本发明涉及一种促动器控制器，其用于触发可流体操作的促动器，控制器包含供给管线以用于使工作流体从流体端口流入至促动器端口，以及排出管线以用于使工作流体从工作端口流出至流体出口，其中，供给管线配备有供给管线阀，并且排出管线配备有排出管线阀，其每个设计成影响在促动器端口处的流体流率，并且控制器进一步包含控制装置以用于触发供给管线阀和排出管线阀，本发明进一步涉及用于控制促动器的运动的方法。
背景技术：
由文件de102008028189a1已知一种电动气动阀用于触发气动促动器以操作自动化技术系统中的配件。该阀包含至少一个电动气动换能器和气动放大器，该气动放大器包含至少一个阀装置以用于将通向促动器的连接通道任选地连接至供给通道或排出通道，该阀装置经由电动气动换能器通过电触发信号而触发。在此提供成，将至少一个流量传感器结合到至促动器的连接通道中，该流量传感器的输出信号反馈到电触发信号。
技术实现要素：
本发明所基于的问题是提供一种促动器控制器以及用于控制促动器的运动的方法，在其中确保用于促动器控制器的简单结构并且确保用于运动控制的可靠功能。
根据本发明的第一方面，利用权利要求1的特征解决了该问题。在此提供成，流量传感器放置在排出管线阀与流体出口之间的管线区段中，该流量传感器设计成确定排出管线中的流体流率并提供流量信号，并且其联接到控制装置以便于促进以取决于流量信号的方式运动控制(闭环控制)促动器运动。
由于在排出管线阀与流体出口之间安装流量传感器，流过流量传感器的工作流体的平均压力比如果流量传感器安装到供给管线(在其中应用了用于加压工作流体的供应压力)之中时处于更低的水平。这是由于如下事实，即工作流体已经将其能量的一部分转移至所连接的促动器。此外，在流体出口处，工作流体被排放到环境中或到非加压储存罐中，从而使得工作流体在经过流量传感器之后的压力损失可认为是可忽略的。压力水平在流量传感器所位于的管线区段中通过工作流体在其从促动器排出时的流动损失和通过排出管线阀的适当触发的排出管线中的目标限制而进一步减小。由于该低压力水平，流量传感器相比如果其安装至供给管线中可以更简单的方式构造，在其中较高的压力水平占优势。由于根据本发明的流量传感器的布置方案，流量传感器的低成本设计可以有利地与用于流量传感器的高测量精度相结合。
用于流量探测的典型方法包括超声波流量测量、在可预设的孔口测量区段处的差压法或者机电流量测量。例如提供成，流量传感器提供电气流量信号，尤其是可变的电压或电流水平，其被转移到控制装置并且与穿过流量传感器的实际当前工作流体流具有可预设的关系。使用流量信号，控制装置可以得出关于促动器如何移动的结论，促动器例如可以是气动或液压缸组件的活塞。知道促动器的运动速度，控制装置可通过影响工作流体进入促动器的流入和/或工作流体从促动器的流出，或通过其他措施，比如对促动器的制动装置的触发来影响取决于流量信号的促动器运动的运动控制。
本发明的有利的进一步的改进方案是从属权利要求的主题。
有利的是，如果控制装置设计成以取决于流量信号的方式执行用于触发排出管线阀和/或供给管线阀的移动控制。用于促动器运动的运动控制尤其可以是借助于控制装置以取决于在排出管线中探测到的流量信号的方式执行的速度控制。为了影响用于执行运动控制的促动器的运动，可提供成，从促动器流出的工作流体受到排出管线阀的适当触发的影响。这种运动控制均适用于单作用的和双作用的促动器两者，尤其是用于流体工作缸。在单作用的促动器中，可变尺寸的工作室简单地以取决于促动器的目标位置的方式填充适当量的工作流体。对于这种促动器，可施加内部或外部负载，例如，比如外部重量或复位弹簧的力。利用根据本发明的促动器控制器的运动控制，可以例如，提供成用于促动器的缩回运动，在其中促动器的工作室通过外部施加的重量或通过复位弹簧的作用而减小尺寸。在该过程中，在促动器中接收的工作流体在经过促动器端口之后流入排出管线中，并且在经过排出管线阀和流量传感器之后在流体出口处离开流体系统。在该操作模式中，可以使用流量传感器的流量信号来影响排出管线阀的位置，以便获得用于促动器的运动的可预设的运动特征。作为对排出管线阀的触发的附加或替代，可以使用流量信号触发外部制动装置用于运动控制。
在具有两个由可移动的活塞彼此分开的可变尺寸的工作室的双作用的促动器中，例如可以提供成，每个工作室具有其自己的促动器控制器，其中，在促动器的运动期间连接到双作用的促动器的减少的操作室的促动器控制器在排出管线中执行流量测量，并且在适用的情况下，在与相应的负责向增加的工作室提供加压工作流体的另一个促动器控制器交换信息的同时，使用探测到的流量信号控制促动器运动。
有利的是，如果供给管线阀和/或排出管线阀设计成比例阀，尤其是用于通过控制装置的电触发和/或作为共同的阀装置，尤其是作为3/3通阀。在比例阀中，控制装置可以通过预设信号水平为流经相应的阀的工作流体提供可预设的限制作用。优选通过控制装置对供给管线阀和/或排出管线阀提供电触发。替代地，供给管线阀和排出管线阀可以设计成以滑阀的方式的共同的阀装置，尤其是3/3三通阀。
在本发明的进一步的改进方案中，供给管线配备有压力传感器，控制装置联接至该压力传感器，并且其设计成向控制装置提供随压力变化的供应压力信号。借助于由在供应管线中的压力传感器向控制装置提供的供应压力信号，例如如果工作流体的供应压力在供给管线中变化，可以实现用于促动器运动的更好的运动控制。如果排出管线阀以取决于流量信号的方式专门触发，则考虑供应压力信号是尤其有效的，因为在该情况中，如果在供给管线中存在任何压力波动，流量中的反应可以由于促动器的惯性而被延迟；这会使平衡的运动控制变得困难。因此，有利的是，掌握关于供给管线中的工作流体的供应压力的任何压力波动的当前知识，使得它们可以在运动控制过程中被考虑到。
在本发明的另一变型中，促动器端口配备有压力传感器，其联接至控制装置并且设计成向控制装置提供随压力变化的工作压力信号。如果促动器控制器配备于单作用的促动器，借助于在促动器端口处的压力传感器，可在工作流体从促动器排出期间，除流量信号外，可在控制装置中处理压力信号，结果是可更精确地控制促动器运动。在双作用的促动器设计中，压力传感器可配备至在促动器的运动期间供应有工作流体的工作室，以及附加地或替代地，配备至在促动器的运动期间从中排出工作流体的工作室两者。通过评估至少一个压力传感器的压力信号，同样可改进促动器运动的运动控制，尤其是当使用气态工作流体时，在其中工作流体的兼容性对促动器的运动控制(闭环控制)具有相当大的影响。
有利的是，提供两个促动器端口，其每个配备有带有供给管线阀的供给管线和带有排出管线阀的排出管线，排出管线终止于共同的流体出口中，并且流量传感器配备至流体出口。在以这种方式设计促动器控制器的情况中，可获得用于双作用的促动器的运动控制。在此，将促动器端口中的每个配备至双作用的促动器的相应的工作室，并且由于促动器的机械构造，工作流体到工作室中的一个的供给伴随着同时工作流体从另一个工作室的排出。在该过程中，流出的工作流体总是经过排出管线中的一个和相关联的排出管线阀，然后经过共同的流体出口和安装在其上的流量传感器。使用这种促动器控制器导致双作用的促动器的尤其简单的构造，因为不需要将其自己的流量传感器配备至每个排出管线阀。另外，在这种促动器控制器的情况中，工作流体进入促动器的工作室中的一个中的供给工作流体以及从促动器的另一个工作室的排出可以尤其有利的方式与共同的控制装置协调。
根据本发明的第二方面，本发明的问题通过一种如权利要求7中所说明的用于控制促动器的运动的方法来解决。据此，促动器连接至促动器控制器的促动器端口，尤其是根据权利要求1至6中任一项所述，并且促动器端口经由排出管线阀位于其中的排出管线连接至流体出口，流量传感器配备至流体出口。根据本发明，提供成，在通过排出管线阀和促动器运动至少部分打开排出管线的情况下探测从促动器到流体出口的流体流率，并且执行排出管线阀的随流量变化的触发，以便以取决于可预设的运动特征的方式影响促动器运动。对于促动器的运动控制，需要流量信号，这转而需要工作流体流动穿过流量传感器。可能的是，在促动器运动开始时不能可靠地探测这种流动，在这种情况下，可以提供成，在促动器运动开始时，排出管线阀最初以可预设的方式打开排出管线，尤其仅部分地，以便促进促动器运动并且得到工作流体流率。一旦流量传感器提供稳定的流量信号，就可以使用流量传感器的流量信号然后根据预设的运动特征来控制促动器运动。
在该方法的进一步的改进方案中提供成，运动特征包含从端部位置或中间位置和/或行进运动和/或减速运动朝向促动器的端部位置或中间位置的起始运动。促动器可以例如是双作用的流体缸，在其中带有相关联的活塞杆的工作活塞在第一端部位置与第二端部位置之间是可移动的。使用根据本发明的方法，可以为工作活塞提供从端部位置中的一个或从端部位置之间的中间位置的起始运动。附加地或作为替代，运动特征可以包含在端部位置之间或在端部位置与中间位置之间或在中间位置与端部位置之间的行进运动。运动特征可以进一步包含朝向端部位置或中间位置的减速运动。该运动可任选地以促动器的加速或者达到用于促动器的可预设的目标速度或者其组合的考虑来定向。
在该方法的有利的进一步的改进方案中提供成，在配备给第一促动器端口的排出管线阀的随流量变化的触发期间，执行在到第二促动器端口的供给管线中的供给管线阀的随流量变化的触发，其中，供给管线阀以取决于配备给第一促动器端口的流体出口的流量传感器的传感器信号水平的方式被触发。通过用于第二促动器端口的供给管线阀和用于第一促动器端口的排出管线阀的组合触发，可特别灵敏地控制促动器运动。在该上下文中有利的是，排出管线阀和供给管线阀均由相同的控制装置致动，用于尤其有利地协调用于执行运动控制的两个控制操作。
在该方法的有利的进一步的改进方案中提供成，位于供给管线中，尤其是在流体端口与供给管线阀之间或者在供给管线阀与促动器端口之间，且联接至控制装置的压力传感器的供应压力信号是用于供给管线阀的触发的输出。如果工作流体是可压缩的，尤其是气态的工作流体，则压力传感器的供应压力信号的被涵括是尤其感兴趣的，因为由于流体的可压缩性，流入促动器的第一工作室中的工作流体与从促动器的第二工作室排出的工作流体之间不存在比例性。因此，借助于压力信号，可以预测用于促动器的运动控制，以便根据预设的运动特征确保用于促动器运动的期望的运动控制。
附图说明
在附图中说明本发明的有利的实施方案，其中
图1示出了用于操作双作用的流体操作的促动器的促动器控制器。
具体实施方式
图1中所示的促动器控制器1提供成用于流体操作的促动器2的触发，其不是促动器控制器1的一部分，并且因此像消声器3和流体源4，在图1中由虚线表示。在所说明的实施方案中，促动器控制器1包含第一促动器端口5和第二促动器端口6，其分别通过流体管线9和10连接至促动器2的第一工作室7和第二工作室8。促动器2中的工作室7,8在促动器壳体15中形成，并且通过可变位的工作活塞11以尺寸可变的方式彼此分离，工作活塞11配备有活塞杆12，其经过促动器壳体15，并且设计成用于将运动传递至未详细示出的机器元件。通过向第一工作室7和/或向第二工作室8施加压力，可以将力施加到工作活塞11，其可滑动地容纳在促动器壳体15中，同时形成密封。根据由用于工作室7和8中的工作流体的压力条件产生的并且取决于工作活塞11的有效表面的工作活塞11的力平衡，如适用，一种可以导致工作活塞11和与其连接的活塞杆12运动的力被施加到工作活塞11。
所说明的实施方案的促动器控制器1示出为组件，并且下面更详细地示出的促动器控制器1的部件可以分开地和以组合的结构两者来实施。
促动器控制器1包含控制装置17，多个阀18,19,20,21和配备给阀18至21的触发单元22,23,24和25以及多个传感器28,29和30。
控制装置17例如可以设计成微控制器或微处理器，并且分别通过控制管线31,32,33,34和传感器管线35,36,37电连接至触发单元22至25以及传感器28,29和30。所说明的实施方案的控制装置17进一步配备有通信管线40，其提供成作为到上级控制单元、尤其是可编程逻辑控制器，或到其它促动器控制器的通信链路，并且在所说明实施方案中提供来用于根据可预设的通信协议、尤其是总线通信协议的数据交换。
所说明的实施方案的阀18至21设计成带有压电触发的2/2通阀，并且可作为比例阀来操作。由于压电触发，阀18至21的操作需要提供高电压信号，其由相关联的触发单元22至25经由相关联的触发管线41至44提供。因此，阀18至21中的每一个可以响应于由控制装置17为分别的触发单元22至25提供的控制信号来在关闭位置与打开位置之间自由地调节。
在所说明的实施方案中提供成，阀19和20中的每一个流体连通地连接至供应管线45，供应管线45从供应端口46处开始，流体源4可以连接至其。这里进一步提供了在供应管线45与设计成压力传感器的传感器28之间的流体连通的连接，其将在供应管线45中占优势的压力水平转换成为电供应压力信号，使得其可经由传感器管线35提供控制装置17。因此，可以借助传感器28探测可通过流体源4提供至供应管线45和下游阀19,20的供应压力。此外，阀19和20分别在出口侧连接至促动器端口5和6中的一个，使得如果分别的阀19,20打开，则可以在供应管线45和分别的促动器端口5或6之间建立流体连通的连接，以便允许将工作流体供给到分别的工作室7,8中。
阀18和21中的每一个连接至入口侧上的分别的促动器端口5或6，并且连接至排出管线47，其经过设计成流量传感器的传感器29并且在出口侧上在流体出口48处终止。以这种方式，阀18和21促进流体从促动器2的相关联的工作室7,8排出。
对于工作活塞11沿着运动路径16的运动，可提供例如以下过程：取决于促动器2的期望的运动方向，可以以下方式在促动器端口5处或在促动器端口6处向促动器2的分别的工作室7,8提供加压工作流体，即通过分别的阀19或20在供应管线45与分别的促动器端口5或6之间建立流体连通的连接。
以下考虑基于待提供活塞杆12的延伸运动的假设上。因此，将加压工作流体施加至工作室7，使得工作室8变得更小，伴随着由于工作活塞11所引起的运动而经由促动器端口6从工作室8排出流体。为了向工作室7施加压力，阀19，也描述为供给管线阀，从所说明的关闭位置移动进入附图中未示出的打开位置中。这导致流体源4、供应管线45与促动器端口5之间的流体连通的连接，从而允许加压流体流入工作室7中。由于在该过程中作用在工作活塞11上的力，该工作活塞朝向工作室8移位，从而减小其体积。进一步提供成，工作室8中的工作流体经由流体管线10、促动器端口6、也描述为排出管线阀的阀21和排出管线47被输送到设计成流量传感器的传感器29和流体出口48，在其中该工作流体在流过消声器3之后可被排出进入到环境中或进入到储存罐中。取决于流过传感器29的工作流体的流率，传感器29经由传感器管线36向控制装置17提供电流信号。在控制装置17中，然后以取决于提供的流量信号的信号水平的方式计算工作流体到流体出口的实际流率，并且基于该计算，确定工作活塞11和与其接合的活塞杆12的加速度和/或速度。在控制装置17中，优选地储存用于工作活塞11的运动的运动特征，尤其是加速度或速度特征，其可以与使用流量信号确定的工作活塞的实际加速度和/或速度相比较。如果储存的运动特征偏离所探测到的运动特征，通过合适的阀19的触发，控制装置17可任选地提供对离开工作室8的工作流体的限制和/或对供给到工作室7中的工作流体的限制。
通过处理设计成压力传感器的传感器28和30的至少一个压力信号，用于工作活塞11的实际运动特征可以更好地与储存的运动特征匹配。传感器28探测供应管线45中的供应压力，并且以电信号的形式将测量结果提供给控制装置17。同样设计成压力传感器的传感器30探测促动器端口6处的工作压力，并且以电工作压力信号的形式将测量结果提供给控制装置17。如果工作流体是可压缩的流体，尤其是气体和优选地压缩空气，则至少一个压力传感器28和/或30的使用是尤其感兴趣的，因为对供应压力和/或工作压力的包括促进了改进的运动控制。在附图中未示出的促动器控制器的实施方案中，连接至控制装置的工作压力传感器也配备给第二促动器端口。
对于活塞杆12和联接至其的工作活塞11的缩回运动，阀20和18在以上描述的反向中被触发，使得加压流体可被施加到促动器端口6以用于工作室8，而工作流体可以从工作室7经由促动器端口5经过阀18流到排出管线47，并且在经过传感器29之后，流到流体出口48。使用流量传感器的流量信号，同样可以为促动器2控制该运动。