MX2012009698A - Dispositivo y metodo para controlar un accionador de fluido. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para controlar el movimiento de un accionador de fluidos el cual incluye una válvula de control operada eléctricamente que controla el flujo de un fluido presurizado a y desde el accionador de fluidos en respuesta a señales generadas por un controlador de accionador el cual usa un microprocesador programable por usuario, a bordo, donde el usuario puede descargar varios algoritmos de control hacia el microprocesador para controlar el movimiento del accionador con base en tales parámetros como presión de fluido y tasas de flujo y desplazamiento del accionador. Varios sensores externos pueden conectarse al controlador para propósitos de monitorización y control usando varias interfaces de señal tales como un convertidor de analógico a digital o una interfaz. SSI. Una barra colectora de comunicaciones locales se usa para comunicarse con uno o mas accionadores esclavos cada uno teniendo su propia válvula de control operada eléctricamente que controla el flujo de un fluido presurizado a y desde el accionador esclavo en respuesta a señales de control generadas por el controlador y enviadas a la válvula de control esclava sobre la barra colectora local. Sensores son usados para medir varios parámetros de operación del accionador esclavo y generar señales que son enviadas al controlador sobre la barra colectora local. Un computador supervisor es usado para enviar una señal de comando de alto nivel al controlador donde el controlador genera una señal de control de espira cerrada a uno o mas accionadores de fluidos.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA CONTROLAR UN ACCIONADOR DE FLUIDO Área Técnica Un dispositivo de control de accionador hidráulico para implementar una arquitectura de control distribuido para regular el desempeño de uno o mas accionadores hidráulicos de acuerdo con señales de comando a partir de un solo microprocesador programa-ble por usuario, a bordo.

Estado de la Técnica Un dispositivo para controlar un accionador hidráulico se divulga en DE 195 30 935 C2. Divulgado en esta referencia es un sensor de desplazamiento para indicar la posición del pistón de válvula con una señal eléctrica la cual es suministrada a un controlador de posición. El controlador para controlar la posición del pistón de válvula se arregla en su propio alojamiento, el cual se monta sobre el alojamiento de la válvula. El controlador asegura que el pistón de válvula sigue un punto fijo de posición, el cual es suministrado al controlador como una variable de entrada eléctrica. En este caso, la posición del pistón de válvula determina la magnitud de la sección transversal de paso de la válvula para controlar flujo de fluido a y desde un accionador tal como un cilindro hidráulico.

La patente US 6,901,315 otorgada a Kockemann divulga un dispositivo controlador para controlar un accionador hidráulico el cual incluye una válvula de control hidráulico operada eléctricamente que controla el flujo de un medio de presión en el accionador en respuesta a las señales generadas por tres controladores separados. El primer controlador regula la posición de un pistón en la válvula de control. El segundo controlador comanda movimiento del accionador (tal como un cilindro hidráulico) . Y un tercer controlador controla electrónicamente una secuencia de movimientos del accionador. Los tres controladores se arreglan en un alojamiento común el cual se monta sobre la válvula de control. Los primer y segundo controladores son pre-programados por el fabricante del dispositivo de control. En este dispositivo, solamente el tercer controlador puede ser programado libremente por el usuario. Este dispositivo del estado de la técnica no permite que el usuario programe al segundo controlador con un algoritmo de control de retroalimentacion de estado para controlar al accionador hidráulico. También, en este dispositivo del estado de la técnica, no hay capacidad para controlar accionadores esclavos usando un algoritmo de control de retroalimentacion de estado programado por usuario en el dispositivo según se divulga y se reivindica. También, en este dispositivo del estado de la técnica, no hay capacidad para recibir y procesar la entrada a partir de una variedad de sensores o dispositivos externos tales como válvulas esclavas. También, en este dispositivo del estado de la técnica, todos los controlado-res están comprendidos de microprocesadores separados o circuitos eléctricos en lugar de integrarse en un solo micro-controlador .

La arquitectura de control de estado de la técnica, posteriormente referida como una "arquitectura de control centralizada", consiste de un solo PLC que es responsable por coordinar los movimientos de todos los ejes hidráulicos. Esto hace necesaria la necesidad de que todas las señales de sensor sean dirigidas al un solo PLC de máquina. Esto también hace necesaria la necesidad por que este solo PLC simultáneamente corra varios algoritmos de control de espira cerrada, de retroalimentación de estado, para todos de los ejes hidráulicos. El un solo PLC de ma ' quina entonces envía un comando o manipulación a cada válvula de control hidráulico. Los inconvenientes de la arquitectura de control centralizada del estado de la técnica son que resulta en costo significativo para dirigir cableado a través de la máquina y complejidad de cableado significativa en el panel de PLC. Mas aun un PLC de alto nivel, costoso, se requiere para coordinar simultáneamente todos los ejes hidráulicos y correr los varios algoritmos de control de retroalimentación de estado a una tasa de control suficiente para lograr desempeño dinámico requerido de cada eje hidráulico.

También en el estado de la técnica como una mejora a una "arquitectura de control centralizada" es donde la formación de interfaz analógica de todos los sensores y válvulas de control con el PLC ha sido reemplazada por una barra colectora de campo o red an algunas instalaciones del estado de la técnica. Esta instalación puede reducir el costo de cablear y complejidad de cableado debido a que varios nodos pueden conectarse al PLC en una topología de anillo. El inconveniente a esta variación de una arquitectura de control centralizada con comunicación digital entre nodos y PLC es que tasas de actualización de control son ahora limitadas por el ancho de banda de la barra colectora de campo o red. Considerando que todos los nodos necesitan emitir continuamente sus valores de retroalimentación en la forma de palabras de 8 a 16 bits y considerando que el PLC necesita emitir continuamente manipulaciones a las válvulas de control en la forma de palabras de 8 a 16 bits significa que la tasa a la cual información puede transferirse se limita por el ancho de banda constante de la barra colectora de campo o red. El resultado final es que el desempeño del eje hidráulico sufre de la latencia de manipulaciones recibidas a partir del controlador central.

Compendio La solución a estos problemas es emplear una "arquitectura de control distribuida" del tipo divulgado en esta aplicación donde el algoritmo de control de retroalimentación de estado para cada eje hidráulico se ejecuta localmente sobre la válvula hidráulica controlando ese eje específico. La ventaja de la "arquitectura de control distribuida" es que los sensores pueden ser conectados directamente a la válvula de control hidráulica relevante y no tomar mas ancho de banda valioso sobre la barra colectora de campo o red. Mas aun, la válvula de control hidráulica puede generar su propia trayectoria de comando localmente en lugar de necesitar recibirla a partir del PLC central lo cual reduce transferencia de datos sobre la red o barra colectora de campo. Dado que algoritmos de control de retroalimentacion de estado se incrustan sobre el microprocesador del controlador hidráulico 10, las instrucciones de control pueden ejecutarse y una tasa mucho mas alta con ello significativamente mejorando el desempeño dinámico de dicho eje hidráulico. Finalmente, las responsabilidades del PLC central son significativamente simplificadas permitiendo el uso de una unidad menos compleja y de menor costo. El computador central nuevo se vuelve un PLC de supervisión que coordina los movimientos de cada eje hidráulico pero que no necesita mas monitorizar continuamente y manipular continuamente cada eje hidráulico. En su lugar el PLC de supervisión transmitirla un bit de "Iniciar Perfil" a un controlador distribuido. El controlador distribuido recibirla este bit de "Iniciar Perfil", entonces ejecuta su perfil luego responde con un bit de "Perfil Completo". Este nuevo PLC de supervisión monitorizaria el estado y status de falla de cada controlador distribuido y toma acción apropiada si un controlador distribuido eleva una bandera de falla. El tráfico de comunicaciones de red o barra colectora de campo en una arquitectura de control distribuido se reduce a partir de la emisión continua de palabras de sensor digital y palabras de manipulación digital a la emisión periódica de bits de estado y falla.

Además, la configuración del sistema de control hidráulico ejemplar permite que los algoritmos de control a base de microprocesador pueden programarse por el usuario y no exclusivamente por el fabricante. Esto permite mas flexibilidad en programación y protege la propiedad intelectual del usuario.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una ilustración esquemática del dispositivo de control de fluidos ejemplar conectado a un accionador hidráulico; la figura 2 es una ilustración esquemática mostrando el arreglo de los módulos en el tablero de circuito de control y varias entradas y salidas; la figura 3 es una representación esquemática del dispositivos de control de fluidos ejemplar conectado a una serie de accionadores esclavos.

Descripción Detallada Con referencia ahora a la discusión que sigue y también a los dibujos, enfoques ilustrativos a los sistemas y métodos divulgados son mostrados en detalle. Aunque los dibujos representan algunos enfoques posibles, los dibujos no necesariamente están a escala y ciertas características pueden exagerarse, removerse, o parcialmente seccionarse para ilustrar mejor y explicar la presente divulgación. Además, las descripciones señaladas en la presente no tienen la intención de ser exhausti-vas o de otra manera limitar o restringir las reivindicaciones a las formas y configuraciones precisas mostradas en los dibujos y divulgadas en la siguiente descripción detallada.

Mas aun, un número de restricciones pueden ser introducidas en la discusión que sigue. En algunos casos valores ilustrativos de las constantes son provistos. En otros casos, ningún valor especifico es dado. Los valores de las constantes dependerán de características del hardware asociado y la inter-relación de tales características entre sí así como condiciones ambientales y las condiciones operativas asociadas con el sistema divulgado .

La figura 1 muestra una vista esquemática de un dispositivo de control 10 para controlar un accionador hidráulico 12. Un alojamiento 14 se monta a una válvula de control hidráulico 16. La válvula de control 16 se ilustra como una vista en perspectiva a partir del lado. La válvula de control 16 controla el flujo de fluido trabajando tal como aceite hidráulico, que se presuriza a partir de una bomba 18, a través de la válvula de control 16 y finalmente a un accionador hidráulico 12 y de regreso a partir del accionador 12 a un tanque de retorno 20. En la forma de realización ejemplar, el accionador 12 es un cilindro hidráulico el cual, en las figuras 1, 2 y 3, se ilustra como un cilindro de doble extremo pero podría ser cualquier tipo de accionador adecuado. Por ejemplo, el accionador 12 puede ser un cilindro diferencial o un motor hidráulico. La manguera hidráuli-ca o conexiones de tubo a partir de la válvula de control 16 al accionador 12 se designan por la conexión de bomba P para conexión a la bomba 18, conexión de tanque T para la conexión a partir de la válvula de control al tanque 20 y A y B para las conexiones de manguera o tubo a partir de la válvula de control al accionador de cilindro de doble extremo 12. Un sensor de desplazamiento 28 para medir la posición x de una lanzadera o una válvula de carrete (no mostrada) u otro dispositivo de válvula está contenido dentro de la válvula de control 16. El sensor de desplazamiento 28 es conectado hacia el tablero de circuito de control 26 el cual convierte la posición x del pistón de válvula hacia una señal eléctrica xi la cual, en el controlador 11 se procesa y se suministra como la posición procesada del valor actual de la posición de carrete. Las funcionalidades de software dentro del microprocesador 32 junto con interfaces de entrada y salida y otras características del controlador 11 se discuten en mas detalle con respecto a la figura 2.

Ahora de nuevo con referencia a la figura 1 de los dibujos, una ilustración esquemática del dispositivo de control hidráulico ejemplar 10 conectado hidráulicamente a un accionador hidráulico 12 se muestra. Un alojamiento 14 conteniendo un controlador 11 se monta a una válvula de control hidráulica 16. La válvula de control 16 se ilustra en una vista en perspectiva a partir del lado. La válvula de control 16 controla el flujo de aceite hidráulico presurizado u otro fluido de trabajo a partir de una° bomba de presión 18 a través de la linea de presión P al accionador hidráulico 12 y de regreso a un tanque de retención 20 mediante la linea de tanque T. En la figura 1 el accionador hidráulico 12 se muestra como un accionador hidráulico de doble acción teniendo una flecha de salida 22 la cual es impulsada en una dirección y en la dirección opuesta por fluido presurizado actuando en cualquier lado de un pistón 24 el cual se conecta a la flecha de salida 22. Internamente, la válvula de control 16 contiene por lo menos un accionador electromagnético de alta velocidad (no mostrado) el cual recibe y reacciona a señales a partir del controlador 11 para posicionar al carrete dentro de la válvula de control 16. La válvula de control 16 puede usar válvulas de carrete escalonadas donde una primera válvula de carrete se usa para controlar el flujo de fluido hidráulico presurizado a una segunda válvula de carrete y asi sucesivamente, hasta que la etapa final controla el flujo de aceite hidráulico presurizado a un accionador tal como un cilindro o motor donde en la figura 1 un accionador de cilindro 12 se muestra.

Con referencia de nuevo a la figura 1, se muestra el diagrama de circuito de bloques del controlador 11 ilustrado en la figura 1 para controlar al cilindro de doble extremo 12. El controlador 11 para controlar la posición x de la válvula de control y consecuentemente la posición del pistón del accionador 12 es suministrado con la señal de salida xi a partir del sensor de desplazamiento 28 como valor actual, y un punto fijo xs, como señales de entrada al controlador 11 usando esta señal junto con una señal de posición o presión a partir del accionador 12 para proporcionar un sistema de control de espira cerrada para controlar el desempeño del accionador 12. La etapa de salida del controlador 11 suministra las espiras de los accionadores electromagnéticos contenidas en la válvula de control 16 con las corrientes ia e ib, las cuales sirven para posicionar al carrete para controlar el flujo de aceite hidráulico presurizado u otro fluido presurizado al accionador 12 a través de las lineas de fluidos A y B tal que se mueva al pistón de accionador 24 tal que asuma la posición predefinida por la señal xs de modo de que el valor actual de la posición del pistón de accionador 24 o vástago de pistón 22 siga su punto fijo deseado tan rápidamente como sea posible. De manera importante, el controlador 11 se basa sobre un micro-circuito o micro-controlador 32 que es libremente programa-ble por un usuario mediante la linea de comunicaciones 48 o 34 que también se puede programar por el fabricante si se desea.

Las conexiones de fluidos A y B entre el accionador de válvula 16 y el cilindro de doble extremo 12 se conectan mediante lineas y aditamentos de conexión hidráulica comúnmente usados. El vástago de pistón 22 del cilindro de doble extremo 12 es provisto con un sensor de desplazamiento 23 que convierte la posición del vástago de pistón 22 hacia una señal eléctrica si Cp. La señal si Cp es suministrada al controlador 11 y específicamente al microprocesador 32 como un valor de posición actual. Mediante diferenciar la señal xi Cp, el valor actual de la velocidad del vástago de pistón 22 del accionador de cilindro de doble extremo 12 puede obtenerse según se requiera para control de velocidad si se requiere. Sensores de presión 25 integrales a la válvula de control 16 miden la presión en las lineas de compuerta de trabajo A y B asi como en las lineas de interfaz P y T y suministran señales Pa, Pb, Ps, y Pt al controlador 11. Además de las señales Pa, Pb, Ps, y Pt el controlador 11 es suministrado con el valor actual xi de la posición del pistón de válvula a partir del sensor de posición 28. A partir de la diferencia de presión ponderada entre las señales Pa y Pb un valor de presión actual pi el cual también es una medida de la fuerza actuando sobre el vástago de pistón 22 del accionador de cilindro de doble extremo 12 puede calcularse. Presiones de interfaz Ps y Pt también pueden usarse en conjunto con presiones de compuerta Pa y Pb y con posición de pistón de válvula xi para calcular el flujo dentro o fuera del accionador de cilindro 12. El controlador 11 se construye como un solo microprocesador 32 y es parte de un sistema de control digital de espira cerrada. El microprocesador 32 es por lo tanto capaz de procesar los algoritmos del control de presión o flujo para finalmente controlar la presión de fluido suministrada al accionador de cilindro 12 además de los algoritmos para el control de posición del vástago de pistón 22 del accionador de cilindro 12. En lugar del control de posición descrito, control de velocidad, control de fuerza o control de presión también pueden implementarse por el controlador digital 11. El dispositivo proporciona una plataforma para que el usuario final programe sus propios algoritmos de control de retroalimen-tación de estado y sus propios perfiles de lógica y comando de secuenciamiento directamente hacia el solo microprocesador 32.

Alternativamente este software de control puede ser programado por el fabricante. Además del control de posición descrito cualquier otro control de aplicación concebible al usuario puede programarse dentro del controlador 11 incluyendo pero no limitado a: Control de bomba pQ Control de cilindro pQ Control de bomba de detección de carga Control de un solo eje Control de flujo compensado por presión y temperatura Control de presión Control de eje sincrónico (maestro/esclavo) Control de medidor de entrada/medidor de salida de carretes gemelos (maestro/esclavo) Control de flujo paralelo Control de cortes de seguridad Prognosis & Diagnóstico (relacionados con válvula y máquina) El controlador 11 es centrado alrededor del microproce-sador 32 el cual es un controlador de secuencia libremente programable con funcionalidad NC y/o PLC. En este caso, NC es la designación usada en sistemas de control de máquina para "control numérico", y PLC es la designación usada para "controladores lógicos programables". El microprocesador 32 también proporciona una plataforma para algoritmos de control de retroalimentación de estado libremente programables. La programación del microprocesador 32 puede llevarse a cabo por el usuario para proteger la propiedad intelectual del usuario de entidades externas. Muchos OEMs que utilizan válvulas hidráulicas para controlar ejes hidráulicos en máquinas quieren proteger su propiedad intelectual en el área de control de eje hidráulico. Consideran el control del eje hidráulico siendo de su competencia y ventaja competitiva de núcleo contra otros fabricantes de máquina. El sistema de control hidráulico 10 reivindicado con el mismo proporciona una plataforma para que el usuario final programe sus propios perfiles de lógica de control y comando de estado y algoritmos de retroalimentación de estado y por lo tanto, proporciona al fabricante de máquina con la habilidad de proteger su IP.

Además de proporcionar una plataforma libremente programable, el sistema de control hidráulico reivindicado con la misma también permite una "arquitectura de control distribuido" para control de múltiples ejes. En una máquina típica hay varios ejes hidráulicos que necesitan ser controlados simultáneamente. El estado de la técnica actual de arquitectura de control, posteriormente referido como una "arquitectura de control centralizada", consiste de un solo PLC que es responsable por coordinar los movimientos de todos los ejes hidráulicos. Esto hace necesaria la necesidad de que todas las señales de sensor sean dirigidas al solo PLC de máquina. Esto también hace necesario la necesidad para que este solo PLC corra simultáneamente varios algoritmos de control de espira cerrada, de retroalimentación de estado, para todos de los ejes hidráulicos. El solo PLC de máquina entonces envía un comando o manipulación a cada válvula de control hidráulica. Los inconvenientes de una arquitectura de control centralizada son que resulta en costo significativamente para dirigir cableado a través de la máquina y complejidad de cableado significativa en el panel de PLC. Mas aun un PLC de alto nivel, costoso, se requiere para coordinar simultáneamente todos los ejes hidráulicos y correr los varios algoritmos de control de retroalimentación de estado en una tasa de control suficiente para lograr desempeño dinámico requerido de cada eje hidráulico.

Como una mejora a una "arquitectura de control centralizada" la interfaz analógica de todos los sensores y válvulas de control con el PLC se han reemplazado por una barra colectora de campo o red en algunas instalaciones. Esta instalación puede reducir costo de cableado y complejidad de cableado debido a que varios nodos pueden ser conectados al PLC en una topología de anillo. El inconveniente a esta variación de una arquitectura de control centralizada con comunicación digital entre nodos y PLC es que tasas de actualización de control son ahora limitadas por el ancho de banda de la barra colectora de campo o red. Considerando que todos los nodos necesitan emitir continuamente sus valores de retroalimentacion en la forma de palabras de 8 a 16 bits y considerando que el PLC necesita continuamente emitir manipulaciones a las válvulas de control en la forma de palabras de 8 a 16 bits significa que la tasa en la cual información puede ser transferida se limita por el ancho de banda constante de la barra colectora de campo o red. El resultado final es que el desempeño del eje hidráulico sufre de la latencia de manipulaciones recibidas a partir del controlador central .

La solución a estos problemas es emplear una "arquitectura de control distribuida" donde el algoritmo de control de retroalimentacion de estado para cada eje hidráulico se ejecuta localmente en la válvula hidráulica controlando ese eje especifico. La ventaja de la "arquitectura de control distribuido" es que los sensores pueden ser conectados directamente a la válvula de control hidráulico relevante y no tomar mas ancho de banda valioso en la barra colectora de campo o red. Mas aun, la válvula de control hidráulico puede generar su propia trayectoria de comando localmente en lugar de necesitar recibirla a partir del PLC central lo cual reduce adicionalmente transferencia de datos en la red o barra colectora de campo. Dado que algoritmos de control de retroalimentacion de estado son incrustados en el microprocesador 32 del controlador hidráulico 10, las instrucciones de control pueden ser ejecutadas y una tasa mucho mas grande con ello mejorando significativamente el desempeño dinámico de dicho eje hidráulico. Finalmente, las responsabilidades del PLC central se ven significativamente simplificadas permitiendo el uso de una unidad menos compleja y de menor costo. El nuevo computador central se vuelve un PLC de supervisión que coordina los movimientos de cada eje hidráulico pero que no necesita mas monitorizar continuamente y manipular continuamente cada eje hidráulico. En su lugar el PLC de supervisión transmitirla un bit de "Iniciar Perfil" a un controlador distribuido. El controlador distribuido recibiría este bit de "Iniciar Perfil", entonces ejecutar su perfil, luego responder con un bit de "Perfil Completo". El PLC de supervisión nuevo monitorizaría el estado y status de falla de cada controlador distribuido y tomar acción apropiada si cualquier controlador distribuido eleva una bandera de falla. El tráfico de comunicaciones de red o barra colectora de campo en una arquitectura de control distribuida se reduce a partir de la emisión continua de palabras de sensor digitales y palabras de manipulación digital a la emisión periódica de bits de estado y falla.

Ahora con referencia a la figura 2, una ilustración esquemática mostrando los arreglos de módulos en el tablero de circuito de control y varias entradas y salidas se muestran. El controlador 11 tiene una primera interfaz 113 a un sistema de barra colectora global 34 mediante lo cual el dispositivo de control 10 se conecta a un controlador de mayor orden tal como un PLC de supervisión 60. El controlador 11 tiene una segunda interfaz a un sistema de barra colectora local 33. Dispositivos y sensores adicionales para controlar cilindros adicionales u otros accionadores en cada caso se conectan a este sistema de barra colectora 33 lo cual puede ser a través de una red o interfaz de barra colectora de campo 113 como se ilustra en la figura 2. Los sistemas de barra colectora 33 y 34 se conectan al tablero de circuito 26 como se ilustra en las figuras 1 y 2. Mediante reemplazar un componente de tablero de circuito tal como la interfaz de barra colectora de red 113, el dispositivo de control 10 puede ser conectado en una manera simple a diferentes sistemas de barra colectora o red.

El controlador 11 se conecta al PLC de supervisión 60 mediante el sistema de barra colectora global 34. En este sistema de barra colectora global 34 el PLC de Supervisión 60 es designado como el "maestro" y el controlador de válvula 11 es designado como un "esclavo". Un segundo sistema de barra colectora, designado como el sistema de barra colectora local 33, es provisto para uso cuando un eje hidráulico debe controlarse por dos o mas accionadores hidráulicos 12B y válvulas de control hidráulico 50. Un ejemplo de esto está en una aplicación de prensa donde dos cilindros hidráulicos deben seguir una trayectoria idéntica paralela entre si. En este caso el controlador 11 sería designado como un maestro y una segunda válvula de control hidráulico 50 sería responsable por controlar su propia válvula de control hidráulico 10 y el controlador 11 también sería responsable por controlar la segunda válvula de control hidráulico 50. El sistema de barra colectora local es por ejemplo una barra colectora CAN mediante la barra colectora local 33. Conecta a los dispositivos y posibles dispositivos adicionales teniendo capacidad de comunicación apropiada entre sí dado que la barra colectora local y global 33, 34 permiten el intercambio de datos entre una pluralidad de dispositivos. Este intercambio de datos entre el sistema de barra colectora global 34 y el sistema de barra colectora local 33 es habilitado por la Base de Datos de Diccionario de Objeto Expandida 124. Mediante este intercambio de datos, por ejemplo, control sincrónico de los vástagos de pistón de dos cilindros de accionador puede implementarse . El sistema de barra colectora global 34 conecta a los dispositivos al controlador de mayor orden tal como el computador de supervisión 60. En la figura 2, el computador de supervisión 60 es ilustrado como un controlador lógico programable (PLC) pero también puede implementarse por un PC. Mediante el sistema de barra colectora global 34, el computador de supervisión 60 puede ser suministrado con los valores actuales diferentes a partir del accionador 12, o a partir de datos de sensor contenidos en la base de datos de diccionario de objeto 124, o información de estado de válvula de control o bits de falla o datos de diagnóstico para propósitos de monitorización o control.

El fluido hidráulico presurizado tal como aceite hidráulico, ingresa al accionador 12 a través de ya sea lineas hidráulicas A y/o B cuyas tasa de flujo y presión están en respuesta al movimiento de la válvula de carrete (no mostrada) en la válvula de control 16 con base en una variedad de entradas de sensor y comandos de movimiento deseados usando algoritmos suministrados mediante ya sea el fabricante, el usuario o algún proveedor tercero. El controlador 32 puede conectarse a un sistema de comunicaciones digital global o local o ambos. El sistema de comunicaciones digital global o local puede ser una barra colectora de campo tal como una CAN o una red tal como Ethernet. Conectores 33 y 34 son las ilustraciones mostradas de las conexiones eléctricas a los sistemas de comunicaciones digital local y global respectivamente. También ilustradas son conexiones eléctricas 48 y 46 donde el conector 48 puede usarse para programar tipo flash el microprocesador 32 y el conector 46 pueden conectarse a una variedad de sensores externos 42 tales como sensores de desplazamiento, presión, temperatura, o vibración. Otro enfoque para transferir datos de sensor externos hacia el controlador 11 es a través de una linea de comunicaciones en serie usando un sistema tal como multiplex para codificar y luego decodificar los valores de sensor enviados en serie usando al microprocesador 32 o un dispositivo de comunicaciones separado tal como el A a D 123 o la interfaz SSI 126 mostrada en la figura 2.

Ahora de nuevo con referencia a la figura 2 de los dibujos, un diagrama ilustrativo del controlador 11 del dispositivo de control 10 ejemplar se muestra. El controlador de aplicación a bordo 103 se muestra contenido dentro de la caja punteada dibujada en la figura 2 e incluye tanto una sección de procesador 102 que maneja el algoritmo de control de aplicación de retroalimentación de estado y una sección de lógica de secuenciamiento 104 que maneja tanto la lógica de secuenciamiento y perfiles de comando de CNC.

En el dispositivo de control 10 ejemplar, una plataforma de software es provista tal que el algoritmo de control de aplicación pueda programarse por el usuario pero en su lugar puede programarse por el fabricante. La plataforma de software también permite al usuario programar la lógica de secuenciamiento y perfiles de CNC o puede en su lugar programarse por el fabricante .

Los dispositivos de control hidráulico 10 ejemplares usan una arquitectura de control en cascada con lo cual el controlador de Lógica de Secuenciamiento y NC 104 operan en el nivel mas alto. La función de este controlador es recibir comandos de "iniciar perfil" a partir del PLC de supervisión 60 y transmitir status de "perfil completo" al PLC de supervisión 60. La Lógica de Secuenciamiento y controlador NC 104 también pueden transmitir otras varias palabras de status al PLC de supervisión 60 tal como el estado actual de la máquina de estado o información de diagnóstico o falla. Finalmente el controlador de Lógica de Secuenciamiento y NC 104 proporcionan al perfil de comando e información de secuenciamiento al siguiente controlador mas bajo en la cascada que es el controlador de Retroalimentación de Estado de Aplicación 102.

El Controlador de Aplicación 103 tiene acceso de lectura/escritura a la Base de Datos de Diccionario de Objeto 124. Esta base de datos es un repositorio para traer datos detectados escritos por la Interfaz A/D 123 o SSI 126. Esta base de datos 124 es también un repositorio para almacenar información de status a ser emitida por la interfaz de red/barra colectora de campo 113. El siguiente controlador mas bajo en la cascada es el controlador de Retroalimentación de Estado de Aplicación 102. La función de este controlador es ejecutar instrucciones de software a una tasa de muestra fija, rápida, para ejecutar algoritmos de control de retroalimentación de estado, en tiempo real. El controlador de Retroalimentación de Estado de Aplicación 102 recibe su trayectoria de comando a partir del controlador de Lógica de Secuenciamiento y NC 104 y recibe los parámetros de retroalimentación de estado detectados mediante la Base de Datos de Diccionario de Objeto 124. Con base en estos comandos y retroalimentaciones el controlador de Retroalimentación de Estado de Aplicación 102 calcula una manipulación a ser pasada al siguiente controlador mas bajo en la cascada. El controlador de Retroalimentación de Estado de Aplicación 102 puede programarse por el usuario o puede ser pre-programado por el fabricante. El siguiente controlador mas bajo en la cascada puede ser el controlador de posición de pistón de válvula de control 114 o el Controlador de Corriente de Accionador de Válvula de Control 116 o el controlador PWM de Accionador de Válvula de Control 112. Esta selección es software seleccionable por el controlador de aplicación 103 mediante un parámetro de "Modo de Control" en la Base de Datos de Diccionario de Objeto 124. Esta selección de software de Modo de Control se ilustra como interruptor 110 en la figura 2.

La posición del interruptor 107 se selecciona por la sección de procesador 102 tal que ya sea el controlador de flujo 106 se conecte al interruptor 110 o el controlador de presión 108 se conecte al interruptor 110. El controlador de posición de pistón de válvula de control 114 contiene lógica de software para calcular y generar un comando de corriente con base en el error entre la posición de pistón comandada y posición de pistón actual xi . Esta señal se transmite al controlador de corriente 116. El controlador de corriente 116 genera una señal de comando PWM con base en el error entre corriente comandada y corriente de accionador detectada ia o ib. Las señales PWM se envían a un controlador de corriente de Anchura de Pulso Modulada ( PWM) 112. El controlador de coriente PWM 112 genera corriente ia e ib que se hunde a través del Accionador de Válvula Electromagnético A 118 y B 120 para ejercer fuerzas para mover el pistón de válvula de control. Los Accionadores de Válvula Electromagnética 118 y 120 determinan la posición del pistón de válvula de control que a su vez, controla el flujo de aceite hidráulico presurizado al accionador hidráulico 52.

Como un ejemplo, el controlador de Lógica de Secuencia-miento y NC 104 llamaría ya sea al controlador de retroalimenta-ción de estado de control de flujo 106 o el controlador de retroalimentación de estado de control de presión 108 con base en lógica programada por usuario 104 para ejecutar una aplicación de control pQ comúnmente usada sobre máquinas de moldeado por inyección. El controlador de Lógica de Secuenciamiento y NC 104 proporcionaría al controlador de retroalimentación de estado seleccionado con el perfil de comando de flujo programado de usuario o perfil de comando de presión mientras está en dicho estado de operación. La salida del controlador de retroalimentación de estado seleccionada sería una manipulación a 114, 116 o 112 con base en el estado del interruptor 110 para finalmente posicionar el carrete de válvula de control.

En una manera similar, accionadores hidráulicos adicionales podrían ser controlados por el Controlador de Aplicación 103 mediante válvulas esclavas 50 en la barra colectora de campo local. Si se desea ya sea el controlador de posición 114 o el controlador de corriente 116 o ambos pueden eliminarse a partir de la cadena de procesamiento usando un "interruptor de software" a través de la selección de "Modo de Control de Válvula" en la Base de Datos de Diccionario de Objeto 124. El estado de este "interruptor de software" como se ilustra como articulo 110 en la figura 2 se controla por el controlador de aplicación 103. Usando este mecanismo la señal de control generada por el controlador de aplicación 104 puede alimentarse al Controlador de Posición 114 o al Controlador de Corriente 116 o directamente al Controlador de Corriente P M 112.

Para coordinar el movimiento de alto nivel de un eje hidráulico distribuido 12A y 12B con otros ejes hidráulicos distribuidos en la máquina, un computador de PLC de supervisión 60 se conecta con la linea de barra colectora de red global 34 que a su vez se conecta con el controlador de aplicación 103. El usuario puede programar al controlador de aplicación 103 para comandar el movimiento deseado o desempeño del eje hidráulico según se dirige por el PLC de supervisión 60. El controlador de aplicación 103 entonces genera una señal de control requerida la cual se transmite a los controladores corriente abajo en la cascada 112, 114, 116 y a una válvula de control hidráulico esclava 50 mediante la conexión de red de barra colectora local 33 en el caso de control de eje sincrónico. Dos accionadores se muestran en este ejemplo aunque uno o una pluralidad de accionadores podrían usarse con el sistema ejemplar.

El movimiento de los accionadores 12A y 12B son de un control de espira cerrada a través del uso del controlador de aplicación 103 donde una selección de sensores se usa para proporcionar la entrada de control de espira cerrada. Mostrado en la figura 1, el articulo 25 y en la figura 2 el articulo 130 son sensores de presión comprendidos de sensores Pa y Pb para la medición de las presiones de compuerta de trabajo a partir de la válvula de control 10 a su accionador respectivo 12. El sensor de presión Ps mide la presión de la linea de suministro de fluido de alta presión y el sensor de presión Pt mide el nivel de fluido en un tanque de retorno (no mostrado) . El sensor Vp mide la posición de un carrete de válvula de control de segunda etapa (no mostrado) mientras que el sensor Cp mide la posición del pistón de accionador hidráulico 12. Se reconoce que para proporcionar máxima flexibilidad para que un usuario programe su propia lógica de control y algoritmos hacia el controlador de aplicación 103 que datos de sensor adicionales pueden ser requeridos. Para este propósito una interfaz de sensor externa 125 ha sido provista para pasar datos de sensor externos hacia el controlador 11. Estos datos de sensor externos se vuelven disponibles al controlador de aplicación 103 a través de acceso de lectura a la Base de Datos de Diccionario de Objeto Expandida 103.

Un diccionario de objeto expandido 124 se conecta al A a D 123, a la interfaz de barra colectora de red 113, al controlador de aplicación 103 y a una interfaz SSI 126. La interfaz SSI 126 actúa para pasar señales a partir de sensores digitales externos (no mostrados) al diccionario de objeto 124 a diferencia del A a D 125 el cual digitaliza señales a partir de sensores analógicos externos 130. El diccionario de objeto 124 puede incluir información y otros datos tales como configuraciones de calibración, parámetros de sensor, banderas de diagnóstico, parámetros de algoritmo de control, tablas de ganancia, umbrales de señal y bandas muertas.

Ahora con referencia a la figura 3 de los dibujos, una ilustración esquemática del controlador 17 conectado a una serie de accionadores esclavos se muestra. Un tablero de circuito 11 contiene una variedad de componentes electrónicos tales como un microprocesador 32 y módulos de interfaz. La linea de señal de comunicaciones local 33A se conecta a la barra colectora de campo o red de comunicaciones local tal como una barra colectora CAN o red Ethernet. La linea de señal de comunicaciones global 34 se conecta a una barra colectora de campo o red de comunicaciones global tal como CAN o Ethernet. El microprocesador 32 puede ser un microcircuito de Circuito Integrado Especifico de Aplicación (ASIC) o un dispositivo similar que proporciona el procesamiento de señal y soporte de algoritmo requerido para generar una variedad de señales tales como la señal de control que es enviada a la válvula de control hidráulico 16 y las válvulas de control hidráulico esclavas 50A y 50B. Una variedad de válvulas de control hidráulico se muestran en la figura 3 conectadas al controlador 11 como nodos 50A y 50B sobre un sistema de comunicaciones de barra colectora o red 33. El controlador 11 es designado como el "maestro" y las válvulas de control hidráulico adicionales son designadas como esclavas. Cada válvula de control hidráulico 10, 50A y 50B también se conectan a un accionador de cilindro 12A, 12B, y 12C mediante conexiones hidráulicas. Cada accionador de cilindro se instrumenta con un sensor 23A, 23B, y 23C para detectar la posición y/o velocidad del pistón de accionador. Cada sensor de accionador se conecta al controlador 11 mediante la interfaz 56A, 56B, y 56C. La interfaz 56A, 56B, y 56C puede ser una interfaz analógica o una interfaz digital tal como una interfaz SSI o discreta tal como salida por un codificador. Los sensores de accionador 23A, 23B, y 23C pueden también ponerse en interfaz al controlador 11 como nodos esclavos adicionales en el sistema de red o barra colectora local 33. En esta manera el controlador 11 puede controlar al accionador hidráulico 12A controlado por la válvula de control hidráulico 10 en la que el controlador 11 reside y uno o mas accionadores hidráulicos adicionales 12B y 12C. Los algoritmos de lógica de control y retroalimentación de estado para cada accionador hidráulico pueden programarse en el controlador 11 por el usuario como se describe en la presente.

Ahora de nuevo con referencia a la figura 3 de los dibujos, una ilustración esquemática del sistema de control hidráulico 11 ejemplar se muestra donde el controlador 17 se usa para enviar señales de control a por lo menos una unidad de válvula de control esclava tal como válvulas de control 50A, 50B.

El controlador 17 se conecta eléctricamente a la barra colectora local 33 la cual puede ser lo que se conoce como una barra colectora CAN la cual ha sido discutida previamente. Señales de comunicación eléctricas se envían sobre la barra colectora local 33 la cual se conecta a cada una de las válvulas de control esclavas 50A, 50B. Las señales enviadas se codifican tal que el accionador esclavo apropiado 50A y 50B solamente responda a su señal de control esclava. La señal de control esclava representa una variable tal como la posición de cilindro deseada o posición de válvula de control o un nivel de presión o un nivel de fuerza, por ejemplo. Las variables asociadas con el desempeño de los accionadores esclavo se transmiten mediante las líneas de comunicaciones 56A, 56B y 56C las cuales se conectan al sensor en cada uno de los accionadores 23A, 23B, y 23C los cuales detectan movimiento de los cilindros hidráulicos 12A, 12B, y 12C. Las señales a partir de los sensores entonces se transmiten al controlador 17 donde se procesan y una nueva señal de control se envía mediante la línea de barra colectora local 33 a las válvulas de control 10, 50A, 50B. La posición de los cilindros hidráulicos 12A, 12B, y 12C se transmiten al controlador 1 a través de líneas de comunicación esclavas 56A, 56B y 56C. Las amplitudes de las señales producidas por los sensores pueden codificarse y someterse a multiplex o los sensores tales como los sensores de accionador 23A, 23B, y 23C pueden ser conectados directamente al controlador 17.

El controlador 17 se comunica electrónicamente con el computador de supervisión central 60 el cual puede ser un PLC, a través de una linea de comunicaciones de barra colectora global 34. El computador de supervisión 60 puede programarse para regular el dispositivo de control hidráulico maestro 10' y a su vez, el desempeño de los accionadores esclavos el cual responde a señales de control generadas por el dispositivo de control maestro 10' y específicamente por el microprocesador 32. Por ejemplo, el usuario puede programar una solicitud de que el movimiento de los accionadores maestro y esclavo 12A-C se muevan en secuencia. El microprocesador 32, el cual ha sido programado por flash por el usuario, entonces genera señales de control que son enviadas a la válvula de control maestra 10 y a cada una de las válvulas de control hidráulico esclavas 50A y 50B para generar el movimiento deseado de los accionadores 12A, 12B y 12C. En esta manera un solo controlador 11 puede trabajar en una arquitectura de control distribuido para controlar una función distribuida en una máquina requiriendo dos o mas válvulas de control hidráulicas. Ejemplos de funciones de válvula multi-control, distribuidas, incluyen pero no se limitan a las siguientes aplicaciones: Control de eje sincrónico (maestro/esclavo) Control de medidor de entrada/medidor de salida de carretes gemelos (maestro/esclavo) Control de flujo en paralelo Control distribuido de cortes de seguridad La válvula de control hidráulico maestra 17 actúa como un esclavo en la interfaz de red o barra colectora de campo global 34 la cual es puesta en modo maestro por el PLC de supervisión 60. El PLC de supervisión 60 monitoriza y coordina otros controladores distribuidos en la máquina tales como 17, 17', 17".

Esta divulgación ha sido particularmente mostrada y descrita con referencia a las ilustraciones anteriores, las cuales son meramente ilustrativas de los mejores modos para llevar a cabo la divulgación. Se entenderá por los técnicos en la materia que varias alternativas a las ilustraciones de la divulgación descrita en la presente pueden emplearse al practicar la divulgación sin salir del espíritu y alcance de la divulgación según se define en las reivindicaciones siguientes. Se tiene la intención de que las siguientes reivindicaciones definan el alcance de la divulgación y que el método y aparato dentro del alcance de estas reivindicaciones y sus equivalentes sea cubierto por las mismas. Esta descripción de la divulgación deberá entenderse incluyendo todas las combinaciones novedosas y no obvias de elementos descritos en la presente, y reivindicaciones pueden presentarse en esta o una solicitud posterior a cualquier combinación novedosa y no obvia de estos elementos. Mas aun, las ilustraciones anteriores son ilustrativas, y ninguna característica o elemento es esencial a todas las combinaciones posibles que puedan ser reivindicadas en esta o una solicitud poste

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control de fluidos teniendo algoritmos de control para controlar el movimiento de un accionador comprendiendo : un microprocesador conteniendo todos de los algoritmos de control los cuales pueden ser programados por un usuario; una válvula de control para controlar el flujo de un fluido presurizado al accionador; un sensor de posición de válvula conectado a dicha válvula de control y generando una señal de posición; donde el microprocesador genera una señal de comando que es transmitida a dicha válvula de control la cual se mueve tal que permita que fluido presurizado ingrese al accionador para ocasionar que el accionador se mueva con ello ocasionando que dicho sensor de posición de válvula transmita una señal de posición cambiada a dicho microprocesador para uso en un algoritmo de control de espira cerrada.

2. El sistema de control de fluidos de la reivindicación 1, comprendiendo además un convertidor de analógico a digital, dicho convertidor de analógico a digital conectado entre un sensor externo y dicho microprocesador.

3. El sistema de control de fluidos de la reivindicación 1, comprendiendo además un dispositivo SSI, dicho dispositivo SSI conectado entre un sensor externo y dicho microprocesador.

4. El sistema de control de fluidos de la reivindica-ción 1, en donde dicho microprocesador incluye un algoritmo de control de aplicación y una sección de lógica de secuenciamiento.

5. El sistema de control de fluidos de la reivindicación 1, comprendiendo además una interfaz de barra colectora de red para comunicación con un controlador de supervisión y accionadores esclavos.

6. Un sistema de control de accionador de fluidos para un accionador de fluidos comprendiendo: un microprocesador programable conteniendo todos de los algoritmos de control para regular el movimiento de dicho accionador de fluidos; una válvula de control conectada eléctricamente a dicho microprocesador y conectada hidráulicamente al accionador hidráulico; un sensor de posición conectado a dicha válvula de control para generar una señal de posición indicativa de la posición de dicha válvula de control; dicho sensor de posición conectado eléctricamente a dicho microprocesador.

7. El sistema de control de accionador de fluidos de la reivindicación 6, comprendiendo además una linea de comunicación de sensor donde dicha linea de comunicación está conectada a uno o mas sensores.

8. El sistema de control de accionador de fluidos de la reivindicación 6, donde un fluido de trabajo es aceite hidráulico.

9. El sistema de control de accionador de fluidos de la reivindicación 6, comprendiendo además una barra colectora de comunicaciones local conectada a dicho microprocesador y conectada a por lo menos un sensor externo.

10. El sistema de control de accionador de fluidos de la reivindicación 6, comprendiendo además una barra colectora de comunicaciones global conectada a dicho microprocesador y conectada a un computador de supervisión.

11. Un método para controlar un accionador energizado por fluidos que comprende: proporcionar un controlador, dicho controlador incluyendo un microprocesador programable; proporcionar una válvula de control conectada eléctricamente a dicho controlador y conectada hidráulicamente a los circuitos de algoritmo de control de accionador de fluidos que se programan hacia dicho controlador por un usuario.

12. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además proporcionar un sensor de accionador, dicho sensor de accionador siendo conectado al accionador energizado por fluidos y conectado eléctricamente a dicho controlador donde dicho controlador genera una señal a dicha válvula de control para controlar la salida de dicho sensor de accionador.

13. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además proporcionar un sensor de posición de válvula conectado a dicha válvula de control, dicho sensor de posición de válvula generando una señal indicativa de un estado de dicha válvula de control y proporcionar una linea de señal conectando dicho sensor de posición de válvula y dicho controlador.

14. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además proporcionar una barra colectora local para comunicación entre dicho controlador y por lo menos un sensor externo o accionador esclavo.

15. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además proporcionar una barra colectora global para comunicación entre dicho controlador y un computador de supervisión.

16. Un sistema de control de accionador hidráulico para controlar el movimiento de un accionador maestro y por lo menos un accionador esclavo que comprende: un computador de supervisión externo para enviar señales de comando; un sistema de control hidráulico conectado al accionador maestro y conectado a dicho computador de supervisión, dicho sistema de control incluyendo un microprocesador y una válvula de control hidráulica maestra para controlar el flujo de un fluido presurizado a dicho accionador maestro con base en dichas señales de comando; y por lo menos un accionador esclavo teniendo por lo menos un sensor esclavo conectado a dicho microprocesador y teniendo por lo menos una válvula de control esclava para controlar el flujo de fluido presurizado a dicho accionador esclavo, donde dicha válvula de control esclava y dicho sensor esclavo se controlan por dicho microprocesador.

17. El sistema de control de accionador hidráulico de la reivindicación 16, en donde dicho microprocesador incluye un algoritmo de control de aplicación que es programable por un usuario .

18. El sistema de control de accionador hidráulico de la reivindicación 16, comprendiendo además una interfaz de barra colectora de red conectada a dicho microprocesador y conectada a dicho accionador esclavo.

19. El sistema de control de accionador hidráulico de la reivindicación 16, comprendiendo además un controlador de flujo y un controlador de presión donde dicho microprocesador selecciona a uso ya sea dicho controlador de flujo o dicho controlador de presión.

20. El sistema de control de accionador hidráulico de la reivindicación 16, comprendiendo además un convertidor de analógico a digital, dicho convertidor de analógico a digital conectado a dicho microprocesador y a por lo menos un sensor externo . Resumen Un dispositivo para controlar el movimiento de un accionador de fluidos el cual incluye una válvula de control operada eléctricamente que controla el flujo de un fluido presurizado a y desde el accionador de fluidos en respuesta a señales generadas por un controlador de accionador el cual usa un microprocesador programable por usuario, a bordo, donde el usuario puede descargar varios algoritmos de control hacia el microprocesador para controlar el movimiento del accionador con base en tales parámetros como presión de fluido y tasas de flujo y desplazamiento del accionador. Varios sensores externos pueden conectarse al controlador para propósitos de monitorización y control usando varias interfaces de señal tales como un convertidor de analógico a digital o una interfaz. SSI. Una barra colectora de comunicaciones locales se usa para comunicarse con uno o mas accionadores esclavos cada uno teniendo su propia válvula de control operada eléctricamente que controla el flujo de un fluido presurizado a y desde el accionador esclavo en respuesta a señales de control generadas por el controlador y enviadas a la válvula de control esclava sobre la barra colectora local. Sensores son usados para medir varios parámetros de operación del accionador esclavo y generar señales que son enviadas al controlador sobre la barra colectora local. Un computador supervisor es usado para enviar una señal de comando de alto nivel al controlador donde el controlador genera una señal de control de espira cerrada a uno o mas accionadores de fluidos .