專利名稱：用于控制數(shù)字液壓控制器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制數(shù)字液壓控制器的方法。這種控制器包括一組開關(guān)閥， 這組開關(guān)閥并聯(lián)連接以在控制器的輸入管路和輸出管路之間延伸。通常，這些閥中的每一個(gè)連接到這些管路之一，所述管路具有設(shè)置在管路和閥之間的節(jié)流部或者阻氣部。在數(shù)字液壓技術(shù)中，在一組閥中的節(jié)流值設(shè)定成，使得經(jīng)過各自的閥門管路組合的各流量形成量值二倍(遞增)的一行，例如當(dāng)經(jīng)過最小的節(jié)流部的最小流量是1，則其他閥管路組合顯示出2、4、6、8、16等的流量比(flow rate) 0典型地，為了進(jìn)行壓力控制，控制器具有兩組閥， 其中，一組閥將輸入管路或者供給管路連接到控制器的輸出管路，而另一組閥將輸出管路連接到排出管路。
背景技術(shù)：
通過適當(dāng)?shù)厍袚Q控制器中單個(gè)開關(guān)閥的適當(dāng)?shù)慕M合，來控制從輸入管路通過控制器到輸出管路的流體的流量，以控制該控制器的輸出管路中的流體流量或者流體壓力。通過這種方式，控制器使滑閥的控制邊的模擬行為數(shù)字化，以便替換后者。對(duì)合適的閥的組合和單個(gè)閥的打開次數(shù)以及數(shù)字液壓控制器的其他操作參數(shù)進(jìn)行選擇，就需要每個(gè)閥及其節(jié)流部的校準(zhǔn)值。例如當(dāng)應(yīng)用于液壓缸時(shí)，已知的是從頭到尾地運(yùn)行該缸，同時(shí)觀察該缸的各壓力室中的用于液壓缸移動(dòng)的線性傳感器和用于壓力的壓力傳感器。根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù)， 再手動(dòng)計(jì)算出每個(gè)閥的通過量或流量及其節(jié)流部的校準(zhǔn)值。然而，當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用中使用控制器時(shí)，工作流體的溫度變化、在閥或節(jié)流部的工作流體中的雜質(zhì)和/或污垢可能自然地或者逐步地顯著影響校準(zhǔn)值的精準(zhǔn)度。在這種情況下，控制器就變得不精確。另外，例如可能因電磁驅(qū)動(dòng)器中的缺陷而產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)拈y門功能，這也影響控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于在操作中提高控制精度的控制數(shù)字液壓控制器的方法。此目的是借助根據(jù)權(quán)利要求1的方法解決的。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制數(shù)字液壓控制器的方法，該數(shù)字液壓控制器具有供給管路、排出管路、輸出管路和多個(gè)獨(dú)立地可切換的開關(guān)閥，這些閥選擇性地將供給管路連接到輸出管路或?qū)⑤敵龉苈愤B接到排出管路。該方法包括以下多個(gè)步驟檢測(cè)受控量，該受控量包括輸出管路中的流體的壓力和/ 或流速；選擇多個(gè)閥中的待切換的至少一個(gè)閥，以控制通過被選擇的至少一個(gè)閥的流體的量和方向，用于將受控量控制成接近目標(biāo)值；以及執(zhí)行測(cè)試序列(test sequence) 0該測(cè)試序列包括單個(gè)閥的校準(zhǔn)，其通過交替地打開多個(gè)閥中的兩個(gè)閥，并通過根據(jù)控制器中的檢測(cè)到的流量值和壓力值計(jì)算與設(shè)定單個(gè)閥的校準(zhǔn)值來進(jìn)行，所述兩個(gè)閥中的一個(gè)閥將供給管路連接到輸出管路而另一個(gè)閥將輸出管路連接到排出管路；和/或狀態(tài)監(jiān)控(condition monitoring)，其中循序地切換每個(gè)閥，并且其中響應(yīng)于閥的切換，根據(jù)檢測(cè)到的流量值和壓力值推斷單個(gè)閥的閥開啟狀態(tài)。經(jīng)由上述方法，能夠基于在控制器的實(shí)際應(yīng)用中獲得的測(cè)量值，來檢查或者提高控制器的校準(zhǔn)度。特別地，由于可立刻用測(cè)量值來設(shè)定校準(zhǔn)值，所以能夠針對(duì)控制器或者周圍環(huán)境的變化作出反應(yīng)。另外，經(jīng)由上述方法，能夠通過該方法對(duì)受控量的效果來識(shí)別單個(gè)閥的閥門故障。 因此，無需額外的功能監(jiān)控設(shè)備(例如附加線路或者管道)來進(jìn)行確?？刂破鬟m當(dāng)工作的系統(tǒng)檢查。另外，在閥門故障(例如閥未打開)的情況下，可利用狀態(tài)監(jiān)控的結(jié)果來選擇待操作的閥的另一種組合，以維持控制器的控制功能。通過這種方式，可以確保至少直到下一個(gè)機(jī)械操作停止階段之前的緊急操作。在一個(gè)優(yōu)選的解決方案中，在校準(zhǔn)中，按照控制器的構(gòu)造將其中多個(gè)閥設(shè)置為多對(duì)，其中每一對(duì)閥包括一個(gè)用于將供給管路連接到輸出管路的閥，以及一個(gè)用于將輸出管路連接到排出管路的閥，相同對(duì)中的閥可交替地打開以進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)在校準(zhǔn)中交替地打開具有相同設(shè)計(jì)流動(dòng)特性的兩個(gè)閥時(shí)，可使得向單個(gè)閥分配校準(zhǔn)數(shù)據(jù)有利地變得更為容易。在一個(gè)有利的解決方案中，校準(zhǔn)可包括包含兩個(gè)閥的各組閥的連續(xù)校準(zhǔn)，其中對(duì)控制器的所有閥執(zhí)行校準(zhǔn)。在一優(yōu)選解決方案中，狀態(tài)監(jiān)控可包括決定閥是否有故障，并且可包括改變對(duì)至少一個(gè)閥的選擇，被改變的選擇然后從待切換用于控制的多個(gè)閥中排除有故障的閥。有益地，可基于控制器的操作時(shí)間，以固定的時(shí)間間隔執(zhí)行測(cè)試序列；或者可基于通過控制器的流量的整合值，以固定的時(shí)間間隔執(zhí)行測(cè)試序列。為了應(yīng)對(duì)工作流體的溫度變化，測(cè)試序列可以當(dāng)流體的溫度變化超過預(yù)定溫度變化值時(shí)執(zhí)行。此外或者可選擇地，可在控制器的輸出管路的壓力和/或流量值響應(yīng)與對(duì)應(yīng)于所選擇的閥的切換的預(yù)期響應(yīng)之差大于預(yù)定量的壓力和/或流量時(shí)，執(zhí)行該測(cè)試序列。在一個(gè)優(yōu)選解決方案中，控制器可設(shè)有可切換的開關(guān)輸出閥，該可切換的開關(guān)輸出閥用于中斷位于控制器和由控制器控制的致動(dòng)器(actuator)之間的輸出管路；且其中當(dāng)輸出閥關(guān)閉時(shí)執(zhí)行測(cè)試序列。在這種情況下，能夠進(jìn)行獨(dú)立的控制器測(cè)試而不影響受控過程。特別地，由于能夠迅速執(zhí)行測(cè)試序列，中斷控制器和受控的致動(dòng)器之間連接的這段時(shí)間很短，所以雖然測(cè)試序列在運(yùn)行，但對(duì)致動(dòng)器的影響可以忽略?？蛇x擇地，可在控制器在輸出管路連接到致動(dòng)器的情況下進(jìn)行操作期間執(zhí)行測(cè)試序列；其中在壓力和/或流量值與目標(biāo)值之差大于預(yù)定量時(shí)中斷該測(cè)試序列，并恢復(fù)壓力和/或流量控制。在所述方法的一種有益形式中，選擇步驟可包括在設(shè)定時(shí)間段選擇待同時(shí)切換的閥的組合，其中該組合的選擇和打開時(shí)間段的設(shè)定根據(jù)數(shù)學(xué)模型來計(jì)算。在一可選解決方案中，選擇步驟可包括在對(duì)每個(gè)閥不同的設(shè)定時(shí)間段選擇待切換的閥的組合，其中該組合的選擇和打開時(shí)間段的設(shè)定根據(jù)數(shù)學(xué)模型來計(jì)算。優(yōu)選地，多個(gè)供給閥可并聯(lián)連接到供給管路和輸出管路，并且多個(gè)排出閥可并聯(lián)連接到輸出管路和排出管路；其中所述選擇包括選擇多個(gè)供給閥來增加控制器的輸出管路的壓力，或選擇多個(gè)排出閥來降低控制器的輸出管路的壓力。在這種有益的形式下，各個(gè)供給閥均可具有不同的流量特性，以在打開時(shí)通過不同的流體流速；并且其中各個(gè)排出閥可各自具有不同的流量特性，以在打開時(shí)向排出管路釋放不同的流體流速。同樣優(yōu)選的是，若對(duì)應(yīng)的是每個(gè)供給閥，則有設(shè)計(jì)流量特性相同的排出閥。


圖1示出數(shù)字液壓控制器的原理圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，數(shù)字液壓控制器1由四行或者說四組開關(guān)切換閥23、24、25、沈組成，其中這些閥中的每個(gè)閥以附圖標(biāo)記22表示。每個(gè)閥21設(shè)有以附圖標(biāo)記22表示的節(jié)流部。泵10向壓力供給管路110提供工作流體，閥行M和25連接到該壓力供給管路 110。還具有排出管路11，閥行23和沈的多個(gè)閥連接到排出管路11。液壓缸3具有兩個(gè)壓力室31和32。閥行23和M連接到通向液壓缸3的壓力室 31的輸出管路41。閥43設(shè)置在管路41中，用以中斷液壓缸3與行23和M中的多個(gè)閥之間的連接。閥行25和沈連接到通向液壓缸3的壓力室32的輸出管路42。閥44設(shè)置在管路 42中，用以中斷液壓缸3與行25和沈中的多個(gè)閥之間的連接。以PT表示的多個(gè)傳感器適于測(cè)量各管路110、41、42中的壓力和溫度，流量傳感器 47設(shè)置在貯槽管路11中。所示壓力傳感位置46用于測(cè)量輸出管路42中的壓力，可對(duì)輸出管路41設(shè)置相似的壓力傳感器。按照測(cè)試序列并且為了校準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)定模式來切換多個(gè)閥(通常行23和M中的多對(duì)閥一起切換，而行25和沈中的多對(duì)閥一起切換)。根據(jù)在傳感器47處測(cè)量到的流量值和/或在各傳感器PT處測(cè)量到的壓力測(cè)量值，能夠確定通過每個(gè)閥及其相關(guān)的節(jié)流部的實(shí)際流量，以便為每個(gè)閥設(shè)定實(shí)際的校準(zhǔn)值。為了保持缸3不受測(cè)試序列影響，用于在行23 和M中校準(zhǔn)多個(gè)閥的相應(yīng)的關(guān)閉閥(switch-off valve)43切換到關(guān)閉位置以中斷管路 41。類似地，用于校準(zhǔn)行25和沈中的多個(gè)閥的關(guān)閉閥44切換至關(guān)閉位置，以中斷輸出管路42。然而，還可在液壓缸仍然連接到控制器的情況下，通過響應(yīng)于閥的動(dòng)作，利用在傳感器46處的壓力變化讀數(shù)來完成校準(zhǔn)。選擇性地，當(dāng)校準(zhǔn)行25和沈中的閥時(shí)，可利用在傳感器位置46得到的壓力測(cè)量值。當(dāng)然，相同的布置也可用于行23、24。最后，按照關(guān)于監(jiān)控閥功能的測(cè)試序列，優(yōu)選為當(dāng)檢查閥的功能時(shí)中斷各輸出管路。按照這種測(cè)試序列，循序地打開例如行26的閥并且測(cè)量/探測(cè)流量，以便判斷閥的功能是否良好。為了提供供功能測(cè)試用的流體，在并聯(lián)的行25中保持一個(gè)閥(通常是具有最大流量值的那個(gè)閥)打開。在對(duì)行25的閥進(jìn)行功能測(cè)試的情況下，保持行沈中的一個(gè)閥 (通常是具有最大流量值的那個(gè)閥)打開，以使流體流出從而經(jīng)過流量傳感器47。利用行 23和M分別執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)試方法。概要地，本發(fā)明可執(zhí)行如下在數(shù)字液壓控制回路中，加入獨(dú)立的測(cè)試序列，該測(cè)試序列每次在該區(qū)域內(nèi)部交替地打開相同尺寸的兩個(gè)閥?；诹髁總鞲衅鞯墓┙o和管路壓力測(cè)量值和讀數(shù)，自動(dòng)地計(jì)算多個(gè)閥的新的校準(zhǔn)值。在閥區(qū)域的輸出管路中，有多個(gè)獨(dú)立的開關(guān)閥在測(cè)試序列的時(shí)候關(guān)閉，由此在致動(dòng)器的方向上沒有發(fā)生流量或壓力變化。在該序列已經(jīng)停止之后，對(duì)每個(gè)閥更新新的校準(zhǔn)值，由此使控制器重新理想地進(jìn)行操作。如果壓力傳送器(pressure transmitter) 46加在關(guān)閉輸出管路的開關(guān)閥的處理側(cè)(process side)，則也可在壓力調(diào)節(jié)期間執(zhí)行測(cè)試序列。如果測(cè)量到的輸出管路壓力值與目標(biāo)值足夠不同，可中斷測(cè)試序列并可再次按照所需要的那樣調(diào)整管路壓力，而且可重新執(zhí)行序列。這具有特別的優(yōu)點(diǎn)針對(duì)控制器，能夠容易、快速并精準(zhǔn)地對(duì)新的校準(zhǔn)值進(jìn)行測(cè)量和更新，能夠執(zhí)行測(cè)試序列而不移動(dòng)液壓缸，并且還能在壓力調(diào)節(jié)期間執(zhí)行測(cè)試序列。除以上之外，在數(shù)字液壓的控制回路中，加入獨(dú)立的測(cè)試序列，該測(cè)試序列交替地打開每一單個(gè)閥并由該閥的工作反應(yīng)來進(jìn)行檢查。在閥區(qū)域的輸出管路中，有多個(gè)獨(dú)立的開關(guān)閥41、44在測(cè)試序列的時(shí)候關(guān)閉，由此在致動(dòng)器的方向上沒有發(fā)生流量或壓力變化。 如果探測(cè)出有故障的閥，控制回路從經(jīng)核準(zhǔn)打開的組合中移除這些閥；并且這組閥繼續(xù)其操作，幾乎與正常時(shí)一樣。如果壓力傳送器46加在關(guān)閉輸出管路的開關(guān)閥的處理側(cè)，則可在壓力調(diào)節(jié)期間執(zhí)行測(cè)試序列，也可在運(yùn)行期間執(zhí)行該測(cè)試序列。如果測(cè)量到的輸出管路壓力值與目標(biāo)值足夠不同，可中斷測(cè)試序列并可再次按照所需要的那樣調(diào)整管路壓力，而且可重新執(zhí)行序列。這產(chǎn)生特別的優(yōu)點(diǎn)除了閥的電故障信號(hào)之外不需要額外的閥門狀態(tài)信號(hào)；另外還可探測(cè)到機(jī)械故障，例如閥桿阻塞或者節(jié)流部阻塞，并且在正常生產(chǎn)期間或者在停工期間可進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。在改型中，在數(shù)字液壓的控制(回路)中，可使用嵌入式控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠以高級(jí)語(yǔ)言迅速地執(zhí)行程序編寫。加入程序的功能監(jiān)控按照測(cè)量結(jié)果所作改變的效果。 從使用的閥的組合和響應(yīng)的可能故障來看，該程序可減去沒有如所預(yù)期地操作的閥。無效的閥可從已核準(zhǔn)的組合中移除并且可通知控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制數(shù)字液壓控制器的方法，所述數(shù)字液壓控制器具有供給管路、排出管路、輸出管路和可獨(dú)立地切換的多個(gè)開關(guān)閥，所述開關(guān)閥選擇性地將所述供給管路連接到所述輸出管路、或?qū)⑺鲚敵龉苈愤B接到所述排出管路，所述方法包括以下步驟檢測(cè)受控量，所述受控量包括所述輸出管路中的流體的壓力和/或流速；選擇所述多個(gè)閥中的待切換的至少一個(gè)閥，以控制通過被選擇的至少一個(gè)閥的流體的量和方向，用于將所述受控量控制成接近目標(biāo)值；以及執(zhí)行測(cè)試序列，所述測(cè)試序列包括以下至少一個(gè)各個(gè)閥的校準(zhǔn)，其通過交替地打開所述閥中的兩個(gè)閥，并通過根據(jù)所述控制器中的檢測(cè)到的流量值和壓力值計(jì)算與設(shè)定各個(gè)所述閥的校準(zhǔn)值來進(jìn)行；所述兩個(gè)閥中的一個(gè)閥將所述供給管路連接到所述輸出管路，而另一個(gè)閥將所述輸出管路連接到所述排出管路；以及狀態(tài)監(jiān)控，其中循序地切換每個(gè)所述閥；并且其中響應(yīng)于所述閥的切換，根據(jù)檢測(cè)到的流量值和壓力值推斷各個(gè)所述閥的閥開啟狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)閥以多對(duì)的方式設(shè)置，其中每一對(duì)包括一個(gè)用于將所述供給管路連接到所述輸出管路的閥，以及一個(gè)用于將所述輸出管路連接到所述排出管路的閥，且其中在所述校準(zhǔn)中，同一對(duì)的所述閥被交替地打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述校準(zhǔn)中，具有相同的設(shè)計(jì)流動(dòng)特性的兩個(gè)閥被交替地打開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述校準(zhǔn)包括對(duì)包含兩個(gè)閥的各組閥的連續(xù)校準(zhǔn)，其中對(duì)所述控制器的所有閥執(zhí)行所述校準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述狀態(tài)監(jiān)控包括決定一閥是否有故障，并且包括改變所述至少一個(gè)閥的選擇，被改變的所述選擇從待切換用于控制的所述閥中排除所述故障閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于所述控制器的操作時(shí)間，以固定的時(shí)間間隔執(zhí)行所述測(cè)試序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于通過所述控制器的流量的整合值，以固定的時(shí)間間隔執(zhí)行所述測(cè)試序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述流體的溫度變化超出預(yù)定的溫度變化值時(shí)，執(zhí)行所述測(cè)試序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述控制器的輸出管路的壓力和 /或流量響應(yīng)與對(duì)應(yīng)于所選擇的閥的切換的預(yù)期響應(yīng)之差大于預(yù)定量的壓力和/或流量時(shí)，執(zhí)行所述測(cè)試序列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述控制器設(shè)有可切換的開關(guān)輸出閥，所述可切換的開關(guān)輸出閥用于中斷位于所述控制器和由所述控制器控制的致動(dòng)器之間的輸出管路；并且其中當(dāng)所述輸出閥關(guān)閉時(shí)，執(zhí)行所述測(cè)試序列。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述控制器在所述輸出管路連接到致動(dòng)器的情況下進(jìn)行操作期間，執(zhí)行所述測(cè)試序列；其中在所述壓力和/或流量值與所述目標(biāo)值之差大于預(yù)定量時(shí)，中斷所述測(cè)試序列并恢復(fù)壓力和/或流量控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述選擇步驟包括在設(shè)定的時(shí)間段選擇待同時(shí)切換的閥的組合，其中所述組合的選擇和打開時(shí)間段的設(shè)定根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該選擇步驟包括在對(duì)每個(gè)閥不同的設(shè)定時(shí)間段選擇待切換的閥的組合，其中所述組合的選擇和打開時(shí)間段的設(shè)定根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中多個(gè)供給閥并聯(lián)連接到所述供給管路和所述輸出管路，并且多個(gè)排出閥并聯(lián)連接到所述輸出管路和所述排出管路；其中所述選擇包括選擇多個(gè)供給閥來增加所述控制器的輸出管路的壓力，或選擇多個(gè)排出閥來減小所述控制器的輸出管路的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中各個(gè)所述供給閥均具有不同流動(dòng)特性，以在打開時(shí)通過不同的流體流速；并且其中各個(gè)所述排出閥均具有不同的流動(dòng)特性，以在打開時(shí)向所述排出管路釋放不同的流體流速。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中對(duì)于每個(gè)供給閥，有具有相同的設(shè)計(jì)流量特性的排出閥。
全文摘要
描述控制具有供給管路、排出管路、輸出管路和多個(gè)單獨(dú)可切換的開關(guān)閥的數(shù)字液壓控制器的方法，這些閥選擇性地將供給管路連接到輸出管路或?qū)⑤敵龉苈愤B接到排出管路。該方法包括檢測(cè)包括輸出管路中的流體壓力和/或流速的受控量的步驟；和選擇多個(gè)閥中待切換的至少一個(gè)閥的步驟，以控制通過被選擇的至少一個(gè)閥的流體的量和方向，用于控制受控量以接近目標(biāo)值。該方法還包括執(zhí)行測(cè)試序列的步驟，包括各個(gè)閥的校準(zhǔn)，其通過交替地打開兩個(gè)閥、并通過根據(jù)控制器中的檢測(cè)到的流量和壓力值計(jì)算和設(shè)定各閥的校準(zhǔn)值來進(jìn)行，其中一個(gè)閥將供給管路連接到輸出管路而另一個(gè)閥將輸出管路連接到排出管路；和/或狀態(tài)監(jiān)控，其中循序地切換每個(gè)閥，并且響應(yīng)于閥的切換，由檢測(cè)到的流量和壓力值決定各閥的閥開啟狀態(tài)。
文檔編號(hào)G05D16/20GK102449569SQ200980159612
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者尤哈尼·托帕里, 維萊·霍波寧 申請(qǐng)人:美卓造紙機(jī)械公司