CN111649027A - 用于检测电磁换向阀卡阀的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测电磁换向阀卡阀的装置和方法，电流检测单元对电磁线圈的得电过程、连续得电过程和失电过程中的电流变化趋势和大小进行采样处理；卡阀判断单元与预设参数作对比，若在预设参数范围内，输出正常信号；若超出，则输出故障信号；逻辑控制单元控制功率开关器件的通断；检测电磁换向阀卡阀的方法：对电磁线圈的回路电流的变化趋势和大小进行采样；若为故障，则断开电磁线圈；若不属于故障，保持导通。本发明采用直接检测电磁线圈回路电流的方法，通过对比电磁换向阀作动正常和异常时其电磁线圈回路电流变化的趋势和大小，来达到检测电磁换向阀作动是否正常的目的。

Description

用于检测电磁换向阀卡阀的装置和方法

技术领域

本发明涉及电磁换向阀领域，具体地说是一种用于检测电磁换向阀卡阀的装置和方法。

背景技术

电磁换向阀作为一种可控制液压油等介质流动方向和通断的液压元件，在注塑机、机床、工程机械等主机上应用非常普遍，且不可或缺。电磁换向阀在工作过程中，往往由于主机的工况差别、介质老化，内部磨耗，外部杂质渗入等因素的影响，电磁换向阀的阀芯会出现卡紧现象，导致无法换向，从而直接影响主机的工作状况，甚至是致命的影响；由此，检测电磁换向阀卡阀，作出故障预警显得非常重要。

目前现有的检测电磁换向阀卡阀比较常见的是外加一个接近开关，即通过对换向阀结构的设计,使阀芯在换向过程中，触发接近开关，来达到对阀芯在换向过程中某个位置点的通断进行检测。

虽然以上装置可以检测电磁换向阀的卡阀故障，但还是有许多不足：

外加一个接近开关，同时还需重新定义换向阀的结构，成本增加；

接近开关与电磁换向阀连接，增大了电磁换向阀的体积，如果需双向检测，体积更大，安装不便；

由于接近开关只对阀芯的某个位置点检测，检测范围小。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种用于检测电磁换向阀卡阀的装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案电磁换向阀包括电磁线圈、电磁铁、滑柱、复位弹簧、阀体和封头等，包括检测回路，所述检测回路设有电流检测单元、卡阀判断单元、逻辑控制单元和报警输出单元，其中：

电流检测单元对电磁线圈的得电过程、连续得电过程和失电过程中的电流变化趋势和大小进行采样处理；

卡阀判断单元接受电流检测单元采集的数据，与预设参数作对比，若在预设参数范围内，输出正常信号至逻辑控制单元；若超出预设参数范围，则输出故障信号至逻辑控制单元；

逻辑控制单元发送控制信号并控制功率开关器件的通断；

报警输出单元接受逻辑控制单元发出的报警信号，对电磁换向阀的作动异常进行报警输出。

其中，还包括主回路，主回路包括用于限流的缓冲电路、用于滤除杂波、干扰信号的滤波电路、稳定电压的稳压电路和功率开关器件，其中：功率开关器件与电磁线圈连接，并接受逻辑控制单元的控制，功率开关器件接通电源，电源通路上设有缓冲电路；在功率开关器件的正负极之间还设有滤波电路、稳压电路。

其中，当逻辑控制单元接收到控制电磁线圈的得电信号时，逻辑控制单元发出一个控制信号，控制功率开关器件导通，电磁线圈得电；

在电磁线圈得电过程和连续得电过程中，接收到卡阀判断单元发出的正常信号时，逻辑控制单元保持发送控制信号不变，功率开关器件持续导通；、在接收到卡阀判断单元发出的故障信号时，逻辑控制单元停止发送控制信号，功率开关器件断开，电磁线圈失电，同时逻辑控制单元发送一个报警信号给报警输出单元。

其中，当逻辑控制单元接收到控制电磁线圈的失电信号时，逻辑控制单元停止发送控制信号，控制功率开关器件断开，电磁线圈失电；

在电磁线圈失电过程中，接收到卡阀判断单元发出的正常信号时，逻辑控制单元不变化；

在接收到卡阀判断单元发出的故障信号时，逻辑控制单元发送一个报警信号给报警输出单元。

其中，电源为驱动检测装置和电磁线圈提供电动势，通过开关SB1进行通断控制。

本发明还提供一种检测电磁换向阀卡阀的方法：

对电磁线圈的得电过程、连续得电过程和失电过程中的回路电流的变化趋势和大小进行采样；

将所得到的数据和预设参数作对比，判断是否属于故障；

若为故障，则断开电磁线圈；若不属于故障，则保持导通。

进一步地，取电磁线圈得电过程中的一段时间内，采集此时间内流经电磁线圈的回路电流值，并判断；若电流的变化先呈递增趋势，再呈递减趋势，且递减的最小电流值Ia在预先设定的参数的范围内，则为正常，使电磁线圈15持续得电；

若电流的变化一直呈递增趋势或者先呈递增趋势，再呈递减趋势，但递减的最小电流值＞1.1Ia时，则为故障，使电磁线圈失电，并报警。

进一步地，当电磁线圈得电时间大于一段时间时，对流经电磁线圈的回路电流值采用周期性的采样，如电流Ii在预先设定的参数范围内，则为正常，电磁线圈持续得电；如回路电流的变化超出了Ii的±10％的范围时，则为故障，电磁线圈失电，并报警。

进一步地，在电磁线圈失电过程中的一段时间内，连续采集此时间段内流经电磁线圈的反向电流值，若反向电流的变化先呈递减趋势，再呈递增趋势，且递增的最大反向电流值Ib在预先设定的参数范围内，则为正常；若反向电流的变化一直呈递减趋势或者先呈递减趋势，再呈递增趋势，但递增的反向最小电流值＜0.9Ia时，则为故障并报警。

和现有技术相比，本发明采用直接检测电磁线圈回路电流的方法，通过对比电磁换向阀作动正常和异常时其电磁线圈回路电流变化的趋势和大小，来达到检测电磁换向阀作动是否正常的目的，同时还可检测电磁线圈本身性能的好坏，具有体积小，成本低，功能全面，性能稳定。

本发明中，检测装置采用集成电路技术，可集成在电磁线圈的插头上，具有体积小，成本低，性能稳定。采用直接检测电磁线圈电流的变化来监测卡阀，稳定性好，还可同时检测线圈性能的好坏，功能性强。通过直接检测电磁线圈电流的变化来监测卡阀进行故障输出，可实现联网控制，自动化程度高。通过对电磁线圈其回路电流变化的一个范围进行分析判断，提高了电磁换向阀在换向过程中卡阀检测的范围。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为电磁换向阀正常作动时，其回路电流的变化曲线和衔铁的运动行程s的变化曲线图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1，图1展示的是本发明的一个实施例。本实施例中的电磁换向阀2为现有常见的二位四通电磁换向阀，其主要由电磁线圈15、电磁铁16、滑柱18、复位弹簧19和20、阀体21、封头22组成。

其工作原理是，当电磁线圈15得电，产生磁场作用于电磁铁16，其内部的衔铁17在磁场的作用下往左运动并推动阀芯18，阀芯18克服复位弹簧19的弹簧力往左运动，切换回路，同时衔铁17的运动行程s也逐渐往左增大；当电磁线圈15失电，磁场消失，阀芯18在复位弹簧19的作用下往右运动；切换回路，同时推动衔铁17运动，衔铁的运动行程s逐渐往右减小。

检测装置1与电磁线圈15连接，用来驱动电磁换向阀2作动，并检测电磁换向阀的是否作动正常，其主要组成如下：

本实施例中的检测装置1由主回路3和检测回路4组成：

其中，主回路3设有缓冲电路5、滤波电路6、稳压电路7和功率开关器件8：缓冲电路5用于检测装置1在工作过程中对流经该电路的电流进行限流(如外部的冲击电流，大电流的串入等)；

滤波电路6对流经该电路的电流进行杂波、干扰信号的滤除；

稳压电路7用于对驱动负载所需的电压进行稳定，防止因负载的变化、环境的变化等因素造成电压的波动；

功率开关器件8与负载电磁线圈15连接，用于对电磁线圈15的通断进行直接控制，功率开关器件的导通需要一个外部信号进行控制。

检测回路4设有电流检测单元9、卡阀判断单元10、逻辑控制单元11和报警输出单元12：

电流检测单元9用于对电磁线圈15的得电过程、连续得电过程和失电过程其回路电流的变化趋势和大小进行采样处理；电磁线圈15的一个工作循环中，其得电过程和失电过程为一次性动作，而连续得电过程是持续的，视工作时间的长短而定；当电流检测单元9监测到电磁线圈15的得电信号时(如SB2闭合)，电流检测单元9以SB2闭合的上升沿为触发信号，连续采集电磁线圈15得电过程的一段时间内的其回路电流的变化趋势和大小(如20ms)；当电流检测单元9监测到电磁线圈15的失电信号时(如SB2断开)，电流检测单元9以SB2断开的下降沿为触发信号，连续采集电磁线圈15失电过程的一段时间内的其回路电流的变化趋势和大小(如30ms)；当电磁线圈15在连续得电过程中，电流检测单元9可呈周期性的对其回路电流进行采样(如间隔100ms采集一次)。

卡阀判断单元10接受电流检测单元9采集的电磁线圈15得电过程、连续得电过程和失电过程其回路电流的变化趋势和大小数据，并与预先设定的参数做对比，如果采集到电流变化趋势和大小在预先设定的参数范围内，输出一个正常信号；如果采集到电流变化趋势和大小超出预先设定的参数范围，则输出一个故障信号。

逻辑控制单元11用于发送控制信号，控制功率开关器件8的通断，来达到控制电磁线圈15的通断；

当逻辑控制单元11接收到控制电磁线圈15的得电信号时(如SB2闭合)，逻辑控制单元11发出一个控制信号，控制功率开关器件8导通，电磁线圈15得电；在电磁线圈15得电过程和连续得电过程中，如接收到卡阀判断单元10发出的正常信号时，逻辑控制单元11保持发送控制信号不变，功率开关器件8持续导通；如接收到卡阀判断单元10发出的故障信号时，逻辑控制单元11停止发送控制信号，功率开关器件8断开，电磁线圈15失电，同时逻辑控制单元11发送一个报警信号给报警输出单元12。

当逻辑控制单元11接收到控制电磁线圈15的失电信号时(如SB2断开)，逻辑控制单元11停止发送控制信号，控制功率开关器件8断开，电磁线圈15失电；在电磁线圈15失电过程中，如接收到卡阀判断单元10发出的正常信号时，逻辑控制单元11不做变化；如接收到卡阀判断单元10发出的故障信号时，逻辑控制单元11发送一个报警信号给报警输出单元12。

报警输出单元12接受逻辑控制单元11发出的报警信号，对电磁换向阀2的作动异常进行报警输出(如输出开关信号，电源信号等)，使用者根据报警信号，对电磁换向阀2进行故障检修。

电源13作为外设，为驱动检测装置1和电磁线圈15提供电动势，可通过开关SB1进行通断控制。

经实测，给电磁线圈15一个通断的驱动电压时,电磁换向阀15正常作动，其回路电流的变化曲线和衔铁17的运动行程s的变化曲线如图2所示(图中粗实线)。

在电磁线圈的得电过程中：

给电磁线圈15一个阶跃变化的额定电压时(见U-t曲线的得电过程)，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈的回路电流I是逐渐增大的，而此时衔铁17还未动作。(见I-t和s-t曲线的区段1)

当电磁线圈的回路电流I逐渐增大，衔铁17由于磁力作用，开始往左运动并推动阀芯18做功，由于衔铁17的运动行程s逐渐往左增大，电磁线圈15的电感也变大，使得电磁线圈的回路电流I逐渐下降；当衔铁17的运动行程s达到最大Si时，电磁线圈的回路电流达到了一个最低值Ia。(见I-t和s-t曲线的区段2)

当衔铁17的运动行程s达到最大Si不在变化时，电磁线圈15的电感不在变化，电磁线圈的回路电流I逐渐增大至额定电流值Ii。(见I-t和s-t曲线的区段3)

然而，当电磁换向阀2在工作过程中，会因各种因素导致阀芯18出现卡紧情形。当阀芯18完全卡死，此时给电磁线圈15一个阶跃变化的额定电压时，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈的回路电流I是逐渐增大的；然而由于阀芯18完全卡死，衔铁17的运动行程s不变化，电磁线圈15的电感也不变，所以电磁线圈的电流I逐渐增大至额定电流Ii(见I-t曲线的虚线x段)，不会出现“区段2”所示的一个电流变小的过程。

当阀芯18卡紧在运动过程中，此时给电磁线圈15一个阶跃变化的额定电压时，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈的电流I是逐渐增大的；然而由于阀芯18在运动过程中卡死，衔铁17的最大运动行程s＜Si，电磁线圈15的电感达不到最大值，虽电磁线圈15的回路电流在“区段2”呈现下降趋势，但达不到最低电流Ia(见I-t曲线的u段)。

在电磁线圈的连续得电过程中：

当持续给电磁线圈15额定电压时，衔铁17已将阀芯18推动至最大位置，电磁换向阀15持续稳定工作，此时电磁线圈15达到额定电流值Ii并稳定下来(见I-t和s-t曲线的区段3)；如果由于电磁线圈绕组短路、断路、串入大电流等因素，会导致电流值Ii偏离稳定值。

在电磁线圈的失电过程中：

瞬间断开电磁线圈15的额定电压(见U-t曲线的失电过程)，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈会瞬间产生一个反向电流Ic，然后在逐渐变小，而此时衔铁17还未动作。(见I-t和s-t曲线的区段4)

在复位弹簧19的作用下，阀芯18推动衔铁17往右运动，衔铁17的运动行程s逐渐往右减小，电磁线圈15的电感也变小，使得电磁线圈的反向电流I逐渐增大；当衔铁17的运动行程s最小时，电磁线圈的反向电流达到了一个最大值Ib。(见I-t和s-t曲线的区段5)

当衔铁17的运动行程s达到最小不在变化时，电磁线圈15的电感也不在变化，电磁线圈的反向电流I逐渐减小至零。(见I-t和s-t曲线的区段6)

当阀芯18完全卡死，此时瞬间断开电磁线圈15的额定电压时，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈会瞬间产生一个反向电流Ic，然后在逐渐变小；然而由于阀芯18完全卡死，衔铁17的运动行程s不变化，电磁线圈15的电感也不变，所以电磁线圈的反向电流I逐渐减小至零(见I-t曲线的虚线y段)，不会出现“区段5”所示的一个反向电流变大的过程。

当阀芯18卡紧在运动过程中，此时瞬间断开电磁线圈15的额定电压时，由于电磁线圈的电感效应，电磁线圈会瞬间产生一个反向电流Ic，然后在逐渐变小；然而由于阀芯18在运动过程中卡死，衔铁17的运动行程s＞最小值，电磁线圈15的电感达不到最小值，虽电磁线圈15的反向电流在“区段5”呈现反向上升趋势，但达不到最大反向电流Ib(见I-t曲线的w段)。

参见图1，本实施例的检测方法具体操作如下。

电源13通过开关SB1接入检测装置1，电磁线圈15的引脚与检测装置1的功率开关器件8的输出端连接，控制电磁线圈15的通断指令通过开关SB2发出，故障输出14用于故障报警。

按下开关SB1，电源13的电动势与检测装置1接通；当按下SB2按钮，逻辑控制单元11发出控制信号，使功率开关器件8导通，此时电源13的电动势经过开关SB1、缓冲电路5、滤波电路6、稳压电路7、功率开关器件8与电磁线圈15相通，使得电磁线圈15得电。

在电磁线圈15得电过程中的一段时间内(本实施例采用20ms)，电流检测单元9以开关SB2闭合的上升沿为触发信号，连续采集此时间段内流经电磁线圈15的回路电流值，并经转化处理，传递给卡阀判断单元10；卡阀判断单元10对电流检测单元9采集的数据进行分析，如经分析得出电流的变化先呈递增趋势，再呈递减趋势，且递减的最小电流值Ia在预先设定的参数范围内(如，±10％)，则发出一个正常信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11则维持正常的控制信号给功率开关器件8，使功率开关器件8连续导通，电磁线圈15持续得电；如果分析得出电流的变化一直呈递增趋势或者先呈递增趋势，再呈递减趋势，但递减的最小电流值＞1.1Ia时，则发出一个故障信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11停止发送控制信号给功率开关器件8，功率开关器件8断开，电磁线圈15失电，同时逻辑控制单元11发出一个信号给报警输出单元12，进行故障报警。

当电磁线圈15得电时间＞20ms时，电流检测单元9对流经电磁线圈15的回路电流值采用周期性的采样方式(间隔100ms采样一次)，并经转化处理，传递给卡阀判断单元10，卡阀判断单元10对电流检测单元9采集的数据进行分析，如经分析得出电流Ii在预先设定的参数范围内(±10％)，则发出一个正常信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11则维持正常的控制信号给功率开关器件8，使功率开关器件8连续导通，电磁线圈15持续得电；如果分析得出其回路电流的变化超出了Ii的±10％的范围时，则发出一个故障信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11停止发送控制信号给功率开关器件8，功率开关器件8断开，电磁线圈15失电，同时逻辑控制单元11发出一个信号给报警输出单元12，进行故障报警。

当断开SB2按钮，逻辑控制单元11切断控制信号，功率开关器件8断开，使得电磁线圈15失电。

在电磁线圈15失电过程中的一段时间内(30ms)，电流检测单元9以开关SB2断开的下降沿为触发信号，连续采集此时间段内流经电磁线圈15的反向电流值，并经转化处理，传递给卡阀判断单元10；卡阀判断单元10对电流检测单元9采集的数据进行分析，如经分析得出反向电流的变化先呈递减趋势，再呈递增趋势，且递增的最大反向电流值Ib在预先设定的参数范围内(±10％)，则发出一个正常信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11不动作；如果分析得出反向电流的变化一直呈递减趋势或者先呈递减趋势，再呈递增趋势，但递增的反向最小电流值＜0.9Ia时，则发出一个故障信号给逻辑控制单元11，逻辑控制单元11发出一个信号给报警输出单元12，进行故障报警。

上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于检测电磁换向阀卡阀的装置，电磁换向阀包括电磁线圈、电磁铁、滑柱、复位弹簧、阀体和封头等，其特征在于：包括检测回路，所述检测回路设有电流检测单元、卡阀判断单元、逻辑控制单元和报警输出单元，其中：

电流检测单元对电磁线圈的得电过程、连续得电过程和失电过程中的电流变化趋势和大小进行采样处理；

卡阀判断单元接受电流检测单元采集的数据，与预设参数作对比，若在预设参数范围内，输出正常信号至逻辑控制单元；若超出预设参数范围，则输出故障信号至逻辑控制单元；

逻辑控制单元发送控制信号并控制功率开关器件的通断；

报警输出单元接受逻辑控制单元发出的报警信号，对电磁换向阀的作动异常进行报警输出。

2.根据权利要求1所述的用于检测电磁换向阀卡阀的装置，其特征在于：还包括主回路，主回路包括用于限流的缓冲电路、用于滤除杂波、干扰信号的滤波电路、稳定电压的稳压电路和功率开关器件，其中：功率开关器件与电磁线圈连接，并接受逻辑控制单元的控制，功率开关器件接通电源，电源通路上设有缓冲电路；在功率开关器件的正负极之间还设有滤波电路、稳压电路。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁换向阀卡阀的装置，其特征在于：当逻辑控制单元接收到控制电磁线圈的得电信号时，逻辑控制单元发出一个控制信号，控制功率开关器件导通，电磁线圈得电；

在电磁线圈得电过程和连续得电过程中，接收到卡阀判断单元发出的正常信号时，逻辑控制单元保持发送控制信号不变，功率开关器件持续导通；、在接收到卡阀判断单元发出的故障信号时，逻辑控制单元停止发送控制信号，功率开关器件断开，电磁线圈失电，同时逻辑控制单元发送一个报警信号给报警输出单元。

4.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁换向阀卡阀的装置，其特征在于：当逻辑控制单元接收到控制电磁线圈的失电信号时，逻辑控制单元停止发送控制信号，控制功率开关器件断开，电磁线圈失电；

在电磁线圈失电过程中，接收到卡阀判断单元发出的正常信号时，逻辑控制单元不变化；

在接收到卡阀判断单元发出的故障信号时，逻辑控制单元发送一个报警信号给报警输出单元。

5.根据权利要求2所述的用于检测电磁换向阀卡阀的装置，其特征在于：电源为驱动检测装置和电磁线圈提供电动势，通过开关SB1进行通断控制。

6.一种检测电磁换向阀卡阀的方法，其特征在于：

对电磁线圈的得电过程、连续得电过程和失电过程中的回路电流的变化趋势和大小进行采样；

将所得到的数据和预设参数作对比，判断是否属于故障；

若为故障，则断开电磁线圈；若不属于故障，则保持导通。

7.根据权利要求6所述的检测电磁换向阀卡阀的方法，其特征在于：

取电磁线圈得电过程中的一段时间内，采集此时间内流经电磁线圈的回路电流值，并判断；若电流的变化先呈递增趋势，再呈递减趋势，且递减的最小电流值Ia在预先设定的参数的范围内，则为正常，使电磁线圈持续得电；

若电流的变化一直呈递增趋势或者先呈递增趋势，再呈递减趋势，但递减的最小电流值＞1.1Ia时，则为故障，使电磁线圈失电，并报警。

8.根据权利要求6所述的检测电磁换向阀卡阀的方法，其特征在于：当电磁线圈得电时间大于一段时间时，对流经电磁线圈的回路电流值采用周期性的采样，如电流Ii在预先设定的参数范围内，则为正常，电磁线圈持续得电；如回路电流的变化超出了Ii的±10％的范围时，则为故障，电磁线圈15失电，并报警。

9.根据权利要求6所述的检测电磁换向阀卡阀的方法，其特征在于：在电磁线圈失电过程中的一段时间内，连续采集此时间段内流经电磁线圈的反向电流值，若反向电流的变化先呈递减趋势，再呈递增趋势，且递增的最大反向电流值Ib在预先设定的参数范围内，则为正常；若反向电流的变化一直呈递减趋势或者先呈递减趋势，再呈递增趋势，但递增的反向最小电流值＜0.9Ia时，则为故障并报警。

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