专利名称：比例电磁阀控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种比例电磁阀控制装置，尤其涉及一种用于向比例电磁阀输出驱动信号的控制装置，其中，该比例电磁阀控制装置的初始设定可通过人工操作来完成。
背景技术：
在用于生产诸如工业产品的大规模产品的生产线中，使用大量的比例电磁阀来控制流体的流速和压力。例如，在专利文献1中，使用比例电磁阀控制供应到切割设备的处理单元的切割液的量。比例电磁阀控制的流体包括诸如空气、惰性气体和水蒸汽等的气体，以及诸如水、热水、化学溶剂和油等的液体。比例电磁阀包括用于调节流体流动路径中的阀开启度的阀体，以及用于生成与提供给线圈的驱动信号成比例的电磁力的螺线管。关闭流体流动路径的方向上的弹力通过弹簧元件应用至阀体，因此，在螺线管处对抗弹力而形成的电磁力使得阀体能够开启流体流动路径，并使得阀开启度能与电磁力大小成比例地连续改变。
用于控制驱动信号的阀控制器设置在比例电磁阀的附近。阀控制器控制其提供至比例电磁阀的线圈的驱动信号。当比例电磁阀用在用于生产大规模产品的生产线中时，阀控制器发送驱动信号，以使比例电磁阀的阀体能够根据从主控制器(例如个人计算机或其它计算机)输入的、与阀开启度相对应的命令信号，采取处于阀完全关闭状态至阀完全开启状态的范围内的任意开启度。例如，在使用多个比例电磁阀的生产线中，根据比例电磁阀的各个阀控制器，从一个主控制器输入命令信号，就能够单独地驱动各个比例电磁阀。
从主控制器至各个阀控制器的命令信号取决于主控制器的特征，例如，存在将4至20mA范围内的电流回路信号作为命令信号输出的情况，以及将0至10V范围内的电压信号作为命令信号输出的情况。为此，阀控制器设置有输入信号选择开关，以使得即使在任一命令信号输入至阀控制器时，能够向比例电磁阀输出与该命令信号相对应的阀开启度的驱动信号。因此，例如在4mA的电流回路信号作为用于将阀开启度设定为阀完全关闭状态的命令信号从主控制器输入时，与阀完全关闭状态相对应的驱动信号从阀控制器输出至比例电磁阀的线圈，如果20mA的电流回路信号被输入，则与阀完全开启状态相对应的驱动信号从阀控制器输出至比例电磁阀。类似地，当0V的电压信号作为用于将阀开启度设定为阀完全关闭状态的命令信号被输入时，与阀完全关闭状态相对应的驱动信号被输出至线圈，当10V的电压信号被输入时，与阀完全开启状态相对应的驱动信号被输出至线圈。
专利文献1公开号为2002-313753的、未决的日本专利发明内容同时，比例电磁阀的阀开启度根据提供给线圈的驱动信号来设定，因此，通过将标准压力看作为基准，在制造控制器时能够将该控制器设定为输出与4至20mA的电流回路信号或0至10V的电压信号相对应的标准驱动信号。但是，当比例电磁阀用于生产线中时，阀开启度与驱动信号之间的关系可根据施加至比例电磁阀的输入口的主侧压力而变化。例如，即使在提供给线圈的驱动信号为恒定时，阀开启度也可根据流体的压力而变化。因此，在比例电磁阀安装在用户的生产线上或更换为新的比例电磁阀时，以及另外在对比例电磁阀进行维护后装配用户的生产线时，需要对提供给线圈的驱动信号的值与实际的阀开启度之间的关系进行检查，以初始设定阀控制器输出至线圈的驱动信号值。通过对比例电磁阀的阀开启度变为处于完全关闭状态时的驱动信号进行设定，以及对阀开启度变为处于阀完全开启状态时的驱动信号进行设定，而实现了上述初始设定的操作。一旦设定了阀完全开启和关闭状态下的驱动信号的值，则能根据来自于主控制器的命令信号的值，输出具有介于上述状态之间的中间值的驱动信号，从而能够将阀控制为任一开启度。
如上所述，在用户的生产线上使用多个比例电磁阀。一个主控制器可以向多个比例电磁阀，例如48个阀，输出命令信号，以分别对它们进行单独操作。为了在对任意比例电磁阀进行维护或更换之后执行初始设定操作，从主控制器向阀控制器输入用于指示阀开启度处于阀完全关闭状态的信号，然后检测比例电磁阀是否变为完全关闭状态。此外，还输入用于指示阀开启度处于阀完全开启状态的信号，然后检测比例电磁阀是否变为阀完全开启状态。由此，在比例电磁阀变为处于完全关闭状态时的驱动信号的值以及在比例电磁阀变为处于阀完全开启状态时的驱动信号的值得以调节。一旦对处于阀完全关闭状态和阀完全开启状态时刻的驱动信号进行了调节，则能将中间开启度的驱动信号设定为与命令信号的值相对应的中间值。
但是，对比例电磁阀控制装置的上述初始设定需要从主控制器接收阀完全关闭状态以及阀完全开启状态时刻的命令信号，因此上述操作需要在主控制器被操作的同时执行。因此，存在可操作性较低的问题。
本发明的目的在于，能够容易地对用于控制比例电磁阀的阀控制器执行初始设定操作。
根据本发明的一种比例电磁阀控制装置向螺线管输出与命令信号相对应的驱动信号，用于驱动阀体，以通过所述阀体控制流体路径的开启度，所述控制装置可包括驱动信号控制电路，包括用于根据与阀完全关闭状态相对应的控制信号设定所述驱动信号的完全关闭值的阀完全关闭可变电阻器，以及用于根据与阀完全开启状态相对应的控制信号设定所述驱动信号的完全开启值的阀完全开启可变电阻器，所述驱动信号控制电路将与阀开启度相对应的所述控制信号转换为所述驱动信号，并将所述驱动信号提供给所述比例电磁阀；以及模式选择开关，其能够设置为自动模式位置、阀完全关闭手动位置以及阀完全开启手动位置，其中，所述模式选择开关设置在所述自动模式位置时，所述控制信号被转换为驱动信号，并被提供给所述比例电磁阀；所述模式选择开关被设置在所述阀完全关闭手动位置时，向所述驱动信号控制电路提供与所述比例电磁阀的阀完全关闭位置相对应的阀完全关闭手动信号；以及当所述模式选择开关被设置在所述阀完全开启手动位置时，向所述驱动信号控制电路提供与所述比例电磁阀的阀完全开启位置相对应的阀完全开启手动信号，其中，在所述模式选择开关被切换为所述阀完全关闭手动位置的情况下，阀完全关闭状态时刻的所述驱动信号的值由所述阀完全关闭可变电阻器校正，而在所述模式选择开关被切换为所述阀完全开启手动位置的情况下，阀完全开启状态时刻的所述驱动信号的值由所述阀完全开启可变电阻器来校正。
根据本发明的比例电磁阀控制装置进一步包括电平转换部分，所述电平转换部分根据输入的命令信号，对所述命令信号的电平进行转换，以生成控制信号。同样，根据本发明的比例电磁阀控制装置进一步包括输入切换部分，所述输入切换部分将不论是电流回路信号还是电压信号的所述输入命令信号转换为与所述阀开启度相对应的半标准化信号，并将所述半标准化信号输出至所述电平转换部分。另外，根据本发明的比例电磁阀控制装置进一步包括运算放大器，所述运算放大器根据来自所述比例电磁阀的螺线管电流检测值，对提供给所述比例电磁阀的所述驱动信号执行反馈控制。
根据本发明，在用于向比例电磁阀输出驱动信号的驱动信号输出电路中设置的模式选择开关切换为阀完全关闭手动位置的状态下，用于在阀完全关闭状态设置阀开启度的控制信号由阀完全关闭可变电阻器来校正。同样地，在模式选择开关切换为阀完全开启手动位置的状态下，用于在阀完全开启状态设置阀开启度的控制信号由阀完全开启可变电阻器来校正。因此，用于将比例电磁阀设定为阀完全关闭状态的控制信号和用于将比例电磁阀设定为阀完全开启状态的控制信号的初始设定可由控制装置来执行，而无需从主控制器向该控制装置输入命令信号。
图1是示出了比例电磁阀的一个实施例的部分剖视前视图；图2是示出了比例电磁阀的控制电路的方框图；图3A是示出了命令信号与阀开启度之间的关系的阀特征曲线图，而图3B是示出了驱动信号与阀开启度之间的关系的阀特征曲线图；以及图4是示出了阀控制器的内部结构的控制电路图。
具体实施例方式
如图1所示，比例电磁阀10包括接合块13，在接合块13中形成有主端口11和辅端口12。在接合块13中形成有连通主端口11与辅端口12的连通孔14。支架引导管15通过固定凸缘16联接至接合块13，从而阻断连通孔14。在引导管15中，止动件17是固定的，而柱塞18可轴向移动地并入到引导管15中。与设置在接合块13中的阀座相接触、并使得连通孔14开启/关闭的橡胶制成的阀体19联接至柱塞18的末端。为了向阀座施加阀体19的关闭力，柱塞18中并入了压缩螺旋弹簧20。缠绕线圈21的螺线管22联接到引导管15的外部。在向线圈21提供驱动信号时，柱塞18在弹簧力的作用下以与阀座分离的方向移动，而阀体19与阀座分离，这样，主端口11和辅端口12经由连通孔14连通。
在图1示出的状态中，阀体19与阀座相接触，且连通孔14是关闭的，也就是阀完全关闭状态。根据针对于线圈21的驱动信号值，阀体19工作在阀完全关闭状态、阀完全开启状态、以及在介于以上两种状态之间的任何中间开启度的位置处。因此，当比例电磁阀10用来控制流体的流速时，从主端口11朝向辅端口12流动的流体的流速根据阀开启度而受到控制。当比例电磁阀10用来控制流体压力时，朝向辅端口12排放的流体的压力根据阀开启度而受到控制。
图2是示出了在工业产品的用户生产线上使用的比例电磁阀10的控制电路的方框图。由阀控制器31向多个比例电磁阀10的每一个的线圈21提供驱动信号，而主控制器32向阀控制器31发送命令信号。与阀完全关闭状态、阀完全开启状态和阀中间开启度的位置相对应的命令信号从主控制器32输出至各自的比例电磁阀10。根据主控制器32的类型，上述命令信号可为4至20mA的电流回路信号，或者可为0至10V的电压信号。
图3A是示出了命令信号与阀开启度之间关系的阀特征曲线图。当主控制器32输出电流回路信号作为命令信号时，如果要将阀完全关闭，则输出4mA的电流作为命令信号，而如果要将阀完全开启，则输出20mA的电流。在输出介于以上状态之间的电流回路信号时，阀具有与命令信号相对应的任一开启度。同样，在主控制器32输出电压信号作为命令信号的情况下，当要将阀完全关闭时，输出0V的电压作为命令信号，而当要将阀完全开启时，输出10V的电压。如果输出介于上述状态之间的电压信号，则阀变为处于与命令信号相对应的任一开启度。
图3B是示出了阀开启度与要提供至比例电磁阀10的驱动信号的一个实施例的特征曲线图。根据比例电磁阀10的尺寸等，比例电磁阀10的阀开启度是不同的。例如，如图3B所示，当等于或小于50mA电流的驱动信号提供给比例电磁阀10的线圈21时，阀开启度变为处于阀完全关闭状态。而当提供大于50mA电流的驱动信号时，阀开启度从阀完全关闭状态开始开启，而当提供对应于200mA的驱动信号时，阀开启度变为处于阀完全开启状态。
图4是示出了如图2所示的阀控制器31的内部电路的控制电路图。阀控制器31通过由外部电源单元提供给电源部分30的电能而工作。如上所述，存在阀控制器31从主控制器32接收电压信号作为命令信号的情况，以及从主控制器32接收电流回路信号作为命令信号的情况。根据命令信号的类型，操作者操作如图2所示设置在阀控制器31上的输入选择开关33。由输入选择开关33的操作启动的输入切换部分34被并入阀控制器31中。即使将电压信号作为命令信号输入以及将电流回路信号作为命令信号输入，输入切换部分34还是能生成与各个阀开启度相对应的电压值的半标准化信号。
上述半标准化信号被发送至电平转换部分35，该半标准化信号被转换为与阀开启度相对应的控制信号。当命令信号指示阀完全关闭状态时，电平转换部分35输出0V的控制信号作为控制信号。当命令信号指示阀完全开启状态时，电平转换部分35输出例如1V的控制信号。当命令信号指示介于阀完全关闭状态与完全开启状态之间的任一开启度时，电平转换部分35输出与阀开启度相对应的控制信号。
阀控制器31包括驱动信号控制电路36，用于根据来自于电平转换部分35的控制信号的值向比例电磁阀10的线圈21提供与阀开启度相对应的驱动信号。驱动信号控制电路36的连接点37通过运算放大器38连接至驱动信号放大部分39，而与阀开启度命令信号相对应的驱动信号则被输出至比例电磁阀的线圈21。通过线圈21流动的电流根据温度而变化。因此，为了补偿温度改变，从比例电磁阀发送出的螺线管电流检测值的反馈信号通过信号线路40发送至运算放大器38，而驱动信号受到反馈控制。
驱动信号控制电路36包括经由连接点37串联的两个固定电阻器41和42；以及具有缓冲器44和用于设定阀完全开启状态的可变电阻器43的电路45，可变电阻器43用于校正阀完全开启状态的驱动信号值。经由缓冲器46连接至电平转换部分35、并具有可变电阻器47(用于设定阀完全关闭状态)的运算放大器48连接至电路45，可变电阻器47用于校正阀完全关闭状态的驱动信号值。因此，当与阀开启度相对应的控制信号从电平转换部分35输出时，控制信号通过可变电阻器43和47(包括固定电阻器41和42)转换为与阀开启度相对应的驱动信号，然后被输出至运算放大器38。
在阀控制器31中，与从电平转换部分35输入的完全关闭阀开启度的控制信号相对应的阀完全关闭手动信号通过0V的电位提供至驱动信号控制电路36，该0V的电位作为阀完全关闭手动信号生成部分51而提供，而阀完全关闭手动信号生成部分连接至驱动信号控制电路36。同样在阀控制器31中，提供完全开启手动信号生成部分52，与从电平转换部分35输入的完全开启阀开启度的控制信号相对应的阀完全开启手动信号通过完全开启手动信号生成部分52提供至驱动信号控制电路36。
阀控制器31设置有模式选择开关53。模式选择开关53可通过操作者设置在三个位置中的一个位置，即，自动模式位置53a、阀完全开启手动位置53b、以及阀完全关闭手动位置53c(为不同于上述两个位置的中间位置)。当模式选择开关53设置在自动模式位置53a时，电平转换部分35连接至驱动信号控制电路36以将控制信号转换为驱动信号。因此，与来自主控制器32的阀开启度命令信号相对应的驱动信号被发送至比例电磁阀10。
当模式选择开关53工作在阀完全关闭手动位置53c时，完全关闭手动信号生成部分51的0V电压输入到驱动信号控制电路36的输入部分中。因此，当给定使阀开启度完全关闭的指令时，与半标准化的信号具有相同值的阀完全关闭手动信号、以及从电平转换部分35输出的控制信号被输入到驱动信号控制电路36。另一方面，当模式选择开关53被设置在阀完全开启手动位置53b时，驱动信号控制电路36的输入部分连接至完全开启手动信号生成部分52。因此，当给定使阀开启度完全开启指令时，与半标准化的信号具有相同值的阀完全开启手动信号、以及从电平转换部分35输出的控制信号被输入到驱动信号控制电路36。
为了初始设定连接到比例电磁阀10的阀控制器31，在模式选择开关53切换至阀完全关闭手动位置53c的状态下对可变电阻器47进行调节。接着，在模式选择开关53切换至阀完全开启手动位置53b的状态下对可变电阻器43进行调节。因此，当从主控制器32接收到与阀完全关闭状态和阀完全开启状态相对应的命令信号时，连接点37在驱动信号的阀完全关闭和完全打开时刻的电压发生改变，并且经由运算放大器38提供至驱动信号放大部分39的驱动信号的电流值得以校正。
因此，例如在实际的生产线中，可使用预先设定以具有以下特征的比例电磁阀10在将50mA的驱动信号提供给线圈21时，阀从完全关闭状态开始开启，而在提供200mA的驱动信号时，阀变为处于完全开启状态。在这种使用中，在阀从完全关闭状态开始开启时，以及在阀变为处于完全开启状态时，驱动信号的值可能不同于先前的设定值。这种差异是由于供应到主端口11的流体的压力引起的。在这种情况下，在向主端口11供应流体压力的情况下，手动操作可变电阻器43和47，以使得比例电磁阀10能够在阀完全关闭位置和阀完全开启位置启动，从而校正驱动信号的值。一旦这些驱动信号的值被校正，对于与阀中间开启度相对应的命令信号而言，与该命令信号相对应的驱动信号被提供给线圈21，而阀开启度被设定为与该指令值相对应的开启度。
通过这种方式，将完全关闭手动信号生成部分51和完全开启手动信号生成部分52并入到阀控制器31中，而阀控制器31可由模式选择开关53切换为自动模式和手动模式。因此，无需从主控制器32输入用于初始设定的阀完全关闭命令信号和阀完全开启命令信号，就能实现对阀控制器31的操作特征的初始设定。在执行初始设定的情况下，当模式选择开关53被切换至阀完全关闭手动位置53c时，阀完全关闭手动信号从完全关闭手动信号生成部分51发送至驱动信号控制电路36，而与命令信号是否从主控制器32输出无关，其中阀完全关闭手动信号的值与阀完全关闭状态的命令信号从主控制器32输入的时刻所获得的信号值相同。另一方面，当模式控制选择开关53被切换至阀完全开启手动位置53b时，阀完全开启手动信号由完全开启手动信号生成部分52发送至驱动信号控制电路36，其中阀完全开启手动信号的值与阀完全开启状态的命令信号从主控制器32输出的时刻所获得的信号值相同。因此，可独立于主控制器32，对阀控制器31实现与比例电磁阀10相对应的初始设定。为此，不需要将命令信号从主控制器32输入至阀控制器31，就能根据比例电磁阀容易地实现阀控制器31的初始设定的操作。
本发明并不局限于上述实施方案，而是能在不背离本发明主旨的范围内进行各种修改。比例电磁阀10并不局限于图1所示的类型，也不必局限于如附图所示的类型，只要能够根据提供给线圈21的驱动信号将阀开启度改变为任何开启度即可。同样，标准的驱动信号并不局限于上述50至200mA的范围，并且阀控制器能够根据待被控制的流体的流速或压力，控制通过任何驱动信号操作的比例电磁阀。
工业应用性根据本发明的比例电磁阀控制装置用于生产诸如工业产品的大规模产品的生产线中。
权利要求
1.一种比例电磁阀控制装置，其向螺线管输出与命令信号相对应的驱动信号，用于驱动阀体，以通过所述阀体来控制流体流动路径的开启度，所述控制装置包括驱动信号控制电路，包括阀完全关闭可变电阻器，用于根据与阀完全关闭状态相对应的控制信号设定所述驱动信号的完全关闭值；以及阀完全开启可变电阻器，用于根据与阀完全开启状态相对应的控制信号设定所述驱动信号的完全开启值；所述驱动信号控制电路将与阀开启度相对应的所述控制信号转换为所述驱动信号，并将所述驱动信号提供给所述比例电磁阀；以及模式选择开关，其能够被设置在自动模式位置、阀完全关闭手动位置以及阀完全开启手动位置，其中，当所述模式选择开关设置在所述自动模式位置时，所述控制信号被转换为驱动信号并将该驱动信号提供给所述比例电磁阀；当所述模式选择开关被设置在所述阀完全关闭手动位置时，向所述驱动信号控制电路提供与所述比例电磁阀的阀完全关闭位置相对应的阀完全关闭手动信号；以及当所述模式选择开关被设置在所述阀完全开启手动位置时，向所述驱动信号控制电路提供与所述比例电磁阀的阀完全开启位置相对应的阀完全开启手动信号，其中，在所述模式选择开关被切换为所述阀完全关闭手动位置的情况下，阀完全关闭状态时刻的所述驱动信号的值由所述阀完全关闭可变电阻器来校正，而在所述模式选择开关被切换为所述阀完全开启手动位置的情况下，阀完全开启状态时刻的所述驱动信号的值由所述阀完全开启可变电阻器来校正。
2.如权利要求1所述的比例电磁阀控制装置，进一步包括电平转换部分，所述电平转换部分根据外部命令信号，对所述命令信号的电平进行转换，以生成控制信号。
3.如权利要求2所述的比例电磁阀控制装置，进一步包括输入切换部分，所述输入切换部分将不论是电流回路信号还是电压信号的所述外部命令信号转换为与所述阀开启度相对应的半标准化信号，并将所述半标准化信号输出至所述电平转换部分。
4.如权利要求1所述的比例电磁阀控制装置，进一步包括运算放大器，所述运算放大器根据来自所述比例电磁阀的螺线管电流检测值，对提供给所述比例电磁阀的所述驱动信号执行反馈控制。
全文摘要
模式选择开关(53)能够设置在用于将控制信号从电平转换部分(35)发送至驱动信号放大部分(39)的自动模式位置(53a)、用于向驱动信号放大电路(39)提供与比例电磁阀(10)的完全关闭位置相对应的完全关闭信号的完全关闭手动位置(53c)、以及用于向驱动信号放大电路(39)提供与完全开启位置相对应的完全开启信号的完全开启手动位置(53b)。当模式选择开关(53)被切换为完全关闭手动位置(53c)时，对比例电磁阀(10)完全关闭时的驱动信号值进行调节。同时，当模式开关(53)被切换为完全开启手动位置(53b)时，对比例电磁阀(10)完全关闭时的驱动信号值进行调节。因此，比例电磁阀的初始设定可通过使用阀控制器而变得容易。
文档编号F16K31/06GK1938539SQ200580010289
公开日2007年3月28日 申请日期2005年3月3日 优先权日2004年3月31日
发明者加藤猛美, 牧田一美 申请人:株式会社小金井