CN118274177A - 气动执行机构及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种气动执行机构及其控制系统，气动执行机构包括：气缸；第一定位器，包括第一反馈片、第一进气口和第一出气口；第二定位器，包括第二反馈片、第二进气口和第二出气口；第一气路切换装置，进气端与气源连接，出气端与第一进气口及第二进气口连接；第二气路切换装置，其进气端与第一出气口及第二出气口连接，出气端与缸体连接。本公开的第一反馈片和第二反馈片用于反馈驱动轴的位置信号，以判断第一定位器及第二定位器是否故障以及跟踪阀门的开度，当运动的定位器发生故障时，第一气路切换装置及第二气路切换装置动作，使气源通过二者中的另一者与气缸连接，这样即使第一定位器或第二定位器其中一者发生故障，也不影响阀门的控制。

Description

气动执行机构及其控制系统

技术领域

本公开涉及气动执行装置技术领域，具体地，涉及一种气动执行机构及其控制系统。

背景技术

当前，直行程调节型阀门气动执行机构领域中，执行机构的阀门定位器往往只布置一个，一旦阀门定位器故障，阀门的调节则失去控制，这样会影响生产系统的正常运行，特别是一些重要系统中的调节型气动执行机构更为重要。

发明内容

本公开的目的是提供一种气动执行机构及其控制系统，该气动执行机构及其控制系统能够解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种气动执行机构，包括：气缸，包括缸体以及延伸出所述缸体外且可沿所述缸体移动的驱动轴；第一定位器，包括与所述驱动轴连接用于反馈位置信号的第一反馈片，所述第一定位器具有第一进气口和第一出气口；第二定位器，包括与所述驱动轴连接用于反馈位置信号的第二反馈片，所述第二定位器具有第二进气口和第二出气口；第一气路切换装置，其进气端用于与气源连接，出气端与所述第一进气口及所述第二进气口连接，以使所述气源与所述第一进气口或所述第二进气口二者中的一者连接；以及第二气路切换装置，其进气端与所述第一出气口及所述第二出气口连接，出气端与所述缸体连接，以使所述第一出气口或所述第二出气口二者中的一者与所述缸体连接。

可选地，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置同步切换，以使所述气源通过所述第一定位器或所述第二定位器二者中的一者与所述缸体连接。

可选地，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置均构造为两位五通电磁阀。

可选地，所述两位五通电磁阀具有两个排气口，当所述第一定位器或所述第二定位器二者中的一者运行时，二者中的另一者通过所述排气口与大气连通，所述排气口处设有宝塔型消音器。

可选地，所述气动执行机构还包括第一控制阀组和与所述第一气路切换装置并联的第一旁路及第二旁路，所述第一旁路用于连通所述气源与所述第一进气口，所述第二旁路用于连通所述气源与所述第二进气口，所述第一控制阀组用于控制所述第一气路切换装置、所述第一旁路以及所述第二旁路的通断。

可选地，所述气动执行机构还包括第二控制阀组和与所述第二气路切换装置并联的第三旁路及第四旁路，所述第三旁路用于连通所述第一出气口与所述缸体，所述第三旁路用于连通所述第二出气口与所述缸体，所述第二控制阀组用于控制所述第二气路切换装置、所述第三旁路以及所述第四旁路的通断。

可选地，所述气缸构造为单作用气缸，所述缸体上设有通气孔用于所述缸体的进气或排气，所述第一定位器和所述第二定位器上均设有排气孔以用于所述气缸排气。

可选地，所述气动执行机构还包括过滤减压阀和闭锁阀，所述过滤减压阀设置在所述气源与所述第一气路切换装置之间，所述闭锁阀具有进气端、出气端以及信号连接端，所述闭锁阀的进气端与所述第二气路切换装置连接，出气端与所述缸体连接，所述过滤减压阀的出气端处设有三通，所述三通的其中一个出口与所述闭锁阀的信号连接端连接。

可选地，所述气动执行机构还包括支架，所述气缸安装在所述支架上，所述驱动轴的端部通过连接块用于与阀门杆连接，所述第一反馈片和所述第二反馈片与所述连接块连接，所述支架上设有安装孔，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置通过所述安装孔安装在所述支架上。

本公开还提供一种气动执行机构的控制系统，包括：上述的气动执行机构；以及控制器，用于接收指令信号并控制所述第一定位器或所述第二定位器工作，以及用于接收所述第一反馈片发出的第一反馈信号及所述第二反馈片发出的第二反馈信号并将所述第一反馈信号及所述第二反馈信号与所述指令信号进行对比以判断所述第一定位器和所述第二定位器的质量，从而控制所述第一气路切换装置及所述第二气路切换装置是否工作。

通过上述技术方案，在本公开提供的气动执行机构中，第一定位器的第一反馈片和第二定位器的第二反馈片均与气缸的驱动轴连接用于反馈驱动轴的位置信号，以判断第一定位器及第二定位器是否故障以及跟踪阀门的实际开度，正常工作时，气源通过第一定位器或第二定位器二者中的一者与气缸连接以控制气缸的开度，当运动的定位器发生故障时，第一气路切换装置及第二气路切换装置动作，使气源通过二者中的另一者与气缸连接，这样即使第一定位器或第二定位器其中一者发生故障，也不影响阀门的控制，避免影响生产系统的正常运行。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开中气动执行机构的结构示意图；

图2是本公开中气缸的主视图；

图3是本公开中气缸的侧视图；

图4是本公开中两位五通电磁阀的内部结构图。

附图标记说明

1、气缸；101、缸体；102、通气孔；103、驱动轴；104、连接块；105、第一反馈片；106、第二反馈片；2、第一定位器；3、第二定位器；4、过滤减压阀；5、闭锁阀；51、信号连接端；6、第一气路切换装置；61、排气口；7、第二气路切换装置；8、第一旁路；9、第一控制阀组；10、第二旁路；11、第二控制阀组；12、第三旁路；13、第四旁路；14、支架；141、安装孔；15、宝塔型消音器。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二、第三、第四”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。

如图1-4所示，本公开提供一种气动执行机构，包括：气缸1，包括缸体101以及延伸出缸体101外且可沿缸体101移动的驱动轴103；第一定位器2，包括与驱动轴103连接用于反馈位置信号的第一反馈片105，第一定位器2具有第一进气口和第一出气口；第二定位器3，包括与驱动轴103连接用于反馈位置信号的第二反馈片106，第二定位器3具有第二进气口和第二出气口；第一气路切换装置6，其进气端用于与气源连接，出气端与第一进气口及第二进气口连接，以使气源与第一进气口或第二进气口二者中的一者连接；以及第二气路切换装置7，其进气端与第一出气口及第二出气口连接，出气端与缸体101连接，以使第一出气口或第二出气口二者中的一者与缸体101连接。

通过上述技术方案，在本公开提供的气动执行机构中，第一定位器2的第一反馈片105和第二定位器3的第二反馈片106均与气缸1的驱动轴103连接用于反馈驱动轴103的位置信号，以判断第一定位器2及第二定位器3是否故障，正常工作时，气源通过第一定位器2或第二定位器3二者中的一者与气缸1连接以控制气缸1的开度，当运动的定位器发生故障时，第一气路切换装置6及第二气路切换装置7动作，使气源通过二者中的另一者与气缸1连接，这样即使第一定位器2或第二定位器3其中一者发生故障，也不影响阀门的控制，避免影响生产系统的正常运行。

作为一种可选的实施方式，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7同步切换，以使气源通过第一定位器2或第二定位器3二者中的一者与缸体101连接，第一气路切换装置6用于控制进气的方向，第二气路切换装置7用于控制出气的方向，二者同步切换，保证压缩空气从同一个定位器进入和排出，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7是否切换取决于第一气路切换装置6和第二气路切换装置7是否得电，正常状态下，二者为失电状态，气源通过第一定位器2与气缸1连接，在第一定位器2出现故障时，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7同时得电，二者同时切换，使气源通过第二定位器3与气缸1连接。

作为一种可选的实施方式，如图1和图4所示，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7均构造为两位五通电磁阀，两位五通电磁阀即可调节两个位置，具有五个通孔的电磁阀，第一气路切换装置6具有一个进气口和两个出气口，进气口与气源连接，两个出气口分别与第一进气口及第二进气口连接；第二气路切换装置7具有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与第一出气口及第二出气口连接，出气口与缸体101连接，通过切换阀芯的位置调节相互连通的进气口及出气口。

可选地，如图4所示，两位五通电磁阀具有两个排气口61，当第一定位器2或第二定位器3二者中的一者运行时，二者中的另一者通过排气口61与大气连通，例如当第一定位器2运行时，第二定位器3的第二进气口通过第一气路切换装置6的出气口和排气口61与大气连通，第二出气口通过第二气路切换装置7的进气口和排气口61与大气连通，这样第二定位器3的第二反馈片106就可以与第一反馈片105同步运动，第二定位器3运行时，第一定位器2也是如此。排气口61处设有宝塔型消音器15，宝塔型消音器15是气动消音器的一种，用于降低进气或排气的噪声，宝塔型消音器15的目的是为了气缸1排气过程中气路和大气连通，排气时消音，同时对大气中粉尘等杂质有较好的隔绝效果。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，气动执行机构还包括第一控制阀组9和与第一气路切换装置6并联的第一旁路8及第二旁路10，第一旁路8用于连通气源与第一进气口，第二旁路10用于连通气源与第二进气口，第一控制阀组9用于控制第一气路切换装置6、第一旁路8以及第二旁路10的通断，第一旁路8和第二旁路10是在第一气路切换装置6故障时可以通过第一控制阀组9切换至旁路运行，对第一气路切换装置6进行维修和更换，不影响系统正常运行，在第一气路切换装置6的进气端及出气端设置有压力表，用于检测第一气路切换装置6的压力是否正常，以判断是否故障，第一控制阀组9包括五个控制阀，分别设置在第一旁路8、第二旁路10、第一气路切换装置6的进气端以及两个出气端上。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，气动执行机构还包括第二控制阀组11和与第二气路切换装置7并联的第三旁路12及第四旁路13，第三旁路12用于连通第一出气口与缸体101，第三旁路12用于连通第二出气口与缸体101，第二控制阀组11用于控制第二气路切换装置7、第三旁路12以及第四旁路13的通断，第三旁路12和第四旁路13是在第二气路切换装置7故障时可以通过第二控制阀组11切换至旁路运行，对第二气路切换装置7进行维修和更换，不影响系统正常运行，在第二气路切换装置7的进气端及出气端设置有压力表，用于检测第二气路切换装置7的压力是否正常，以判断是否故障，第二控制阀组11包括五个控制阀，分别设置在第三旁路12、第四旁路13、第二气路切换装置7的两个进气端以及出气端上。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，气动执行机构还包括过滤减压阀4和闭锁阀5，过滤减压阀4设置在气源与第一气路切换装置6之间，闭锁阀5具有进气端、出气端以及信号连接端51，闭锁阀5的进气端与第二气路切换装置7连接，出气端与缸体101连接，过滤减压阀4的出气端处设有三通，三通的其中一个出口与闭锁阀5的信号连接端51连接，过滤减压阀4起到对压缩空气净化和压力调节的作用；闭锁阀5在系统压力出现波动时或电磁阀切换时能保持气缸1内压力的稳定，进而避免阀门的波动；闭锁阀5别名气动保位阀，通过信号连接端51接收气信号，在气信号丢失的情况下，闭锁阀5关闭，执行器内的压力无法排出，继而实现执行器保位功能，从而实现气缸1保持在一个稳定的开度。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，气缸1构造为单作用气缸，单作用气缸即只设置一个通气孔102，进气时推动活塞及驱动轴103伸出，排气时通过气缸1内的弹簧力复位，缸体101上设有通气孔102用于缸体101的进气或排气，第一定位器2和第二定位器3上均设有排气孔以用于气缸1排气，当气缸1需要伸出时，压缩空气进入过滤减压阀4后分为两路，一路至闭锁阀5的信号连接端51，另一路至第一气路切换装置6，压缩空气通过第一气路切换装置6进入第一定位器2或第二定位器3，以第一定位器2为例，第一定位器2收到指令，输出压缩空气至第二气路切换装置7，压缩空气通过第二气路切换装置7至闭锁阀5的进气端并由出气端排出进入缸体101，压缩空气推动缸体101内的活塞运动并带动驱动轴103运动，驱动轴103运动的同时带动第一反馈片105运动，第一反馈片105运动后形成一反馈信号反馈给第一定位器2，当反馈信号和指令信号一致后，第一定位器2不再出气，此时缸体101里的压缩空气也保持恒定，进而阀门的阀门开度保持一个稳定的开度。当指令信号再次变化后，例如气缸1需要缩回时，压缩空气通过通气孔102、闭锁阀5、第二气路切换装置7后回到第一定位器2，第一定位器2通过排气孔排出压缩空气后气缸1往反方向运动，当反馈信号和指令信号一致后，第一定位器2不再排气，进而阀门的阀门开度保持在另一个稳定的开度。

作为一种可选的实施方式，如图1-3所示，气动执行机构还包括支架14，气缸1安装在支架14上，驱动轴103的端部通过连接块104用于与阀门杆连接，第一反馈片105和第二反馈片106与连接块104连接，支架14上设有安装孔141，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7通过安装孔141安装在支架14上，气缸1通过支架14安装在阀门处，驱动轴103通过连接块104与阀门杆连接以控制阀门的开度，第一气路切换装置6和第二气路切换装置7通过安装孔141安装在支架14上。

本公开还提供一种气动执行机构的控制系统，包括：上述的气动执行机构；以及控制器，控制器可以为DCS或PLC，用于接收指令信号并控制第一定位器2或第二定位器3工作，以及用于接收第一反馈片105发出的第一反馈信号及第二反馈片106发出的第二反馈信号并将第一反馈信号及第二反馈信号与指令信号进行对比以判断第一定位器2和第二定位器3的质量，从而控制第一气路切换装置6及第二气路切换装置7是否工作。第一定位器2指令和第一定位器2指令由同一个定位器指令信号通过一进二出分配器分配而来，实际为同一个信号，作用到不同的定位器上，一进二出分配器可以将一路信号经过处理后分成两路信号并输出至两路设备上。控制系统具有手动控制以及自动控制两种模式，手动控制模式时，例如此时第一定位器2运行，当指令信号与第一反馈信号的偏差数值大于预设的阈值时，代表此时第一定位器2发生故障，发出报警信号，运行操作人员看到报警信号后查看第二定位器3的指令信号与第二反馈信号的偏差是否小于设定值，也就是判断第二定位器3是否在无故障的范围内，若是，则手动控制第一气路切换装置6及第二气路切换装置7动作进行切换。自动控制时，当指令信号与第一反馈信号的偏差数值在持续一段时间内大于预设的阈值或在一定时间内多次大于预设的阈值时，判断第一定位器2发生故障，然后对比第二定位器3的指令信号与第二反馈信号的偏差是否小于设定值，也就是判断第二定位器3是否在无故障的范围内，若是，则自动控制第一气路切换装置6及第二气路切换装置7动作进行切换。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。比如将本公开中的单作用气动定位器和气缸，更改为双作用气动定位器和气缸。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种气动执行机构，其特征在于，包括：

气缸，包括缸体以及延伸出所述缸体外且可沿所述缸体移动的驱动轴；

第一定位器，包括与所述驱动轴连接用于反馈位置信号的第一反馈片，所述第一定位器具有第一进气口和第一出气口；

第二定位器，包括与所述驱动轴连接用于反馈位置信号的第二反馈片，所述第二定位器具有第二进气口和第二出气口；

第一气路切换装置，其进气端用于与气源连接，出气端与所述第一进气口及所述第二进气口连接，以使所述气源与所述第一进气口或所述第二进气口二者中的一者连接；以及

第二气路切换装置，其进气端与所述第一出气口及所述第二出气口连接，出气端与所述缸体连接，以使所述第一出气口或所述第二出气口二者中的一者与所述缸体连接。

2.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置同步切换，以使所述气源通过所述第一定位器或所述第二定位器二者中的一者与所述缸体连接。

3.根据权利要求1或2所述的气动执行机构，其特征在于，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置均构造为两位五通电磁阀。

4.根据权利要求3所述的气动执行机构，其特征在于，所述两位五通电磁阀具有两个排气口，当所述第一定位器或所述第二定位器二者中的一者运行时，二者中的另一者通过所述排气口与大气连通，所述排气口处设有宝塔型消音器。

5.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述气动执行机构还包括第一控制阀组和与所述第一气路切换装置并联的第一旁路及第二旁路，所述第一旁路用于连通所述气源与所述第一进气口，所述第二旁路用于连通所述气源与所述第二进气口，所述第一控制阀组用于控制所述第一气路切换装置、所述第一旁路以及所述第二旁路的通断。

6.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述气动执行机构还包括第二控制阀组和与所述第二气路切换装置并联的第三旁路及第四旁路，所述第三旁路用于连通所述第一出气口与所述缸体，所述第三旁路用于连通所述第二出气口与所述缸体，所述第二控制阀组用于控制所述第二气路切换装置、所述第三旁路以及所述第四旁路的通断。

7.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述气缸构造为单作用气缸，所述缸体上设有通气孔用于所述缸体的进气或排气，所述第一定位器和所述第二定位器上均设有排气孔以用于所述气缸排气。

8.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述气动执行机构还包括过滤减压阀和闭锁阀，所述过滤减压阀设置在所述气源与所述第一气路切换装置之间，所述闭锁阀具有进气端、出气端以及信号连接端，所述闭锁阀的进气端与所述第二气路切换装置连接，出气端与所述缸体连接，所述过滤减压阀的出气端处设有三通，所述三通的其中一个出口与所述闭锁阀的信号连接端连接。

9.根据权利要求1所述的气动执行机构，其特征在于，所述气动执行机构还包括支架，所述气缸安装在所述支架上，所述驱动轴的端部通过连接块用于与阀门杆连接，所述第一反馈片和所述第二反馈片与所述连接块连接，所述支架上设有安装孔，所述第一气路切换装置和所述第二气路切换装置通过所述安装孔安装在所述支架上。

10.一种气动执行机构的控制系统，其特征在于，包括：

根据权利要求1-9中任一项所述的气动执行机构；以及

控制器，用于接收指令信号并控制所述第一定位器或所述第二定位器工作，以及用于接收所述第一反馈片发出的第一反馈信号及所述第二反馈片发出的第二反馈信号并将所述第一反馈信号及所述第二反馈信号与所述指令信号进行对比以判断所述第一定位器和所述第二定位器的质量，从而控制所述第一气路切换装置及所述第二气路切换装置是否工作。