一种自动控制的电磁阀伺服机构论文和设计-冯凯

全文摘要

本实用新型涉及一种自动控制的电磁阀伺服机构，其目的是提供一种价格低廉、系统简单、无需频繁维护，且能够实现伺服阀稳定、精准控制的液压控制机构，它包括液压控制器、传感器及电磁阀机构，所述液压控制器能够根据传感器反馈的位置，判断执行机构的运动方向，并通过点动、多周期、间续供油的循环控制方法，控制电磁阀机构的供油，从而间续不断的循环调整执行机构运动，直至传感器反馈的位置值落入设定范围，从而实现液压执行机构的伺服功能。本实用新型能够直接使用清洁度为NAS9级的液压油，且能够实现长时间的免维护使用，对工作环境要求较低能够广泛的使用在各种工作环境较为恶劣的场合，大大降低液压伺服机构的投入及使用成本。

主设计要求

1.一种自动控制的电磁阀伺服机构，其特征在于：它包括液压控制器、传感器及电磁阀机构，所述传感器用于监测运动执行机构的位置状态且其固定端及位移端相应的设在被监测机构的固定部件上及运动部件上或液压运动执行机构的固定部件上及运动部件上，电磁阀机构的供油口及回油口通过液压管分别与液压源的供回油口连接，电磁阀机构的第一出油口通过液压管与液压运动执行机构的第一油口连接，电磁阀机构的第二出油口通过液压管与液压运动执行机构的第二油口连接，传感器的控制线和电磁阀机构的控制线分别与液压控制器电气连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的自动控制的电磁阀伺服机构，其特征在于：所述传感器为位移传感器、距离传感器或角度传感器。

3.根据权利要求1所述的自动控制的电磁阀伺服机构，其特征在于：所述电磁阀机构为一个三位四通电磁换向阀或一对三位三通电磁换向阀；所述三位四通电磁换向阀的P口为供油口，三位四通电磁换向阀的T口为回油口，三位四通电磁换向阀的A口为第一出油口，三位四通电磁换向阀的B口为第二出油口；所述三位三通电磁换向阀的B口为供油口，三位三通电磁换向阀的C口为回油口，其中一个三位三通电磁换向阀另一侧的A口为第一出油口，另一个三位三通电磁换向阀另一侧的A口为第二出油口。

4.根据权利要求1所述的自动控制的电磁阀伺服机构，其特征在于：所述液压运动执行机构为伺服油缸，液压运动执行机构的固定部件为伺服油缸缸体及固定座，液压运动执行机构的运动部件为伺服油缸活塞，伺服油缸活塞将伺服油缸缸体分成两个油室，第一进油口与靠近固定端的第一油室连通，第二进油口与远离固定端的第二油室连通，向伺服油缸第一油口供油时伺服油缸伸长、第二进油口回油，向伺服油缸第二进油口供油时伺服油缸回缩、第一进油口回油。

5.根据权利要求1所述的自动控制的电磁阀伺服机构，其特征在于：所述液压控制器为PLC可编程控制器或由PLC可编程控制器与2个继电器电气构成；所述液压控制器由PLC可编程控制器与2个继电器电气构成的，继电器的控制线与PLC可编程控制器的控制端电气连接，电磁阀机构的控制线分别与2继电器电气连接；所述液压控制器能够根据传感器反馈的位置，判断执行机构的运动方向，并通过多周期、点动、间续供油的循环控制方法，控制电磁阀机构的供油，从而间续不断的循环调整执行机构运动，直至传感器反馈的位置值落入设定范围，从而实现执行机构的伺服功能。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于液压伺服控制设备技术领域，具体涉及一种自动控制的电磁阀伺服机构。

背景技术

液压伺服装置是液压系统中最常用的零部件，现有技术中的液压伺服控制装置主要通过伺服阀来完成对伺服油缸的稳定、精准控制，但伺服阀要求使用环境洁净、液压油的清洁度不得低于NAS6级、使用环境温度适中，且伺服阀价格昂贵，使用中需要频繁的维护清洁，更需要在整个液压系统中设置诸多的高过滤清洁等级的液压油过滤清洁装置，无论是投入成本，还是运营维护成本都比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是制造一种价格低廉、系统简单、无需频繁维护，且能够实现伺服阀稳定、精准控制的液压控制机构，提供一种自动控制的电磁阀伺服机构。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种自动控制的电磁阀伺服机构，它包括液压控制器、传感器及电磁阀机构，所述传感器用于监测运动执行机构的位置状态且其固定端及位移端相应的设在被监测机构的固定部件上及运动部件上或液压运动执行机构的固定部件上及运动部件上，电磁阀机构的供油口及回油口通过液压管分别与液压源的供回油口连接，电磁阀机构的第一出油口通过液压管与液压运动执行机构的第一油口连接，电磁阀机构的第二出油口通过液压管与液压运动执行机构的第二油口连接，传感器的控制线和电磁阀机构的控制线分别与液压控制器电气连接。

所述传感器为位移传感器、距离传感器或角度传感器。

所述电磁阀机构为一个三位四通电磁换向阀或一对三位三通电磁换向阀；所述三位四通电磁换向阀的P口为供油口，三位四通电磁换向阀的T口为回油口，三位四通电磁换向阀的A口为第一出油口，三位四通电磁换向阀的B口为第二出油口；所述三位三通电磁换向阀的B口为供油口，三位三通电磁换向阀的C口为回油口，其中一个三位三通电磁换向阀另一侧的A口为第一出油口，另一个三位三通电磁换向阀另一侧的A口为第二出油口。

所述液压运动执行机构为伺服油缸，液压运动执行机构的固定部件为伺服油缸缸体及固定座，液压运动执行机构的运动部件为伺服油缸活塞，伺服油缸活塞将伺服油缸缸体分成两个油室，第一进油口与靠近固定端的第一油室连通，第二进油口与远离固定端的第二油室连通，向伺服油缸第一油口供油时伺服油缸伸长、第二进油口回油，向伺服油缸第二进油口供油时伺服油缸回缩、第一进油口回油。

所述液压控制器为PLC可编程控制器或由PLC可编程控制器与2个继电器电气构成，继电器的控制线圈与PLC可编程控制器的控制端电气连接，电磁阀机构的控制线分别与2个继电器电气连接；所述液压控制器能够根据传感器反馈的位置，判断执行机构的运动方向，并通过点动、多周期、间续供油的循环控制方法，控制电磁阀机构的供油，从而间续不断的循环调整执行机构运动，直至传感器反馈的位置值落入设定范围，从而实现液压执行机构的伺服功能。

一种所述自动控制的电磁阀伺服机构的控制方法，它采用基于位置信息的、循环、点动式自动控制方法，通过循环控制每个循环周期内电磁阀机构的供油时间与非供油时间，从而实现液压执行机构的间续调整，直至传感器反馈位置值落入设定位置范围，实现液压执行机构的伺服功能。

所述的自动控制方法的具体控制步骤如下：

第一接收位置信息

每个循环开始时，液压控制器接收传感器传送的位置信息用于比较分析，循环周期内液压控制器不再接收传感器传送的其他位置信息用于比较分析；

第二形成动作命令

液压控制器的分析机构将接收的传感器的位置信息与设定的位置范围进行比较分析，生成不同的动作命令：

(1)形成伸长动作命令，当接收的位置信息值减去设定的位置范围的两个边界值均小于零时，形成电磁阀机构向伺服油缸第一油口供油的伸长动作命令并发送给液压控制器的执行机构，该命令主要包括控制器执行机构的接通端口编号、该端口的接通时间及等待下一循环开始的时间；

(2)形成进入下一循环的动作命令，当反馈的位置信息减去设定的位置范围的两个边界值一个大于等于零另一个小于等于零时，控制器继续接收位置信息；

(3)形成回缩动作命令，当反馈的位置信息减去设定的位置范围的两个边界值均大于零时，形成电磁阀机构向伺服油缸第二油口供油的回缩动作命令并发送给液压控制器的执行机构，该命令主要包括控制器执行机构的接通端口编号、该端口的接通时间及等待下一循环开始的时间；

第三执行动作命令：液压控制器的执行机构根据执行命令的内容，接通控制器执行机构相应编码的端口，保证该端口的接通时间，并在该接口接通时间届满且经过等待下一循环开始的时间后，液压控制器继续接收位置信息进入下一循环。

所述液压控制器的分析机构在形成伸长\/回缩动作命令时还能够根据接收的位置信息值与设定的位置范围的两个边界值差值的大小将相应端口的接通时间长短及等待下一循环开始的时间长短分成至少两组数据。

所述自动控制的电磁阀伺服机构的控制方法，它还能够包括如下的手动控制步骤，且该手动控制步骤优先于自动控制步骤执行或能够通过切换开关与自动控制方法进行切换：

(1)当手动控制端有伸长\/回缩信号输入时，液压控制器的执行机构相应编号的端口通电；

(2)当手动控制端的输入信号消失时，液压控制器的执行机构相应编号的端口断电；

(3)当手动控制端同时输入伸长和回缩信号时或无信号输入时，液压控制器的执行机构不动作。

所述自动控制方法的一个循环周期内，所述相应端口的接通时间长短及等待下一循环开始的时间为50ms～20s，且等待下一循环开始的时间不短于相应端口的接通时间。

由于本实用新型采用了上述技术方案，解决了现有伺服阀对使用环境、液压油清洁度等级要求高，使用中需频繁清洁维护，系统初始投入大的技术问题，由于本实用新型采用了上述技术方案，能够直接使用清洁度为NAS9级的液压油，且在整个液压系统中液压油过滤装置的数量大大降低、过滤等级要求大大降低，本实用新型能够实现长时间的免维护使用，对工作环境要求较低能够广泛的使用在各种工作环境较为恶略的场合，大大降低液压伺服机构的投入及使用成本。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型另一种实施例的结构示意图；

图中：1——伺服油缸，2——位移传感器，3——液压控制器，4——液压泵；5——油池；6——三位四通电磁换向阀；7——二位三通电磁换向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明：

实施例1

如图1所示，本实施例中的自动控制的电磁阀伺服机构，它包括液压控制器3、传感器及电磁阀机构。电磁阀机构为一个三位四通电磁换向阀6，其P口为供油口且通过液压管与液压泵4的出油口连接，其T口为回油口且通过液压管直接与油池5接通，且A口为第一出油口，其B口为第二出油口。所述液压运动执行机构为伺服油缸1，其固定部件为伺服油缸缸体及其左端的固定座，其运动部件为伺服油缸活塞，伺服油缸活塞将伺服油缸缸体分成两个油室，第一进油口与靠近固定端的第一油室连通且通过液压管与第一出油口连接，第二进油口与远离固定端的第二油室连通且通过液压管与第二出油口连接。三位四通电磁换向阀6向液压油缸第一油口供油时伺服油缸伸长、第二进油口回油，向液压油缸第二进油口供油时伺服油缸回缩、第一进油口回油。

所述传感器为位移传感器2，其用于监测运动执行机构的位置，其固定端设在伺服油缸1的缸体外表面上，其位移端相应的设在伺服油缸1的活塞杆上。位置传感器2的控制线和三位四通电磁换向阀6的控制线分别与液压控制器3 电气连接。

本实施例中液压控制器为PLC可编程控制器(SIEMENS SIMATIC S7-300 6ES7331-1KF02-0AB0 6ES7321-1BH02-0AA0)与两个继电器构成，其 SM D0-1号端口与其中一个继电器的控制线正极连接，且该继电器将三位四通电磁换向阀6左侧的控制线与电源连接，其SMD0-2号端口与另一个继电器的控制线正极连接，且该继电器将三位四通电磁换向阀6右侧的控制线与电源连接，两继电器控制线的负极与系统负极连接，该PLC控制器的模拟量输入端口与位移传感器的信号线连接接收传感器传送的位置信息。

本实施例中的自动控制的电磁阀伺服机构的控制方法，它包括手动控制步骤及自动控制方法，且该手动控制步骤优先于自动控制步骤执行，当手动控制端有控制信号输入时，自动控制的步骤暂停执行。

所述手动控制步骤包括：

(1)当手动控制端有伸长\/回缩信号输入时，液压控制器3的执行机构编号为的SMD0-1\/SM D0-2的端口通电；

(2)当手动控制端的输入信号消失时，液压控制器3的执行机构编号为的 SM D0-1\/SM D0-2的端口断电；

(3)当手动控制端同时输入伸长和回缩信号时，液压控制器3的执行机构不动作。

所述的自动控制方法的具体控制步骤如下：

第一接收位置信息

每个循环开始时，液压控制器3接收位移传感器2传送的位置信息用于比较分析，循环周期内液压控制器3不再接收位移传感器2传送的其他位置信息用于比较分析；

第二形成动作命令

液压控制器3的分析机构将接收的位置信息与设定的位置范围进行比较分析，生成不同的动作命令：

(1)形成伸长动作命令，当接收的位置信息值Wc减去设定的位置范围的两个边界值(最小设定位置值Wsmin、最大设定位置值Wsmax)均小于零时，形成三位四通电磁换向阀6向伺服油缸1第一油口供油的伸长动作命令并发送给液压控制器3的执行机构，该命令主要包括控制器3的执行机构接通端口的编号SM D0-1、该端口的接通时间Tzj及等待下一循环开始的时间Tzd，其中：当Wc-Wsmax≥100.000mm或Wc-Wsmin≥100.000mm时，Tzj＝5s，Tzd＝7s；当 100.000mm＞Wc-Wsmax≥30.000mm且100.000mm＞Wc-Wsmin≥30.000mm 时，Tzj＝1s，Tzd＝2s；当30.000mm＞Wc-Wsmax≥0mm或Wc-Wsmin≥ Wsmax-Wsmin时，Tzj＝500ms，Tzd＝1s；

(2)形成进入下一循环的动作命令，当反馈的位置信息减去设定的位置范围的两个边界值一个大于等于零且另一个小于等于零时，控制器3继续接收位置信息；

(3)形成回缩动作命令，当反馈的位置信息减去设定的位置范围的两个边界值均大于零时，形成三位四通电磁换向阀6向伺服油缸1第二油口供油的回缩动作命令并发送给液压控制器3的执行机构，该命令主要包括控制器3执行机构接通端口的编号SM D0-2、该端口的接通时间Tsj及等待下一循环开始的时间Tsd，其中：当Wc-Wsmax≤-100.000mm或Wc-Wsmin≤-100.000mm时， Tzj＝5s，Tzd＝7s；当-100.000mm＜Wc-Wsmax≤-30.000mm且100.000mm＜ Wc-Wsmin≤-30.000mm时，Tzj＝1s，Tzd＝2s；当-30.000mm＜Wc-Wsmin≤0mm或Wc-Wsmax≤Wsmin-Wsmax时，Tzj＝500ms，Tzd＝1s；

第三执行动作命令：液压控制器的执行机构根据动作命令的内容，接通控制器执行机构相应编码的端口SM D0-1\/SM D0-2，保证该端口的接通时间为 Tzj\/Tsj，在该段时间内三位四通电磁换向阀6相应一侧的电磁铁得电保持工作，并在该端口接通时间届满且经过等待下一循环开始的时间Tzd\/Tsd后，液压控制器3继续接收位置信息进入下一循环。

本实施例中液压控制器3执行机构的控制端口及时间能够根据实际运行情况进行调整。

本实施例中位移传感器的有效监测范围为600mm，液压控制器3中的设定的位置范围的两个边界值分别为：最小设定位置值Wsmin＝298.000mm、最大设定位置值Wsmax＝302.000mm。

实施例2

如图1所示，本实施例中的自动控制的电磁阀伺服机构，它包括液压控制器3、传感器及电磁阀机构。电磁阀机构为一对三位三通电磁换向阀7，所述三位三通电磁换向阀7的B口为供油口，且通过液压管路与液压油泵4的出油口连接，三位三通电磁换向阀7的C口为回油口，且通过液压管与油池连接，其中左侧三位三通电磁换向阀7另一侧的A口为第一出油口，右侧三位三通电磁换向阀7另一侧的A口为第二出油口。所述液压运动执行机构为伺服油缸1，其固定部件为伺服油缸缸体及其左端的固定座，其运动部件为伺服油缸活塞，伺服油缸活塞将伺服油缸缸体分成两个油室，第一进油口与靠近固定端的第一油室连通且通过液压管与第一出油口连接，第二进油口与远离固定端的第二油室连通且通过液压管与第二出油口连接。左侧三位三通电磁换向阀7向液压油缸第一油口供油时伺服油缸伸长、第二进油口回油，右侧三位三通电磁换向阀7 向液压油缸第二进油口供油时伺服油缸回缩、第一进油口回油。

所述传感器为位移传感器2，其用于监测运动执行机构的位置，其固定端设在伺服油缸1的缸体外表面上，其位移端相应的设在伺服油缸1的活塞杆上。位移传感器2的控制线和三位三通电磁换向阀7的控制线分别与液压控制器3 电气连接。

本实施例中液压控制器为PLC可编程控制器(SIEMENS SIMATIC S7-300 6ES7331-1KF02-0AB0 6ES7314-6EH04-0AB0)，其SM D0-1号端口与左侧三位三通电磁换向阀7控制线的正极及右侧三位三通电磁换向阀7控制线的负极连接，其SM D0-2号端口与右侧三位三通电磁换向阀7控制线的正极及左侧三位三通电磁换向阀7控制线的负极连接，该PLC可编程控制器的模拟量输入端口与位移传感器2的信号线连接以接收传感器传送的位置信息。

本实施例中的自动控制的电磁阀伺服机构的控制方法，它包括手动控制步骤及自动控制方法，且手动控制步骤及自动控制方法能够通过切换开关进行切换。

所述手动控制步骤包括：

(1)当手动控制端有伸长\/回缩信号输入时，液压控制器3的执行机构编号为的SMD0-1、SM D0-2的端口均接通，伸长信号输入时电流由SM D0-1流入、 SM D0-2流出，回缩信号输入时电流由SM D0-2流入、SM D0-1流出；

(2)当手动控制端的输入信号消失时，液压控制器3的执行机构编号为SM D0-1、SMD0-2的端口均断开连接；

(3)当手动控制端同时输入伸长和回缩信号时，液压控制器3的执行机构不动作。

所述的自动控制方法的具体控制步骤如下：

第一接收位置信息

第二形成动作命令

液压控制器3的分析机构将接收的位置信息与设定的位置范围进行比较分析，生成不同的动作命令：

(1)形成伸长动作命令，当接收的位置信息值Wc减去设定的位置范围的两个边界值(最小设定位置值Wsmin、最大设定位置值Wsmax)均小于零时，形成三位三通电磁换向阀组7向伺服油缸1第一油口供油的伸长动作命令并发送给液压控制器3的执行机构，该命令主要包括控制器3的执行机构的SM D0-1、 SM D0-2端口均接通、该端口的接通时间Tzj及等待下一循环开始的时间Tzd，此时，电流由SM D0-1流入、SM D0-2流出，其中：当Wc-Wsmax≥50.000mm 或Wc-Wsmin≥50.000mm时，Tzj＝3s，Tzd＝5s；当50.000mm＞Wc-Wsmax≥0mm 且50.000mm＞Wc-Wsmin≥Wsmax-Wsmin时，Tzj＝300ms，Tzd＝1s；

(3)形成回缩动作命令，当反馈的位置信息减去设定的位置范围的两个边界值均大于零时，形成三位四通电磁换向阀6向伺服油缸1第二油口供油的回缩动作命令并发送给液压控制器3的执行机构，该命令主要包括控制器3的执行机构的SM D0-1、SM D0-2端口均接通、该端口的接通时间Tzj及等待下一循环开始的时间Tzd，此时，电流由SM D0-2流入、SMD0-1流出，其中：当 Wc-Wsmax≤-100.000mm或Wc-Wsmin≤-100.000mm时，Tzj＝5s，Tzd＝7s；当 -100.000mm＜Wc-Wsmax≤-30.000mm且100.000mm＜Wc-Wsmin≤-30.000mm 时，Tzj＝1s，Tzd＝2s；当-30.000mm＜Wc-Wsmin≤0mm或Wc-Wsmax≤ xWsmin-Wsma时，Tzj＝500ms，Tzd＝1s；当Wc-Wsmax≤-50.000mm或Wc-Wsmin ≤-50.000mm时，Tzj＝3s，Tzd＝5s；当-50.000mm＜Wc-Wsmax≤Wsmin-Wsmax 且-50.000mm＜Wc-Wsmin≤0mm时，Tzj＝300ms，Tzd＝1s

第三执行动作命令：液压控制器的执行机构根据动作命令的内容，接通控制器执行机构相应编码的端口SM D0-1及SM D0-2，保证该端口的接通时间为 Tzj\/Tsj，在该段时间内一对三位三通电磁换向阀7作相反的动作状态，并在该端口接通时间届满且经过等待下一循环开始的时间Tzd\/Tsd后，液压控制器3继续接收位置信息进入下一循环。

本实施例中液压控制器3执行机构的控制端口及时间能够根据实际运行情况进行调整。

本实施例中位移传感器的有效监测范围为400mm，液压控制器3中的设定的位置范围的两个边界值分别为：最小设定位置值Wsmin＝198.000mm、最大设定位置值Wsmax＝202.000mm。

上述施例中的液压控制器3在自动控制过程中一直处于循环控制状态，对伺服油缸1的工作状态进行监控，保证其一直处于设定的工作位置范围内。上述实施例中的自动控制的电磁阀伺服机构利用基于位置信息反馈的PLC系统自动控制方式实现系统的液压伺服控制，放弃直接使用液压伺服阀，能够克服液压伺服阀对液压油清洁度、使用环境工况以及其他传统液压伺服油缸的较为娇贵的特点。

上述实施例中的液压控制器3的执行机构还能够与液压泵4控制线电气连接，由液压控制器3直接控制液压泵4的启停，保证液压系统的稳定供油。

上述实施例中自动控制的电磁阀伺服机构的控制方法，采用基于位置信息的、循环、点动式自动控制方法，通过循环控制每个循环周期内电磁阀机构的供油时间与非供油时间，从而实现液压执行机构的间续调整，直至传感器反馈位置值落入设定位置范围，实现液压执行机构的伺服功能。

上述实施例中的位移传感器2还能够用距离传感器或角度传感器进行替换，且其安装位置不局限于上述实施例中位于液压运动执行机构的固定部件上及运动部件上的具体情形，还能够根据实际情况及传感器工作方式安装在被监测机构的固定部件上及运动部件上。

本实用新型不局限于上述实施例及实施例中所列的具体数值，只要是结构相同或近期，实现伺服控制的方式类似的相同或类似结构均落入本实用新型的保护范围。

设计图

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主设计要求

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