CN112540631A - 一种压力控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力控制器，包括气源接口、伺服阀、容腔、测量控制接口、气压传感器和电路控制系统；气源接口依次通过伺服阀连通容腔的一端；容腔的另一端连通测量控制接口；气压传感器安装在容腔内，并与电路控制系统电连接；电路控制系统还与伺服阀电连接；当气压传感器检测到容腔内压力低于目标压力时，电路控制系统控制伺服阀向容腔充气；当气压传感器检测到容腔内压力高于目标压力时，电路控制系统控制伺服阀从容腔中抽气；本发明通过气压传感器检测容腔内的气压，并通过电路控制系统根据检测结果控制伺服阀以使容腔内气压保持稳定，能够快速响应和精准控制容腔内气压，从而保证了压力控制器控制的精度、稳定和效率。
Description
技术领域
本发明涉及压力控制的技术领域，尤其涉及一种压力控制器。
背景技术
随着工业化的发展与普及，对于一些场所的压力控制的要求也越来越大，通常采用压力控制器来实现压力控制的自动调节，压力控制器可用于对感压元件无腐蚀作用的气体、液体或蒸汽等介质混合物场所实现压力自动控制。
压力控制器是工业过程测量与控制系统压力的一种专用仪表，其检测到压力达到设定值时即可对预置压力进行控制和报警。压力控制器可对测量设定的压力值进行有效的自控作用，所以广泛应用于生产加工工艺当中。更重要的是，压力控制器在压力测量过程中可以对压力上限进行报警，对过程生产控制起到保护的作用，减少人为不当操引起作的险情发生。
压力控制器内通常设有一气压发生单元，为了保证压力控制器测量与控制的准确性，保证气压发生单元生成气压的稳定准确至关重要。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种压力控制器，能够快速响应和精准控制气压发生单元产生的气压，使其保持稳定，从而保证了压力控制器控制的精度、稳定和效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种压力控制器，包括气源接口、气压发生单元、测量控制接口、气压传感器和电路控制系统；所述气压发生单元包括伺服阀和容腔；
所述气源接口依次通过所述伺服阀连通所述容腔的一端；所述容腔的另一端连通所述测量控制接口；所述气压传感器安装在所述容腔内，并与所述电路控制系统电连接；所述电路控制系统还与所述伺服阀电连接；
所述电路控制系统用于设置目标压力；当所述气压传感器检测到所述容腔内压力低于所述目标压力时，所述电路控制系统控制所述伺服阀向所述容腔充气；当所述气压传感器检测到所述容腔内压力高于所述目标压力时，所述电路控制系统控制所述伺服阀从所述容腔中抽气。
本发明的有益效果如下：
1、通过气压传感器检测容腔内的气压，并通过电路控制系统根据检测结果控制伺服阀以使容腔内气压保持稳定，能够快速响应和精准控制容腔内气压，从而保证了压力控制器控制的精度、稳定和效率；
2、气压传感器设置在气压稳定的容腔内，并通过测量控制接口检测外界气压是否高于容腔内的气压，避免使用气压传感器直接检测外界气压，防止外界气压剧烈变化或过高而导致气压传感器损坏。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述电路控制系统通过PID控制将所述容腔内的气压维持在所述目标压力。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过PID控制方式控制所述容腔内的气压，使容腔内的气压更稳定。
进一步，所述电路控制系统包括信号转换卡、CAN卡、主板和数据采集卡；
所述信号转换卡的输入端连接所述气压传感器的输出端，将所述气压传感器输出的电信号转化为CAN信号；
所述CAN卡的输入端连接所述信号转换卡的输出端，输出端连接所述主板，将所述信号转换卡输出的CAN信号输送给所述主板；
所述主板将来自所述CAN卡的信号与所述目标压力进行比较，并输出相应的控制信号；
所述数据采集卡连接所述主板、所述伺服阀和所述开关阀，将所述主板输出的控制信号由数字信号转换为模拟信号，并输送至所述伺服阀或所述开关阀。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过CAN总线的方式实现气压传感器和主板的连接，保证通讯的实时性，提高容腔气压控制的响应速度。
进一步，所述伺服阀内设置有位移传感器，所述位移传感器连接所述数据采集卡；所述位移传感器用于检测所述伺服阀的阀芯位移，并向所述数据采集卡反馈位移信号；所述数据采集卡将所述位移信号由模拟信号转换为数字信号，并送至所述主板。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过位移传感器可以检测伺服阀的位移并生成位移信号，作为第二层PID闭环控制的反馈信号将位移信号送至主板，使PID控制更稳定。
进一步，所述主板的型号为PC104。
进一步，还包括显示器，所述显示器连接所述主板；通过所述显示器可以设置所述目标压力。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过软件界面触屏控制容腔目标气压的设定，界面的设计可以采用专业的工业设计，并采用现场测试调查，可以保证界面设计的人性化和合理性。
进一步，还包括外部通信接口，所述外部通信接口连接所述主板；所述外部通信接口用于连接外部设备，可以通过所述外部通信接口设置所述目标压力。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过通信接口支持远程通讯和键盘鼠标等外设，提供了丰富的操作方式。
进一步，所述气源和所述伺服阀之间设置有开关阀，所述开关阀连接所述电路控制系统；所述电路控制系统控制所述开关阀通断。
进一步，所述气压传感器是高精度传感器。
附图说明
图1为本发明一种压力控制器的结构示意图；
图2为本发明一种压力控制器的气压发生装置的结构示意图；
图3为本发明一种压力控制器的电路控制系统的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、气源接口，2、气压发生装置，21、开关阀，22、伺服阀，23、容腔，3、测量控制接口，4、气压传感器，5、电路控制系统，51、信号转换卡，52、CAN卡，53、主板，54、数据采集卡，6、显示器，7、通信接口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种压力控制器，包括气源接口1、气压发生装置2、测量控制接口3。气压发生装置2连通气源接口1，气源接口1用于连接气源，气压发生装置2通过从气源中吸气或者将气体返还到气源中，来调整气压发生装置2生成的气压，最终使气压发生装置2生成目标气压。测量控制接口3连通气压发生装置2，测量控制接口3用于放置在待检测气体压力处，比较待检测气体压力和气压发生装置2生成的目标气压，当待检测气体压力达到气压发生装置2生成的目标气压时，压力控制器即可对压力进行控制和/或报警。
如图2所示，气压发生装置2包括开关阀21、伺服阀22和容腔23。开关阀21一端连通气源接口1，另一端连通伺服阀22的一端。伺服阀22的另一端连通容腔23，容腔23还连通测量控制接口3。开关阀21用于在压力控制器不工作时关闭整个气路。伺服阀22可将气源中的气体吸入容腔23，也可将容腔23中的气体吸回气源，用于调整容腔23中的气压。气压发生装置2在容腔23内生成目标气压。
为了使容腔23内的目标气压保持稳定，如图1所示，压力控制器还包括气压传感器4、电路控制系统5、显示器6和通信接口7。并且如图3所示，电路控制系统5包括信号转换卡51、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)卡52、主板53和数据采集卡54，其中主板53可选用型号为PC104。显示器6和通信接口7均与主板53电连接，通过显示器6和通信接口7均可在主板53内设定目标压力的值。自主开发的控制软件程序支持显示器6的软件界面触屏的同时也通过通信接口7支持远程通讯和键盘鼠标等外设，提供了丰富的操作方式，界面的设计采用专业的工业设计，并采用现场测试调查，可以保证界面设计的人性化和合理性。
气压传感器4设置在容腔23内，用于检测容腔23内的实际气压，并生成实际气压信号。气压传感器4与信号转换卡51电连接，并且信号转换卡51与CAN卡52电连接，信号转换卡51将来自气压传感器4的实际气压信号转换为CAN网络信号并发送给CAN卡52。CAN卡52与主板53电连接，CAN卡52将CAN网络信号转发给主板53。主板53与数据采集卡54电连接，并且数据采集卡54与伺服阀22电连接。主板53对来自CAN卡52的CAN网络信号进行数据处理后，生成相应的数字信号，并由数据采集卡54将数字信号转换为模拟信号经过一信号放大器的放大后送至伺服阀22，从而对伺服阀22进行控制。
具体的，当容腔23内的实际气压低于设定的目标气压时，主板53控制伺服阀22将气体从气源吸入容腔23中，以提高容腔23内的气压；当容腔23内的实际气压高于设定的目标气压时，主板53控制伺服阀22将气体从容腔23吸入气源1中，以降低容腔23内的气压；最终使容腔23内的气压稳定在目标气压附近。整个控制过程可以采用双层的PID闭环控制，使气压控制的系统响应速度增快，并且减小了振荡。另外气压传感器4也可以选用高精度传感器，用于提高控制精度。
第一层PID闭环通过气压传感器4检测容腔23内的气压，并于目标气压对比计算得出伺服阀22的阀芯所需的目标位移。当容腔23内的气压低于目标气压时，主板53控制伺服阀22的阀芯移动目标位移，向容腔23内通入气体以加压；当容腔23内的气压高于目标气压时，主板53控制伺服阀22的阀芯移动目标位移，从容腔23内抽出气体以减压。伺服阀22内还设置有位移传感器(图中未示出)，用于检测伺服阀22的阀芯的实际位移，生成位移信号。位移传感器与数据采集卡54电连接，数据采集卡54将位移信号由模拟信号转换为数字信号后作为第二层PID闭环的反馈信号送至主板53。第二层PID闭环通过比较伺服阀22阀芯的实际位移和目标位移，计算出所需的位移补偿量，主板23控制伺服阀22的阀芯移动位移补偿量，最终使伺服阀22的阀芯能够准确移动目标位移，并使容腔23内的气压稳定在目标气压。
数据采集卡54还与开关阀21电连接，可以通过显示器6和外接于通信接口7的远程通讯设备或键盘鼠标等外设对开关阀21进行控制。
压力发生单元的设计满足从低压到高压的压力范围要求，压力范围可达0-10MPa，同时性能具备快速响应和精准控制，在硬件上保证控制的精度、稳定和效率。同时自主开发的控制软件程序对压力范围内所有的压力控制过程进行控制算法的参数整定，在软件上保证控制的精度、稳定和效率。
本实施例通过电路控制系统5根据气压传感器4的检测结果来控制伺服阀22，以使容腔23内的气压保持稳定，能够快速响应和精准控制容腔23内的气压，从而保证了压力控制器控制的精度、稳定和效率。并且气压传感器4设置在气压稳定的容腔23内，相比于通过气压传感器4直接测量待检测的气压，可以防止外界气压剧烈变化或过高而导致气压传感器4损坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种压力控制器，其特征在于，包括气源接口、气压发生单元、测量控制接口、气压传感器和电路控制系统；所述气压发生单元包括伺服阀和容腔；
所述气源接口依次通过所述伺服阀连通所述容腔的一端；所述容腔的另一端连通所述测量控制接口；所述气压传感器安装在所述容腔内，并与所述电路控制系统电连接；所述电路控制系统还与所述伺服阀电连接；
所述电路控制系统用于设置目标压力；当所述气压传感器检测到所述容腔内压力低于所述目标压力时，所述电路控制系统控制所述伺服阀向所述容腔充气；当所述气压传感器检测到所述容腔内压力高于所述目标压力时，所述电路控制系统控制所述伺服阀从所述容腔中抽气。
2.根据权利要求1所述的一种压力控制器，其特征在于，所述电路控制系统通过PID控制将所述容腔内的气压维持在所述目标压力。
3.根据权利要求1所述的一种压力控制器，其特征在于，所述电路控制系统包括信号转换卡、CAN卡、主板和数据采集卡；
所述信号转换卡的输入端连接所述气压传感器的输出端，将所述气压传感器输出的电信号转化为CAN信号；
所述CAN卡的输入端连接所述信号转换卡的输出端，输出端连接所述主板，将所述信号转换卡输出的CAN信号输送给所述主板；
所述主板将来自所述CAN卡的信号与所述目标压力进行比较，并输出相应的控制信号；
所述数据采集卡连接所述主板、所述伺服阀和所述开关阀，将所述主板输出的控制信号由数字信号转换为模拟信号，并输送至所述伺服阀或所述开关阀。
4.根据权利要求3所述的一种压力控制器，其特征在于，所述伺服阀内设置有位移传感器，所述位移传感器连接所述数据采集卡；所述位移传感器用于检测所述伺服阀的阀芯位移，并向所述数据采集卡反馈位移信号；所述数据采集卡将所述位移信号由模拟信号转换为数字信号，并送至所述主板。
5.根据权利要求3所述的一种压力控制器，其特征在于，所述主板的型号为PC104。
6.根据权利要求3所述的一种压力控制器，其特征在于，还包括显示器，所述显示器连接所述主板；通过所述显示器可以设置所述目标压力。
7.根据权利要求3所述的一种压力控制阀，其特征在于，还包括外部通信接口，所述外部通信接口连接所述主板；所述外部通信接口用于连接外部设备，可以通过所述外部通信接口设置所述目标压力。
8.根据权利要求1所述的一种压力控制器，其特征在于，所述气源和所述伺服阀之间设置有开关阀，所述开关阀连接所述电路控制系统；所述电路控制系统控制所述开关阀通断。
9.根据权利要求1所述的一种压力控制器，其特征在于，所述气压传感器是高精度传感器。
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