CN108026948B - 阀控制器及用于操作阀控制器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以控制电路(28;89;109)电促动至少一个阀驱动器(51a到51h;116)的阀控制器，该控制电路设计成影响电源与阀驱动器(51a到51h;116)之间的电能流动且其包括用于与上级控制布置(2)通信的总线接口(20)以及传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)，其设计成确定可由电促动阀驱动器(51a到51h;116)而改变的能量流的物理变量以及用于将取决于确定的物理变量的传感器信号提供至控制电路(28;89;109)。根据本发明，控制电路(28;89;109)设计成基于传感器信号和来自以下集合的物理变量的至少一个特征值来确定阀驱动器(51a到51h;116)的状态值：能量流持续时间、能量流电压、能量流电流、流体压力，且设计成将所述状态值提供至所述总线接口(20)。

Description

阀控制器及用于操作阀控制器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于以控制电路电促动至少一个阀驱动器的阀控制器，其设计成影响电源与阀驱动器之间的电能流动，且其包括总线接口以与上级控制布置通信，且还包括传感器器件，其设计成确定可由电促动阀驱动器而改变的物理变量，且其设计成用于将取决于确定的物理变量的传感器信号提供至控制电路。本发明还涉及一种用于操作阀控制器的方法。

背景技术

阀布置是从文件PCT/EP2013/003524获知的，用于影响至少一种流体流(fluidcurrent)，该阀布置具有控制装置和至少一个阀装置，其中控制装置具有用于与总线通信系统连接来接收移动命令的总线接口、用于将移动命令处理成对于阀装置的控制命令的处理装置和用于电联接阀装置的至少一个连接装置，且其中至少一个阀装置电气连接到控制装置的连接装置中的一个，且具有处理器件，其设计成处理控制命令，其中用于电联接阀的第一连接器件和用于电联接传感器器件的至少一个第二连接器件分配至处理器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种阀控制器，以及一种用于操作阀控制器的方法，其具有改进的可用性。

该目的针对根据本发明的介绍中提到的类型的阀控制器实现。控制电路设计成用于基于传感器信号和基于来自以下集合的物理变量的至少一个特征值来确定阀驱动器的状态值：能量流持续时间、能量流电压、能量流电流、流体压力、流体体积流，且设计成将状态值提供至总线接口。

针对由阀控制器的促动而提供的阀驱动器优选地是压电驱动器或磁性驱动器。在两种情况中，阀控制器的目的在于将电荷从源提供至阀驱动器，且如果需要，取决于阀驱动器(具体是作为压电驱动器)的构造，放出提供至所述驱动器和储存在该处的电荷。电荷的提供优选地作为移动信号的函数而执行，该移动信号在阀控制器中生成或具体由上级控制装置在外部提供至阀控制器，且指定为能量流。为了进一步考虑阀控制器，假定阀驱动器直接地设计成阀体，如具体可为带有压电驱动器的情况，或其与阀体移动联接，以便在任何情况下都带来作为由于移动信号提供的能量流的函数的针对阀体的积极变化。通过该位置变化，阀体可影响阀壳体中的自由截面，具体是在闭合位置与开启位置之间，且因此调整从电源到流体消耗物的流体流。流体消耗物可选地为主阀的阀体，使得在此情况下，阀驱动器设计为导阀(pilot valve)的构件，作为备选，流体消耗物是促动器，例如，如流体缸，具体是气动缸。

借助于由控制装置确定的状态值，报告可能关于阀驱动器和/或移动联接到阀驱动器的阀的闭合状态，从其中可推导出信息，如，阀驱动器或阀的仍待预计的操作寿命。利用可为有维度(一个或多个SI单元)或无维度的该状态值，阀驱动器或阀的预防性替换应当在阀驱动器或阀的故障点发生之前执行或至少准备好。由此实现了由阀控制器和分配的阀形成的流体系统的(时间)可用性的期望改善。状态值可直接地显示在阀控制器的输出装置上，例如，在光学显示器上，如控制灯或字母数字显示器。状态值优选地经由总线接口提供至上级控制装置，具体是在超过限定的阈值时，所述控制装置通常配备有输出装置如显示器或监视器。此外或作为备选，状态值具体经由光学或电磁传输器件无线地提供至便携式用户端装置，如，移动电话或便携式计算机。

在根据本发明的阀控制器中特别优选的是状态值基于物理变量来确定，该物理变量与阀驱动器的操作直接相关。

基于传感器的专门评估，具体是位移测量装置或限制开关，其布置在可流体操作的促动器上，其借助于设有阀驱动器和分配的阀控制器的阀来促动，至少也可作出关于阀驱动器的开关循环的次数和(如果必要)关于阀的老化状态的报告。然而，基于关于阀驱动器或阀上的实际磨损，仅可作出间接报告，而通过确定状态值，关于阀驱动器的使用和老化或磨损的直接报告是可能的。

这具体追溯到如下事实，即，为了确定状态值，除传感器器件的信号外，至少一个附加的物理变量，如，能量流持续时间和/或能量流电压和/或能量流电流和/或流体压力结合在阀输入连接或阀输出连接处，以便由此允许作出关于阀驱动器的电机使用的直接报告。特别有利的是，传感器器件也确定物理变量且将其转换成传感器信号，该传感器信号与阀驱动器的促动直接相关。例如，用于从以下集合确定至少一个附加物理变量的传感器器件：能量流持续时间和/或能量流电压和/或能量流电流和/或流体压力和/或流体体积流或阀驱动器的冲程和/或阀驱动器的移动速度和/或阀驱动器的加速度，该传感器器件设计成使得状态值从前述集合中的至少两个物理变量确定。例如，状态值可从能量流持续时间和能量流电流的组合，或能量流持续时间和能量流电压的组合，或从能量流持续时间和流体压力的组合，或其他至少成对物理变量组合来确定。

在此情况下，能量流持续时间具体是累积时间跨度，在其内，发生电荷流从电源到阀驱动器或从阀驱动器到电源。能量流电压具体是借助于其将电荷流提供至阀驱动器的电压。例如，在作为压电促动器的阀驱动器的一个构造中，具体是具有恒定的能量流电流，充电开始与充电结束之间的电压差可考虑用于压电促动器。能量流电流是在电源与阀驱动器之间流动的电流，其中在阀驱动器构造为压电驱动器的情况下，也考虑了电流方向，因为其对于压电促动器是充电操作或放电操作。在作为压电促动器的阀驱动器的一个构造中，仍还可考虑电压在什么持续时间施加到压电促动器，因为由此实现阀驱动器的磨损状态的精细评定。通过具体在阀输入连接或阀输出连接处的流体压力，可作出关于在确定状态值时也可并入的阀驱动器的静态和/或动态负载的结论。在此情况下，流体压力的压力水平是特别感兴趣的，其可能长期或永久地影响阀驱动器，或相对于其，阀驱动器必须将阀体保持在由移动命令预先限定的阀位置中。

例如，两个不同地设计的传感器器件分配至控制装置，其设计成确定物理变量的特征值。作为备选，仅一个传感器器件用于实际地测量物理变量，同时至少一个物理变量的至少一个特征值从控制信号推导出，该控制信号从阀控制器中处理的移动信号得出。例如，不必测量能量流持续时间，因为其可由控制装置预先限定，具体考虑了控制装置的内部系统时钟，且不必由单独的传感器装置确定。类似地，可能在接受较大的误差时，特征值可单独基于控制信号提供成用于能量流电压和/或能量流电流，具体是获知了控制装置和阀驱动器的开关设计。

方便的是将控制电路设计成确定用于评定传感器信号的时间进程和/或至少一个特征值的时间进程的状态值，具体是用于确定极限值或梯度。为此，控制电路具有计算单元，在其中优选地以规则的时间间隔，具体基于内部系统时钟和与传感器信号的之前水平的比较来记录传感器信号和/或特征值，且/或执行特征值以便允许传感器信号和/或待确定的特征值的最高水平和/或最低水平，和/或传感器信号和/或待确定的特征值的最大和/或最小梯度。控制电路还具有存储器装置，在其中可储存传感器信号和/或特征值的之前的水平和/或极限值和/或梯度，以便能够由此作出关于阀驱动器的状态的结论。例如，一个或多个特征值储存在存储器装置中，其在阀驱动器的新状态中已经确定，且其随后可用作与当前特征值比较的基础。

在本发明的另一个构造中，除总线接口外，控制电路具有用于传感器器件的直接连接的传感器接口，以及用于阀驱动器的直接促动的电输出级。

传感器接口可设计为模拟接口，使得传感器器件可被连接，其仅提供模拟信号。例如，此传感器器件可为限制开关(位置发射器)或电阻位移测量系统。传感器器件与控制电路之间优选地存在仅刚好一个通信类型，且没有传感器信号的转换。没有模拟/数字转换具体沿传感器器件与控制电路之间的传递路径发生，实际上控制电路设计成直接地处理提供的模拟信号，或用于提供的模拟信号的模拟/数字转换。

至此，传感器器件设计成用于传感器信号的数据传递，没有传感器信号的附加转换在传感器器件与控制电路之间发生，具体是在数字/模拟转换或数字/数字转换的意义上。实际上，传感器接口在本例中设计为数字接口，其设计成用于数字传感器信号的直接耦合(coupling)。因此，传感器接口适于传感器器件的数字通信协议。

非期望的外部干扰和/或传感器信号从传感器器件到传感器接口的传递中的时间延迟的耦合通过传感器器件至控制电路的这种直接耦合来最小化。

电输出级的目的在于将由控制电路提供的促动信号转换成源与阀驱动器之间的能量流的间断释放。电输出级优选地为电子开关，具体是场效应晶体管(FET)。电输出级优选地布置成直接包绕控制电路，具体是在与控制电路相同的电路板上。促动信号的传递因此可可靠地设计成没有复杂的保护手段，没有起到显著作用的外部干扰。电输出级特别优选地实施为也包括控制电路的集成电路的构件。该集成电路优选地实施为单个硅构件上的ASIC(专用集成电路)，使得控制电路和(多个)输出级准确地适于所需的应用，且具有尽可能少、具体是没有不需要或不必要大尺寸的开关构件。

具有用于阀的直接促动和状态监测的集成传感器器件的电输出级优选地分配至控制电路。具体而言，在本例中，电输出级包含传感器器件。在本例中，控制电路与输出级之间的内部通信以双向方式设计，以便能够一方面将促动信号从控制电路传递至输出级，且另一方面将传感器信号从输出级传递至控制电路。对于该电输出级有利的是实施为集成电路的构件，其也包括控制电路，具体是作为ASIC。

对于电输出级有利的是设计为用于压电促动器的促动的高压驱动器级。高度集成的控制电路因此可实施成具有连接的压电促动器的状态监测。

在本例中，特别有利的是，(多个)电输出级与控制电路设计在一起来作为单件的集成电路。

方便的是，在确定状态值时，控制电路构造成结合提供至总线接口的通信信号，具体是位置传感器的位置信号，其设计成确定促动器的位置。总线接口可提供为用于控制电路与外部构件的优选数字(具体是双向)通信的总线接口。这些外部构件可为上级控制装置和/或其它总线参与者，具体是控制电路和/或位置传感器。如果需要，则控制电路经由内部通信平台来电气连接到总线接口上，且通信协议用于控制电路与总线接口之间的内部通信，所述通信协议不同于利用其外部构件与总线接口进行通信的通信协议。例如，控制电路经由SPI接口(串行外围接口)连接到总线接口。在本例中，控制电路优选地设计为从单元(slave)，且总线接口为主单元(master)。总线接口特别优选地设计为用于处理外部总线信号的处理装置，其可经由总线具体是通过上级控制装置来提供，以及用于例如根据SPI通信协议来处理内部总线信号。例如，处理装置针对移动命令的存在来分析到来的外部总线信号，且将它们转换成控制命令，其经由内部通信协议提供至控制电路，在该处它们随后转换成阀驱动器的移动信号。

传感器器件优选地设计成确定阀驱动器的位置或确定主阀的位置，主阀流体地联接到由阀驱动器形成的导阀。在用于确定阀驱动器的位置的传感器器件的一个构造中，传感器器件确定提供至阀驱动器的电变量，例如，如电压或电流，或传感器器件基于电机测量原理确定阀驱动器的移动或变形。在用于确定导阀或移动联接到阀驱动器的主控制阀的位置的传感器器件的一个构造中，优选地应用电机(电阻跟踪器、电位计)或电磁(霍尔传感器)测量原理，在其中导阀或主阀的阀体的移动转换成电测量信号。类似地，这适用于确定流体地联接到可由主阀促动的导阀的主阀的位置的传感器器件的构造。在本例中，流体传递路径实际上互连在导阀与主控制阀之间，其因此流动到传感器器件的传感器信号中，且因此也是控制电路的监测功能的构件。

在本发明的另一个构造中，控制电路具有存储器电路，在其中储存有设有时间戳的状态值和/或传感器信号和/或特征值，且控制电路设计成将当前状态值和/或传感器信号和/或特征值与储存的状态值和/或传感器信号和/或特征值相比较。确定的状态值和/或传感器信号和/或特征值优选地设有时间戳来用于随后在控制电路中处理，其中该时间戳例如可链接至控制电路的内部系统时钟，使得储存值的明确时间分配是可能的。时间戳允许了关于相应的特征值何时被确定的报告，以便允许状态值基于更当前或当前特征值的时间差异的尽可能精确的计算。

本发明的目的利用根据本发明的方法实现。由此提供了以下步骤：电源与阀驱动器之间的电能流由控制电路作为移动信号的函数而间断释放，借助于传感器器件确定源与阀驱动器之间的能量流的物理变量，以及将取决于确定的物理变量的传感器信号提供至控制电路，基于传感器信号和来自以下集合的物理变量中的至少一个特征值来确定阀驱动器的状态值：控制电路中的能量流持续时间、能量流电压、能量流电流、流体压力(流体输入压力、流体输出压力)，且将状态值提供至分配给控制电路的总线接口。

在本发明的另一个改型方案中，传感器信号的时间进程和/或至少一个特征值的时间进程的评估(具体是确定极限值或梯度)，在控制电路中执行，以确定状态值。

在该方法的另一个改型方案中，用于确定状态值的控制电路在设计成用于与上级控制装置通信的总线接口处，以及在设计成用于传感器器件的直接连接的传感器接口处，执行信号输入的查询。

在本发明的另一个改型方案中，在确定状态值时，控制电路考虑了提供至总线接口的位置传感器的位置信号，所述位置传感器设计成确定促动器的位置。

在本方法的另一个改型方案中，确定阀驱动器的位置，或确定流体地联接到由阀驱动器形成的导阀的主阀的位置，利用传感器器件执行。

在本方法的另一个改型方案中，控制电路执行具体设有时间戳的状态值和/或传感器信号和/或特征值与当前状态值和/或传感器信号和/或特征值的比较，且在存在可预先限定的偏差时将诊断信号提供至总线接口。

附图说明

附图中示出了本发明的有利实施例，在附图中：其示出了：

图1为具有上级控制装置、上级总线通信系统和下级总线通信系统和阀布置的流体系统的示意图，其包括控制装置和阀装置以及多个促动器和分配的传感器，

图2为图1的断面示图，具有阀布置至上级总线通信系统的备选联接，

图3为包括可独立于彼此促动的八个压电阀和可由压电阀气动地促动的四个主阀的阀布置的示意图，

图4为图3中呈现的阀布置的特定实施例的透视图，

图5为来自图4的传感器器件的平面示意图，

图6为阀布置的第二实施例的示意性功能示图，以及

图7为阀装置的第三实施例的平面示意性功能示图。

具体实施方式

图1中示意性地呈现的流体系统1包括上级控制装置2、上级总线通信系统3、总线联接器4、下级总线通信系统5、阀布置6和多个促动器7,8、分配至促动器7,8的外部传感器装置9到12、以及输入/输出模块15,16。

例如，此类型的流体系统1可用在复杂处理机器中来用于自动化目的(未更详细呈现)，例如，以借助于促动器7,8来间断地伸展或输送工件(未呈现)。为了协调此类型的处理机器中的独立过程，提供了设计成例如用作存储器可编程控制器(MCU)的上级控制装置2，其连接到上级总线通信系统3，以便与多个总线参与者通信。例如，总线参与者是电机控制器(未呈现)，以用于促动电驱动电机(也未呈现)，或总线联接器4，其设计成并入到复杂结构的子构件的流体系统1中，例如，如阀布置6。此类型的复杂的子构件可与独立于上级总线通信系统3的总线通信协议的单独的内部总线通信协议一起操作，以便寻址(address)下级总线通信系统5内的多个总线参与者。尽管上级总线通信系统3通常是根据一个常规现场总线标准的现场总线系统，但下级总线通信系统5通常是针对下级总线通信系统5的总线参与者的要求单独地定制的专用总线通信协议。

在本例中，设计为阀布置6的仅单个总线参与者连接到下级总线通信系统5来用于图形清晰的目的，其结构和功能在下文中更详细阐释。阀布置6包括控制装置17以及指定为阀装置18的阀控制器。例如，控制装置17和阀装置18设计成在结构上与彼此分开，且包括在未更详细呈现的壳体中。在本例中，控制装置17用于促动多个阀装置18，然而为了清楚起见，仅呈现了其中的一个。通信连接设在控制装置17与阀装置18之间，其例如借助于连接线缆19来实施。例如，通信连接可设计为数字串行数据通信，具体是根据SPI标准(串行外围接口)的，以用于控制装置17与阀装置18之间的双向通信。

控制装置17设计为电子电路且具有布置在印刷电路或电路板上的多个电子构件。下文更详细描述的电子构件具有针对控制装置17的功能范围的基本重要性，此外并未在下文中更详细描述的电子和电气构件用作外围设备(periphery)，且例如确保了供电以及下文所述的电子构件之间的内部和外部电子通信。例如，控制装置17包括作为总线接口的电子通信构件20，其提供成接收、处理和传递数据，该数据经由下级总线通信系统5来提供。为此，例如，通信构件20连接到总线联接器4和输入/输出模块16二者，其设计成用于连接到下级总线通信系统5。电子通信构件20可检查经由下级总线通信系统5到达的数据，以确定这些数据是否可能旨在用于控制装置17。电子通信构件20也可将数据发送至下级总线通信系统5，以便例如将关于控制装置17和连接到其的构件的功能的状态通知传递至控制装置2。电子通信构件20也可将数据传递至下级总线通信系统系统5的其它参与者，其提供成影响(具体是控制或参数化)这些附加的总线通信参与者。假设通信构件20可从数据推断在控制装置17处引导的信息，其经由下级总线通信系统5到达，则所述通信构件可将该信息传递至处理装置21。

例如，处理装置21设计为具体以微控制器或微处理器的形式的计算单元，且包括并未进一步详细呈现的存储器装置。处理装置21的目的在于处理数据，其一方面由电子通信构件20提供，且另一方面由连接装置22-25和连接到其的阀装置18提供。处理装置21的基本目的在于将移动命令与经由下级总线通信系统5传递且由通信构件20提供的数据隔离开，这描述了假定由阀装置18促动的促动器8的特殊移动。当此类型的移动命令到达时，处理装置21首先确定促动器8的当前状态。例如，这通过来自外部传感器装置和来自分配至阀装置18的传感器器件的传感器信号在处理装置21中处理。

基于连接的促动器8的当前状态的该确定，处理装置21可在随后的工作步骤中产生对于连接的促动器8的移动简况(movement profile)，所述移动简况随后提供到至少一个阀装置18。例如，移动简况是连接的促动器8的暂时移动过程的具体规定，其在阀装置18中转换成控制信号来释放对应的流体电流，其假定由连接到阀装置18的独立阀释放，且可用于促动器8。至少一个控制算法优选地储存在未呈现的处理装置21的存储器装置中，利用其的帮助，可执行促动器8的控制，具体是位置控制。在本例中，至少一个储存的控制算法可优选地参数化，以便使其适于连接的促动器8的性质。出于此目的，处理装置21可经由下级总线通信系统5，借助于电子通信构件20和总线联接器4，经由连接到总线联接器4的适合的输入装置来促动。例如，输入装置是个人计算机，具体是笔记本计算机。对于总线联接器4和/或处理装置21，特别有利的是包括网络浏览器，其根据预先限定的协议，提供用于连接的输入装置的操作者面板，输入装置具体是用于相关参数的输入屏幕的形式。

控制装置17还包括至少一个压力传感器，具体是供应压力传感器26和环境压力传感器27。供应压力传感器26以并未进一步详细呈现的方式连接到流体供应线，其提供成将流体电流提供至未呈现的阀，该阀连接到阀装置18。环境压力传感器27具有确定控制装置17的环境中的环境压力的目的。例如，供应压力传感器26和环境压力传感器27设计为绝对压力传感器，使得压力测量相对于内部真空在相应的压力传感器中执行。这在阀装置18也与下文进一步详细描述的绝对压力传感器配合时是特别有利的。

在图1中也示意性地呈现的阀装置18包括设计为计算单元的处理器件28，具体是微控制器或微处理器，所述处理器件布置在印刷电路29上。例如，印刷电路29生产为具有由柔性材料复合物制成的电导线路径的电路板(未进一步详细呈现)，且因此例如可在弯曲边缘30和31处弯曲90度，以便确保有利地整合到下文进一步详细描述的阀模块中。印刷电路29由提供的弯曲边缘30和31分成三个区域32,34,35，其中另一个划分也可选择，或可省去印刷电路29的弯曲。例如，连接区域设计在印刷电路的第一区域32中，其包括多个导电连接触头33，其提供成用于与未呈现的阀的电气连接。在第二区域中，处理器件28布置成带有并未进一步详细呈现的电气和(如果需要)电子外围设备，其中该外围设备具体可为电气和电子构件，如电阻器、电容器或集成电路。例如，电气输出级布置38也可设在第二区域34中，其电气联接到处理器件28，且其在电气信号由处理器件28施加时，可将对应的电力提供至相应的连接触头33，以便电气促动未呈现的连接到其的阀。

两个压力传感器36,37布置在印刷电路29的第三区域35中，其优选地设计为绝对压力传感器，且设计成确定具体是在阀模块的工作输出处的流体压力。并未进一步详细呈现的用于位置传感器的电气连接40也设在第三区域35中，借助于其，例如，可确定气动引导操作的主阀的位置。

处理器件28设计成经由传导的(例如，有线的)通信连接39来与处理装置21通信。通信连接39经由连接线缆19引导至控制装置17的连接装置22-25中的一个。通信连接39优选地根据SPI协议在处理器件28与处理装置21之间双向地执行。在本例中，处理器件28具体可从处理装置21接收控制命令，以便将它们局部地原地转换成用于阀(未呈现)的控制信号，该阀通过对应的处理、具体是使用储存的或永久地编程的算法来连接到连接触头33。处理器件28也设计成处理传感器信号，其由压力传感器36和37以及由未呈现的位置传感器来提供，该位置传感器连接到电气连接40。用于基于压力传感器36和37的信号的阀的压力控制和/或用于基于连接到电气连接40的位置传感器的信号的阀的位置控制例如由此可由处理器件28来执行，这导致了连接到连接触头33的且其并未呈现的阀的对应促动。

除处理器件28中的直接处理之外，由连接的传感器(具体是压力传感器36,37和至连接40的位置传感器)提供的传感器信号可经由至处理装置21的通信连接39来提供为原始数据或原始信号。处理装置21设计成使得其也可基于此类原始数据或原始信号来应用控制算法，如果需要，则链接至外部传感器装置9,10的传感器信号，其经由下级总线通信系统5提供，以便例如执行用于连接的促动器7或8中的一个的位置控制。在本例中，例如，位置传感器9到12布置在促动器7和促动器8两者上，其例如提供成确定设计为气动缸的促动器7,8的活塞45或46的位置。在本例中，位置传感器9和10经由外部输入/输出模块15联接到上级总线通信系统3。因此，这些位置传感器9和10的位置信号经由上级总线通信系统3、总线联接器4和下级总线通信系统5以及通信构件20传递至处理装置21。然而，位置传感器11和12连接到内部输入/输出模块16，其经由下级总线通信系统5与通信构件20直接地通信，由此在传感器与处理装置21之间可确保特别短的信号运行时间。

在图2中，备选的连接器件提供成用于阀布置6，在其中提供了在控制装置2、阀布置6和输入/输出模块15之间的直接通信。为此，根据图1的电子通信构件20改造成使得实现控制装置2与阀布置6之间的直接通信。在没有关于总线通信协议的选择的对于流体系统所需的可变形性时，该结构(structuring)是优选的，但相反，阀布置6总是连接到相同的上级总线通信系统3。

图1中呈现的阀布置6的示例性应用在图3中呈现。阀布置6电气连接到阀片50，且提供成例如电促动八个压电阀51a到51h。压电阀51a到51h以并未进一步详细呈现的方式分别电气连接到图1中呈现的阀布置6的连接触头33，且因此可由处理器件28独立地供应以电能。例如，在根据图3的实施例中，压电阀51a到51h中的两个安置在共同的收纳盒52a到52d中，其中在收纳盒52a到52d中的各个中，可预先限定的气动压力水平存在，其可由安置在对应的收纳盒52a到52d中的压电阀51a到51h释放，以提供至连接点53a到53h。在本例中，收纳盒52b和52c提供成用于施加供应压力，其由气动源54提供。相比之下，两个收纳盒52a和52d以连通方式连接到环境压力，且用于排放加压流体。第一连接点53a优选地与第三连接点53c气动连接，且第二连接点53b优选地气动地连接到第四连接点53d，且分别形成工作连接55a或55b。第五连接点53e优选地与第七连接点53g气动地连接，且第六连接点53f优选地气动地连接到第八连接点53h，且分别形成工作连接55c或55d。供应压力或环境压力因此可施加在工作连接55a到55d处。

例如，工作连接55a到55d连接到气动引导控制的主阀56a到56d，以便将例如设计为2-2通阀(2-2-way valve)的这些主阀56a到56d在第一开关位置与第二开关位置之间可选地切换，且因此实现加压流体可选地提供至流体消耗物(未呈现)或从流体消耗物排放，该流体消耗物可连接到输出连接74a,74b。

例如，压力传感器36或37分配至工作连接74a,74b中的各个，以便能够将电压力信号经由工作连接74a,74b处施加的压力水平提供至阀装置18的处理器件28。位置传感器41到44也分配至主阀56a到56d中的各个，其设计成确定相应的主阀56a到56d的开关位置。在未呈现的另一实施例中，气动引导控制的主阀可以以其它开关构造来设计，具体是作为3-2通阀(3-2-way valve)，作为5-2通阀(5-2-way valve)或作为比例阀。

图4示出了图3中呈现的阀片50的实际的实施例，其机械和流体结构从本文中整体并入的文件EP 2 549 125 A1获知，其中为了概述，在下文中执行了已知阀片的基本元件的简述。在文件EP 2 549 125 A1中使用的参考数字在本文中适用于本附图描述中的参考数字。

阀片50包括阀模块57和主阀模块58，这两者例如都设计为正方形的。设计为扁插头61,62的接触器件在阀片50的窄侧59,60处凸出，其中扁插头61电气分配至阀模块57，且扁插头62电气分配至主阀模块58。主阀模块58由排列成与根据图4的图示的切割平面正交的多个凹口63,64,65穿透，其具有排列成一排的多个阀片50，设计为用于主阀56a到56d的流体供应和流体排放的连续通道。类似地，阀模块57由凹口穿透，其提供成用于压电阀51a到51h的流体供应和排放，且其在图4中不可辨别。

阀模块57由弹性锁扣凸片66连接到主阀模块58，该弹性锁扣凸片66设计在布置于阀模块57与主阀模块58之间的连接部分67处。锁扣凸片66包括凹口68，其适于阀模块57和主阀模块58上的锁扣凸起69,70，且其设计为与这些锁扣凸起69,70正联接。除主阀模块58与阀模块57的机械联接之外，连接部分67用于将分配至主阀模块58的位置传感器(图5中未进一步详细地示意性呈现)电联接到根据图3的处理器件28(图4中未进一步详细呈现)上。此外，位置传感器的信号可提供至扁插头62。图1中呈现为具有电气连接40的印刷电路29的第三区域35优选地布置在连接部分67中，以便确保位置传感器至处理器件28的简单电气联接。

具有用于压电阀51a到51h的电气供应的导电连接触头33的图1中呈现的印刷电路29的第一区域32布置在面对主阀模块58的阀模块57的窄侧上。印刷电路29的第二区域34在第一区域32与第三区域35之间延伸，由此实现印刷电路29紧凑集成到阀模块57中。例如，具有柔性电路区段的印刷电路的三个区域32,34和45(所谓的“柔性印刷”)电气且机械连接到彼此。使用扁插头61，阀布置可连接到未呈现的总线联接器，以用于与也未呈现的控制装置通信。

阀模块57和主阀模块58的结构从根据图4的截面图中更详细显现。例如，四个阀芯72a到72d收纳在阀模块57的阀壳体71中的收纳盒52a到52d中，其中阀芯72a到72d中的各个分别包括两个压电阀51a到51h。

例如，四个主阀56a到56d布置在主阀壳体73中，其设计成在输出连接74a,74b处可选地提供供应压力或环境压力。

设计为电路板的印刷电路29的第三区域35的区段80在图5的示意图中的平面图示中示出。该区段80由开孔81穿透，该开孔81设计成用于阀模块57的阀中的一个与主阀模块58的阀中的一个之间的流体连接，且其出于定向目的也描绘到图4中。螺旋导线布置82设计在图5中呈现的区段80的主表面中的一个上，所述导线布置传导地连接到并未进一步详细呈现的电路板29上的电子构件上，且其布置成与开孔81至少大致同心。螺旋导线布置82用作检测线圈，以确定分配的主阀56a,56b,56c或56d的轴向位置。使用检测线圈的传感器装置在文件PCT/EP2012/003051中公开，其通过明确引用成为本公开内容的主题。分配的主阀56a,56b,56c或56d的冲程位置的精确确定可利用集成到电路板29中的螺旋导线布置82基于成本效益合算的制造模式来执行。

在并未进一步详细呈现的螺旋导线布置的变型方案中，开孔布置在螺旋导线布置的边缘区域中，使得其例如仅由螺旋导线布置的一些绕组、具体是仅由最后的绕组包绕，由此可实现用于预期测量目的且不同于螺旋导线布置中的开孔的同心布置的测量特征优点。

指定为阀装置88的阀控制器的图6中呈现的第二实施例包括指定为处理器件89的控制电路以及输出级布置90，所述阀控制器可集成到流体系统1中，替代阀装置18。例如，处理器件89和输出级布置90设计为分离的集成电路，其布置在共同的印刷电路91上，且电气连接到彼此。

在本例中，处理器件89具有用于经由连接线缆19与图1中呈现的处理装置21具体根据SPI总线协议双向通信的数字接口92。

处理器件89还包括传感器接口93，其设计成用于外部传感器器件94的连接。仅举例来说，外部传感器94设计为电流传感器，其循环到输出级布置90与例如设计为压电阀96的阀驱动器之间的连接线95中。在本例中，由传感器器件94提供的电传感器信号(在传感器器件94中，其具体是模拟信号)直接地提供至传感器接口93。传感器器件94优选地布置在与处理器件89和输出级布置90相同的印刷电路91上。

传感器信号还进一步以模拟或数字方式在处理器件89中处理，其中优选地提供数字进一步处理。处理器件89还包括计算单元97、存储器电路98和时钟99。计算单元97提供成处理传感器器件94的到来的传感器信号，且在此处理期间追溯到由时钟99提供的时钟信号，以便例如实现传感器信号的暂时处理的分析。计算单元97还设计成基于时钟99的时钟信号向选择的或所有的传感器信号和/或处理的传感器信号的结果提供有时间戳，且将它们储存在存储器电路98中。

基于目前到来的传感器信号以及时钟99的时钟信号，且如果需要，考虑储存的传感器信号和/或来自处理的传感器信号的结果，计算单元97可通过应用永久编程或可自由预先限定的算法来确定状态值，所述状态值反映以压电阀96的形式连接的阀驱动器的状态。确定的状态值可储存在存储器电路98中，优选地将确定的状态值提供至数字接口92，从而所述状态值可传递至处理装置21。此外，计算单元97设计成将到达数字接口92的移动信号转换成用于输出级布置90的控制信号，该移动信号也指定为移动简况且可由处理单元21提供，且该控制信号经由信号接口具体以单向通信手段来提供至输出级布置90。此外或作为备选，计算单元97可设计成执行基于永久编程或可自由预先限定的移动程序将控制信号提供至输出级布置90。

此外且因此仅以虚线图指示，处理器件88可配备有附加的接口100。外部传感器器件101(例如，限制开关(位置发射器))可借助于用于主阀的位置确定的传感器线102连接到该附加接口100。由外部传感器器件101提供的传感器信号可在确定处理器件89中的状态值时被考虑。

图7中呈现的阀装置108类似地如阀装置88那样设计为阀控制器，且与阀装置88的差别在于处理器件109和输出级布置110在共同的硅载体上构造为集成电路。阀装置108可集成到流体系统1中，替代阀装置18。不同于输出级布置90，输出级布置110包括集成电流传感器111以及集成电压传感器112，借助于其，电压电流进程(voltage-current course)可直接在用于设计为压电阀的阀驱动器116的输出级布置110中确定，且可经由双向内部通信连接113来提供至处理器件109的计算单元117。电流传感器111和电压传感器112的传感器信号的处理在此以与结合处理装置88已经描述的相同方式发生，优选地考虑时钟119的时钟信号，以便确定状态值，且以便提供状态值至数字接口114。此外或作为备选，具体设有时间戳且储存在存储器电路118中的传感器信号也可在确定状态值时考虑到。可预先限定的电流(能量流电流)优选地在可预先限定的时间段(其也指定为能量流持续时间)内提供至阀驱动器，且电压(能量流电压)优选地在该时间段开始之前和结束之后在阀驱动器116处确定，以便能够计算状态值。

此外且因此仅以虚线图指示，处理器件108可配备有附加的接口120。外部传感器器件121(例如，限制开关(位置发射器))可借助于用于主阀的位置确定的传感器线122连接到该附加接口120。由外部传感器器件121提供的传感器信号可在确定处理器件109中的状态值时考虑。

输出级布置90和110优选地设计为恒定的电流源，且具体提供成用于压电促动器的促动。因此，已知恒定电流，优选地可通过确定能量持续时间(即，可基于时钟信号来确定的一个或多个时间段，其中电荷输送从未呈现的电源到阀驱动器或沿相反方向执行)来确定状态值，该恒定电流由相应的输出级布置90,110放出。此外，处理器件89,109可设计成用于确定时间段，其中超过了由阀驱动器96,116的对应充电引起的一个或多个可预先限定的负载阈值，以便允许该信息流入状态值的计算中。

Claims (13)

1.一种用于以控制电路(28;89;109)电促动至少一个阀驱动器(51a到51h;116)的阀控制器，所述控制电路设计成影响电源与所述阀驱动器(51a到51h;116)之间的电能流动且其包括用于与上级控制布置(2)通信的总线接口(20)，且还包括传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)，其设计成确定可由电促动所述阀驱动器(51a到51h;116)而改变的物理变量，且设计成用于将取决于所述确定的物理变量的传感器信号提供至所述控制电路(28;89;109)，其中，所述控制电路(28;89;109)设计成基于所述传感器信号且基于来自以下集合的物理变量的至少一个特征值来确定所述阀驱动器(51a到51h;116)的状态值：能量流持续时间、能量流电压、能量流电流、流体压力、流体体积流，且设计成将所述状态值提供至所述总线接口(20)，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)设计成通过评定信号传感器的时间进程的极限值或梯度和/或通过评定所述至少一个特征值的时间进程的极限值或梯度来确定所述状态值。

2.根据权利要求1所述的阀控制器，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)除所述总线接口(20)外还具有用于所述传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)的直接连接的传感器接口(40;93)和用于所述阀驱动器(51a到51h;116)的直接促动的电输出级(38;90;110)。

3.根据权利要求1所述的阀控制器，其特征在于，具有用于所述阀驱动器(51a到51h;116)的直接促动和状态监测的集成传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)的电输出级(38;90;110)分配至所述控制电路(28;89;109)。

4.根据权利要求2或3所述的阀控制器，其特征在于，所述电输出级(38;90;110)设计为用于压电促动器的促动的高压驱动器级。

5.根据权利要求2或3所述的阀控制器，其特征在于，所述电输出级(38;90;110)与所述控制电路(28;89;109)一起设计为单件集成电路。

6.根据权利要求1所述的阀控制器，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)在确定所述状态值时构造成结合提供至所述总线接口(20)的通信信号，具体是位置传感器(41,42,43,44)的位置信号，其设计成确定促动器的位置。

7.根据权利要求1所述的阀控制器，其特征在于，所述传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)设计成确定所述阀驱动器(51a到51h;116)的位置，或确定主阀(56a,56b,56c,56d)的位置，所述主阀流体地联接到由所述阀驱动器(51a到51h;116)形成的导阀(52a,52b,52c,52d)。

8.根据权利要求1所述的阀控制器，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)具有存储器电路(98)，在其中储存具体设有时间戳的状态值和/或传感器信号和/或特征值，且在于，所述控制电路(28;89;109)设计成将当前状态值和/或传感器信号和/或特征值与储存的状态值和/或传感器信号和/或特征值相比较。

9.一种用于操作阀控制器的方法，所述阀控制器由控制电路(28;89;109)提供有作为可预先限定的移动信号的函数的电能流，具有以下步骤：由控制电路(28;89;109)作为移动信号的函数来间断释放电源与阀驱动器(51a到51h;116)之间的电能流，借助于传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)确定源与阀驱动器(51a到51h;116)之间的能量流的物理变量且将取决于所述确定的物理变量的传感器信号提供至所述控制电路(28;89;109)，基于所述传感器信号和来自以下集合的物理变量的至少一个特征值确定所述阀驱动器(51a到51h;116)的状态值：所述控制电路(28;89;109)中的能量流持续时间、能量流电压、能量流电流、流体压力(流体输入压力、流体输出压力)，以及将所述状态值提供至分配至所述控制电路(28;89;109)中的一者的总线接口(20)，其特征在于，所述传感器信号的时间进程的极限值或梯度的评估和/或所述至少一个特征值的时间进程的极限值或梯度的评估在所述控制电路(28;89;109)中执行来确定所述状态值。

10.根据权利要求9所述的用于操作阀控制器的方法，其特征在于，用于确定所述状态值的所述控制电路(28;89;109)在设计成用于与上级控制装置通信的总线接口(20)处，以及在设计成用于传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)的直接连接的传感器接口(40;93)处执行信号输入的询问。

11.根据权利要求10所述的用于操作阀控制器的方法，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)在确定所述状态值时考虑了提供至所述总线接口(20)的位置传感器(41,42,43,44)的位置信号，所述位置传感器设计成确定促动器的位置。

12.根据权利要求9或10所述的用于操作阀控制器的方法，其特征在于，利用所述传感器器件(41,42,43,44;94;111,112)执行所述阀驱动器(51a到51h;116)的位置的确定，或执行流体地联接到由所述阀驱动器(51a到51h;116)形成的导阀(52a,52b,52c,52d)的主阀(56a,56b,56c,56d)的位置的确定。

13.根据权利要求9、10或11所述的用于操作阀控制器的方法，其特征在于，所述控制电路(28;89;109)执行状态值和/或传感器信号和/或特征值与当前状态值和/或传感器信号和/或特征值的比较，且在可预先限定的偏差存在时将诊断信号提供至所述总线接口(20)。

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