JP2012528364A - デジタル液圧制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

供給ライン、ドレンライン、出力ライン、及び、その供給ラインをその出力ラインに選択的に接続する、或いは、その出力ラインをそのドレンラインに接続する個別に切換可能な複数のオン／オフバルブを有するデジタル液圧制御装置の制御方法を説明する。その方法は、その出力ラインにおける流体の圧力及び／又は流量を含む制御量を検出するステップと、それら複数のバルブのうちの少なくとも１つを選択するステップであり、それら複数のバルブのうちの少なくとも１つは、その制御量が目標値に近づくようにその制御量を制御するための少なくとも１つのその選択されるバルブを通過する流体の量及び方向を制御するために切り換えられるところのステップとを含む。さらに、その方法は、個々のバルブのキャリブレーション、及び／又は、条件監視を含むテストシーケンスを実行するステップを含む。個々のバルブのキャリブレーションは、それらバルブのうちの２つであり、一方が供給ラインを出力ラインに接続し、他方が出力ラインをドレンラインに接続するところの２つのバルブを交互に開くこと、及び、その制御装置における検出された流量及び圧力の値にしたがって個々のバルブのためのキャリブレーション値を算出して設定することによる。条件監視では、それらバルブのそれぞれが順番に切り換えられ、そのバルブの切り換えに応じて、検出された流量及び圧力の値から、個々のバルブのバルブ開条件が推定される。

Description

本発明は、デジタル液圧制御装置の制御方法に関する。

この制御装置は、制御装置の入力ラインと出力ラインとの間に延在するように並列に接続される１組のオン／オフバルブを有する。通常、それらバルブのそれぞれは、それらのラインの一方に接続され、そのラインとそのバルブとの間には絞り又はチョークが配置される。デジタル液圧技術では、１組のバルブ内の絞り値は、バルブ−ライン接続のそれぞれを通じた個々の流れがバイナリ列（binary row）を形成するように設定され、例えば、最も小さい絞りを通じた最も小さい流れを１とすると、別のバルブ−ライン接続は、２、４、６、８、１６等の流量を示す。典型的には、圧力制御のために、制御装置は２組のバルブを有し、そのうちの一方の組のバルブが、その制御装置における入力又は供給ラインを出力ラインに接続し、一方で、そのうちの他方の組のバルブが、その出力ラインをドレンラインに接続する。

その制御装置におけるそれら個々のオン／オフバルブの適切な組み合わせを適切に切り換えることによって、その制御装置を通じた、入力ラインから出力ラインへの流体の流れが、その制御装置の出力ラインにおける流体流量又は流体圧力の何れかを制御するために制御される。このようにして、その制御装置は、スプール弁の制御エッジのアナログ挙動をデジタル化し、そのアナログ挙動を置き換えるようにする。

デジタル液圧制御装置の動作に関する、適切なバルブの組み合わせ、個別の開放時間、及び、他のパラメータの選択には、各バルブとその絞りのキャリブレーション値が必要となる。例えば、液圧シリンダに適用される場合、そのシリンダの動作のためのリニアセンサとそのシリンダの個々の圧力室における圧力のための圧力センサとを監視しながらそのシリンダを端から端まで移動させることが知られている。それらの測定値から、その流量のキャリブレーション値、又は、各バルブ及びその絞りのスループットが手動で算出される。

しかしながら、その制御装置が実際の応用で使用される場合、作動流体の温度の変化、作動流体における異物、及び／又は、そのバルブ若しくは絞りにおける付着物が、自然発生的に、或いは、徐々に、そのキャリブレーション値の正確さに顕著な影響を与え得る。そのような場合、制御装置は不正確なものとなる。また、制御の正確さに影響を及ぼす、例えばソレノイド駆動部における欠陥に起因する不適切なバルブ機能が生じる場合もある。

上述に鑑み、本発明は、動作中の制御の正確さを改善する、デジタル液圧制御装置の制御方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１にしたがった方法によって解決される。本発明によると、供給ライン、ドレンライン、出力ライン、及び、個別に切り換え可能な複数のオン／オフバルブを有するデジタル液圧制御装置の制御方法が提供される。個別に切り換え可能な複数のオン／オフバルブは、供給ラインを出力ラインに選択的に接続し或いは出力ラインをドレンラインに接続する。その方法は、その出力ラインにおける流体の圧力及び／又は流量を含む制御量を検出するステップと、それら複数のバルブのうちの少なくとも１つを選択するステップであり、それら複数のバルブのうちの少なくとも１つは、その制御量が目標値に近づくようにその制御量を制御するための少なくとも１つのその選択されるバルブを通過する流体の量及び方向を制御するために切り換えられるところのステップと、テストシーケンスを実行するステップとを含む。そのテストシーケンスは、個々のバルブのキャリブレーション、及び／又は、条件監視を含む。個々のバルブのキャリブレーションは、それらバルブのうちの２つであり、一方が供給ラインを出力ラインに接続し、他方が出力ラインをドレンラインに接続するところの２つのバルブを交互に開くことによって、また、その制御装置における検出された流量及び圧力の値にしたがって個々のバルブのためのキャリブレーション値を算出して設定することによって行われる。条件監視では、それらバルブのそれぞれが順番に切り換えられ、そのバルブの切り換えに応じて、検出された流量及び圧力の値から、個々のバルブのバルブ開条件が推定される。

上述の方法によって、制御装置の実際の応用で取得される測定値に基づいてその制御装置のキャリブレーションをチェックし或いは改善することができる。特に、測定される値がそのキャリブレーションの設定に即座に使用されるので、その制御装置における変化、又は、周囲条件の変化に対応することができる。

さらに、上述の方法によって、個々のバルブのバルブ不良をその制御量への影響によって特定することができる。それ故に、追加的な配線又は配管のような、機器を監視するための追加的な機能が、その制御装置の適切な機能を確かなものとするシステムチェックのために必要とされることはない。さらに、（例えば、バルブが開かないといった）バルブ不良の場合におけるその条件監視の結果は、その制御装置の制御機能を維持するために作動させられる別のバルブの組み合わせを選択するために使用され得る。このようにして、次の機械動作が停止するまでの非常時運転が少なくとも確保され得る。

望ましい解決策では、複数のバルブが複数のペアで配置される制御装置構成におけるキャリブレーションにおいて、各ペアが、供給ラインを出力ラインに接続するための１つのバルブと、出力ラインをドレンラインに接続するための１つのバルブとを有し、そのペアにおけるバルブは、キャリブレーションのために交互に開けられ得る。有利なことに、キャリブレーションにおいて同じ設計の流量特性を有する２つのバルブが交互に開けられる場合、キャリブレーションデータを個々のバルブに割り当てることがより容易になる。

有利な解決策において、そのキャリブレーションは、２つのバルブを含む各組のバルブの順次的なキャリブレーションを含み得る。そのキャリブレーションは、その制御装置における全てのバルブについて実行される。

望ましい解決策では、その条件監視は、バルブが欠陥を有するかを決定することを含んでいてもよく、また、その少なくとも１つのバルブの選択の変更を含んでいてもよく、そして、その変更される選択は、その制御のために切り換えられるバルブから、その欠陥のあるバルブを除外する。

有利には、そのテストシーケンスは、その制御装置の演算時間に基づく規則的な時間間隔で実行されてもよく、或いは、そのテストシーケンスは、その制御装置を通る流量の積算値に基づく規則的な時間間隔で実行されてもよい。

作動流体の温度の変化に対処するために、そのテストシーケンスは、その流体の温度変化が所定の温度変化値を越えるときに実行されてもよい。

追加的に或いは代替的に、そのテストシーケンスは、その制御装置での圧力及び／又は流量レスポンスが、その選択されたバルブの切り換えに対応する予期されるレスポンスから、圧力及び／又は流量における所定量よりも大きく異なる場合に、実行されてもよい。

望ましい解決策では、制御装置は、その制御装置とその制御装置によって制御されるアクチュエータとの間の出力ラインを遮断するための切り換え可能なオン／オフ出力バルブを備えていてもよい。そこでは、テストシーケンスは、その出力バルブが閉じられている間に実行される。この場合、独立した制御装置のテストが、制御されるプロセスに影響を与えることなく、行われ得る。特に、そのテストシーケンスは迅速に実行され得るので、その制御装置とその制御されるアクチュエータとの間の接続が遮断される期間は短く、テストシーケンスが実行されるにもかかわらず、そのアクチュエータに与える影響は無視できる程度のものである。

或いは、そのテストシーケンスは、その制御装置の動作中に、その出力がアクチュエータに接続されたまま、実行されてもよい。そこでは、圧力及び／又は流量の値が所定量より大きく目標値と異なる場合に、そのテストシーケンスが中断され、圧力及び／又は流量の制御が再開される。

本方法の有利な形態では、その選択ステップは、設定された期間にわたって同時に切り換えられるバルブの組み合わせの選択を含んでいてもよく、その組み合わせの選択、及び、開放期間の設定は、数学的モデルから計算される。

代替的な解決策では、その選択ステップは、各バルブで異なる設定期間にわたって切り換えられるバルブの組み合わせの選択を含んでいてもよく、その組み合わせの選択、及び、異なる開放期間の設定は、数学的モデルから計算される。

望ましくは、複数の供給バルブが並列に供給ライン及び出力ラインに接続されてもよく、また、複数のドレンバルブが並列に出力ライン及びドレンラインに接続されてもよく、そして、その選択は、制御装置の出力における圧力を増大させるための複数の供給バルブの選択、又は、制御装置の出力における圧力を低減させるための複数のドレンバルブの選択を含む。これについての有利な形態では、個々の供給バルブのそれぞれが、開いたときに流体を異なる流量で出すための異なる流量特性を有していてもよく、また、個々のドレンバルブのそれぞれが、開いたときに流体を異なる流量でドレンラインに放出するための異なる流量特性を有していてもよい。さらに、供給バルブ毎に、同じ設計の流量特性を有するドレンバルブがあることが望ましい。

デジタル液圧制御装置の概略図を示す。

図１において、デジタル液圧制御装置１は、４行又は４セットのオン／オフ切換バルブ２３、２４、２５、２６を有する。それらオン／オフ切換バルブ２３、２４、２５、２６のうちの１つは、参照符号２１で示される。バルブ２１のそれぞれは、絞りを備え、それら絞りのうちの１つは、参照符号２２で示される。

ポンプ１０は、圧力供給ライン１１０に作動流体を提供する。圧力供給ライン１１０には、バルブ列２４及び２５が接続される。さらに、ドレンライン１１があり、ドレンライン１１には、バルブ列２３及び２６におけるバルブが接続される。

液圧シリンダ３は、２つの圧力室３１及び３２を有する。バルブ列２３及び２４は、シリンダ３の圧力室３１への出力ライン４１に接続される。バルブ４３は、シリンダ３と列２３及び２４におけるバルブとの間の接続を遮断するために、ライン４１に備えられる。

バルブ列２５及び２６は、シリンダ３の圧力室３２への出力ライン４２に接続される。バルブ４４は、シリンダ３と列２５及び２６におけるバルブとの間の接続を遮断するために、ライン４２に備えられる。

ＰＴで示されるセンサは、ライン１１０、４１、４２のそれぞれにおける圧力及び温度を測定するように構成され、流量センサ４７は、タンクライン１１に備えられる。圧力検出位置４６は、出力ライン４２における圧力のために示され、同様の圧力センサが、出力ライン４１のために備えられてもよい。

テストシーケンスにおいて、キャリブレーションのために、所定のパターンにしたがって、バルブが切り換えられる（通常、列２３及び２４におけるバルブ対が一緒に、また、列２５及び２６におけるバルブ対が一緒に切り換えられる。）。４７で測定された流量の値、及び／又は、センサＰＴのそれぞれにおける圧力の測定値から、各バルブとそれに関連する絞りとを通じた実際の流量が、各バルブのための実際のキャリブレーション値を設定するために、決定され得る。シリンダ３がそのテストシーケンスによる影響を受けないことを維持するために、列２３及び２４におけるバルブをキャリブレーションするための対応するスイッチオフバルブ４３は、ライン４１を遮断するためにオフ位置に切り換えられる。同様に、列２５及び２６におけるバルブをキャリブレーションするために、スイッチオフバルブ４４は、出力ライン４２を遮断すべくオフに切り換えられる。しかしながら、そのキャリブレーションは、バルブ作動に応じたセンサ４６での圧力変化の測定値を用いることによって、そのシリンダを制御装置に接続したまま行われてもよい。

或いは、センサ位置４６での圧力測定値は、列２５及び２６におけるバルブをキャリブレーションする際に用いられてもよい。当然ながら、同じ構成が、列２３、２４のために用いられてもよい。

最後に、バルブ機能の監視に関するテストシーケンスでは、バルブの機能がチェックされるときに、出力ラインのそれぞれを遮断することが好適である。このテストシーケンスでは、例えば列２６におけるバルブが順番に開かれ、そのバルブ機能が正常か否かを結論付けるために、その流量が測定／検出される。その機能テストのための流体を供給するために、平行する列２５におけるバルブの１つ（通常、最も大きな流量値を持つ１つである。）が開けられた状態で維持される。列２５におけるバルブが機能テストされる場合、列２６におけるバルブの１つ（通常、最も大きい流量値を持つ１つである。）は、流体が流量センサ４７を通過するように、開けられた状態で維持される。対応するテスト方法が、列２３及び２４のそれぞれにおいて行われる。

同様に、本発明は、以下のように、実行され得る。

デジタル液圧制御回路において、ブロック内で一度に同じサイズの２つのバルブを交互に開ける別個のテストシーケンスが追加される。供給圧力測定値及びライン圧力測定値と、流量センサの測定値とに基づいて、それらバルブのための新たなキャリブレーション値が自動的に計算される。それらバルブブロックにおける出力ラインには、そのテストシーケンスの間は閉じられる別個のオン／オフバルブがあり、それによって、アクチュエータの方向に流量変化や圧力変化が生じることはない。そのシーケンスが停止した後、各バルブに対する新たなキャリブレーション値が更新され、それによって、制御装置は、再び理想的に動作する。

圧力トランスミッタ４６が、それら出力ラインを閉じるオン／オフバルブのプロセス側に追加される場合、そのテストシーケンスは、圧力調節中にも実行され得る。測定された出力ライン圧が目標値と十分に異なる場合、そのテストシーケンスが中断され、そのライン圧が再び要望通りに調節され、そして、そのシーケンスが再び実行され得る。これは、その制御装置のために、新たなキャリブレーション値が、容易に、迅速に、且つ、正確に測定され、そのシリンダを動かすことなくそのテストシーケンスが実行され、また、そのテストシーケンスが圧力調節中にも実行され得るという、特別な有利点をもたらす。

上述に加え、デジタル液圧制御回路には、バルブの１つ１つを交互に開き、そのレスポンスからそのバルブが動作するかをチェックする別個のテストシーケンスが追加される。そのバルブブロックにおける出力ラインには、テストシーケンスの間は閉じられる別個のオン／オフバルブ４１、４４があり、それによって、そのアクチュエータの方向には、流量や圧力の変化が発生しない。欠陥のあるバルブが検出された場合、その制御回路は、認められた開動作の組み合わせからそれらバルブを排除し、その一組のバルブは、ほとんど通常通り、その動作を継続させる。

それら出力ラインを閉じるそれらオン／オフバルブのプロセス側に圧力トランスミッタ４６が追加される場合、そのテストシーケンスは、圧力調節中に実行可能となり、また、動作中にも実行可能となる。その測定された出力ラインの圧力がその目標値と十分に異なる場合、そのテストシーケンスが中断され、そのライン圧力が再び要望通りに調節され、そのシーケンスが再び実行され得る。これは、追加のバルブ状態信号が必要とされないこと、そのバルブの電気的な欠陥に加え、ステムの閉塞や絞りの詰まり等の機械的な欠陥もが検出され得ること、そして、条件監視が通常の生産中又はシャットダウン中に行われることといった特別な利点をもたらす。

変形例では、デジタル液圧の制御において、高水準言語で記述されたプログラムを迅速に実行可能な埋め込み式の制御システムが使用され得る。その測定結果で生じた変化の影響を監視する機能がそのプログラムに追加される。使用されたバルブの組み合わせと、そのレスポンスにおける起こり得る欠陥から、そのプログラムは、どのバルブが期待通りに動作しないかを推理できる。動作不能のバルブは、認められた組み合わせから排除され、そして、その制御システムは、通知され得る。

Claims (16)

1. 供給ラインと、ドレンラインと、出力ラインと、前記供給ラインを前記出力ラインに選択的に接続し、或いは、前記出力ラインを前記ドレンラインに接続する個別に切り換え可能な複数のオン／オフバルブとを有するデジタル液圧制御装置の制御方法であって：
   前記出力ラインにおける流体の圧力及び／又は流量を含む制御量を検出するステップ、
   前記複数のバルブのうちの少なくとも１つを選択するステップであり、前記制御量を目標値に近づけるべく制御するために、該選択される少なくとも１つのバルブを通過する流体の量及び方向を制御するために切り換えられる前記複数のバルブのうちの少なくとも１つを選択するステップ、並びに、
   前記複数のバルブのうちの２つであり、そのうちの一方が前記供給ラインを前記出力ラインに接続し、そのうちの他方が前記出力ラインを前記ドレンラインに接続するところの前記複数のバルブのうちの２つを交互に開くことによる、及び、前記制御装置において検出された流量及び圧力の値に応じて前記バルブのそれぞれについてのキャリブレーション値を計算して設定することによる、前記複数のバルブのそれぞれのキャリブレーション、及び、
   前記複数のバルブのそれぞれが順番に切り換えられ、該バルブの切り換えに応じて、前記複数のバルブのそれぞれのバルブ開放条件が、前記検出された流量及び圧力の値から推定されるところの条件監視、
   のうちの少なくとも１つを含むテストシーケンスを実行するステップ、
   を有する方法。
2. 前記複数のバルブは、多数のペアで配置され、各ペアは、前記供給ラインを前記出力ラインに接続する１つのバルブと、前記出力ラインを前記ドレンラインに接続する１つのバルブとを有し、
   前記キャリブレーションにおいて、同じペアにおけるバルブが交互に開けられる、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記キャリブレーションにおいて、同じ設計の流量特性を有する２つのバルブが交互に開けられる、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記キャリブレーションは、複数のバルブにおける２つのバルブを含む個別の組の順次的なキャリブレーションを含み、
   前記キャリブレーションは、前記制御装置における全てのバルブについて実行される、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記条件監視は、バルブが欠陥を有するかを決めることを含み、また、前記少なくとも１つのバルブの選択の変更を含み、該変更された選択は、制御のために切り換えられる前記複数のバルブから前記欠陥のあるバルブを除外する、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記テストシーケンスは、前記制御装置の演算時間に基づく規則的な時間間隔で実行される、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記テストシーケンスは、前記制御装置を通る流量の積算値に基づく規則的な時間間隔で実行される、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
8. 前記テストシーケンスは、前記流体の温度変化が所定の温度変化値を超えた場合に実行される、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
9. 前記テストシーケンスは、前記制御装置の出力ラインでの圧力及び／又は流量のレスポンスが、選択された前記複数のバルブの切り換えに対応する予期されるレスポンスと、圧力及び／又は流量の所定量より大きく異なる場合に、実行される、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
10. 前記制御装置は、前記制御装置と前記制御装置によって制御されるアクチュエータとの間で前記出力ラインを遮断するための切り換え可能なオン／オフ出力バルブを備え、
    前記テストシーケンスは、前記出力バルブが閉じられている間に、実行される、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
11. 前記テストシーケンスは、前記制御装置の動作中に、前記出力がアクチュエータに接続されたまま、実行され、
    圧力及び／又は流量の値が前記目標値から所定量より大きく異なる場合に、前記テストシーケンスが中断され、圧力及び／又は流量の制御が再開される、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
12. 前記選択するステップは、設定期間にわたって同時に切り換えられるバルブの組み合わせの選択を含み、該組み合わせの選択、及び、開放期間の設定は、数学的モデルから計算される、
    請求項１に記載の方法。
13. 前記選択するステップは、バルブ毎に異なる設定期間にわたって切り換えられるバルブの組み合わせの選択を含み、該組み合わせの選択、及び、異なる開放期間の設定は、数学的モデルから計算される、
    請求項１に記載の方法。
14. 複数の供給バルブが前記供給ライン及び前記出力ラインに並列に接続され、
    複数のドレンバルブが前記出力ライン及び前記ドレンラインに並列に接続され、
    前記選択は、前記制御装置の出力での圧力を増大させるための複数の供給バルブの選択、又は、前記制御装置の出力での圧力を低減させるための複数のドレンバルブの選択を含む、
    請求項１乃至１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記供給バルブのそれぞれは、開いたときに流体が異なる流量を出すための異なる流量特性を有し、
    前記ドレンバルブのそれぞれは、開いたときに流体が異なる流量で前記ドレンラインに放出されるための異なる流量特性を有する、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記供給バルブ毎に、同じ設計の流量特性を有するドレンバルブがある、
    請求項１５に記載の方法。

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