專利名稱：數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電液一體化控制技術，具體涉及一種用于水輪機筒閥開啟和關閉的多液 壓缸同步升降的電液控制系統。
背景技術：
筒閥作為一種斷開閥，安裝在水輪機固定導葉和活動導葉之間。由于在筒閥操作過 程中本體結構需要在水平、平穩的狀態下運動，不能有發卡現象出現，因此需要可靠的
同步系統保證多執行機構運行。目前廣泛采用的筒閥同步機構方式有兩種機械同步和 電液同步。
機械同步控制簡單，筒閥的啟閉可以手動和自動控制，管道連接簡單，因此漏油點 少。但接力器油缸的進口油無調節能力，油缸進油量由節流量調整固定，筒閥只能定速 關閉，不能按照給定的啟閉速度進行運動。同時同步結構采用絲桿鏈條等機械裝置，所 占空間較大，而且筒閥啟閉較電液噪聲大。
電液同步筒閥控制可采用可編程任意調整，接力器運動速度的調節控制具有按照調 節規律運動的隨動性，對發生異步的油缸矯正能力好，筒閥也可按照程序制定啟閉速度 進行控制。由于同步結構無絲桿鏈條等機械裝置，所占空間小，對水輪機的拆裝起吊無 影響。電液控制的缺陷是不能全機械手動開關筒閥控制，由于控制系統復雜，要求電氣 系統和液壓系統密切配合，而且制作成本高。系統以及管道連接復雜，調試困難。本發 明針對現有水輪機筒閥同步控制系統中所存在的問題，提出了由液壓和電氣共同控制的 方案，液壓缸采用數字缸，使問題得到圓滿解決。

發明內容
本發明的目的是提供一種由多數字缸同步升降的水輪機筒閥控制裝置。以下結合附 圖對本發明的技術方案予以說明。
數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統，由控制模塊、供油模塊和執行模塊三部分組成， 其中控制模塊由觸摸屏、PLC模塊和N個驅動器組成；供油模塊由電機、液壓泵、蓄
能器、溢流閥和油箱組成；由與N個驅動器所對應的N個步進電機、N個位移傳感器、 N個三位四通閥和N個液壓缸組成執行模塊。其中3SiVS8。由液壓缸、步進電機和三 位四通閥組合為數字液壓缸。三位四通閥閥芯的移動換向靠步進電機發送脈沖和液壓缸中的機械裝置完成。在部件連接結構上，觸摸屏與PLC控制模塊和N個驅動器相接； 液壓泵分別接至蓄能器、溢流閥和N個液壓缸的進油總管P線；PLC模塊另有控制線 分別接至N個位移傳感器，液壓泵由電機驅動，N個液壓缸控制水輪機筒閥的同步升降
和速度。步進電機接收到脈沖信號驅動閥芯轉動，控制三位四通閥的開口度，控制流量。 驅動器發送脈沖的頻率控制速度，使速度達到一致，發送脈沖的數量控制位移。附圖中
的實線為工作油路管線；虛線為控制部分線路。
本發明采用液壓和電氣同步的控制方式。其控制方案為(1)用PLC (可編程控制 器)預先設定液壓缸的運動軌跡，使驅動器控制每個液壓缸按照設定的軌跡運動；(2) 選擇液壓缸中位置最低的一個為參照，其它的液壓缸和這個作為基準液壓缸的位置進行 比較，然后通過反饋信號迸行控制；(3)每個液壓缸的頂端安裝一個位移傳感器，位移 傳感器與PLC模塊相連，PLC將每個液壓缸的位置進行比較，實時判斷所有液壓缸中位 置最低的，然后將其與其它液壓缸的位置進行偏差分析。在操作上是通過觸摸屏與之連 接的PLC模塊以及驅動器來進行。
其工作過程是筒閥上升或下降的過程中，每個液壓缸頂端的位移傳感器實時的將 該液壓缸的位置信號反饋至PLC模塊，由PLC模塊與N個液壓缸的位置進行比較，然后 將位置最低的液壓缸作為基準。在分別將其它液壓缸的位置與其做比較，得出每個液壓 缸的位置偏差。同時根據液壓缸允許位置偏差去計算得出基準位置的允許偏差。此時通 過每個液壓缸和基準液壓缸的位置偏差實時的控制驅動器向步進電機發出數字脈沖信 號，使N個液壓缸同步運行。液壓缸依據脈沖信號而運動，脈沖頻率為速度，脈沖總數 則表示總行程。


附圖為本發明控制系統結構原理圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例并參照附圖對本發明的方案作進一步的說明。 數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統，具有觸摸屏、PLC模塊、電機、液壓泵、蓄能 器、溢流閥、油箱、驅動器'、步進電機、位移傳感器、三位四通閥、液壓缸和筒閥。系 統由控制模塊、供油模塊和執行模塊三部分組成，其中控制模塊由觸摸屏l、 PLC模塊 2和N個驅動器8-1 8-N組成；供油模塊由步進電機3、液壓泵4、蓄能器5、溢流閥 6和油箱7組成；由與N個驅動器8-l 8-N所一一對應的N個步進電機9-l 9-N、 N 個位移傳感器10-l 10-N、N個三位四通閥.ll-l ll-N和N個液壓缸12-l 12-N組成
4執行模塊，其中3《WS8 。觸摸屏1按順序與PLC控制模塊2和N個驅動器8-l 8-N 相接。液壓泵4分別接至蓄能器5、溢流閥6和N個液壓缸12-l 12-N的進油總管P 線。N個液壓缸12-l 12-N的回油總管T線以及液壓泵4和溢流閥6的底部均設有油 箱7。 PLC模塊2另有控制線分別接至N個位移傳感器10-l 10-N。液壓泵4由步進電 機3驅動，N個液壓缸12-l 12-N控制水輪機筒閥13的同步升降和速度。系統采用電 氣和液壓同步控制的方式以實現水輪機筒閥的同步升降和速度控制要求。
本實施例采用6個液壓缸作為液壓系統的執行裝置，筒閥13上升和下降時的工作 過程為
(1) 筒閥上升
當筒闊上升時，液壓缸頂端的位移傳感器實時將6個液壓缸的位移反饋給PLC模塊， PLC模塊對6個液壓缸的位移進行比較，得到位置最低的液壓缸，也即上升最慢的液壓 缸(假定第一個液壓缸12-1上升最慢)，此時將其它液壓缸的位移和與第一個液壓缸12-1 進行偏差計算，偏差信號通過PLC模塊發送指令控制驅動器，使第二至第六個驅動器 8-2 8-6向步進電機發送脈沖頻率減慢，以此達到同步控制的目的。
(2) 筒閥下降
步驟同前。筒閥下降時，PLC模塊對6個液壓缸的位移比較后，得到位置最低的液 壓缸，也即下降最快的液壓缸(假定第二個液壓缸12-2下降最快)，此時掩其它液壓缸 的位移與第二個液壓缸12-2進行偏差計算，偏差信號通過PLC模塊發送指令控制驅動 器，使第一個驅動器8-1以及第三至第六個驅動器8-3 8-6向步進電機發送脈沖頻率 加快，達到同步控制。
筒閥上升時以上升最慢的液壓缸位置為基準，筒閥下降時以下降最快的液壓缸位置 為基準進行同步控制，所以能夠很好的滿足水輪機筒閥慢速上升和快速下降的要求。
本發明的特點和有益效果體現在液壓原件較少，系統簡化，由于采用液壓和電氣 共同控制使水輪機筒閥的運動軌跡同步可調，解決了液壓傳動中的振動、噪音、故障監 測等問題。本發明可以適應惡劣的工作環境，并具有較高的抗干擾能力和抗油污能力， 安全可靠。同時能夠實現高精度的電氣液壓同步控制和速度控制要求。可以每個驅動器 控制一個液壓缸，也可以一個驅動器控制多個液壓缸。
權利要求
1.數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統，具有觸摸屏、PLC模塊、電機、液壓泵、蓄能器、溢流閥、油箱、驅動器、步進電機、位移傳感器、三位四通閥、液壓缸和筒閥，其特征是系統由控制模塊、供油模塊和執行模塊三部分組成，其中控制模塊由觸摸屏(1)、PLC模塊(2)和N個驅動器(8-1～8-N)組成；供油模塊由步進電機(3)、液壓泵(4)、蓄能器(5)、溢流閥(6)和油箱(7)組成；由與N個驅動器(8-1～8-N)所一一對應的N個步進電機(9-1～9-N)、N個位移傳感器(10-1～10-N)、N個三位四通閥(11-1～11-N)和N個液壓缸(12-1～12-N)組成執行模塊，觸摸屏(1)按順序與PLC控制模塊(2)和N個驅動器(8-1～8-N)相接，液壓泵(4)分別接至蓄能器(5)、溢流閥(6)和N個液壓缸(12-1～12-N)的進油總管P線，N個液壓缸(12-1～12-N)的回油總管T線以及液壓泵(4)和溢流閥(6)的底部均設有油箱(7)，PLC模塊(2)另有控制線分別接至N個位移傳感器(10-1～10-N)，液壓泵(4)由步進電機(3)驅動，N個液壓缸(12-1～12-N)控制水輪機筒閥(13)的同步升降和速度。
2. 按照權利要求1所述的數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統，其特征是由所述液壓 缸、步進電機和三位四通閥組合為數字液壓缸。
3. 按照權利要求1所述的數字缸控制的水輪機筒閥啟閉系統，其特征是所述N個驅 動器(8-l 8-N)、 N個步進電機(9-l 9-N)、 N個位移傳感器(10-1 10-N)、 N個三 位四通閥(11-l ll-N)以及N個液壓缸(12-l 12-N)，其中3^iVS8。
全文摘要
本發明公開了一種由多液壓缸同步升降的水輪機筒閥控制系統。系統由控制模塊、供油模塊和執行模塊三部分組成。由與N個驅動器所一一對應的步進電機、位移傳感器、三位四通閥和液壓缸組成執行模塊。其中3≤N≤8。控制模塊通過觸摸屏、PLC和驅動器控制液壓缸及步進電機脈沖的頻率和數量以達到控制液壓缸運動速度和位移的目的。每個液壓缸頂端接有傳感器，實時將位移信號反饋給PLC模塊，根據每個液壓缸之間的位置偏差控制調整驅動器向步進電機發送脈沖的頻率和數量，實現高精度的電氣同步控制和速度控制要求。本發明液壓原件較少，系統簡化，由于采用液壓和電氣共同控制使水輪機筒閥的運動軌跡同步可調。
文檔編號F03B15/12GK101660482SQ200910070590
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者宋偉科, 李曉奇, 鷹 洪, 剛 王, 王國棟, 肖聚亮, 靳光永 申請人:天津大學