塞16未移动，那么方法500前进到框522。

在框522中，控制器32关闭放气阀26。如上文所描述，控制器32将致使放气阀26关闭的电子控制信号发射到放气阀26。在关闭放气阀26之后，保持空气电机14的任何剩余残余空气压力，此可改进重新启动性能。如果放气阀26保持打开达经扩展时间周期，那么泵系统10的空气压力将等于周围压力。为重新启动，此泵系统10将需要供应充足经压缩空气以使空气电机14充分加压。相比之下，在柱塞16停止移动之后关闭放气阀26允许泵系统10保持高于周围的某一压力，且因此可需要较少经压缩空气来重新启动空气电机14。所保持压力可仅稍微低于移动柱塞16所需的压力，此意味着可相对迅速地重新启动活塞泵12。在关闭放气阀26之后，方法500完成。如上文关于图3所描述，在自动起动活塞泵12之后，泵系统10可等待施配命令。在一些实施例(未展示)中，泵系统10可在其它时间或在必要时(举例来说，在接收施配命令之后)自动起动活塞泵12。

虽然在各图及前述说明中已详细描述特定说明性实施例，但此图解及说明应视为在特性方面是示范性的而非限制性的，应理解，已展示及描述仅说明性实施例且期望保护属于本发明的精神内的所有改变及修改形式。存在从本文中所描述的设备、系统及方法的各种特征得出的本发明的多个优点。将注意到，本发明的设备、系统及方法的替代实施例可不包含所描述的特征中的全部特征，但仍受益于此些特征的优点中的至少一些优点。所属领域的技术人员可易于设想并入有本发明的特征中的一或多者的其自己的设备、系统及方法的实施方案。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：

活塞泵，其包含电机及柱塞，其中所述电机经配置以响应于被供以经压缩流体流而驱动所述柱塞的线性往复运动；

计量阀，其流体耦合到所述电机，所述计量阀经配置以控制到所述电机的所述经压缩流体流；

放气阀，其流体耦合于所述计量阀与所述电机之间；

线性编码器，其耦合到所述活塞泵，所述线性编码器经配置以产生指示所述柱塞的位置的传感器数据；及

电子控制器，其操作地耦合到所述计量阀、所述放气阀及所述线性编码器，其中所述电子控制器经配置以从所述线性编码器接收传感器数据且控制所述计量阀及所述放气阀。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子控制器经配置以：

发射第一控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；

依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的所施配体积；

响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀阻挡到所述电机的所述经压缩流体流；及

响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而发射第二控制信号以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电子控制器进一步经配置以响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。

4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包括流体耦合到所述活塞泵的出口且操作地耦合到所述电子控制器的压力传感器，所述压力传感器经配置以产生指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力的压力数据，其中所述电子控制器经配置以确定在所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已达到阈值时已停止所述柱塞的所述线性往复运动。

5.根据权利要求2所述的设备，其中所述电子控制器经配置以部分地通过忽略所述柱塞在行程终点位置与泵启动位置之间移动的距离而确定所述所施配体积。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子控制器进一步经配置以：

发射控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；

依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的体积流率；及

依据所述所确定体积流率及目标体积流率而修改所述控制信号。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述电子控制器经配置以部分地通过忽略所述柱塞在行程终点位置与泵启动位置之间移动的距离而确定所述体积流率。

8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括流体耦合到所述活塞泵的出口且操作地耦合到所述电子控制器的压力传感器，所述压力传感器经配置以产生指示由所述活塞泵泵送的流体介质的压力的压力数据，其中所述电子控制器经配置以：

发射第一控制信号以致使所述计量阀准许到所述电机的所述经压缩流体流；

使用从所述压力传感器接收的所述压力数据来确定由所述活塞泵泵送的所述流体介质的所述压力；及

依据所述所确定压力及目标压力而修改所述第一控制信号。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述电子控制器进一步经配置以：

响应于所述所确定压力等于或大于所述目标压力而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀阻挡到所述电机的所述经压缩流体流；及

响应于所述所确定压力等于或大于所述目标压力而发射第二控制信号以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述电子控制器进一步经配置以响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。

11.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述计量阀包括流体耦合为并联网络的多个电磁阀；且

所述电子控制器经配置以发射选择性地打开或关闭所述多个电磁阀中的每一者以控制到所述电机的所述经压缩流体流的一或多个控制信号。

12.一种方法，其包括：

将第一控制信号发射到计量阀以致使所述计量阀将经压缩流体供应到活塞泵的电机，使得所述电机驱动所述活塞泵的柱塞的线性往复运动；

从耦合到所述活塞泵的线性编码器接收传感器数据，所述传感器数据指示所述活塞泵的所述柱塞的位置；

依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的所施配体积；

响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而修改所述第一控制信号以致使所述计量阀中止将经压缩流体供应到所述电机；及

响应于确定所述所施配体积等于或大于目标体积而将第二控制信号发射到流体耦合于所述计量阀与所述电机之间的放气阀以致使所述放气阀从所述电机排出经压缩流体。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括响应于确定已停止所述柱塞的所述线性往复运动而修改所述第二控制信号以致使所述放气阀中止从所述电机排出经压缩流体。

14.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述所施配体积包括：

使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达行程终点位置；

使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达泵启动位置；及

忽略所述柱塞在所述行程终点位置与所述泵启动位置之间移动的距离。

15.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述所施配体积包括：

从耦合到所述活塞泵的出口的压力传感器接收压力数据，所述压力数据指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力；及

忽略所述柱塞移动的距离直到所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已达到阈值为止。

16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括发射致使第二活塞泵泵送与所述所施配体积成比例的体积的流体介质的第二控制信号。

17.一种方法，其包括：

将控制信号发射到计量阀以致使所述计量阀将经压缩流体供应到活塞泵的电机，使得所述电机驱动所述活塞泵的柱塞的线性往复运动；

从耦合到所述活塞泵的线性编码器接收传感器数据，所述传感器数据指示所述活塞泵的所述柱塞的位置；

依据所述传感器数据及体积-距离校准因子而确定由所述活塞泵泵送的流体介质的体积流率；及

依据所述所确定体积流率及目标体积流率而修改所述控制信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述体积流率包括：

使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达行程终点位置；

使用所述传感器数据来检测所述柱塞到达泵启动位置；及

忽略所述柱塞在所述行程终点位置与所述泵启动位置之间移动的距离。

19.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述体积流率包括：

从耦合到所述活塞泵的出口的压力传感器接收压力数据，所述压力数据指示由所述活塞泵泵送的所述流体介质的压力；及

忽略所述柱塞移动的距离直到所述压力数据指示所述流体介质的所述压力已达到阈值为止。

20.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括发射致使第二活塞泵以与所述所确定体积流率成比例的体积流率泵送流体介质的第二控制信号。