在用于歧管组件的电磁阀中预测失效的装置和方法与流程

本发明涉及歧管组件中的电磁阀控制系统。

背景技术：

歧管组件通常在组装或者工业线中使用以在该线中选择性地将气压引导到各种气动装置。歧管组件包括电力致动的电磁阀，控制用于操作这些装置的气流的方向。这些歧管组件通常模块化并且由多个单个的歧管块构件(经常被称作歧管块)和单个的控制阀体(经常被称作电磁阀、阀块或仅仅阀构件)组装。歧管组件经常具有通用的导向压力通道和主要压力通道，通用的导向压力通道和主要压力通道连接到电磁阀，电磁阀进而控制主要压力向各自的气动装置的流动。

已知这些歧管组件包括插入歧管块与电磁致动阀之间的夹层块，以便提供用于主要压力的关闭阀，以将第二气压源引导至单个的阀站或者从歧管提供和分离单个阀站的排出口，或者容纳压力传感器。也已知在夹层块中安装压力传感器以监控输入和输出压力。

这些歧管组件能够包括多个歧管块、夹层块、阀站和电磁阀，电磁阀进而在大型制造组装或者工业线中依次操作多个装置。由于控制阀的每个都需要正确地操作以保持各自装置的正确操作，单个控制阀以及它相应的装置的失效(failure，故障)可能引起全部组装或者工业线停止操作。因此，在操作条件下保持每个阀并且在计划中的保持和正常运行时间内在所有的阀失效之前更换它以防止计划外的线停止是非常需要的。

在电磁阀的失效能被预测的情况下，准时更换将会是可能的。在失效不是没有警告突然发生的情况下，能够进行失效的预测。换句话说，能够检测到在异常行为或者性能的早期劣化(degradation)作为早期的警告指示器的情况下，那么即将来临的失效的预测变得可能。

美国专利6,386,229讨论了基于特定的时间值，通过监控阀在歧管组件中的位置来预测失效的方法。阀芯的位置通过使用安装在滑阀(spoolvalve)上的磁体和伸到阀体上的霍尔效应传感器来检测，霍尔效应传感器用于随着滑阀在其两个位置之间移动感测磁体的接近。移动是定时的，并且如果测量到的时间减慢到超出正常操作阀的范围，则认为阀需要更换。通常这些计时器、压力传感器和霍尔效应传感器被构建在阀体内。然而，这个方法要求将歧管块初始地设计和配置有合适的传感器和磁体，并且无法解决减少对阀的修改的需求，以及无法满足监控已经安装在自动化工业和组装线上的多个控制阀和歧管构件的需求。

需要的是这样的系统，通过比较在排放线中的压力相对于供应线的变化以及比较致动控制阀的螺线管的电流，来检测控制阀任何劣化。此外，还需要的是安装检测压力、线圈电流和阀位置的传感器的夹层块，能够改装现存的歧管块和控制阀体，并且位于其中的传感器能够用来预测控制阀的失效。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，电磁阀组件包括阀体，阀芯可移动地安装在阀体中并且由具有线圈的螺线管操作，螺线管可操作地引起阀芯移动。歧管构件具有多个流动路径，用于向电磁阀组件供应加压的流体以及排放来自电磁阀组件的加压的流体。中间块插入在阀体与歧管构件之间，中间块具有第一安装表面和第二安装表面，在第一安装表面上布置阀体，第二安装表面与第一安装表面相对，用于将中间块布置在歧管构件上。中间块具有多个通孔用于将在歧管构件处的端口连接到在阀体处的端口。至少一个传感器内置在中间块中用于在通孔的至少一个中传感压力和流量中的至少一个。优选地，至少一个传感器是传感器板的形式并且具有多个安装在其上的压力感测器，用于在多个通孔中检测压力。优选地，至少一个传感器也包括内置在中间块中的电流传感器，用于传感供应到线圈的电流。在一个实施方式中，位置传感器在不侵入阀体内部的情况下位于中间块的内部，用于传感贴附在阀芯上的磁体的位置。在一个实施方式中，在流动路径的一个中存在检测由泄露引起的超声的泄露传感器。

根据本发明的另一个方面，电磁阀组件具有阀体，阀芯可滑动地安装在阀体中并且由具有线圈的螺线管操作，螺线管可操作地引起阀芯移动。歧管构件具有多个流动路径用于向电磁阀组件供应加压的流体和排放来自电磁阀组件的加压的流体。电磁阀组件具有至少一个传感器，用于检测电磁阀组件的多个参数。一个参数可以是在排放端口中的压力，另一个参数可以是通往线圈的电流，用于在电磁阀组件的至少一个致动循环期间比较电流和压力以建立标准化循环轮廓线。存储装置存储由传感器检测到的标准化循环轮廓线，并且也存储预定的容差边界，其从标准化循环轮廓线中确定。比较器连接到至少一个传感器和存储装置，并且将来自至少一个传感器的参数与标准化循环轮廓线和预定的容差边界相比较。警报器可操作地连接到比较器，并且在比较器比较来自至少一个传感器的参数与标准化循环轮廓线和预定的容差边界并发现参数在预定的容差边界范围之外的情况下，警报器致动。

优选地，至少一个传感器容纳在位于阀体与歧管构件之间的中间块中。中间块具有第一安装表面和第二安装表面，在第一安装表面上布置阀体，第二安装表面与第一安装表面相对，用于将中间块布置在歧管构件上。多个通孔可操作地将在歧管构件处的端口连接到在阀体上的端口。至少一个传感器内置在中间块中，用于在通孔的至少一个中传感压力和流量中的至少一个。在一个实施方式中，至少一个传感器是传感器板的形式，在传感器板上安装多个压力感测器，用于在多个通孔中检测压力。优选地，参数的一个是阀芯在阀体内的位置。

根据本发明的另一个方面，用于电磁阀组件的检测系统具有至少一个传感器，用于检测在电磁阀组件的至少一个排放端口中的压力，并且用于检测供应到电磁阀组件的线圈的电流，用于在电磁阀组件的至少一个致动循环期间比较在端口中的电流和电压以建立标准化循环轮廓线。存储装置可操作地连接到至少一个传感器以接收传感的参数来确定标准化循环轮廓线，并且存储预定的容差边界，其从标准化循环轮廓线中建立。比较器可操作地连接到存储装置和至少一个传感器，用于将来自至少一个传感器的参数与标准化循环轮廓线和预定的容差边界相比较。警报装置可操作地连接到比较器，并且在比较器比较来自至少一个传感器的参数与标准化循环轮廓线和预定的容差边界且发现参数在预定的容差边界范围之外的情况下，致动警报器。

根据本发明的另一个方面，中间块被构造成插入歧管块与内置螺线管操作的控制阀的控制阀体之间。中间块具有一组通孔，用于将在歧管块上的端口连接到在控制阀体上的端口。中间块具有导电电路线，以从在歧管块中的电力电路线向在控制阀中的螺线管的线圈提供电流，以及从在控制阀中的螺线管的线圈向在歧管块中的电力电路线提供电流。多个传感器安装在中间块中，用于传感在通孔的至少一个中的压力和在导电电路线上的电流。优选地，传感器的一个被构造成用于传感阀芯在控制阀体中的位置。

根据本发明的另一方面，确定操作流体阀的螺线管的操作条件的方法包括对于至少一个循环致动螺线管操作流体阀。在操作流体阀的螺线管的致动之后，对于至少一个循环至少两个参数被测量以建立螺线管操作流体阀的标准化操作轮廓线。标准化操作轮廓线和容差边界存储在记忆装置中。在螺线管操作阀的正常操作期间至少两个参数被传感并且测量。测量到的两个参数在比较器中与记忆装置中标准化操作轮廓线和容差边界相比较。在测量到的参数在容差边界的范围之外的情况下，致动警报器。

附图说明

现在参照附图，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的立体的局部示意图；

图2是沿着在图1中示出的2-2截取的分解截面图；

图3是在图1中示出的夹层块的放大立体图；

图4是在图3中示出的夹层块的俯视图；

图5是夹层块的放大侧视图，图示了在其中安装的压力板和电流板的位置；

图6是示出建立的轮廓线的示例的图，该示例示出了接近控制阀的驱动循环的压力增强的电流，并且然后在一个循环期间建立电流和增强的压力的容差边界；

图7是根据本发明的夹层块的第二是实施方式的立体图；

图8是在图7中示出的夹层块的分解截面图；

图9是用于产生位置指示信号的电路的示意图。

具体实施方式

现在参考图1和图2，流体控制系统10本质上是模块化的，并且具有互相连接到一起的多个阀歧管块12。块12特定的数量取决于应用和在每个歧管块12中安装的电路板60的容量。每个歧管块12可以具有两个阀站14，用于安装两个控制阀18。每个控制阀18可以具有外部阀体19。一对控制阀阀体19可以直接安装在歧管块12的上表面13上。尽管图示的歧管块12带有两个阀站，可以预见的是也可以使用带有单个的阀站的歧管块。

如图2所示，每个歧管块12具有流体供应和流体排放通道20、22、24，其横向地延伸穿过该块以与相邻的块12连通。每个歧管块也具有延伸到外壁29的排放通道21和23，用于连接到气动装置(未示出)。每个歧管块也具有横向的导向压力通道25。每个通道20、21、22、23、24和25连接到在歧管块的上表面13上的各自的孔40、42、44、46、48和49。

通常被称作夹层块的中间块26被插入至少一个控制阀阀体19与一个歧管块12之间。如图2所示，中间块26具有多个通孔30、32、34、36、38和39，其连接歧管块的供应、排放导向和排出端口40、42、44、46、49和49到控制阀18的供应、排放、导向和排出端口50、52、54、56、58和59。

电路板60向控制阀的电磁阀线圈64供应电力，用于致动电磁阀并且移动电磁阀的阀芯66。在一个众所周知的方式中，阀芯可能由弹簧68向一个方向偏置，并且通过向阀芯相对的端部应用流体压力而使阀芯在相反的方向上移动。尽管此实施方式示出单个的电磁阀组件，应理解的是也可以使用商业上可得到的双电磁阀组件。

电路板60除了具有电力路径(electricalpowertrace)，可能还具有单个的连通线，用于串联每个控制阀18。这样的单个的线在于2015年7月31日提交的u.s.s.n.14/765，019中被更详细地描述，并且通过引证结合于本文。电力路径和单个的连通线通常附接于插头连接器74。

除了通孔30到通孔39，中间块还具有穿过的电力线70，用于连接在电路板60上的连接器插头74到在阀体上的插头连接器76使得螺线管线圈64由电力线70提供电力。合适的插头连接器75和77位于中间块26的顶面和底面，用于可操作的连接到各自的插头连接器74和76以从插头连接器74向插头连接器76提供连续的电力线70。

连通线72也从电路板60延伸并且向上穿过中间块26连接到安装在中间块中的电流传感器板78和压力传感器板80。连通线可以包括插头连接器74和75。电流传感器板也连接到电流电力线70。压力传感器板78具有三个压力感测器82、84、86，连接到排放通孔和供应通孔32、34和36，用于传感它们中的压力。

可选择的位置传感器磁体88可以连接到阀芯并且通过也安装在电流传感器板78上的位置传感器90(例如霍尔效应传感器)被测量。

参数数据(例如压力、流量、电流、以及响应时间)通过连通线72传送至本地的或者远程的微控制器，例如一个安装在连通模块92上的微控制器，连通模块92内置有记忆存储件98和比较器99。

现在，参考图7和图8，示出了夹层或中间块126的第二实施方式。该中间块通常具有两个端部盖127和129以及中间部分131。端部盖127具有从端部135上延伸出的插头连接器133，用于向一个或者两个霍尔效应传感器提供电力并且用于信号的连通插头。每个端部盖127和129都由非磁性材料制成，例如塑料或者铝，并且在上壁141和143的临近处中内置霍尔效应传感器190和选择性的第二霍尔效应传感器191。第二霍尔效应传感器191通过穿过中间部分131延伸的电缆扎束145电力连通。

中间部分具有通孔130、132、134、136、138和139，并且相似地容纳有如同描述的用于第一实施方式的其他传感器，例如压力或流量、或者用于传感其他参数的其他传感器，诸如振动或者泄露传感器。

标准化循环的图示的示例在图6中示出。对于循环时间t0，用于打开和关闭的电流的标准化循环由点划线示出。由于在供应线中给定了压力，在排放线中测量压力。测量的压力值由可以存储在记忆存储件98中的实线96示出。然后在记忆存储件98中基于从线96的某些劣化可以确立容差范围或者容差极限(如虚线97所示)，对于该线96，阀移动得不够快并且压力滞后增强。对于特定的时间t1，比较器99能够比较测量到的参数与标准化的轮廓线和各自的容差范围极限。一旦劣化进行到容差极限下方，即，容差极限之外，连通模块92将会向操作器发送警报，例如通过在连通模块92中的光照指示器100，或者到连通模块92中的光线指示器100在与特定的控制阀指示相一致的相应的i/o单元中，控制阀在预设的容差极限下方。其他参数可以被替代，例如阀芯移动或者流动的速度可以代替或补充说明压力和时间。参数的选择可以取决于控制阀的特定的应用来选择。

图9中公开了霍尔效应传感器的电子示意图。电力连接器具有接地伏特插头151、电力电压插头连接器153和输出信号连接器155。霍尔效应传感器190接收来自插头103的电压。电压也通过电阻器r3到晶体管157。当霍尔效应传感器190感测到来自在阀芯上的磁体88的磁场足够强时，它致动以通过电阻器r2将电压传递到线159，这打开晶体管157并且允许电压通过线155外出以指示阀芯的位置。

在控制阀示在完全失效之前示出一些劣化时，该劣化的指示可以是警报的形式或者视觉通知，其允许在下一次停工期修复或者替换控制阀，或者在完全失效发生之前保持预定的时间，这样可以避免计划外的不需要的线停工。

通过将压力传感器、电流传感器和其他参数传感器安装在中间块上，可以在歧管块12与控制阀阀体之间插入中间块26改进标准的存在控制阀18，而不需要进一步修改控制阀阀体19或者歧管块12。一个或者多个中间块26可以稍后作为附件在任何或者所有控制阀站被添加到阀歧管10。

也可以预见的是信息可能通过无线技术传递至控制器。

在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围和精神的情况下，其他变化和修改是可能的。