CN105651482B - 一种高超声速风洞用切断阀与总调压阀的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其中切断阀和总调压阀依次设置在高压主进气管路上，所述控制系统包括驱动管路系统和电气控制系统。驱动管路系统包括气体管路和液压管路，气体管路连接所述高压主进气管路引取高压气并驱动切断阀和总调压阀的联动开启或者关闭，液压管路连通所述总调压阀的油腔通过调节油腔压力使总调压阀阀后压力保持稳定；电气控制系统利用控制器采集所述气体管路和液压管路上的压力数据，根据预设模式控制驱动管路系统的通断来实现所述切断阀和总调压阀的自动开启或者关闭，还能够实现总调压阀阀后压力调节功能。

Description

一种高超声速风洞用切断阀与总调压阀的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种切断阀及总调压阀控制系统，特别是一种用于高超声速风洞高压主进气管路上的切断阀开关控制和总调压阀阀后压力调节控制。

背景技术

在常规高超声速风洞的高压主进气管路上，依次设置有切断阀与总调压阀。切断阀用于快速开启或关闭高压气源。总调压阀是用于调节并稳定阀后压力，对高压主进气进行减压，以保证总调压阀后二级调压阀来流稳定，阀后压力调节精度高。在以前的高超声速风洞的控制系统中两个阀门的控制系统是独立进行设计，由操作人员手动操作阀门来实现。由于风洞每天试验次数较多，操作强度大，而且极容易出错。因此有必要将切断阀与总调压阀两个阀门联合进行控制系统设计，将它们的操作设计成自动方式，不仅保证试验的可靠性，而且提高试验效率，节省成本，而目前高超声速风洞还没有这样的自动化的控制系统。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高超声速风洞用切断阀及总调压阀控制系统，包括切断阀及总调压阀驱动管路部分和电气控制部分。将可编程逻辑控制器PLC、液晶触摸屏、Profibus-DP现场总线、电磁开关阀、电磁换向阀以及电液伺服阀引入到传统的切断阀及总调压阀控制中，实现切断阀和总调压阀的联动自动开启或关闭，并按照预定程序进行总调压阀阀后压力调节。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高超声速风洞用切断阀与总调压阀的控制系统，其中所述切断阀和总调压阀依次设置在高压主进气管路上，其所述控制系统包括驱动管路系统和电气控制系统。

驱动管路系统，其包括气体管路和液压管路，所述气体管路连接所述高压主进气管路引取高压气并驱动所述切断阀和总调压阀的联动开启或者关闭，所述液压管路连通所述总调压阀的油腔通过调节油腔压力使所述总调压阀阀后压力保持稳定；

电气控制系统，其包括系统控制器，用于控制气体管路通断的电磁开关阀，用于控制第二管道和第三管道气体流向的电磁换向阀以及用于控制所述液压管路的电液伺服阀；所述系统控制器采集所述气体管路和液压管路上的压力数据，根据预设模式控制所述电磁开关阀、电磁换向阀以及电液伺服阀的通断来实现所述切断阀和总调压阀的自动开启、关闭和压力调节；

其中，所述气体管路包括：

第一管道，其一端连接所述主高压进气管且引取高压气通入所述切断阀和总调压阀之间的管路；

第二管道，其一端连接所述主高压进气管且引取高压气通入所述切断阀的关闭舱或者开启舱；

第三管道，其引取所述主高压进气管的高压气通入所述总调压阀的压紧舱；

以及排气管道，其分别连通所述切断阀关闭舱或者开启舱和所述总调压阀的压紧舱，用于排出所述切断阀和总调压阀压紧舱内的高压气体。

优选的是，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括：

超压保护管路，其包括：

第四管道，其设置在所述第二管道和第三管道的进气方向的上游。

安全阀，其串联在所述第四管道上，用于当气体管路中的压力超过指定压力后，自动放气。

优选的是，所述气体管路还包括：

一主管道，其进气端连接所述主高压进气管路，出气端连接所述第一管道；所述主管道安装有用于手动开启或者关闭所述气体管路的第一手动截止阀；

一支路管道，其与所述第一管道并联，所述支路管道的进气端连接所述主管道，出气端连接相互并联的第二管道和第三管道，所述支路管道上安装有用于将气体压力降低到指定压力的减压阀。

优选的是，所述电磁开关阀包括：设置在所述支路管道上的第一电磁开关阀、设置在所述第一管道上的第二电磁开关阀；

所述电磁换向阀包括设置在第二管道上的两位四通电磁换向阀和设置在所述第三管道上的两位三通电磁换向阀；所述两位四通电磁换向阀用于改变所述第二管道内的气体流向；所述两位三通电磁换向阀用于改变所述第三管道内的气体流向。

优选的是，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括：

断电自动保护管路及实现，其包括：

第五管道，其连接在所述总调压阀的进气腔，用于在断电时自动压紧所述总调压阀保证总调压阀阀后设备安全；第二手动截止阀，其串联在所述第五管道上；以及第三电磁开关阀，其与所述第二手动截止阀并联设置在所述第五管道上，共同控制所述第五管道的通断。

断电自动保护的实现例如还包括设置第一管道中第二电磁开关阀为断电自动关闭状态，支路管道上第一电磁开关阀为断电自动开启状态，第二管道上两位四通电磁换向阀为断电向关闭舱充气状态，第三管道上两位三通电磁换向阀为断电向压紧舱充气状态。系统在断电后，会保证切断阀与总调压阀自动关闭，从而保证系统安全。

优选的是，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括安装在与总调压阀的油腔相通的液压管路，液压管路上安装电液伺服阀，单作用输出液压油给总调压阀的油腔，用于闭环调节油腔内部液压油压力，从而实现调节总调压阀后管道内部气体压力，并保持稳定。

优选的是，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括安装在所述主管道上用于过滤气体的气体过滤器和安装在所述液压管路上的用于过滤液压油的液体过滤器；

多个压力传感器，其用于检测所述高压主进气管路、所述气体管路各部分以及液压管路的压力，并输出信号至所述系统控制器；

以及柜体，其用于收纳所述气体管路和电气控制系统。

优选的是，所述电气控制系统还包括与所述控制器连接的Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统控制器进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程操作。

本发明另一个目的是提供一种基于所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

步骤一，开启第一手动截止阀，关闭第二手动截止阀；开启第一电磁开关阀，第二管道和第三管道通入高压气体；

步骤二，检测所述液压管路的压力值，当所述液压管路的压力值小于第一预设压力值时，通过所述两位四通电磁换向阀和两位三通电磁换向阀使所述切断阀关闭舱和总调压阀的压紧舱充气压紧，关闭所述切断阀和总调压阀；

步骤三，检测所述支路管道的压力值，当所述压力值大于第二预设压力值时，开启第二电磁开关阀连通第一管道向所述切断阀与总调压阀之间的管道和所述总调压阀的进气腔充入高压平衡气，减少所述切断阀的开启作用力；

步骤四，当所述高压主进气管路与所述第一管道的压力差值小于第三预设压力值时，控制所述两位四通电磁换向阀使第二管道向所述切断阀的开启舱充气，开启所述切断阀；

步骤五，关闭第二电磁开关阀，断开所述第一管道；

步骤六，控制所述两位三通电磁换向阀使所述总调压阀的压紧舱放气；开启所述总调压阀；

步骤七，根据所述总调压阀阀后压力预设范围，进行自动压力调节。

优选的是，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制方法还包括：

步骤八，接收关闭指令后，所述两位四通电磁换向阀换向，所述切断阀的关闭舱充气压紧，关闭所述切断阀；

步骤九，所述两位三通电磁换向阀换向，使所述总调压阀的压紧舱充气压紧，关闭所述总调压阀；

步骤十，当所述液压管路上的压力值小于第一预设压力值时，第三电磁开关阀开启将所述切断阀与总调压阀之间的管道和所述总调压阀的进气腔中的气体释放；

步骤十一，当所述第一管道的压力值小于第四预设压力值时，开启第一电磁开关阀，关闭第一手动截止阀和第二手动截止阀。

优选的是，所述总调压阀阀后压力预设范围为0-10MPa，所述第一预设压力值为0.2MPa，所述第二预设压力值为5.4MPa，所述第三预设压力值为1MPa，所述第四预设压力值为0.5MPa。

本发明所述高超声速风洞用切断阀及总调压阀控制系统，包括切断阀及总调压阀驱动管路部分和电气控制部分。驱动管路部分又包括气体管路部分和液压管路部分。气体管路例如由一系列气体管道、手动截止阀、减压阀、电磁开关阀、电磁换向阀、安全阀、压力表、压力传感器、过滤器等组成。液压管路部分例如由液压管道、过滤器、电液伺服阀、压力传感器、压力表等组成。电气控制系统例如包括可编程逻辑控制器PLC、液晶触摸屏、空气开关、直流电源、电线电缆等组成。

气体管路和液压管路用于气体和液压油传输，第一手动截止阀和第二手动截止阀用于手动开启或关闭气体，减压阀用于将气体压力降低到指定压力，电磁开关阀与电磁换向阀是在电气作用下开启关闭或改变气打开流动方向的阀门，安全阀用于减压阀后超压保护，压力超过指定压力后，自动放气，压力表与压力传感器用于压力显示，过滤器用于滤除气体内部杂质，保证元件安全。驱动液压管路部分中电液伺服阀用于调节总调压阀内部油腔中液压油压力，从而调节总调压阀后压力。

气体管路部分主要实现从高超速风洞总阀之后管路上引取例如22MPa的高压气，连接到控制系统的气体管路入口，所述气体管路的主管道上安装第一手动截止阀、过滤器、压力表、压力传感器，所述气体管路在主管道之后分为两路：一路通过第二电磁开关阀、压力传感器、压力表向所述切断阀与总调压阀之间管道和总调压阀中的进气腔充入高压平衡气，以减少切断阀开启作用力；另一路通过第一电磁开关阀、减压阀、压力表、压力传感器向两个电磁换向阀供气。在所述支路管道后还设置安全阀，用于管道内部超压保护，安全阀后管道直接排空。两位四通电磁换向阀通过换向实现切断阀开、关操作。两位三通电磁换向阀通过换向实现总调压阀压紧操作。第二手动截止阀和第三电磁开关阀一端分别通过一根管道与总调压阀的进气腔相连，另一端分别通过一根管道排空。实现切断阀和总调压阀两个阀门压能实现两套阀门在断电、试验过程中突然失电、试验结束后自动压紧阀门，保证该阀门后面设备安全。

液压管路部分主要实现从液压油源引出高压液压油，经过过滤器进入电液伺服阀，经压力传感器和压力表分别从总调压阀的下方和侧面的油路接口进入到总调压阀的油腔，从而达到调节总调压阀后压力值。

电气控制系统中采用可编程逻辑控制器PLC，具备全自动与手动两种操作模式：通过运行程序实现驱动管路部分中电磁开关阀、电磁换向阀和电液伺服阀进行全自动开启或关闭操作，也可以采用液晶触摸屏实现人工手动操作，空气开关与直流电源用于控制器及电磁开关阀门供电。

将所述控制系统中的压力传感器输出信号接入到可编程逻辑控制器模拟量输入通道上进行数据采集，将电液伺服阀接入到控制器的模拟量输出通道AO上，将切断阀的开启指示接近开关接到控制器的开关量输入通道上，将所有电磁开关阀及电磁换向阀接入到控制器开关量输出通道上进行开关操作，控制器内部固化程序，程序按切断阀及总调压阀工艺流程进行编制，实现对这两个阀门自动操作。

所述控制系统能实现本地与远程两地操作，例如具有人机交互界面由液晶触摸屏实现，液晶触摸屏内部固化界面程序，通过通信电缆与控制器进行通信，通过人机交互界面实现系统现场操作。控制器带有Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统控制器进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程操作。

切断阀及总调压阀控制系统包括的驱动管路系统和电气控制系统全部安装在一个控制柜内部，进行一体化设计与制作。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明同时采用气动与液压两种驱动形式，采用电磁开关阀实现对驱动源开关操作，采用电磁换向阀实现对所控制阀门的开关操作切换，采用电液伺服阀对总调压阀阀后压力的调节；将所有阀门、压力表、压力传感器集成到一个控制柜内部，操作方便，可靠性高。

(2)本发明控制器例如采用可编程逻辑控制器PLC对系统中驱动管路部分压力传感器进行数据采集，对电磁开关阀、电磁换向阀和电液伺服阀进行控制，能按工艺流程进行自动操作，节省了操作时间，提高了风洞试验效率，并且极大地提高了操作的准确性。

(3)通过液晶触摸屏能实现该系统现场操作，并通过系统控制器PLC带有Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统PLC进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程自动控制。采用这种操作方法，节省了人力，降低了试验成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述高超声速风动用切断阀与总调压阀的控制系统所述驱动管路部分原理图；

图2为本发明所述高超声速风动用切断阀与总调压阀的控制系统所述电气控制部分原理图；

图3为本发明所述高超声速风动用切断阀与总调压阀的控制系统自动开启的流程示意图；

图4为本发明所述高超声速风动用切断阀与总调压阀的控制系统自动关闭的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和图2所示，一种高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其中所述切断阀H2和总调压阀H3依次设置在高压主进气管路A上，其所述控制系统包括驱动管路系统和电气控制系统。

驱动管路系统，其包括气体管路和液压管路409，所述气体管路连接所述高压主进气管路A引取高压气并驱动所述切断阀H2和总调压阀H3的联动开启或者关闭，所述液压管路连通所述总调压阀H3的油腔P通过调节油腔压力使所述总调压阀H3阀后压力保持稳定；

电气控制系统，其包括系统控制器，用于控制气体管路通断的电磁开关阀，用于控制第二管道和第三管道气体流向的电磁换向阀以及用于控制所述液压管路409的电液伺服阀V3；所述系统控制器采集所述气体管路和液压管路409上的压力数据，根据预设模式控制所述电磁开关阀、电磁换向阀以及电液伺服阀的通断来实现所述切断阀和总调压阀的自动开启、关闭和压力调节。

其中，所述气体管路包括：

第一管道401，其一端连接所述主高压进气管A且引取高压气通入所述切断阀H2和总调压阀H3之间的管路；

第二管道402，其一端连接所述主高压进气管A且引取高压气通入所述切断阀H2的关闭舱D或者开启舱C；

第三管道403，其引取所述主高压进气管A的高压气通入所述总调压阀H3的压紧舱S；

以及排气管道404，其分别连通所述切断阀H2的关闭舱D或者开启舱C和所述总调压阀H3的压紧舱S，用于排出所述切断阀H2的关闭舱D或者开启舱C和总调压阀H3压紧舱S内的高压气体。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括：

超压保护管路，其包括：

第四管道405，其设置在所述第二管道403和第三管道404的进气方向的上游。

安全阀Va1，其串联在所述第四管道405上，用于当气体管路中的压力超过指定压力后，自动放气。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述气体管路还包括：

一主管道406，其进气端连接所述主高压进气管路，出气端连接所述第一管道401；所述主管道406安装有用于手动开启或者关闭所述气体管路的第一手动截止阀Vs1；

一支路管道407，其与所述第一管道401并联，所述支路管道407的进气端连接所述主管道406，出气端连接相互并联的第二管道402和第三管道403，所述支路管道407上安装有用于将气体压力降低到指定压力的减压阀Vs2。

如图1所示，所述气体管路部分主要实现从高超速风洞总阀之后管路A上引取例如22MPa的高压气，连接到气体管路入口，依次经过主管道406上的手动截止阀Vs1、过滤器F1、压力表G1以及压力传感器S1后，所述气体管理分为两路：一路经过第一管道401上的第二电磁开关阀Vd2、压力传感器S2以及压力表G2后，向切断阀H2与总调压阀H3之间管道J和总调压阀中K腔充入高压平衡气，以减少切断阀H2开启作用力；另一路通过支路管道407的第一电磁开关阀Vd1、减压阀Vs2、压力表G4以及压力传感器S4后分成两个支路：第二管道402和第三管道403分别向电磁换向阀V1和V2供气。压力传感器S4后还设置所述第四管道405，其上设置有安全阀Va1，用于管道内部超压保护，安全阀Va1后管道直接排空。第二管道402上的两位四通电磁换向阀V1通过换向实现切断阀H2开关操作。第三管道403上的两位三通电磁换向阀V2通过换向实现总调压阀H3压紧操作。手动截止阀Vs3和电磁开关阀Vd3一端分别通过一根管道与总调压阀H3的K腔相连，另一端分别通过一根管道排空。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述电磁开关阀包括：设置在所述支路管道407上的第一电磁开关阀Vd1、设置在所述第一管道401上的第二电磁开关阀Vd2；

所述电磁换向阀包括设置在第二管道402上的两位四通电磁换向阀V1和设置在所述第三管道403上的两位三通电磁换向阀V2；所述两位四通电磁换向阀用于改变所述第二管道402内的气体流向；所述两位三通电磁换向阀用于改变所述第三管道403内的气体流向。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括断电自动保护管路及实现，其包括：

第五管道408，其连接在所述总调压阀的进气腔K，用于在断电时自动压紧所述总调压阀保证总调压阀H3阀后设备安全；第二手动截止阀Vs3，其串联在所述第五管道408上；以及第三电磁开关阀Vd3，其与所述第二手动截止阀Vs3并联设置在所述第五管道上，共同控制所述第五管道的通断。第二手动截止阀Vs3和第三电磁开关阀Vd3一端分别通过一根管道与总调压阀H3的K腔相连，另一端分别通过一根管道排空。

断电自动保护的实现还包括第一管道401中第二电磁开关阀Vd2为断电自动关闭状态，支路管道407上第一电磁开关阀Vd1为断电自动开启状态，第二管道402上两位四通电磁换向阀V1为断电向关闭舱充气状态，第三管道403上两位三通电磁换向阀V2为断电向压紧舱充气状态。系统在断电后，会保证切断阀与总调压阀自动关闭，从而保证系统安全。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括安装在与总调压阀的油腔相通的液压管路409，液压管路上安装电液伺服阀V3，单作用输出液压油给总调压阀的油腔P，用于闭环调节油腔内部液压油压力S3，从而实现调节总调压阀后管道T内部气体压力S6，并保持稳定。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统还包括安装在所述主管道406上用于过滤气体的气体过滤器F1和安装在所述液压管路上的用于过滤液压油的液体过滤器F2；

多个压力传感器S1-S6，其用于检测所述高压主进气管路A、所述气体管路各部分以及液压管路的压力，并输出信号至所述系统控制器；

以及柜体(图中未示出)，其用于收纳所述气体管路和电气控制系统。

如图1所示，本发明所述驱动管路部分又包括气体管路部分和液压管路部分。气体管路部分包括气体管道、手动截止阀、减压阀、电磁开关阀、电磁换向阀、安全阀、压力表、压力传感器、过滤器等组成。液压管路部分包括液压管道、过滤器、电液伺服阀、压力传感器、压力表等组成。

驱动管路部分中气体和液压管路用于气体和液压油传输，手动截止阀用于手动开启或关闭气体，减压阀用于将气体压力降低到指定压力，电磁开关阀与电磁换向阀是在电气作用下开启关闭或改变气打开流动方向的阀门，安全阀用于减压阀后超压保护，压力超过指定压力后，自动放气，压力表与压力传感器用于压力显示，过滤器用于滤除气体内部杂质，保证元件安全。驱动液压管路部分中电液伺服阀用于调节总调压阀内部油腔中液压油压力，从而调节总调压阀后压力。

液压管路部分主要实现从液压油源引出高压液压油，经过过滤器F2进入电液伺服阀V3，经压力传感器S3和压力表G3分别从总调压阀H3的下方和侧面的油路接口进入到总调压阀H3的油腔P，保持液压油压力稳定到指定值，从而达到调节总调压阀H3后压力值S6达到与液压油压力相等的压力值，并保持稳定。

气体管路部分过滤器过滤精度应根据所有电磁开关阀对气体杂质精度需求选择。减压阀Vs2输出压力范围应根据高超声速风洞切断阀开启舱C和关闭舱D，以及总调压阀压紧舱S的工作压力范围来选择。系统内部电磁开关阀为两位两通阀。Vd1和Vd3应选择常开型两位两通阀，而Vd2为常闭型两位两通阀。电磁换向阀V1为两位四通阀(图中所接管路状态为断电状态)，V1阀后G管道与切断阀H2的开启舱C相连，V1阀后H管道与切断阀H2的关闭舱D相连。电磁换向阀V2为两位三通阀(图中所接管路状态为断电状态)，V2阀后R管道与总调压阀H3的压紧舱S相连。这些阀门均选择密封性能较好的产品。驱动液压管路部分电液伺服阀V3为高频响电液伺服阀。该部分所有元件、接头和管道均为不锈钢材质。

本发明中高超声速风洞气源压力为22MPa，驱动气体管路部分通径为DN10，工作压力为22MPa，驱动液压管路部分通径为DN16，工作压力为21MPa。手动截止阀Vs1和Vs2选用宁波星箭航天机械有限公司XJ/J03-35/10。过滤器F1选用宁波星箭航天机械有限公司XJ/G01/14-35/10。减压阀Vs2选用宁波星箭航天机械有限公司XJ/Y250/02，减压阀阀后压力为5MPa。电磁开关阀Vd2为宁波星箭航天机械有限公司G2/2DCF10-0(常闭型)，电磁开关阀Vd1和Vd3为宁波星箭航天机械有限公司GK2/2DCF10-0(常开型)，两位四通电磁换向阀V1为宁波星箭航天机械有限公司Z2系列产品，两位三通电磁换向阀V2为宁波星箭航天机械有限公司GK2/3IIIDCF10-0，所有电磁开关阀均为直流24V控制。电液伺服阀V3选用MOOG公司生产的D661系列产品，供电电压为24V，控制信号为-10V～+10V，正电压时为向总调压阀H3的油腔P供油，该油腔压力S3升高，负电压时油腔P卸油，该油腔压力S3降低。安全阀选用波星箭航天机械有限公司XJ/A24-1/03P，安全阀开启压力为5.5MPa。压力表选用北京布莱迪公司YB-150.BT。压力传感器选用中国航天空气动力技术研究院生产的YZD-2B型压力传感器，量程均为绝压25MPa，输出信号为4～20mA(两线制)。

在其中一个实施例中，如图2所示，所述电气控制系统还包括与所述控制器连接的Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统控制器进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程操作。如图2所示，所述电气控制系统包括可编程逻辑控制器PLC、液晶触摸屏、空气开关、直流电源、电线电缆等组成。

电气控制系统中可编程逻辑控制器PLC是系统控制中心，通过运行程序实现驱动管路部分中电磁开关阀、电磁换向阀和电液伺服阀进行操作，液晶触摸屏用于人员操作，空气开关与直流电源用于PLC及电磁开关阀门供电。

将本发明所述高超声速风洞用切断阀与总调压阀的控制系统中所述压力传感器S1-S6的输出信号接入到可编程逻辑控制器PLC模拟量输入通道AI上进行数据采集，将电液伺服阀接入到PLC的模拟量输出通道AO上，将切断阀的开启指示接近开关F(切断阀H2自带)接到PLC的开关量输入DI通道上，将所有电磁开关阀及电磁换向阀接入到PLC开关量输出通道DO上进行开关操作，PLC内部固化程序，程序按切断阀H2及总调压阀H3工艺流程进行编制，实现对这两个阀门自动操作。人机交互界面由液晶触摸屏实现，液晶触摸屏内部固化界面程序，通过通信电缆与PLC进行通信，通过人机交互界面实现系统现场操作。PLC带有Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统PLC进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程操作。

本发明中选用SIEMENS公司生产的PLC，型号为CPU 226CN。配置有模拟量输入AI模块，型号为EM231。配置有模拟量输出AO模块，型号为EM232。系统PLC还配置有Profibus-DP总线通信模块EM277与风洞主控系统配置的S7-400型PLC相连，作为该风洞主控系统配置PLC的从站。液晶触摸屏为SIEMENS公司生产TP277。

在其中一个实施例中，如图3所示，本发明还提供了一宗高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制方法中，所述切断阀与总调压阀自动开启步骤如下：先将第一手动截止阀Vs1开启，第二手动截止阀Vs3关闭，接通控制柜内部交流220V电源。风洞试验中，系统先开启切断阀H2，后松开总调压阀H3压紧舱，总调压阀H3转入自动压力PID调节，并保证阀后压力稳定在指定压力(本发明中总调压阀H3阀后T管道内部压力范围为0～10MPa，调节精度5％)。如图3所示，所述控制方法包括以下步骤：

初始化设置：初始化：第二电磁开关阀Vd2失电关闭，第一电磁开关阀Vd1和第三电磁开关阀Vd3失电开启，两位四通电磁换向阀V1失电，切断阀H2的关闭舱D充气压紧，H2关闭；两位三通电磁换向阀V2失电，总调压阀H3的压紧舱S充气压紧，H3关闭。

步骤一，开启第一手动截止阀Vs1，关闭第二手动截止阀Vs3；开启第一电磁开关阀Vd1，第二管道402和第三管道403通入高压气体；

步骤二，液压管路上的电液伺服阀V3给-2V信号，检测所述液压管路的压力值S3，当所述液压管路的压力值小于第一预设压力值时，例如S3＜0.2MPa时，通过所述两位四通电磁换向阀V1和两位三通电磁换向阀V2使所述切断阀H2的关闭舱D和总调压阀H3的压紧舱S充气压紧，关闭所述切断阀H2和总调压阀H3；

步骤三，检测所述支路管道的压力值，当所述压力值大于第二预设压力值时，例如S4＞4.5MPa时，开启第二电磁开关阀Vd2连通第一管道向所述切断阀H2与总调压阀H3之间的管道J和所述总调压阀的进气腔K充入高压平衡气，减少所述切断阀H2的开启作用力；

步骤四，当所述高压主进气管路A与所述第一管道的压力差值小于第三预设压力值时，例如S5-S2＜1MPa时，控制所述两位四通电磁换向阀V1使第二管道向所述切断阀H2的开启舱C充气，开启所述切断阀H2；

步骤五，关闭第二电磁开关阀Vd2，断开所述第一管道401；

步骤六，控制所述两位三通电磁换向阀V2使所述总调压阀H3的压紧舱S放气；开启所述总调压阀H3；

步骤七，根据所述总调压阀阀后压力预设范围，进行自动压力调节。例如：P＝|S6-Pset|其中，Pset指总调压阀压力设定值(1-10MPa)，经过PID调节控制器计算输出电压为Volt＝PID(P)，向V3输入控制电压Volt+Volt0(电液伺服阀零偏)。接收关闭指令后执行关闭动作。

如图4所示，所述高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制方法还包括：

步骤八，接收关闭指令后，所述两位四通电磁换向阀V1换向，所述切断阀H2的关闭舱D充气压紧，关闭所述切断阀H2；

步骤九，所述两位三通电磁换向阀V2换向，使所述总调压阀H3的压紧舱S充气压紧，关闭所述总调压阀H3；

步骤十，当所述液压管路上的压力值小于第一预设压力值时，例如S3＜0.2MPa，第三电磁开关阀Vd3开启将所述切断阀H2与总调压阀H3之间的管道J和所述总调压阀H3的进气腔K中的气体释放；

步骤十一，当所述第一管道的压力值小于第四预设压力值即S2压力值＜0.5MPa时，开启第一电磁开关阀Vd1，关闭第一手动截止阀Vs1和第二手动截止阀Vs3。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明控制系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其中所述切断阀和总调压阀依次设置在高压主进气管路上，其特征在于，所述控制系统包括：

驱动管路系统，其包括气体管路和液压管路，所述气体管路连接所述高压主进气管路引取高压气并驱动所述切断阀和总调压阀的联动开启或者关闭，所述液压管路连通所述总调压阀的油腔通过调节油腔压力使所述总调压阀阀后压力保持稳定；

电气控制系统，其包括控制器，用于控制气体管路通断的电磁开关阀，用于控制第二管道和第三管道气体流向的电磁换向阀以及用于控制所述液压管路的电液伺服阀；所述控制器采集所述气体管路和液压管路上的压力数据，根据预设模式控制所述电磁开关阀、电磁换向阀以及电液伺服阀的通断来实现所述切断阀和总调压阀的自动开启或者关闭和压力调节；

其中，所述气体管路包括：

第一管道，其一端连接所述高压主进气管路且引取高压气通入所述切断阀和总调压阀之间的管路；

第二管道，其一端连接所述高压主进气管路且引取高压气通入所述切断阀的关闭舱或者开启舱；

第三管道，其引取所述高压主进气管路的高压气通入所述总调压阀的压紧舱；

以及排气管道，其分别连通所述切断阀的关闭舱或者开启舱和所述总调压阀的压紧舱，用于排出所述切断阀和总调压阀压紧舱内的高压气体。

2.如权利要求1所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，还包括：超压保护管路，其包括：

第四管道，其设置在所述第二管道和第三管道的进气方向的上游；

安全阀，其串联在所述第四管道上，用于当气体管路中的压力超过指定压力后，自动放气。

3.如权利要求2所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，所述气体管路还包括：

一主管道，其进气端连接所述高压主进气管路，出气端连接所述第一管道；所述主管道安装有用于手动开启或者关闭所述气体管路的第一手动截止阀；

一支路管道，其与所述第一管道并联，所述支路管道的进气端连接所述主管道，出气端连接相互并联的第二管道和第三管道，所述支路管道上安装有用于将气体压力降低到指定压力的减压阀。

4.如权利要求3所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，所述电磁开关阀包括：设置在所述支路管道上的第一电磁开关阀、设置在所述第一管道上的第二电磁开关阀；

所述电磁换向阀包括设置在第二管道上的两位四通电磁换向阀和设置在所述第三管道上的两位三通电磁换向阀；所述两位四通电磁换向阀用于改变所述第二管道内的气体流向；所述两位三通电磁换向阀用于改变所述第三管道内的气体流向。

5.如权利要求4所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，还包括：断电自动保护管路，其中：

断电自动保护管路包括：第五管道，其连接在所述总调压阀的进气腔，用于在断电时自动压紧所述总调压阀保证总调压阀阀后设备安全；第二手动截止阀，其串联在所述第五管道上；以及第三电磁开关阀，其与所述第二手动截止阀并联设置在所述第五管道上，共同控制所述第五管道的通断，该电磁开关阀为断电开启状态；

断电自动保护包括设置第一管道中第二电磁开关阀为断电自动关闭状态，支路管道上第一电磁开关阀为断电自动开启状态，第二管道上两位四通电磁换向阀为断电向关闭舱充气状态，第三管道上两位三通电磁换向阀为断电向压紧舱充气状态；系统在断电后，会保证切断阀与总调压阀自动关闭，从而保证系统安全。

6.如权利要求3所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，还包括安装在所述主管道上用于过滤气体的气体过滤器和安装在所述液压管路上的用于过滤液压油的液体过滤器；

多个压力传感器，其用于检测所述高压主进气管路、所述气体管路各部分以及液压管路的压力，并输出信号至所述系统控制器；

以及柜体，其用于收纳所述气体管路和电气控制系统。

7.如权利要求1所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统，其特征在于，所述电气控制系统还包括与所述控制器连接的Profibus-DP通信模块，与风洞主控系统控制器进行连接，实现数据上传及指令下达，从而实现该系统远程操作。

8.一种基于如权利要求4-5任一项所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，开启第一手动截止阀，关闭第二手动截止阀；开启第一电磁开关阀，第二管道和第三管道通入高压气体；

步骤二，检测所述液压管路的压力值，当所述液压管路的压力值小于第一预设压力值时，通过所述两位四通电磁换向阀和两位三通电磁换向阀使所述切断阀的关闭舱和总调压阀的压紧舱充气压紧，关闭所述切断阀和总调压阀；

步骤三，检测所述支路管道的压力值，当所述压力值大于第二预设压力值时，开启第二电磁开关阀连通第一管道向所述切断阀与总调压阀之间的管道和所述总调压阀的进气腔充入高压平衡气，减少所述切断阀的开启作用力；

步骤四，当所述高压主进气管路与所述第一管道的压力差值小于第三预设压力值时，控制所述两位四通电磁换向阀使第二管道向所述切断阀的开启舱充气，开启所述切断阀；

步骤五，关闭第二电磁开关阀，断开所述第一管道；

步骤六，控制所述两位三通电磁换向阀使所述总调压阀的压紧舱放气；开启所述总调压阀；

步骤七，根据所述总调压阀阀后压力预设范围，进行自动压力调节。

9.如权利要求8所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统的控制方法，其特征在于，还包括：

步骤八，接收关闭指令后，所述两位四通电磁换向阀换向，所述切断阀的关闭舱充气压紧，关闭所述切断阀；

步骤九，所述两位三通电磁换向阀换向，使所述总调压阀的压紧舱充气压紧，关闭所述总调压阀；

步骤十，当所述液压管路上的压力值小于第一预设压力值时，第三电磁开关阀开启将所述所述切断阀与总调压阀之间的管道和所述总调压阀的进气腔中的气体释放；

步骤十一，当所述第一管道的压力值小于第四预设压力值时，开启第一电磁开关阀，关闭第一手动截止阀和第二手动截止阀。

10.如权利要求9所述的高超声速风洞用切断阀和总调压阀的控制系统的控制方法，其特征在于，所述总调压阀阀后压力预设范围为0-10MPa，所述第一预设压力值为0.2MPa，所述第二预设压力值为5.4MPa，所述第三预设压力值为1MPa，所述第四预设压力值为0.5MPa。