CN115552132A - 用于电动液压执行器的通用逻辑电路 - Google Patents

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CN115552132A
CN115552132A CN202180033824.7A CN202180033824A CN115552132A CN 115552132 A CN115552132 A CN 115552132A CN 202180033824 A CN202180033824 A CN 202180033824A CN 115552132 A CN115552132 A CN 115552132A
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China
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valve
open
hydraulic
state
control circuit
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S·德卡尔
J·T·霍弗鲍尔
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Emerson Process Management Valve Automation Inc
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Emerson Process Management Valve Automation Inc
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Abstract

本发明涉及用于电动液压执行器的通用逻辑电路。一种用于电动液压阀执行器系统(105、105'、105”)的通用控制电路(500)，包括逻辑门电路，用于控制闭合电磁阀(6)、打开电磁阀(5)、紧急关闭电磁阀(17)和液压流体泵(3)电机(2)中的一个或多个，以根据接收的命令引导液压流体通过液压回路，从而通过电动执行器(100)将阀致动。该通用控制电路(500)被配置为控制液压阀执行器系统的多种不同配置的操作，包括双动式配置(105'、105”)、单动式弹簧打开配置(105)和单动式弹簧关闭配置(105)，其中每种配置都具有或不具有紧急关闭装置(其可以被配置为基于单独的外部停机输入或与本地系统电源故障相结合而跳闸)、液压积蓄器(40)以及保持或瞬时输入命令。

Description

用于电动液压执行器的通用逻辑电路
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年5月9日提交的标题为“Universal Logic Circuit forElectro-Hydraulic Actuator”的印度专利申请第202031019695号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及阀门执行器，更具体地，涉及控制电动液压阀门执行器的操作的控制电路。
背景技术
动力操纵阀门执行器将气动压力、液压或电力等驱动力转换为直线或旋转运动。这种执行器耦接到相关联的阀门的轴或杆上，使得由执行器产生的运动传递到阀门的轴或杆上，从而在打开和关闭位置之间调节连接的阀门组件的位置，以控制流体流过安装有阀门的导管。
电动液压阀门执行器使用两种类型的驱动力(电力和液压)来产生传递给相关联的阀门的运动。特别地，电动液压执行器利用电能来泵送液压流体并控制独立液压回路中液压流体的流动。液压流体对液压回路内的一个或多个可移动部件施加力，以产生驱动连接的阀门的运动。本公开涉及改进的控制电路，其用于控制液压流体在液压回路中的流动。
发明内容
用于包括液压阀门执行器的系统的控制电路包括：一个或多个输入通道，每个输入通道被配置成接收操作命令；一个或多个代表阀门执行器配置的用户可选输入；电机输出，用于使耦接至液压流体泵的电机运行；一个或多个阀门输出，每个阀门输出控制阀门的打开或关闭状态，其中每个阀门被配置为控制系统内的液压流体的流动；以及多个物理逻辑门，其至少响应于在一个或多个输入通道处接收的信号和一个或多个用户可选输入，以确定电机输出和一个或多个阀门输出的状态。该一个或多个输入通道可以包括一个或多个本地输入通道和一个或多个远程输入通道，并且该电路还可以包括模式选择器输入通道，该模式选择器输入通道被配置为接收信号，该信号指示该系统是经由一个或多个本地输入通道处的本地信号还是一个或多个远程输入通道处的远程信号来控制。这种控制电路可以另外包括复用器，该复用器被配置为基于模式选择器输入通道处的模式选择器信号的状态将本地信号或远程信号传递到多个物理逻辑门。
控制电路还可以包括一个或多个系统状态输入通道。该一个或多个系统状态输入通道可以被配置为接收表示以下中的至少一种的信号：与执行器耦接的阀门打开的指示、与执行器耦接的阀门关闭的指示和阀门执行器的液压腔内的压力高于阈值的指示。
用户可调输入之一可以是可变电阻器的电阻。物理逻辑门中的第一物理逻辑门的输出端可以经由通过可变电阻器的第一路径和通过二极管的第二路径耦接至物理逻辑门中的第二物理逻辑门的输入端，其中第一路径和第二路径是并联的。这种电路还可以包括电容器，当物理逻辑门中的第一物理逻辑门的输出端处于第一状态时，该电容器通过第一路径和第二路径由控制电压进行充电。当物理逻辑门中的第一物理逻辑门的输出端处于第二状态时，电容器可以通过第一路径(而不是第二路径)进行放电，使得可变电阻器的电阻确定电容器的放电速率。第一路径可以为所述物理逻辑门中的第二物理逻辑门的输入端到第一状态的转变提供第一延迟时间，并且第二路径可以为所述物理逻辑门中的第二物理逻辑门的输入端到第二状态的转变提供用户通过所述可变电阻器可调节的第二延迟时间。
一个或多个用户可选择的输入可以包括一个或多个输入，以指示阀门执行器是被配置为双动式还是单动式。一个或多个用户可选择的输入可以包括一个或多个输入，以指示单动式执行器是被配置为弹簧打开还是弹簧关闭。用于指示单动式执行器是被配置为弹簧打开还是弹簧关闭的一个或多个输入可影响电机输出。
电动液压阀门执行器系统可以包括：液压阀门执行器；液压流体回路，该液压流体回路包括液压流体导管、液压流体贮液器、引导流动通过液压流体导管的一个或多个可控阀以及一个或多个液压流体泵；以及控制电路，该控制电路被配置成控制可控阀和一个或多个液压流体泵的状态，并且包括多个物理逻辑门，这些物理逻辑门接收指示系统配置和系统操作状态的信号，以产生输出来控制一个或多个可控阀和一个或多个液压流体泵的状态。电动液压阀门执行器系统可以包括本地开关面板，该面板包括手动/断开/自动开关、闭合开关、打开开关和停止开关。
控制电路可以包括被配置成接收远程关闭命令、远程打开命令和远程停止命令的远程输入。控制电路可以包括复用器，该复用器被配置为基于手动/断开/自动开关的状态传递来自本地开关面板或来自远程输入的信号。
指示系统配置的信号可包括：通过一个或多个开关产生的一个或多个信号，以指示液压阀门执行器被配置为双动式还是单动式；和/或通过一个或多个开关产生的一个或多个信号，以指示液压阀门执行器被配置为弹簧打开还是弹簧关闭。
附图说明
图1是示出电动液压执行器系统的第一配置的示意图。
图2是示出电动液压执行器系统的第二配置的示意图。
图3是示出电动液压执行器系统的第三配置的示意图。
图4是示出根据本公开实施例的通用控制电路和电动液压执行器系统的部件之间的接口的布线图。
图5是示出根据本公开实施例的远程命令和图4的接口之间的各种布线配置的布线图。
图6是示出根据本公开实施例的通用控制电路的逻辑图，该通用控制电路用于控制对电动液压执行器系统的打开和闭合电磁阀的输出。
图7是示出根据本公开实施例的通用控制电路的逻辑图，该通用控制电路用于控制对电动液压执行器系统的液压流体泵电机的输出。
具体实施方式
图1示出了电动液压执行器系统105，其包括由液压驱动的执行器100，该液压通过构成液压回路的液压导管输送。图1中的执行器100被配置用于单动式(即，液压流体操作以在单一方向上移动执行器和相关联的阀门)、具有紧急关闭(ESD)特征的弹簧关闭配置和积蓄器40，积蓄器40可以允许相关联的阀门在不操作液压泵3的情况下进行冲程(有限次数)(例如，发生阻止泵3操作的电气故障时)和/或提供用于液压流体的热膨胀的容积。可构建图示的配置用于双线(打开/闭合(+V)和公共)、三线(打开(+V)、闭合(+V)和公共)或四线(打开(+V)、闭合(+V)、停止(+V)和公共)操作。执行器100包括流体地耦接至液压回路的液压腔102。液压腔102容纳活塞114，活塞114的每一侧耦接至液压回路的不同部分。活塞114耦接至轴108并且被配置为在腔102内移动。
轴108从液压腔102延伸至弹簧腔104。弹簧腔104容纳弹簧116，该弹簧设置在弹簧腔104的壁118和附接至轴108的一端的弹簧座120之间。在这个位置，弹簧116施加一个力，该力使轴108在关闭方向上(在图1所示的视图中向右)移动。因此，在没有作用在活塞114上的相反的力的情况下，弹簧116将使轴108沿关闭方向移动。
在液压腔102和弹簧腔104之间，轴108耦接至苏格兰轭机构110。苏格兰轭机构110将轴108的线性运动转换成连接器112的旋转运动，连接器112正交地朝向轴108并且可耦接到相关联的阀门的轴。例如，当轴108在闭合方向上移动时，苏格兰轭机构110将该线性运动转换为连接器112的顺时针旋转运动(从图1中的视图看)。类似地，当轴108在打开方向上移动时，苏格兰轭机构110将该线性运动转换为连接器112的逆时针旋转运动(从图1中的视图看)。在典型配置中，轴108的全线性运动范围将对应于连接器112的90度旋转，这将在打开和关闭位置之间致动直角回转阀(例如，蝶形阀或球阀)。
液压回路包括歧管106，该歧管具有第一动力端口P1、第二动力端口P2(在图1所示的配置中未使用和插入)、缸端口C、压力表端口G和贮液器端口R。缸端口C通过第一管路C-1耦接至液压缸102的第一腔室102A以及积蓄器40。管路C-2耦接在管路C-1和手动泵组件13之间。手动泵组件13具有连接至液压流体贮液器4(注意，虽然在图1-3中示出了多个贮液器符号，但是它们都代表共同的贮液器4)的吸入管路R-1，并且排放至管路C-2，使得执行器100能够在泵3发生故障的情况下通过将液压流体手动泵送到管路C-1中来操作。为了简单起见，未对手动泵组件13的特征进行详细描述，但是重要的是要注意组件13内的止回阀防止液压流体从管路C-2流向管路R-1，但是允许液压流体从管路R-1流向管路C-2。液压缸102的第二腔室102B通过管路R-2耦接至贮液器4。
主泵3具有与贮液器4连接的吸入管路R-3和与歧管106的P1端口连接的排出管路P-1。在歧管内，P1端口通过管路P-2耦接至管路C-3，管路C-3又耦接至歧管106的C端口。P-2管路还通过两个并行操作的双向电磁阀6、17连接至歧管106的P2端口和R端口。R端口通过管路R-4耦接至贮液器4。闭合电磁阀6是方向阀，其在断电状态下防止从P1端口和C端口至R端口的流动，在通电状态下允许从P1端口和C端口至R端口的流动。ESD电磁阀17在断电状态下允许从P1端口和C端口至R端口的流动，在通电状态下阻止从P1端口和C端口至R端口的流动。位于每个电磁阀6、17的P1端口和C端口侧的手动控制阀7使得能够限制通过每个电磁阀6、17的流量，以调节阀门的打开和关闭速度。P-2管路和C-3管路以及与其连接的管路和组件受到安全阀10的保护，该安全阀在过压条件的情况下将压力释放到R端口(从而通过R-4管路释放至贮液器4)。止回阀9防止从歧管106内的任何连接管路回流到P1端口。位于P1端口和C端口与手动阀7之间的手动阀8可与手动泵组件13结合使用。当第一腔室102A和积蓄器40中的压力超过设定值时，触发耦接到C-3管路的压力开关23。这种压力通过连接到G端口的压力表11指示，G端口又通过G-1管路连接至C-3管路。
在操作中，当向电动液压执行器系统105发出打开命令时，ESD电磁阀17通电，而闭合电磁阀6断电，以防止液压流体从P1端口和C端口流向R端口，并且将电机2通电以驱动泵3。因此，来自贮液器4的液压流体被泵3从贮液器中抽出，并被传送至第一腔室102A。第一腔室102A内的液压流体的压力作用在活塞114的区域上，以在打开方向上产生力，该力克服由弹簧116提供的相反的力，以在打开方向上移动活塞114和轴108。当活塞114在腔室102内移动时，第二腔室102B内的任何流体将被排放到贮液器4。当阀门到达完全打开位置时，指示相关阀门(未示出)的打开状态并且连接至电动液压执行器系统105的控制电路的打开限位开关指示阀门已经完全行进到期望位置。如果电动液压执行器系统105被配置成没有积蓄器40，则控制电路利用打开限位开关指示来使电机2断电，从而停止泵3。然而，为了确保积蓄器40完全填充(假设积蓄器40用于备用动力源以在泵或电源故障的情况下操作阀门，而不仅仅用于热补偿)，电动液压执行器系统105的控制电路继续给电机2通电，直到压力开关23指示已经达到高压限制，此时电机2断电。注意，为了将阀门保持在打开位置，ESD电磁阀17持续保持在通电状态，而闭合电磁阀保持在断电状态。
当向电动液压执行器系统105发出关闭命令时，闭合电磁阀6通电，这在P1端口和C端口与R端口之间形成路径，从而将第一腔室102A与贮液器4耦接。在这种状态下，弹簧116的力使轴108在关闭方向上移动，将第一腔室102A中的液压流体通过歧管106排放到贮液器4。注意，因为关闭命令是在弹簧方向上，所以电机2不通电。当阀门到达完全关闭位置时，指示相关阀门(未示出)的关闭状态并且连接至电动液压执行器系统105的控制电路的闭合限位开关指示阀门已经完全行进到期望位置。控制电路利用闭合限位开关指示来使闭合电磁阀6断电。如果积蓄器40是可用于在泵或电源故障的情况下对阀进行冲程的类型，其将包括防止积蓄器40中的流体排放到贮液器4的阀门控制。
尽管图示的电动液压执行器系统105被示出为弹簧关闭配置，但是其也可以被配置为弹簧打开配置。在弹簧打开配置中，弹簧116在阀打开方向上驱动轴108。在这种配置中，应当理解，控制电路对打开和关闭命令的响应必须不同于弹簧关闭配置中的响应(例如，响应于关闭命令给电机2通电，并且响应于关闭命令给类似于闭合电磁阀6的打开电磁阀通电)。
图2示出了电动液压执行器系统105'的双动式配置。图2中所示的双动式配置与图1中所示的弹簧复位配置非常相似，并且具有相似功能的部件具有与图1中使用的相同的标记。图1和图2中的系统105的配置之间的主要区别是图2中的配置缺少弹簧腔104。在图2所示的双动式配置中，轴108和连接器112的运动根据液压腔102中活塞114的每一侧上工作的液压流体的压力平衡来确定。因此，必须修改液压布置和控制电路，使得响应于传送到系统105'的各种操作命令，将液压流体传送到液压腔102的适当的腔室102A、102B。
在歧管106内，ESD电磁阀17被打开电磁阀5代替。打开电磁阀5和闭合电磁阀6都是三通电磁阀，其基于电磁阀5、6的电气状态将腔室102A、102B耦接至贮液器4或泵3的排放口。梭阀(Shuttle valve)31防止从耦接至泵3的排放口的腔室102A、102B通过断电的电磁阀5、6回流到贮液器4。
当向电动液压执行器系统105'发出打开命令时，将打开电磁阀5通电，将闭合电磁阀6断电，并且将电机2通电以驱动泵3。在这种配置中，打开电磁阀5将P1端口耦接至C1端口，而闭合电磁阀6将C2端口耦接至R端口。梭阀31两侧的压差(即，泵3在阀5侧的排放压力与在阀6侧的下部贮液器4的压力相比)防止从腔室102A通过阀6至贮液器4的回流。液压流体被泵3从贮液器4中抽出，并被传送至第一腔室102A。第一腔室102A内的液压流体的压力作用在活塞114的区域上，以在打开方向上产生力。因为腔室102B通过闭合电磁阀6耦接至低压贮液器4，所以由腔室102A内的液压流体提供的在打开方向上作用在活塞114上的力超过由腔室102B内的液压流体提供的在关闭方向上作用在活塞114上的力，这导致活塞114在打开方向上移动。随着活塞114在腔室102内移动，第二腔室102B内的任何流体都被排放到贮液器4。当阀到达全开位置时，阀的打开限位开关指示阀已经完全移动到打开位置。因为电动液压执行器系统105'被配置成没有积蓄器40，所以控制电路利用打开限位开关指示来使电机2断电，从而停止泵3，并使打开电磁阀5断电。在这种状态下，腔室102A、102B与贮液器4流体耦接。因此，沿两个方向作用在活塞114上的力相等，并且轴108、连接器112和阀保持在打开位置。
当向电动液压执行器系统105'发出关闭命令时，将闭合电磁阀6通电，将打开电磁阀5断电，并且将电机2通电以驱动泵3。在这种配置中，闭合电磁阀6将P1端口耦接至C2端口，而闭合电磁阀5将C1端口耦接至R端口。梭阀31两侧的压差(即，泵3在阀6侧的排放压力与在阀5侧的下部贮液器4的压力相比)防止从腔室102B通过阀5至贮液器4的回流。液压流体被泵3从贮液器4中抽出，并被传送至第二腔室102B。第二腔室102B内的液压流体的压力作用在活塞114的区域上，以在关闭方向上产生力。因为腔室102A通过打开电磁阀5耦接至低压贮液器4，所以由腔室102B内的液压流体提供的在关闭方向上作用在活塞114上的力超过由腔室102A内的液压流体提供的在打开方向上作用在活塞114上的力，这导致活塞114在关闭方向上移动。随着活塞114在腔室102内移动，第一腔室102A内的任何流体都被排放到贮液器4。当阀到达全关位置时，阀的闭合限位开关指示阀已经完全移动到关闭位置。因为电动液压执行器系统105'被配置成没有积蓄器40，所以控制电路利用闭合限位开关指示来使电机2断电，从而停止泵3，并使闭合电磁阀6断电。在这种状态下，腔室102A、102B与贮液器4流体耦接。因此，沿两个方向作用在活塞114上的力相等，并且轴108、连接器112和阀保持在关闭位置。
图3示出了电动液压执行器系统105”的双动式配置，其包括积蓄器40和ESD电磁阀17。图3所示的配置105”与图2所示的配置105'几乎相同。然而，除了配置105'中的部件之外，配置105”还包括耦接至歧管106的P2端口的积蓄器40。积蓄器40通过控制阀29(当积蓄器用于对阀进行冲程时，可将其调节以改变相关联的阀的打开和关闭速度)耦接到管路C-1和管路C-2。在正常运行中，积蓄器分别通过手动三通阀14和15与管路C-1和管路C-2分隔开来，这些阀允许沿管路C-1和管路C-2流动，但禁止在正常运行中从积蓄器40流向管路C-1和管路C-2。当阀14打开以允许从积蓄器40流向管路C-1时，来自积蓄器40的液压流体进入腔室102A，并作用在活塞114上，以在打开方向上移动活塞114、轴108和连接器112，从而将任何流体从腔室102B排放至贮液器4。同样，当阀15打开以允许从积蓄器40流向管路C-2时，来自积蓄器40的液压流体进入腔室102B，并作用在活塞114上，以在关闭方向上移动活塞114、轴108和连接器112，从而将任何流体从腔室102A排放至贮液器4。手动积蓄器隔离阀21使得积蓄器40能够与歧管106隔离(压力开关28监控阀21的积蓄器40侧的P-7管路压力)。手动积蓄器排空阀26使积蓄器40能够被排空。
三通ESD电磁阀17通过管路P-8和管路P-7耦接至积蓄器40(假设隔离阀21处于其正常打开状态)。在正常操作中，将ESD电磁阀17通电，这将积蓄器40与液压腔102分离(除非阀14、15中的一个被用于通过积蓄器对阀进行冲程)。在系统105”紧急关闭或断电的情况下，ESD电磁阀17转换到断电状态，这允许流体从积蓄器40流过ESD电磁阀17。在这种状态下，梭阀27允许从ESD电磁阀17至C4端口的流动，但是阻止从ESD电磁阀17至C3端口的流动。因此，积蓄器40中的液压从C4端口通过管路C-4和管路C-2流到腔室102B，这再次在活塞114上产生压力不平衡，并在关闭方向上移动活塞114、轴108和连接器112以将阀关闭。注意，虽然存在从C4端口通过断电的闭合电磁阀6至贮液器4的路径，但是该路径中的塞子22确保液压流体被引导到腔室102B，以将阀驱动至关闭位置。虽然系统105”的所示版本被配置成使得来自积蓄器40的液压流体在ESD电磁阀17断电时操作以将阀关闭，但是在又一替代配置中，系统可以被配置成使得积蓄器40在ESD电磁阀17断电时操作以将阀打开。
从图1-图3所示的电动液压执行器系统105的不同配置中可以理解，许多不同的变量(弹簧复位或双动式、包括故障安全紧急关闭机制、包括积蓄器)影响系统105的操作，并要求控制电路被正确配置以匹配所选的配置。此外，在任何配置中，对系统105的命令可以被配置用于双线操作(打开和ESD信号)、三线操作(打开、关闭和ESD信号)和四线操作(打开、关闭、停止和ESD信号)，这种操作包括保持或瞬时命令(即，对特定状态的命令可以保持为ON信号，或者在转换回OFF信号之前瞬时切换为ON信号)。此外，具有额外的可控仪器(例如，额外的阀和/或泵电机)的替代配置是可能的。这些不同配置的排列需要大量不同的布线布置，以确保所选配置的正确操作，这又使得用户难以进行现场修改来改变配置。因此，发明人认识到需要开发标准化的控制电路，该控制电路通过简单的开关选择而无需复杂的布线修改就能在电动液压执行器系统105的不同配置中起作用。
图4是示出电动液压执行器系统105的部件与示例控制接口400的连接的线路图。控制接口400包括输入和输出通道(在所示实施例中，其包括接线盒)，其被配置为接收和提供用于控制系统105的操作的信号。此外，控制接口400包括代表系统105的配置的多个用户可选输入(例如，DIP开关SW1-SW4和定时器输入R2和R4)。在所示实施例中，泵电机2是由端子L1、L2和L3供电的三相交流电机。应当理解，也可以使用不同类型的(例如，单相或DC)电机。另外，端子L1和L2为控制接口400的接线盒P2的端子H1和端子H2供电，这些端子耦接至电源的初级侧。电源次级侧的各种分接头提供由控制电路使用的工作电源(例如，整流为12V和24V DC电源)。在其他实施例中，可以将控制电路工作电源单独提供给接口400，而不是从泵电机电源产生。例如，可以将24V DC和/或12V DC电源单独提供给控制接口400。
接口400的P6接线盒用于将压力开关23的输入和输出连接到打开电磁阀5、闭合电磁阀6和电机2接触器。特别地，电机2接触器输出跨接在P6接线盒的端子1和端子6上，打开电磁阀5跨接在P6接线盒的端子4和端子5上(仪器接地连接到端子3)，闭合电磁阀6跨接在P6接线盒的端子9和端子10上(仪器接地连接到端子8)，并且压力开关23输入与电机2接触器的电源串联连接，其中反馈连接到P6接线盒的端子7。
接口400的P8接线盒接收给系统105的远程输入命令。特别地，P8接线盒的端子1-3(即，远程输入通道)被配置为分别接收给系统105的远程打开、关闭和停止命令。ESD输入跨接在P8接线盒的端子7和8上。P8接线盒的端子5和端子9接收24V DC内部电源电压，并且P8接线盒的端子4和端子10接收内部24V电源的公共节点电压。当P8接线盒的端子6耦接到公共节点电压时(例如，通过连接在P8接线盒的端子4和端子6之间的跳线)，启用打开和关闭命令以进行瞬时配置(即，从“断开”到“接通”和回到“断开”的转换将被注册为进入特定状态的命令)。
参考图5，远程打开、关闭和停止命令可以针对内部或外部电源而被布线，并且可以是双线、三线和四线配置中的一种。如上所述，跨P8接线盒的端子4和端子6地安装跳线将远程打开和关闭命令转换为三线和四线配置中的瞬时配置。在双线配置中，将远程打开触点80以保持的布置连接，其中打开输入端(端子1)通电以指示打开命令，并且其断电以指示关闭命令。对于内部电源，内部24V DC电源从P8接线盒的端子5提供给P8接线盒的端子2和端子3(关闭和停止输入端)，并还通过远程打开触点80提供给P8接线盒的端子1。对于外部电源，外部电源90连接在P8接线盒的端子1和端子4之间，与远程打开触点80串联。内部24VDC电源从端子5向P8接线盒的端子2和端子3(关闭和停止输入端)供电。
在三线配置中，将远程打开触点80和远程闭合触点82连接，其中打开输入端(端子1)通电以指示打开命令，并且闭合输入端(端子2)通电以指示关闭命令。对于内部电源，内部24V DC电源从P8接线盒的端子5通过远程打开触点80提供给P8接线盒的端子1，通过远程闭合触点82提供给P8接线盒的端子2，并直接提供给P8接线盒的端子3(停止输入端)。对于外部电源，外部电源90通过分别与P8接线盒的端子1和端子2并联的远程打开触点80和远程闭合触点82进行供电。内部24V DC电源从端子5向P8接线盒的端子3(停止输入端)供电。
在四线配置中，将远程打开触点80、远程闭合触点82和远程停止触点84连接，其中打开输入端(端子1)通电以指示打开命令，闭合输入端(端子2)通电以指示关闭命令，以及停止输入端(端子3)断电以指示停止命令。对于内部电源，内部24V DC电源从P8接线盒的端子5通过分别与P8接线盒的端子1、2和3并联的远程打开触点80、远程闭合触点82和远程停止触点84进行供电。对于外部电源，外部电源90通过分别与P8接线盒的端子1、2和3并联的远程打开触点80、远程闭合触点82和远程停止触点84进行供电。
ESD触点86必须接通(即，闭合)以保持ESD电磁阀17通电。对于内部电源，内部24VDC电源通过ESD触点86从P8接线盒的端子9提供，24V DC电源公共节点电压从P8接线盒的端子10连接到端子8。对于外部电源，外部电源90与ESD触点86串联连接，跨接在P8接线盒的端子7和端子8。
回到图4，ESD电磁阀17跨接在P10接线盒和P11或P12接线盒之间。当跨接在P10和P12接线盒之间时，ESD电磁阀17直接与ESD触点86串联连接。当跨接在P10和P11接线盒之间时，ESD电磁阀17与ESD触点86以及本地继电器的常开(NO)电源故障触点串联连接，本地继电器的线圈由24V DC内部电源电压通电。在这种配置中，不仅当ESD触点86打开时，而且当内部24V DC电源的故障使继电器断电以打开NO电源故障触点时，ESD电磁阀17也将断电。
P4接线盒接收通过打开限位开关60和闭合限位开关62接线的信号，这些开关分别指示由系统105致动的阀的完全打开和完全关闭位置。特别地，打开限位开关60跨接在P8接线盒的端子3和端子4上，而闭合限位开关62跨接在P4接线盒的端子1和端子2上。P4接线盒的端子1和端子3分别向打开限位开关60和闭合限位开关62提供内部24V DC电源。来自打开限位开关60的返回信号连接到P4接线盒的端子4、P7接线盒的端子3、本地关闭指示灯63以及P7接线盒的端子2，该信号参考内部24V DC电源公共节点电压。来自闭合限位开关62的返回信号连接到P4接线盒的端子2、P7接线盒的端子4、本地打开指示灯61以及P7接线盒的端子2。当阀处于任一限位时，限位开关将打开，这将导致相反的指示灯(即，当阀到达打开限位开关60时的关闭指示灯63)的状态为“断开”。当阀门行进时(即，既不处于完全打开位置也不处于完全关闭位置)，指示灯61和指示灯63都将被点亮。P5和P9接线盒用于实现系统100的各种部件的远程监控，例如限位开关状态、压力开关状态、手动/断开/自动开关状态等。
另外，P7接线盒还从其端子1向位于执行器100附近的本地开关模块68提供内部24V电源。本地开关模块68包括手动/断开/自动(HOA)开关70、常闭停止开关72、常开闭合开关74和常开打开开关76，这些开关连接到P7接线盒的本地模式选择器输入通道(即P7接线盒的端子5-8)。当HOA开关70处于“手动”状态时，HOA开关70的S1触点被接通，这将使得执行器100的控制通过本地开关模块68发出的命令实现。当HOA开关70处于“自动”状态时，HOA开关70的S2触点被接通，这将使得执行器100的控制通过连接到P8接线盒的远程打开、闭合和停止触点发出的命令来实现。本地停止开关72与HOA开关70的S1触点串联连接，跨接在P7接线盒的端子1和端子5之间。当HOA开关70处于“手动”状态且停止开关72处于正常(即，不停止)状态时，P7接线盒的端子5处将为24V。HOA开关70的S2触点跨接在P7接线盒的端子1和端子6之间。当HOA开关70处于“自动”状态时，P7接线盒的端子6处将为24V。本地闭合开关74和本地打开开关76彼此并联连接并与HOA开关70的S1触点串联连接，分别连接到P7接线盒的端子7和端子8。因此，当HOA开关70处于“手动”状态并且停止开关72处于正常(即，不停止)状态时，选择闭合开关74将向P7接线盒的端子7输送24V，并且选择打开开关76将向P7接线盒的端子8输送24V。
另外，接口400包括多个用户可调节输入端。控制旋钮R2和控制旋钮R4使用户能够分别修改打开和关闭定时器，这将在下文进行更详细地描述。DIP开关SW1-SW4使用户能够选择系统105是否被配置为具有弹簧故障关闭配置的弹簧复位(开关SW1)、具有弹簧故障打开配置的弹簧复位(开关SW2)、包括积蓄器(开关SW3)以及ESD时的电机动作(开关SW4)。下面将描述控制电路中这些开关的功能。
图6是示出了根据本公开一个方面的用于电动液压执行器系统105的示例标准化控制电路500的控制逻辑图。应注意，控制电路包括多个物理逻辑门组件，而不是更复杂和更昂贵的基于微控制器的系统。虽然各种逻辑门组件被图示为单独的组件，但实际上这些组件可以组合在单个组件内。例如，每个单独的“或非”门可以是四通道“或非”门的不同通道等。为此，多通道逻辑门组件的额外通道被用于不同的功能(例如，“或非”门的额外通道可以在其每个输入端口接收相同的输入，以将“或非”门的功能改变为非门)。应当理解，逻辑功能可以以不同于所示出的方式来实现。虽然在图6中没有具体示出，但是连接到图4所示接口400的信号与控制电路500中使用的相应逻辑信号电隔离。例如，接口400的每个输入端可以通过光隔离器连接，该光隔离器产生控制逻辑电压电平(例如，5V DC)的相应数字信号，以供在控制电路500内使用。
控制电路500包括复用器U15，该复用器U15被配置成基于其A/B输入端的信号来路由适当的打开、关闭和停止信号(即，远程或本地信号)。更具体地说，如果复用器U15的A/B输入端的信号为“接通”，则复用器将端子1B、2B、3B和4B处的信号分别路由到端子1Y、2Y、3Y和4Y。相反，如果复用器U15的A/B输入端的信号为“断开”，则复用器将端子1A、2A、3A和4A的信号分别路由到端子1Y、2Y、3Y和4Y。连接到复用器U15的A/B输入端的信号对应于HOA开关70的S2触点。因此，当HOA开关70被设置为“自动”状态时，分别将远程打开、闭合和停止信号(分别对应于在接线盒P8的端子1、2和3处接收的信号)路由至复用器U15的端子1Y、2Y和3Y。当HOA开关被设置为“手动”或“断开”状态时，复用器U15的A/B输入端将处于“断开”状态，并且分别将本地打开、闭合和停止信号(分别与在接线盒P7的端子8、7和5处接收的信号匹配)路由至复用器U15的端子1Y、2Y和3Y。注意，本地停止信号(当处于关闭状态时)可以指示本地停止开关72被设置为“停止”状态或者HOA开关70被设置为“断开”状态，控制电路500将其视为等效输入。当HOA开关72处于“断开”状态时，到“或非”门U1的“手动”和“自动”信号都为“断开”，这导致复用器U15的G端子的输入被设置为“接通”。当复用器U15的G端子接收到“接通”信号时，输出1Y-4Y都被设置为“断开”，这相当于接收到本地或远程停止命令。
当打开命令被发送到系统105(通过本地打开开关76或远程打开触点)时，复用器U15的端子1Y的状态为“接通”。这个打开信号从复用器U15路由到或门U14A和“或非”门U12C。或门U14A的端子2处的“接通”信号确保或门U14A的端子3处的输出也将是“接通”，而与或门U14A的端子1处的信号状态无关。U14A门的输出被路由至“与非”门U13A的端子4。众所周知，“与非”门的输出在其任何输入端为“断开”时的状态为“接通”，并且仅在其所有输入为“接通”时状态才为“断开”。当“与非”门U13A的端子2处的输入为“接通”以指示打开阀的命令，并且“与非”门U13A的其他输入为“接通”以指示系统105未被命令关闭(端子2)、未被命令停止(端子5)并且阀未打开(端子1)时，“与非”门U13A的端子6处的输出将为“断开”。当端子6处的“与非”门U13A的输出状态为“断开”时，打开电磁阀5通电。
“与非”门U13A在端子6处的输出还被路由至“或非”门U12A的输入端子3，“或非”门U12A还在其端子2处接收指示输入的瞬时配置的输入。当接口400被配置用于瞬时输入时(例如，当跳线被安装在P8接线盒的端子4和6之间时)，“或非”门U12A被配置为封入打开命令中。更具体地说，当接口400被配置用于瞬时输入时，“或非”门U12A的端子2处的输入为“断开”。因此，当打开命令导致“与非”门U13A的端子6处的输出转变为“断开”(以将打开电磁阀5通电)并且接口400被配置用于瞬时输入时，“或非”门U12A的端子1处的“接通”输出(该输出通过“或门”U14A被配置为与复用器U15的1Y端子处的打开命令处于“或”布置中)确保路由到“与非”门U13A的输入端子4的打开命令信号将保持在“接通”状态，即使在瞬时打开输入转换回“断开”状态之后。将一直保持将其封入打开命令中，直到“与非”门U13A的输出转变回“接通”状态。
一旦“与非”门U13A的输出处于“断开”状态以将打开电磁阀5通电，该阀就保持在此状态(从而继续将打开电磁阀5通电)，直到“与非”门U13A的输入之一转换到“断开”状态。这可能发生在以下情况：当接口400被配置为保持输入并且打开命令转换为“断开”状态(“与非”门U13A的端子4转换为“断开”状态)时；当接收到关闭命令时(即，复用器U15的输出2Y为“接通”状态)(“与非”门U13A的端子2转换到“断开”状态)；当接收到停止命令时(即，复用器U15的输出3Y为“断开”状态)(“与非”门U13A的端子5转换到“断开”状态)；或当阀在R2打开计时器设定的时间内到达打开限位开关60时(“与非”门U13A的端子1转换到“断开”状态)。连接到“或”门U14D的两个输入端的“打开限制”信号与打开限制开关60的状态相匹配。如图4所示，打开限位开关60在常闭模式下连接，使得当阀不处于打开位置时开关60闭合，而当阀处于打开位置时开关60打开。当阀未处于打开位置时，“或”门U14D的两个端子12和13的输入都处于“接通”状态，因此端子11的输出也处于“接通”状态。该“接通”信号经由低阻抗路径通过二极管CR7和电阻器R3(例如，1KΩ电阻器)被路由至“与非”门U13A的端子1。该低阻抗路径确保限位开关60从打开阀位置到未打开阀位置的转换被快速传送到“与非”门U13A。当“或”门U14D的输出处于“接通”状态时，将电容器C23充电，其中当“或”门U14D的输出为“接通”状态时，电容器C23在其极板上接收逻辑工作电压(例如，5V)。在一个实施例中，电容器C23可以是1000μF电容器，但是应当理解，也可以使用其他类型的电容器。R2电阻器是用户可调节的电位计。在一个实施例中，R2电位计的电阻可以调整到最大值20KΩ。电阻器R43提供相对较低水平的电阻(例如，1KΩ)。当阀到达打开限位开关并且打开限位开关从“接通”转换到“断开”时，“或”门U14D的端子11处的输出也转换到“断开”。因为二极管CR7防止电容器23通过经由R3的低阻抗路径放电，所以C23通过R2和R43放电。因此，节点80处的电压(参考“与非”门U13A的输入端子1)根据串联RC时间常数衰减，该常数由电容器C23的电容以及电位计R2和电阻器R43的串联电阻设定。基于1000μF的示例C23电容和2KΩ至21KΩ之间的R2和R43串联电阻，“与非”门U13A的输入端子1处的电压可以被配置为在通过经由接口400调节电位计R2而使打开限位开关60接通之后的1.5秒到15秒之间衰减到“与非”门U13A的“接通”检测电平以下。这是一个重要的特征，因为可能很难将阀门限位开关调整到与阀门的冲程完全对应。如果当相应的限位开关60、62指示阀已经到达期望的位置时，打开或闭合电磁阀5、6恰好断电，如果限位开关没有到达完全打开或关闭位置，那么阀可能永远不会到达完全打开或关闭位置。延时电路84、86使用户能够设置在打开限位开关60和闭合限位开关62的转换指示已到达阀的相应状态之后打开电磁阀5和闭合电磁阀6分别保持通电的附加时间量。
虽然控制电路逻辑已经针对产生控制信号以将打开电磁阀5通电的打开命令进行了描述，但是针对产生控制信号以将闭合电磁阀6通电的闭合命令的逻辑完全类似。U14A、U12D、U13A、U12A和U14D逻辑门对应于U14C、U12C、U13B、U12B和U14B逻辑门。具体而言，当接收到闭合命令时(即，复用器U15的端子2Y处于“接通”状态)，“与非”门U13B的端子8处的输出转换到“断开”状态以将闭合电磁阀通电，阀未处于关闭位置，阀未被命令打开，并且阀未被命令停止。一旦“与非”门U13B的输出处于“断开”状态以将闭合电磁阀6通电，该阀就保持在此状态(从而继续将闭合电磁阀5通电)，直到“与非”门U13B的输入之一转换到“断开”状态。这可能发生在以下情况：当接口400被配置为保持输入并且关闭命令转换为“断开”状态(“与非”门U13B的端子10转换为“断开”状态)时；当接收到打开命令时(即，复用器U15的输出1Y为“接通”状态)(“与非”门U13B的端子9转换到“断开”状态)；当接收到停止命令时(即，复用器U15的输出3Y为“断开”状态)(“与非”门U13B的端子12转换到“断开”状态)；或当阀在R4关闭计时器设定的时间内到达闭合限位开关62时(“与非”门U13B的端子13转换到“断开”状态)。时间延迟电路86类似于时间延迟电路84。
图7是示出用于控制输出以运行泵3电机2的示例标准化控制电路500的控制逻辑图。运行泵3电机2需要保持多个允许条件。允许条件包括压力开关23不指示高压(“与非”门U11B的端子10)，没有停止命令(即，复用器U15的输出3Y)(“与非”门U11B的端子12)，以及如果DIP开关SW4被启用以使电机2在紧急关闭期间不运行，则ESD触点86指示正常状态(即，P8接线盒的端子7被通电)(“与非”门U11B的端子13)。如果在任何时候失去这些允许条件中的任何一个，泵3电机2将不会运行。如果所有这些允许条件都满足，“与非”门U11B的端子8处的输出(当电机信号处于“断开”状态时，其使电机2的接触器通电)根据打开和闭合电磁阀逻辑以及DIP开关SW1-SW3的状态来确定。OPEN_SOV和CLOSE_SOV控制信号(如图6所示)连接到“与非”门U11A。
当“OPEN_SOV”控制信号处于“断开”状态以使打开电磁阀5通电时，“与非”门U11A的输出将处于“接通”状态(如果满足其他电机允许条件，这将使得电机2运行)，除非DIP开关SW2被设置为指示系统105的弹簧打开配置。如果DIP开关SW2被设置为指示系统105的弹簧打开配置，则输入到“与非”门U11A的端子4将保持在“接通”状态，尽管“OPEN_SOV”信号处于“断开”状态，并且到电机2接触器的输出端将不被通电。因此，通过简单地设置DIP开关SW2，电机2将不在阀被命令为打开状态时运行。相反，打开电磁阀5将被通电，并且弹簧116将驱动该阀到打开位置，而不操作泵3。同样，当CLOSE_SOV控制信号处于“断开”状态以使闭合电磁阀6通电时，“与非”门U11A的输出将处于“接通”状态(如果满足其他电机允许条件，这将使得电机2运行)，除非DIP开关SW1被设置为指示系统105的弹簧关闭配置。如果DIP开关SW1被设置为指示系统105的弹簧关闭配置，则到“与非”门U11A的端子5输入将保持在“接通”状态，尽管CLOSE_SOV信号处于“断开”状态，并且到电机2接触器的输出端将不被通电。因此，通过简单地设置DIP开关SW1，电机2将不在阀被命令为关闭状态时运行。相反，闭合电磁阀6将被通电，并且弹簧116将驱动该阀到关闭位置，而不操作泵3。
如果系统105不包括积蓄器40(即，DIP开关SW3打开)，则电机2的接触器将被断电，以在打开电磁阀5或闭合电磁阀6断电的同时将电机2停止。然而，如果系统确实包括积蓄器40，则DIP开关SW3通过将“断开”信号路由到“与非”门U11A的输入端(“与非”门U11A的端子1和2)来封入电机控制信号，以确保到“OPEN_SOV”或“CLOSE_SOV”信号的“接通”状态的转变连同打开电磁阀5或闭合电磁阀6的断电不会导致“与非”门U11A的端子6处的输出转变到“断开”状态来使电机2停止(即，通过“电机”控制信号)。在通过设置DIP开关SW3来指示存在积蓄器40的配置中，“电机”控制信号将仅在失去上述允许条件(即，来自压力开关23的高压指示、阀停止命令、或设置SW4以防止电机在ESD跳闸期间运行的ESD命令)之一时返回到“接通”状态。在正常操作中，这意味着电机2将继续运行泵3，直到压力开关23指示高压，从而确保积蓄器40保持完全加压并准备好在需要时运行。
虽然未具体示出现场设备的输出，但是应该理解，这种输出可以遵循“OPEN_SOV”、“CLOSE_SOV”和“电机”控制信号的状态。例如，在一个实施例中，当“OPEN_SOV”、“CLOSE_SOV”和“电机”控制信号中的每一个为“断开”时，分别通过闭合电磁阀光隔离器、打开电磁阀光隔离器和电机接触器光隔离器的LED部分来补全电路。通过这种光隔离器的LED部分进行的电路补全同样可以通过光隔离器的隔离电路部分来补全电路，例如，补全24V电路以将打开电磁阀5、闭合电磁阀6和电机2接触器通电。
尽管已经根据具体实施例及其应用描述了在本文公开的本发明，但是本领域技术人员可以对其进行许多修改和变化，而不背离权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于包括液压阀执行器(100)的系统(105、105'、105”)的控制电路(500)，包括：
一个或多个输入通道，所述一个或多个输入通道均被配置为接收操作命令；
一个或多个用户可选输入，所述一个或多个用户可选输入代表所述阀执行器(100)的配置；
电机输出，所述电机输出被配置成使耦接到液压流体泵(3)的电机(2)运行；
一个或多个阀输出，所述一个或多个阀输出均被配置为控制相关联的阀(5、6、17)的打开或关闭状态，其中所述一个或多个阀中的每一个被配置为控制所述系统内的液压流体的流动；以及
多个物理逻辑门(U12C、U12D、U13A、U13B、U14A、U14B、U14C、U14D)，所述多个物理逻辑门至少响应于在所述一个或多个输入通道处接收到的信号和所述一个或多个用户可选输入，以确定电机输出和所述一个或多个阀输出的状态。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述一个或多个输入通道包括一个或多个本地输入通道(P7)和一个或多个远程输入通道(P8)；以及
其中所述控制电路进一步包括模式选择器输入通道(P7)，所述模式选择器输入通道被配置为接收信号，所述信号指示所述系统是经由所述一个或多个本地输入通道处的本地信号还是所述一个或多个远程输入通道处的远程信号来控制。
3.根据权利要求2所述的控制电路，进一步包括复用器(U15)，所述复用器被配置为基于所述模式选择器输入通道(P7)处的模式选择器信号的状态将所述本地信号或所述远程信号传递到所述多个物理逻辑门。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制电路，进一步包括一个或多个系统状态输入通道(P5、P9)，其中所述一个或多个系统状态输入通道中的至少一个系统状态输入通道中的每一个被配置为接收代表以下指示中的至少一个的信号：与所述执行器(100)耦接的阀打开的指示、与所述执行器耦接的阀关闭的指示、或者阀执行器(100)的液压腔(102)内的压力高于阈值的指示。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制电路，其中所述用户可调输入中的一个是可变电阻器(R2)的电阻；以及
其中所述多个物理逻辑门中的第一物理逻辑门(U14D)的输出端经由通过所述可变电阻器(R2)的第一路径和通过二极管(CR7)的第二路径耦接至所述多个物理逻辑门中的第二物理逻辑门(U13A)的输入端，其中第一路径和第二路径是并联的。
6.根据权利要求5所述的控制电路，进一步包括电容器(C23)，当所述物理逻辑门中的第一物理逻辑门(U14D)的输出端处于第一状态时，经由第一路径和第二路径通过控制电压对所述电容器进行充电。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其中当所述物理逻辑门中的第一物理逻辑门(U14D)的输出端处于第二状态时，所述电容器(C23)通过第一路径而不通过第二路径放电，并且其中所述可变电阻器(R2)的电阻确定所述电容器(C23)的放电速率。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其中第一路径为所述物理逻辑门中的第二物理逻辑门(U14D)的输入端到第一状态的转变提供第一延迟时间，并且其中第二路径为所述物理逻辑门中的第二物理逻辑门(U13A)的输入端到第二状态的转变提供用户通过所述可变电阻器(R2)可调节的第二延迟时间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制电路，其中所述一个或多个用户可选输入包括指示所述阀执行器被配置为双动式还是单动式的一个或多个输入(SW3)。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述阀执行器(100)是单动式执行器；以及
其中所述一个或多个用户可选输入包括指示所述单动式执行器被配置为弹簧打开还是弹簧关闭的一个或多个输入(SW1，SW2)，并且可选地或优选地，其中指示所述单动式执行器被配置为弹簧打开还是弹簧关闭的所述一个或多个输入对所述电机输出有影响。
11.一种电动液压阀执行器系统(105、105'、105”)，包括：
液压阀执行器(100)；
液压流体回路，所述液压流体回路包括液压流体导管(C-1、C-2)、液压流体贮液器(4)、引导流动通过所述液压流体导管的一个或多个可控阀(5、6、17)以及一个或多个液压流体泵(3)；以及
控制电路(500)，所述控制电路被配置为控制所述一个或多个可控阀和所述一个或多个液压流体泵的状态，包括：
多个物理逻辑门(U12C、U12D、U13A、U13B、U14A、U14B、U14C、U14D)，所述物理逻辑门接收指示所述系统的配置和所述系统的操作状态的信号，以产生输出来控制所述一个或多个可控阀和所述一个或多个液压流体泵的状态。
12.根据权利要求11所述的电动液压阀执行器系统，进一步包括本地开关(P5、P9)面板，所述本地开关面板包括手动/断开/自动开关、闭合开关、打开开关以及停止开关，并且可选地或优选地，其中所述控制电路包括被配置为接收远程闭合命令、远程打开命令和远程停止命令的远程输入。
13.根据权利要求12所述的电动液压阀执行器系统，其中所述控制电路包括复用器(U15)，所述复用器被配置为基于所述手动/断开/自动开关的状态传递来自所述本地开关面板或来自所述远程输入的信号。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的电动液压阀执行器系统，其中指示所述系统的配置的信号包括通过一个或多个开关(SW3)产生的一个或多个信号，以指示所述液压阀执行器被配置为双动式还是单动式。
15.根据权利要求14所述的电动液压阀执行器系统，其中指示所述系统的配置的所述信号包括通过一个或多个开关(SW1、SW2)产生的一个或多个信号，以指示所述液压阀执行器被配置为弹簧打开还是弹簧关闭。
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