专利名称：用于控制流体致动器的装置和方法
技术领域：
一种液压致动器控制装置，用于实现用于根据来自一个机载用户可编程微处理器的命令信号来调节一个或多于一个液压致动器的性能的分布控制体系结构。
背景技术：
用于控制液压致动器的装置在DE 195 20 935 C2中公开。此参考文献中公开的是一种位移传感器，用于用供到位置控制器的电气信号指示阀活塞的位置。用于控制阀活塞位置的控制器被布置在其自己的外壳中，该外壳安装在阀的外壳上。控制器确保阀活塞跟随作为电气输入变量而被供到控制器的位置设置点。在这种情况下，阀活塞的位置决定阀的通道截面的量值，以便控制来自以及到致动器一例如液压汽缸一的流体流动。授予Kockemann的美国专利No. 6, 901, 315公开了一种控制器装置,其用于控 制液压致动器，液压致动器包含电气操作的液压控制阀，该阀响应于由三个分立的控制器产生的信号控制压力介质在致动器中的流动。第一控制器调节控制阀中的活塞的位置。第二控制器命令致动器(例如液压汽缸)的移动。第三控制器电气控制致动器的一系列移动。三个控制器布置在共用的外壳中，外壳安装在控制阀上。第一与第二控制器由控制装置的制造者预先编程。在此装置中，仅第三控制器可由用户自由编程。这种现有技术的装置不允许用户用控制液压致动器的状态反馈控制算法对第二控制器进行编程。另外，在此现有技术的装置中，在所公开和要求权利的装置中不存在使用用户编程的状态反馈控制算法来控制从(slave)致动器的能力。另外，在此现有技术的装置中，不存在从例如从多种外部传感器或装置——例如从阀——接收并处理输入的能力。另外，在此现有技术的装置中，所有的控制器被包含在分立的微处理器或电路中，而不是集成在一个微控制器中。现有技术的控制体系结构——下面称为“集中控制结构”——包含一个PLC，其负责协调所有液压轴线(hydraulic axes)的移动。这使得必须将所有传感器信号传送到一个机器PLC。这还使得这一个PLC必须同时运行用于所有液压轴线的几个状态反馈、闭环控制算法。于是，单个机器PLC向各个液压控制阀发送命令或操纵(manipulation)。这种现有技术的集中控制体系结构的缺点在于，其导致遍及机器地对电缆进行布线的显著成本，以及PLC面板中的显著的布线复杂性。另外，需要成本高昂的高端PLC，以便同时协调所有的液压轴线，并以足够的控制速率运行几个状态反馈控制算法，从而实现各个液压轴线的所需要的动态性能。另外，在现有技术中，作为对“集中控制体系结构”的改进，在某些现有技术的设施中，所有传感器、控制阀与PLC的模拟接口已经被现场总线或网络替换。这种设施可减少电缆布线成本和布线复杂性，因为几个节点可以以环形拓扑连接到PLC。具有节点和PLC之间的数字通信的集中式控制体系结构的这种变型的缺点在于，控制更新速率现在受到现场总线或网络的带宽的限制。考虑到所有节点需要以8到16位字的形式连续地广播其反馈值，并考虑PLC需要以8到16位字的形式连续广播对控制阀的操纵，意味着信息能被传输的速率受到现场总线或网络的恒定带宽的限制。最终结果是，液压轴线的性能受到从中央控制器接收的操纵的延迟时间的损害。
发明内容
对这些问题的解决方案在于使用本申请所公开的类型的“分布式控制体系结构”，其中，用于各个液压轴线的状态反馈控制算法在控制该特定轴线的液压阀上本地地执行。“分布式控制体系结构”的优点在于，传感器可直接连接到相关液压控制阀，不再占用现场总线或网络上的宝贵带宽。另外，液压控制阀能本地地产生其自己的命令轨道(trajectory)，而不需要从中央PLC接收，这进一步减小了现场总线或网络上的数据传送。由于状态反馈控制算法嵌入在液压控制器10的微处理器上，控制指令能以高得多的速率被执行，由此显著改进了所述液压轴线的动态性能。最后，中央PLC的响应性得到显著简化，允许使用复杂性较小且成本较低的单元。新的中央计算机成为管理(supervisory)PLC,其对各个液压轴线的移动进行协调，而不再需要连续监视和连续操纵各个液压轴线。作为替代地，管理PLC可将“Start Profile”位传送到分布式控制器。分布式控制器将接收这 种“Start Profile”位，于是,执行其配置文件(profile),接着用“Profile Complete”位进行响应。新的管理PLC将会监视各个分布式控制器的状态和故障状态，如果任何分布式控制器产生故障标识，采取适当的动作。分布式控制体系结构中的网络或现场总线通信流量由数字传感器字和数字操纵字的连续广播减小到状态和故障位的周期性广播。另外，示例性液压控制系统的配置允许基于微处理器的控制算法由用户编程，而不是专门由制造者编程。这允许编程中更大的灵活性，并保护用户的知识产权。
图I为连接到液压致动器的示例性流体控制装置的原理图；图2为一原理图,其不出了控制电路板的模块和多种输入与输出的布置；图3为连接到一系列从致动器的示例性流体控制装置的原理图。
具体实施例方式现在参照下面的讨论以及附图，详细示出了对所公开的系统和方法的说明性途径。尽管附图示出了某些可能的途径，附图不必按比例绘制，某些特征可被放大、移除、或部分地以截面示出，以便更好地示出和解释本公开。另外，这里给出的介绍不是为了穷举或以其他方式将权利要求限制或局限到附图所示出以及下面的具体介绍所公开的精确的形式和配置。另外，在下面的讨论中可能引入若干个常数。在某些情况下，提供了常数的说明性值。在其他情况下，没有给出具体值。常数的值将依赖于所关联的硬件的特性、这些特性彼此之间的相互关系以及与所公开的系统相关联的环境条件和运行条件。图I示出了用于控制液压致动器12的控制装置10的原理图。外壳14安装到液压控制阀16。控制阀16被示为侧面透视图。控制阀16对工作流体的流动进行控制，工作流体例如为液压油，其被泵18加压，通过控制阀16，最后到达液压致动器12，并从致动器12回到返回槽20。在示例性实施例中，致动器12为液压汽缸，其在图1、2、3中被示为双端汽缸，但可以为任何类型的合适的致动器。例如，致动器12可以为差动汽缸或液压马达。从控制阀16到致动器12的液压软管或管连接以用于连接到泵18的泵连接P、用于从控制阀到槽20的槽连接T以及用于从控制阀到双端汽缸致动器12的软管或管连接A、B示出。用于测量梭阀(shuttle valve)或滑阀(spool valve)(未示出)或其他类型的阀装置的位置X的位移传感器28被容纳在控制阀16内。位移传感器28连接到控制器电路板26，其将阀活塞的位置X转换为电气信号xi，该信号在控制器11中受到处理，并作为阀芯位置的实际值的处理位置被供给。微处理器32内的软件功能与输入和输出接口以及控制器11的其他特征一起关于图2更为详细地讨论。现在重新参照附图中的图1，示出了液压连接到液压致动器12的示例性液压控制装置10的原理图。容纳控制器11的外壳14被安装到液压控制阀16。控制阀16在侧面透视图中示出。控制阀16控制受到压力的液压油或其他工作流体从压力泵18通过压力线P到液压致动器12、并经由槽线T回到容纳槽20的流动。在图I中，液压致动器12被示为具有输出轴22的双动式液压致动器，其在一个方向以及在相反的方向受到作用在连接到输出轴22的活塞24的各个侧的加压流体的驱动。内部而言，控制阀16容纳至少一个高速电磁致动器(未示出)，其接收并对来自控制器11的信号作出反应，以便在控制阀16内定位 阀芯。控制阀16能使用分级滑阀，其中，第一滑阀用于控制受到压力的液压流体到第二滑阀等等的流动，一直到最终级控制受到压力的液压油到致动器的流动，致动器例如为汽缸或马达，在图I中，示出了汽缸致动器12。重新参照图I，示出了图I所示控制器11的用于控制双端汽缸12的框图。用于对控制阀的位置X进行控制并因此对致动器12的活塞位置进行控制的控制器11被供以作为实际值来自位移传感器28的输出信号xi和作为到控制器11的输入信号的设置点xs，使用此信号以及来自致动器12的位置或压力信号来提供用于控制致动器12的性能的闭环控制系统。控制器11的输出级向容纳在控制阀16中的电磁致动器的线圈供以电流ia和ib，其用于定位阀芯，以便控制受到压力的液压油或其他加压流体经由流体线A、B到致动器12的流动，从而移动致动器活塞24以呈现信号xs预先定义的位置，使得致动器活塞24或活塞杆22的实际位置值尽可能快地跟随所希望的设置点。重要的是，控制器11基于微芯片或微控制器32，其可由用户经由通信线48或34自由编程，也可由制造者编程，如果希望这样的话。阀致动器16和双端汽缸12之间的流体连接A和B经由共用的液压连接线和配件连接。双端汽缸12的活塞杆22具有位移传感器23，其将活塞杆22的位置转换为电气信号si Cp。信号si Cp被供到控制器11，特别是到微处理器32，作为实际位移值。通过对信号xi Cp进行差分，能够获得双端汽缸致动器12的活塞杆22的实际速度值，如速度控制中需要的那样，如果希望这样的话。集成到控制阀16的压力传感器25测量工作端口线A、B中的压力以及接口线P、T中的压力，并向控制器11供给信号Pa、Pb、Ps、Pt。除了信号Pa、Pb、Ps、Pt以外，控制器11被供以来自位置传感器28的阀活塞位置实际值xi。由信号Pa、Pb之间的加权压力差，能够计算实际压力值pi，其也为作用在双端汽缸致动器12的活塞杆22上的力的量度。接口压力Ps、Pt也和端口压力Pa、Pb以及与阀活塞位置xi —起使用，计算流入或流出汽缸致动器12的流量。控制器11被构建为单个的微处理器32，并为闭环数字控制系统的一部分。除了用于汽缸致动器12的活塞杆22的位置控制的算法以外，微处理器32因此能够处理压力或流量控制算法，以便最终控制供到汽缸致动器12的流体压力。代替所介绍的位置控制的是，速度控制、力控制或压力控制也可由数字控制器11实现。该装置为终端用户提供了将其自己的状态反馈控制算法以及其自己的顺序逻辑(sequencinglogic)和命令配置文件(command profile)直接编程到一个微处理器32的平台。作为替代的是，这种控制软件可由制造者编程。除了所介绍的位置控制以外，可将用户能想到的任何其他的应用控制编程到控制器11中，包括但不限于pQ泵控制pQ汽缸控制负载检测泵控制单轴线控制压力和温度补偿流量控制
压力控制同步轴线控制(主/从)双阀芯计入/计出控制(主/从)并联流量控制安全截止控制预测和诊断(阀以及相关机器)控制器11以微处理器32为中心，其为具有NC和/或PLC功能的可自由编程序列控制器。在这种情况下，NC为在用于“数字控制”的机器控制系统中使用的标示，PLC为对于“可编程逻辑控制器”使用的标示。微处理器32也提供了可自由编程状态反馈控制算法的平台。微处理器32的编程可由用户进行，以便保护用户的知识产权不受外界实体侵害。许多使用液压阀来控制机器上的液压轴线的OEM希望保护他们在液压轴线控制领域中的知识产权。他们将液压轴线的控制视为其面对其他机器制造商的核心竞争力以及竞争优势。这里所要求专利权的液压控制系统10提供了终端用户对其自己的控制逻辑和状态命令配置文件以及状态反馈算法进行编程的平台，因此向机器制造者提供了保护其IP的能力。除了提供可自由编程平台以外，这里所要求专利权的液压控制系统还使得对于多轴线控制的“分布式控制体系结构”成为可能。在典型的机器上，存在几个液压轴线，其同时需要受到控制。现有技术的当前状态的控制体系结构——下面称为“集中式控制体系结构”一包含一个PLC，其负责协调所有液压轴线的运动。这使得所有传感器信号必须被传送到所述的一个机器PLC。这还使得这一单个PLC必须同时运行用于所有液压轴线的几个状态反馈、闭环控制算法。单个机器PLC于是向各个液压控制阀发送命令或操纵。集中式控制体系结构的缺点在于，导致遍及机器对电缆进行布线的显著成本，以及在PLC面板中的显著的布线复杂性。另外，需要成本浩大的高端PLC来同时协调所有的液压轴线，并以足够的控制速率运行几个状态反馈控制算法，以便实现各个液压轴线的需要的动态性能。作为对“集中式控制体系结构”的改进，所有的传感器、控制阀与PLC的模拟接口在某些设施中已经被现场总线或网络替代。这种设施能减少电缆布线成本和布线复杂性，因为几个节点能以环形拓扑连接到PLC。具有节点与PLC间数字通信的集中式控制体系结构的这种变型的缺点在于，控制更新速率现在受到现场总线或网络的带宽的限制。考虑到所有节点需要以8到16位字的形式连续广播其反馈值，并考虑到PLC需要以8到16位字的形式连续广播对控制阀的操纵，意味着传输信息的速率受到现场总线或网络的恒定带宽的限制。最终结果是，液压轴线的性能受到从中央控制器接收的操纵的延迟时间的限制。对这些问题的解决方案在于使用“分布式控制体系结构”，其中，对各个液压轴线的状态反馈控制算法在控制该特定轴线的液压阀处本地地执行。“分布式控制体系结构”的优点在于，传感器能直接连接到相关的液压控制阀，不再占据现场总线或网络的宝贵带宽。另外，液压控制阀能本地地产生其自己的命令轨道，而不需要从中央PLC接收，这进一步减小了网络或现场总线上的数据传输。由于状态反馈控制算法被嵌入在液压控制器10的微处理器32中，控制指令能以高得多的速率被执行，由此显著改进所述液压轴线的动态性能。最后，中央PLC的责任得到大大简化，允许使用复杂性较低且成本较低的单元。新的中央计算机变为管理PLC，其协调各个液压轴线的运动，但不再需要连续监视和连续操纵各个液压轴线。作为替代的是，管理PLC可向分布式控制器传输“Start Profile”位。分布式控制器可将此“Start Profile”位传送到分布式控制器。分布式控制器可接收此“StartProfile”位，于是，执行其配置文件，接着，用“Profile Complete”位进行响应。新的管理PLC将会监视各个分布式控制器的状态和故障状态，并且，如果任何分布式控制器产生故障标识，采取适当的动作。分布式控制体系结构中的网络或是现场总线通信流量从数字传感器字以及数字操纵字的连续广播减小到状态和故障位的周期性广播。 现在参照图2，示出了控制电路板的模块和多种输入与输出的布置。控制器11具有到全局总线系统34的第一接口 113，控制装置10经由其被连接到更高阶的控制器，例如管理PLC 60。控制器11具有到本地总线系统33的第二接口。用于控制另外的汽缸或其他的致动器的进一步的装置和传感器在各自的情况下连接到此总线系统33，其可通过图2所示的网络或现场总线接口 113。总线系统33和34连接到电路板26，如图1、2所示。通过替换电路板部件，例如网络总线接口 113，控制装置10能以简单的方式连接到不同的总线或网络系统。控制器11经由全局总线系统32连接到管理PLC 60。在此全局总线系统34中，管理PLC 60被标示为“主(master)”，阀控制器11被标示为“从(slave)”。第二总线系统——被标示为本地总线系统33—被提供为在液压轴线必须由两个或多于两个的液压致动器12B和液压控制阀50控制时使用。它的一个实例为按压应用，其中，两个液压汽缸必须彼此平行地跟随同样的轨道。在这种情况下，控制器11将被标示为本地总线系统33上的主节点，第二液压控制阀50将被标示为本地总线系统33上的从节点。控制器11将负责控制其自己的液压控制阀10，控制器11也可负责控制第二液压控制阀50。本地总线系统例如为经由本地总线33的CAN总线。其将装置和可能的具有适当的通信能力的其他装置彼此连接，因为本地和全局总线33、34允许在多个装置之间交换数据。全局总线系统34和本地总线系统33之间的这种数据交换由扩展对象字典数据库124使能。经由这种数据交换，例如，两个致动器汽缸的活塞杆的同步控制能够实现。全局总线系统34将装置连接到更高阶的控制器，例如管理计算机60。其用于个体装置和管理计算机60之间的通信。在图2中，管理计算机60被示为可编程逻辑控制器(PLC)，但也可通过PC实现。经由全局总线系统34，管理计算机60能被供以来自包含在目标字典数据库124中的传感器数据或来自致动器12的不同的实际值，或用于监视或控制目的的故障位或诊断数据或控制阀状态信息。受到压力的液压流体一例如液压油一通过液压线A和/或B进入致动器12，其流速和压力响应于控制阀16内的滑阀(未示出)的运动，基于多种传感器输入和希望的移动命令，使用制造者、用户或某些第三方提供者供给的算法。控制器32可被连接到全局或本地数字通信系统或二者。全局或本地数字通信系统可以为例如CAN的现场总线，或为例如以太网的网络。连接器33、34分别为到本地和全局数字通信系统的电气连接的所示出的图示。还示出了电气连接48、46，其中，连接器48可用于微处理器32的程序闪存，连接器46可连接到多种外部传感器42，例如位移、压力、温度或振动传感器。将外部传感器数据传送到控制器11的另一种途径是通过串行通信线，使用例如多工的系统，对串行发送的传感器值进行编码并接着进行解码，使用微处理器32或分立的通信装置，例如图2所示的SSI接口 126 或A-D 123。
现在重新参照附图中的图2，示出了示例性控制装置10的控制器11的说明性图。机载应用控制器103被示为包含在图2所示的虚线框内，并包含处理器部分102，其处理状态反馈应用控制算法；顺序逻辑部分104，其处理顺序逻辑和CNC命令配置文件二者。在示例性控制装置10中，提供了一种软件平台，使得应用控制算法能够由用户编程，但可作为替代地由制造者编程。软件平台也允许用户对顺序逻辑和CNC配置文件进行编程，或者，可作为替代地由制造者编程。示例性液压控制装置10使用级联控制体系结构，由此，顺序逻辑和NV控制器104以最高级别运行。此控制器的功能为接收来自管理PLC 60的“Start Profile”命令，并向管理PLC 60发送“Prof ile Complete”状态。顺序逻辑和NC控制器104也可向管理PLC60传送其他的多种状态字，例如状态机的当前状态或诊断或故障信息。最后，顺序逻辑和NV控制器104向级联中的下一较低控制器提供命令配置文件和顺序信息，其为应用状态反馈控制器102。应用控制器103具有对对象字典数据库124的读写访问。此数据库为用于存取由A/D 123或SSI接口 126写到其中的检测数据的贮存器。此数据库124也为存储将由网络/现场总线接口 113广播的状态信息的贮存器。级联中的下一较低控制器为应用状态反馈控制器102。此控制器的功能是以迅速、固定的采样率执行软件指令，以便执行实时的状态反馈控制算法。应用状态反馈控制器102从顺序逻辑和NC控制器104接收其命令轨道，并经由对象字典数据库124接收检测到的状态反馈参数。基于这些命令和反馈，应用状态反馈控制器102计算将要传送到级联中的下一较低控制器的操纵。应用状态反馈控制器102能由用户编程，或者，其可由制造者预先编程。级联中的下一较低控制器可以为控制阀活塞位置控制器114或控制阀致动器电流控制器116，或控制阀致动器PWM控制器112。这种选择可由应用控制器103经由对象字典数据库124中的“控制模式”参数进行软件选择。控制模式的这种软件选择被示为图2中的开关110。开关107的位置由处理器部分102选择，使得流量控制器106被连接到开关110，或者压力控制器108被连接到开关110。控制阀活塞位置控制器114包含软件逻辑，用于基于命令的活塞位置和实际活塞位置xi之间的误差计算和产生电流命令。此信号被传送到电流控制器116。电流控制器116基于命令电流和检测到的致动器电流ia或ib之间的误差产生PWM命令信号。PWM信号被发送到脉宽调制(PWM)电流驱动器112。PWM电流驱动器112产生电流ia和ib，其流过电磁阀致动器A 118和B 120，产生移动控制阀活塞的力。电磁阀致动器118和120确定控制阀活塞的位置，其又控制受到压力的液压油到液压致动器52的流动。
作为实例，基于用户编程逻辑104，顺序逻辑和NC控制器104将会调用流量控制状态反馈控制器106或压力控制状态反馈108控制器，从而执行通常在注塑机中使用的PQ控制应用。顺序逻辑和NC控制器104将会在所述运行状态期间向所选择的状态反馈控制器提供用户编程的流量命令配置文件或压力命令配置文件。所选择的状态反馈控制器的输出可以为基于开关110的状态到114、116或112的操纵，最终定位控制阀阀芯。通过类似的方式，另外的液压致动器可在本地现场总线上经由从阀50受到应用控制器103的控制。如果希望的话，使用“软件开关”，通过对象字典数据库124中的“阀控制模式”的选择，位置控制器114或电流控制器116或二者能从处理链中省略。如图2中的项目110所示这种“软件开关”的状态受到应用控制器103的控制。使用这种机制，应用控制器104所产生的控制信号能被馈送到位置控制器114或电流控制器116，或直接到PWM电流驱动器112。为了将一个分布式液压轴线12A和12B的高层次运动与机器上的另一个分布式液 压轴线协调，管理PLC计算机60连接到全局网络总线线路34，其又连接到应用控制器103。用户能将应用控制器103编程为命令液压轴线的希望的运动或性能，如管理PLC 60所指示的那样。应用控制器103于是产生需要的控制信号，其被传送到级联中的下游的控制器112、114、116，以及在同步轴线控制的情况下经由本地总线网络连接33传送到从液压控制阀50。两个致动器在此实例中示出，但在示例性系统中可使用一个或多个控制器。致动器12A、12B的运动为通过使用应用控制器103的闭环控制，其中，传感器的选择用于提供闭环控制输入。如图5所示，项目25和图2的项目130为压力传感器，其包含传感器Pa和Pb，用于测量从控制阀10到其相应的致动器12的工作端口压力。压力传感器Ps测量高压流体供给线的压力，压力传感器Pt测量返回槽(未示出)中的流体水平。传感器Vp测量第二级控制阀阀芯(未示出)的位置，传感器Cp测量液压致动器活塞12的位置。人们认识到，用户将其自己的控制逻辑和算法编程到可能需要附加传感器数据的应用控制器提供了最大灵活性。为此目的，已经提供了外部传感器接口 125，将外部传感器数据传送到控制器11。通过对扩展对象字典数据库(103)的读取访问，这种外部传感器数据对于应用控制器103变得可用。扩展对象字典124被连接到A-D 123、到应用控制器103的网络总线接口 113以及到SSI接口 126。SSI接口 126作用于将来自外部数字传感器(未示出)的信号传送到对象字典124，而不像对来自外部模拟传感器130的信号进行数字化的A-D 123那样。对象字典124可包含信息和其他数据，例如校准设置、传感器参数、诊断标识、控制算法参数、增益表、信号阈值和死区。现在参照附图中的图3，示出了连接到一系列从致动器的控制器17的原理图。电路板11包含多个电子部件，例如微处理器32和接口模块。本地通信信号线33A连接到本地通信现场总线或网络，例如CAN总线或以太网。全局通信信号线34连接到全局通信现场总线或网络，例如CAN或以太网。微处理器32可以为专用集成电路(ASIC)微芯片或类似装置，其提供产生多种信号需要的信号处理和算法支持，例如发送到液压控制阀16和从液压控制阀50A、50B的控制信号。多种液压控制阀在图3中示为连接到控制器11，作为总线或网络通信系统33上的节点50A和50B。控制器11被标示为“主”，附加的液压控制阀被标示为“从”。各个液压控制阀10、50A和50B也经由液压连接而连接到汽缸致动器12A、12B、12C。各个汽缸致动器具有传感器23A、23B、23C，用于测量致动器活塞的位置和/或速度。各个致动器传感器经由接口 56A、56B、56C连接到控制器11。接口 56A、56B、56C可以为模拟接口或数字接口，例如SSI或离散接口，例如输出和编码器。致动器传感器23A、23B、23C也可接口到控制器11，作为本地网络或总线系统33上的附加的从节点。通过这种方式，控制器11可控制由控制器11所位于的液压控制阀10控制的液压致动器12A，以及一个或多于一个的附加液压致动器12B、12C。用于各个液压致动器的控制逻辑和状态反馈算法可被用户编程到控制器11中，如这里所介绍的那样。现在重新参照附图中的图3，示出了示例性液压控制系统11的原理图，其中，控制器17用于发送控制信号到至少一个从控制阀单元，例如控制阀50A、50B。控制器17电气连接到本地总线33，其可以为前面已经讨论的CAN总线。电气通信信号在本地总线33上发送，其连接到从控制阀50A、50B中的每一个。被发送的信号被编码，使得适当的从致动器50A、50B仅仅响应于其从控制信号。从控制信号代表变量，例如希望的汽缸位置或控制阀位置或压力水平或力水平。与从致动器的性能相关联的变量借助通信线56A、56B、56C被传送，通信线56A、56B、56C被连接到致动器23A、23B、23B中的每一个的传感器，该传感器检测液压汽缸12A、12B、12C的移动。来自传感器的信号于是被传输到控制器17,在那里,它们被处 理，新的控制信号经由本地总线线路33发送到控制阀10、50A、50B。液压汽缸12A、12B、12C的位置通过从通信线路56A、56B、56C被传输到控制器17。传感器产生的信号的幅度可被编码和多路复用，或者，例如致动器传感器23A、23B、23B的传感器可被直接连接到控制器17。控制器17通过全局总线通信线34与中央管理计算机60——其可以为PLC——电气通信。管理计算机60可以被编程为调节主液压控制装置10’，调节响应于由主控制装置10’、特别是由微处理器产生的控制信号的从致动器的性能。例如，用户能对主和从致动器12A-C的移动循序移动的请求进行编程。微处理器32——其已经被用户闪存编程——于是产生发送到主控制阀10以及从液压控制阀50A、50B的每一个的控制信号，以便产生致动器12A、12B、12C的希望的运动。通过这种方式，单个控制器11能以分布式控制体系结构工作，以便控制需要两个或多于两个液压控制阀的机器上的分布式功能。分布式多控制阀功能的实例包括但不限于下面的应用同步轴线控制(主/从)双阀芯计入/计出控制(主/从)并行流量控制安全截止的分布式控制主液压控制阀17作用为全局网络或现场总线接口 34上的从机，其由管理PLC 60作为主机。管理PLC 60监视和协调机器上的其它分布式控制器，例如17、17’、17”。已经参照上面的说明特别示出和介绍本公开，其仅仅说明实施本公开的最佳方式。本领域技术人员应当明了，在不脱离所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，在实践本公开时可使用对这里介绍的本公开的说明的多种替代方式。下面的权利要求限定本公开的范围，其覆盖这些权利要求及其等价内容范围内的方法和设备。对本公开的介绍应当理解为包括这里所介绍的元件的所有新颖和非显而易见的组合，权利要求在本申请或后来的申请中覆盖这些元件的任何新颖的和非显而易见的组合。另外，前面的说明是说明性的，没有一个特征或元件对可能在本申请或较后申请中要求权利的所有组合是实质性的。
权利要求
1.一种流体控制系统，其具有用于控制致动器的运动的控制算法，包含 微处理器，其包含能由用户编程的所有控制算法； 控制阀，用于控制加压流体到致动器的流动； 阀位置传感器，其连接到所述控制阀并产生位置信号； 其中，微处理器产生命令信号，其被传送到所述控制阀，所述控制阀移动，以便允许加压流体进入致动器，从而使得致动器移动，由此使得所述阀位置传感器向所述微处理器传送变化后的位置信号，用于在闭环控制算法中使用。
2.根据权利要求I的流体控制系统，其还包含模拟到数字转换器，所述模拟到数字转换器连接在外部传感器和所述微处理器之间。
3.根据权利要求I的流体控制系统，其还包含SSI装置，所述SSI装置连接在外部传感器和所述微处理器之间。
4.根据权利要求I的流体控制系统，其中，所述微处理器包含应用控制算法和顺序逻辑部分。
5.根据权利要求I的流体控制系统，其还包含网络总线接口，用于与管理控制器以及从致动器通信。
6.一种流体致动器控制系统，其用于流体致动器，包含 可编程微处理器，包含所有用于调节所述流体致动器的运动的控制算法； 控制阀，其电气连接到所述微处理器，液压连接到液压致动器； 位置传感器，其连接到所述控制阀，用于产生指示所述控制阀的位置的位置信号； 所述位置传感器电气连接到所述微处理器。
7.根据权利要求6的流体致动器控制系统，其还包含传感器通信线，其中，所述通信线被连接到一个或多于一个的传感器。
8.根据权利要求6的流体致动器控制系统，其中，工作流体为液压油。
9.根据权利要求6的流体致动器控制系统，其还包含本地通信总线，本地通信总线连接到所述微处理器，并连接到至少一个外部传感器。
10.根据权利要求6的流体致动器控制系统，其还包含全局通信总线，全局通信总线连接到所述微处理器，并连接到管理计算机。
11.一种控制流体动力致动器的方法，包含 提供控制器，所述控制器包含可编程微处理器； 提供控制阀，其电气连接到所述控制器，液压连接到流体致动器控制算法电路，该电路被用户编程到所述控制器之中。
12.根据权利要求11的方法，其还包含提供致动器传感器，所述致动器传感器被连接到流体动力致动器，并电气连接到所述控制器，其中，所述控制器产生到所述控制阀的信号，以便控制所述致动器传感器的输出。
13.根据权利要求11的方法，其还包含提供阀位置传感器，所述阀位置传感器被连接到所述控制阀，所述阀位置传感器产生指示所述控制阀的状态的信号；以及提供连接所述阀位置传感器和所述控制器的信号线。
14.根据权利要求11的方法，其还包含提供本地总线，用于所述控制器和至少一个外部传感器或从致动器之间的通信。
15.根据权利要求11的方法，其还包含提供全局总线，用于所述控制器和管理计算机之间的通信。
16.一种液压致动器控制系统，用于控制主致动器和至少一个从致动器的运动，包含 外部管理计算机，用于发送命令信号； 液压控制系统，其连接到主致动器，并连接到所述管理计算机，所述控制系统包含微处理器和主液压控制阀，用于基于所述命令信号控制加压流体到所述主致动器的流动；以及 至少一个从致动器，其具有连接到所述微处理器的至少一个从传感器，并具有至少一个从控制阀，用于控制加压流体到所述阀致动器的流动，其中，所述从控制阀和所述从传感器受到所述微处理器的控制。
17.根据权利要求16的液压致动器控制系统，其中，所述微处理器包含应用控制算法，其可由用户编程。
18.根据权利要求16的液压致动器控制系统，其还包含网络总线接口，网络总线接口连接到所述微处理器，并连接到所述从致动器。
19.根据权利要求16的液压致动器控制系统，其还包含流量控制器和压力控制器，其中，所述微处理器选择使用所述流量控制器或所述压力控制器。
20.根据权利要求16的液压致动器控制系统，其还包含模拟到数字转换器，所述模拟到数字转换器连接到所述微处理器以及到所述至少一个外部传感器。
全文摘要
一种用于控制流体致动器的运动的装置，其包含电气操作的控制阀，该控制阀响应于致动器控制器产生的信号控制加压流体到以及来自流体致动器的流动，致动器控制器使用机载用户可编程微处理器，其中，用户能将多种控制算法下载到微处理器中，用于基于参数控制致动器的运动，参数例如为流体压力和流动速率以及致动器位移。多种外部传感器可使用多种信号接口连接到控制器，用于监视和控制目的，信号接口例如为模拟到数字转换器或SSI接口。本地通信总线用于与一个或多于一个的从致动器通信，其各自具有其自己的电气操作控制阀，该阀响应于控制器产生并在局部总线上发送到从控制阀的控制信号控制加压流体到以及来自从致动器的流动。传感器用于测量从致动器的多种操作参数，并产生在局部总线上发送到控制器的信号。管理计算机用于向控制器发送高层次的命令信号，其中，控制器产生到一个或多于一个的流体致动器的闭环控制信号。
文档编号F15B21/08GK102812257SQ201180014950
公开日2012年12月5日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年2月22日
发明者K·E·阿尔斯特里恩, P·劳尔, B·W·罗布 申请人:伊顿公司