CN1079030A - 用于隔膜泵的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用来控制流体驱动的隔膜泵的输出时间的 方法和装置。控制系统通过检测输出时间和将检测 的时间与预定所希望的输出时间进行比较来调整输 出时间。控制装置包括一可编程逻辑控制器，一上接 近开关和一下接近开关，一标板，一固定标板的杆，一 受主控信号控制的压力调节器，一组控制一导阀的数 控螺线管，一螺线管，以及一压力开关。杆固定在隔 膜泵的隔膜上，而接近开关根据杆的运动来检测隔膜 的运动或行程。提供给隔膜泵的压力被自动地和连 续不断地调整以维持所希望的输出时间。

Description

本发明涉及一种控制系统，和操作上述系统的方法，该控制系统和方法用于控制提供给隔膜泵的压力。该系统能自动地和连续不断地调整用来驱动隔膜泵里的隔膜的压力，以便使流过隔膜泵的流体保持恒定的流量。

现有技术中的用于隔膜泵的工业控制系统需要用一由人工调整的压力调节器。如果输出条件变化了，压力调节器必须由操作者用人工操作的方法加以改变。

众所周知，不能适当地调整隔膜泵会使泵的工作效率降低。例如，如果压力调节器相对输出条件调得太低，将会因行程不够而导致流速的降低。相反，如果压力调节器相对输出条件调得太高，泵可能损坏。本发明的控制系统可以克服这些困难，它是通过自动地和连续不断地调整压力以产生合适的运转条件，不需要通过人工操作来监视和调整压力调节器。控制装置和由它操纵的隔膜泵在泵灌一当容积被注满时压力增加的固定容积时特别有用。板架式（plate    and    frame）压力过滤机就是这种应用的一个例子，当然还有其它一些应用也是不难想象的。

授予巴朗布瓦并转让给本发明的受让人的美国专利4，705，462号和5，076，890号就是关于控制一流体驱动的隔膜泵的泵汲作用的已知方法的两个例子。巴朗布瓦的4，705，462号美国专利使用了一种可控制隔膜泵功能参数的检测结构。例如，这种装置可控制所提供的流体压力的开始和持续时间，输出时间和整个周期循环时间。巴朗布瓦的5，076，890号美国专利是在其上述专利基础上的一个改进。除了探测隔膜泵的周期循环时间外，该装置还能测量容积流动速率，并调整周期循环时间以纠正相对于预定的容积流动速率的任何偏差。

在博西奥的美国专利4，212，589号里公布了一种应用于人工血液循环组件里的控制系统。该装置包括一具有传送流体的管状件的泵。流体传送的压力通过开关定时开关可自动地调节。定时开关是由一探头操纵的，当流体压力作用在管状件上时，该探头随管状件的变形而动作。当管状件的变形达到一预定值时，探头就操纵开关使一光学信号装置的线路闭合。

授予亨克尔等人的美国专利4，966，528号公布了一种用来控制活塞隔膜泵的液动回路的装置。该装置包括一测量隔膜行程长度和产生一相应的行程信号的检测器，该行程信号被传送给一控制装置。然后，该控制装置将此行程信号与预定的行程量比较。如果行程信号偏离了预定的行程量，则每单位时间的液流就被相应调整。

福赛特等人的美国专利4，856，969号公布了一种具有一控制隔膜泵周期循环时间的计时器和一可调整压力的调节器的隔膜泵。此外，鲁普（美国专利3，814，548号）和芒德罗安（美国专利4，265，600）公布了具有调节组件的隔膜泵。

本发明的方法和装置与一控制系统有关，它可自动地和连续不断地调整作用在隔膜泵上的流体压力，以控制泵的输出时间。控制系统利用一把整个控制系统组成一体的可编程逻辑控制器。在调节控制系统时，隔膜泵的周期和输出时间是该可编程逻辑控制器所考虑的主要参数。彼此间隔开的两接近开关测量周期和输出时间。这些接近开关是通过接近开关标板驱动的，该标板安装在用机械方法固定在隔膜上的杆上。信息先输入可编程逻辑控制器，然后将实际输出时间与所希望的输出时间进行比较。根据与所希望的输出时间的偏差，可编程逻辑控制器自动地调整提供流体压力给隔膜的压力调节器。控制系统连续不断地监控隔膜泵，自动地提供给隔膜以适当的压力从而保证泵以最有效的方式运转。

图1是根据本发明原理而制作的一控制系统的略图，这种控制系统可控制隔膜泵的运转。

图1示出了与隔膜泵10配合使用的控制系统100的略图。隔膜泵包括泵体20和将泵体20分隔为一增压室22和一泵驱动室24的柔性的隔膜30。泵体20由上部泵盖26和下部泵体28构成。结果，增压室22具有在隔膜30和下泵体28的内壁29之间的空间，而泵驱动室24具有在隔膜30和上泵盖26的内壁27之间的空间。

增压室22与具有进口42和出口44的流体输送管40连通。一进口单向阀46靠近流体管道进口42，而一出口单向阀48靠近流体管道出口44，它们控制流经流体管道的流体，并保证隔膜泵正常工作。

在泵驱动室24里的空气压力驱动隔膜30，所施加的空气压力使隔膜30抽吸流经流体输送管40的流体。由螺线管115开启的气阀110控制着空气压力流。螺线管115本身则通过由电缆116传送的、来自可编程逻辑控制机120的电信号而被启动。

空气压力最好由空气过滤器125提供。空气过滤器125让空气通过受主控信号控制的压力调节器130而传送到气阀110，最后到达泵驱动室24。可以看到，空气压力是通过导管162从空气过滤器传送到受主控信号控制的压力调节器130。而后通过导管164从压力调节器130传送到气阀110再通过导管166从气阀110传送到泵驱动室24的。可编程逻辑控制器120控制着经过受主控信号控制的压力调节器130的空气的压力。如要增加压力，控制器120通过电缆141输送一个信号给数控螺线管135，它打开导阀140以供空气压力从输入阀部件142到达输出阀部件143。从而增加送到受主控信号控制的压力调节器130的压力信号，由调节器130增加提供给泵驱动室24的压力。反之，如果需要的是较低的压力水平，控制器120通过电缆141a输送一个信号给数控螺线管135a，由它启动导阀140以使空气压力从输出阀部件143通向放空阀部件144。从而使提供给受主控信号控制的压力调节器130的压力信号降低，由它降低提供给泵驱动室24的压力。如果通过可编程逻辑控制器120传送的信号会产生不需要的高压水平，压力开关145就被驱动，通过电缆146输送一个适当的信号，以抑制任何进一步的压力增加。

可编程逻辑控制器120是通过测定隔膜泵的输出时间，以及将输出时间与预定的输出时间进行比较而决定需要增加还是降低提供给泵驱动室24的压力的。一杆35安装在隔膜30上并延伸通过在泵盖26上的中心孔36，从而也通向泵驱动室24。可以看到，只有一个小部分杆在泵体内，杆的大部分露出在泵体20之外。由于杆35固定在隔膜30上，当隔膜30被驱动而抽吸通过流体输送管40的流体时，杆35将随着隔膜30的运动而上下移动。

一接近开关标板152被固定在杆35的露出端上。接近开关标板152与上接近开关154和下接近开关156一起工作来测定隔膜泵10的输出时间，并送出一个适当的信号给可编程逻辑控制器120。上接近开关154产生的信号通过电缆155输送给控制器120，而下接近开关则通过电缆157输送它的信号。在工作时，上接近开关154表示出什么时候隔膜30处于它的上部位置，而下接近开关156表示出什么时候隔膜30处于它的下部位置。这个信息被传送给可编程序逻辑控制器120，然后由它计算输出时间并输送一个适当的信号给气阀螺线管115和受主控信号控制的压力调节器130。应该看到，虽然较佳实施例中使用的是接近开关，但它们可由光电开关或其它任何合适的传感装置来替代。此外，接近开关标板152可以是一汽缸活塞，一安装在杆上的圆盘，或任何其它类似形式的装置。

在泵10开始工作之前，先将所需要的周期时间和输出时间输入可编程逻辑控制器120。所谓周期时间是对一次完整的抽运周期所希望的时间，它被控制器内的周期计时器在泵运转期间加以监控。所谓输出时间是隔膜30从它的开始（上部）位置到它的所希望的结束（下部）位置所化的时间。

抽运周期包括一输出行程和一灌注行程。输出行程从隔膜30位于它的顶着（或几乎顶着）泵盖26的上部位置开始。此时，待泵唧的流体位于增压室22内，而处于大气压力的空气位于泵驱动室24内。当气阀110被打开且空气压力被允许进入泵驱动室时，输出行程开始。空气压力将隔膜30向下推，由此将增压室22里的流体排入流体输送管40。因为进口单向阀46不允许流体通过进口42，流体就被迫流向出口单向阀48。一旦输出行程结束，气阀110就被关闭，以便让泵驱动室24里的压缩空气排出，而使压力恢复到大气压力。应该明白，气阀110是一三通阀。未动作时它是常闭的，在它的打开位置，允许空气从导管164进入导管166。在它的关闭位置，允许空气从导管166放入大气。隔膜泵10的灌注过程随薄膜30回复到它的开始（上部）位置而开始。此时，隔膜30的运动使流体通过进口单向阀46进入增压室22。一旦隔膜30到达它的开始位置，顶着（或几乎顶着）泵盖26，并且增压室被注满时，注满过程就告结束，隔膜泵10就准备开始另一个周期循环。然而，下一个输出冲程要直到可编程逻辑控制120的循环时间指示出预定的循环时间已经达到才会开始。要指出的是，隔膜30回复到它的上部位置可通过压缩的弹簧或空气汽缸来加以协助。然而，在有些应用中，复位不需要提供任何协助。

在抽运周期开始时，周期计时器启动，而当螺线管115被可编程逻辑控制器120驱动，气阀10被打开时，输输出就开始。当上接近开关154检测到接近开关标板152在它的上部开始位置时，周期计时器启动。应该明白，接近开关标板152的运动是隔膜30向下运动的表示，因为标板和隔膜是通过杆35相连的。

气阀110的打开将允许流体压力媒质进入泵驱动室24，并产生隔膜30的向下的行程。气阀110维持打开直到隔膜30到达它的结束（下部）位置。当隔膜30到达的它结束位置，接近开关标板152使下接近开关156动作，发出一个信号给可编程逻辑控制器120，以便使螺线管115失去能量而关闭气阀110。如果隔膜30在一定的时间后不能到达它的结束（下部）位置上，可编程逻辑控制器120将使螺线管115失能，从而关闭气阀110。

此时，可编程逻辑控制器120测定接近开关标板152在上接近开关154和下接近开关156之间移动的时间。这个时间是隔膜泵10的实际输出时间，可编程逻辑控制器120将它与预先输入给可编程逻辑控制器120的所希望的输出时间进行比较。

如果实际输出时间大于想要的输出时间，则受主控信号控制的压力调节器130上的压力值必须增加，此时，可编程逻辑控制器120就输送一个信号给数控螺线管135，增加提供给受主控信号控制的压力调节器130的压力信号。反之，如果实际输出时间小于想要的输出时间，可编程逻辑控制器120输送一个信号给数控螺线管135a，以降低提供给受主控信号控制的压力调节器130的压力信号。

在气阀110被关闭后，灌注行程开始。一旦灌注行程结束，隔膜将留在它的开始位置直到周期定时器到达预先输入的想要的周期时间为止。当所希望的周期时间达到时，抽运周期将重新开始。

应该指出，在任何时候都可以将外部信号提供给控制器以关闭泵的运行。另外，如果压力水平太高，也可利用压力开关145来关泵。

Claims (9)

1、一种用于流体驱动的隔膜泵上的控制系统，其特征在于，它包括：

一具有一泵体、一将泵体分隔为一增压室和一泵驱动室的隔膜的隔膜泵；

一与所述泵驱动室连通以将流体压力输入泵驱动室迫使隔膜从开始位置到结束位置的流体压力供应源；

一控制流体压力输入泵驱动室的供给阀；

一限止流体压力的压力调节器；

检测隔膜在开始位置和结束位置之间运动的行程检测装置；

根据从所述行程检测装置接收到的信号来协调所述阀和所述压力调节器工作的中央控制装置，其中，中央控制装置根据泵输出时间的变化来调整压力调节器。

2、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，行程检测装置包括：

一从所述隔膜处延伸并通过一在泵驱动室上的孔的驱动杆;

一固定在所述驱动杆上的接近标板;

一与中央控制装置连通的上接近开关，其中，当隔膜处在它的开始位置时所述上接近开关检测接近标板;

一与中央控制装置连通的下接近开关，其中，当隔膜处在它的结束位置时所述下接近开关检测接近标板;

其中，泵的输出时间是在接近标板从上接近开关移到下接近开关时通过所述中央控制装置加以测量的。

3、如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，中央控制装置贮存着一所希望的输出时间，当泵的输出时间超过所希望的输出时间时，中央控制装置增加提供给压力调节器的压力信号。

4、如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，中央控制装置贮存着一所希望的输出时间，当泵的输出时间小于所希望的输出时间时，中央控制装置降低提供给压力调节器的压力信号。

5、如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，中央控制装置含有一设定泵的持续时间的周期计时器，在泵周期开始时，中央控制装置打开供给阀以允许流体压力进入泵驱动室。

6、如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，当下接近开关检测到接近标板时供给阀被关闭。

7、一种控制流体驱动的隔膜泵的方法，该泵具有一包括输出行程和灌注行程的泵压循环周期，其特征在于，它包括下列步骤：

（1）设定隔膜泵所希望的输出时间和起始流体压力;

（2）使隔膜泵输出行程开始;

（3）测量实际输出时间的持续时间;

（4）将实际输出行程与所希望的输出行程进行比较;

（5）调整流体压力，以使下一次输出行程将具有一等于所希望的输出时间的持续时间。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，还进一步包括设定一所希望的周期循环时间和重复从步骤（1）到（5）的步骤。

9、一种适于供流体驱动的泵使用的控制系统，该泵包括一含有一泵体、一将泵体分隔成一增压室和一泵驱动室的薄膜的隔膜泵，其特征在于，所述的控制系统包括：

一适于输送流体压力给泵驱动室以迫使隔膜从开始位置到结束位置的流体压力供给源;

一用来控制流体压力输入泵驱动室的供给阀;

一限制流体压力的压力调节器;

检测隔膜在一开始位置到一结束位置之间运动的行程检测装置;

根据从所述行程检测装置接收到的信号来协调所述阀和所述压力调节器工作的中央控制装置，其中，中央控制装置根据泵输出时间的变化来调整压力调节器。

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