Hydraulics
Pneumatics &Seals/No. 42006
电2气比例减压阀结构原理及应用
周世琦, 崔 爽, 鲁 凌, 李秀风, 王 磊
Construction and application of t he electro 2air proportional regulator
ZHOU Shi 2qi , CU I Shuang , L U Ling , L I Xiou 2feng , WAN G Lei
(济南华能气动元器件公司, 山东济南 250101)
中图分类号:T H137 文献标识码:B 文章编号:100820813(2006) 0420011202 随着微电子技术的迅速发展与应用, 气动技术与微电子技
术更好地结合, 使气动系统的控制精度和调节性能不断提高。济南华能气动元器件公司设计生产的电2气比例减压阀就是将微电子技术应用于气动系统压力控制的高科技产品。该阀采用了高压驱动和低压脉宽调制(PWM ) 的双压控制技术, 是一种以高速电磁阀为先导、膜片组件为功率级、压力传感器为内部压力反馈的元件。电2气比例减压阀采用了闭路反馈控制方式, 实现了计算机的电信号(数字信号) 、传感器反馈信号(模拟信号) 和气动控制信号(气压) 三者之间的相互转换。与传统的气动比例阀相比, 具有以下突出特点:1) 阀总是处于开启或关闭状态, 流面积大, 减少了污染物堵塞的可能性, 于开关工作状态, , 素的影响;3) , 极大地提高了系。本文简要介绍电2气比例减压阀的结构原理、电路控制系统及其应用。1 结构原理
电2气比例减压阀主要由减压阀和电2气控制两大部分构成, 其中电2气控制部分包括高速开关阀(进/排气阀) 、传感器、控制电路等。图1为电2气比例减压阀的结构原理简图
。
气源经进气口成两路, 一路作为先导气供给进气阀, 一路经过主阀口供给工作口。进气阀与排气阀分别用于控制先导腔内的压力上升与下降。当进气阀打开时, 先导气进入先导腔内使腔内压力上升, 减压阀的的膜片组件向下运动, 使进气口与工作口相通, 随着膜片组件的下移, 进气口与工作口之间的开度加大, 从而工作输出压力增加; 反之, 排气阀打开时, 先导腔与先导溢流口相通, , 进而先导腔内, 通, 。, , 输出压力保持, 并将测量值反馈, 构成闭环控制系统。电路控制系统能自动的实现上述功能, 使输出压力跟随控制信号的变化而变化。2 电路控制系统
为了实现阀的精密压力调节, 目前对阀的电路控制普遍采用脉宽调制(PWM ) 方式。电2气比例调压阀以PWM 方式控制时, 只有全开启或全关闭两种状态, 这样过流面积大, 并有助于消除线圈磁滞和非线性因素, 如死区、干摩擦等的影响。图2是阀的脉宽调制方框图
。
图2 脉宽调制式比例阀方框图
图1 比例阀结构原理图
1—进气口 2—工作口 3—溢流口 4—膜片组件5—进气阀 6—传感器 7—先导腔 8—密封活塞9—排气阀 10—比较控制器 11—电气接头 12—先导溢流口
收稿日期:2006205212
作者简介:周世琦, 男, 工程师, 现在济南华能气动元器件公司从事气动产品的开发设计工作, (电话) [1**********]23。
在图2中, 比较控制器的一路输入为用户设定电信号, 另一
路为压力传感器反馈的工作口压力电信号, 这两个信号在比较控制器中比较、转换成脉冲信号, 并放大后加到开关阀上, 使其处于脉宽调制状态, 高频、微量地调整先导腔的进、排气量, 使输出压力稳定在设定值附近。
为了提高比例阀的性能, 当输出压力与输入信号之间相差较大时, 高速开关阀为常通电, 此时先导腔内的压力迅速升高, 比例阀的输出压力也迅速提高, 从而提高比例阀的响应速度; 反之, 排气时也一样。当输出压力与输入压力相差较小时, 进入PWM 控制方式, 此时先导腔内的压力进入渐变过程, 以防止过冲现象。当输入压力与输入信号在所控制的稳态精度范围内时, 进排气开关阀均不动作, 比例阀处于稳定输出状态。图3表示了该比例阀进排气开关阀的通电时间与输入输出信号之间的
11
液压气动与密封
/2006年第4期
控制范围, 幅值越大, 阀的响应越慢, 但阀的动态变化过程越平稳; 反之, 幅值越小, 阀的频响越快, 但阀在进入稳态时就过冲即超调量增大, 甚至会引起振荡。锯齿波信号的振荡频率越快, 进排气高速开关阀的进排气量可控制范围越精细, 比例阀的精度就越高, 性能越好。但频率过高, 如超过了开关阀的最高频响, 则开关阀为不可控, 反而会影响主阀的性能
。
图5 点焊机加压控制系统
1—控制回路 2—比例放大器 3—电2气比例减压阀
4—加压气缸 5—电极 6—
减压阀
图3 控制信号图
在图3中, 调整锯齿波的低电位V 0, 可调整高速开关阀的
预给工作电压, 其低电位的大小, 取决于开关阀的吸合上升时间, 以开关阀阀芯将动而未动为最佳, 实际上是消除了开关阀的死区, 提高了主阀的响应速度及控制精度。
此外, 该阀使用了8针接口, 其中包括了电源接点、实际输出值接点、设定点输入值接点和外部实际输入值接点。外部输入值接点可以接收外部传感器反馈回的电信号, 进一步提高阀的控制精度。3 应用举例
、、, 、布、线、金属箔、薄膜等材料和产品时, 都需要对收料和放料加以张力控制。一套完整的自动张力控制系统, 其基本元件包括张力检测器、控制器、离合器。离合器有机械式、电磁式、液压式和气动式等。气动式离合器与机械式相比, 结合平稳, 传递转矩大, 离合迅速, 使用寿命长, 吸振, 自动补偿磨损间隙小, 便于远程自动控制, 转矩大小可实时调节; 与液压式相比, 系统简单, 工作安全, 不会污染环境, 灵敏度高; 与电磁式相比, 压紧力大, 离合频率高, 传递转矩大。因此, 在张力控制系统中多采用气动式离合器。而气动式离合器的上述优点均依赖于控制气压的精确调节。电2气比例减压阀就是一种高性能的气压调节元件, 主要性能指标是直线度1%(满值) 、迟滞0. 5%(满值) 、灵敏性1%(满值) 。在张力控制过程中, 控制器通过分析张力检测器的反馈信号, 给电2气比例减压阀输入一个控制信号, 调节电2气比例减压阀的输出压力, 从而能够迅速准确的调节气动离合器的工作状态, 达到张力控制的目的。
电2气比例减压阀除用在张力控制系统(图4) 外, 还被广泛应用于点焊机加压控制系统(图5) 、低压铸造炉的压力控制系统(图6) 、静电喷涂控制系统(图7) 等
。
6 2—排放阀 3—冷却器
4 5—遥控减压阀 6—电2气比例减压阀
7—比例放大器 8—
控制回路
图7 静电喷涂控制系统
1—气源 2—空气过滤器 3—电2气比例减压阀4—控制信号 5—控制器 6—涂装喷嘴 7—涂料
随着科技的发展以及工业控制精度的提高, 电2气比例减压
阀性能将更加完善, 也将应用于更多领域。
参考文献:
[1]北方工业大学流体传动与控制教研室, 济南华能气动元器件公司.
气动元件及系统设计[M ].北京:机械出版社,. 1995.
[2]SMC (中国) 有限公司. 现代实用气动技术[M ].北京:机械出版
社, 2003.
[3]符欲梅, 唐中一, 倪文波. 一种新型的PWM 气动精密调压阀[J].液
压与气动, 1997, (2) :13214.
[4]周海强, 张河新, 韩建海, 李建朝. 基于PWM 方式的气动调压阀的设
计[J].机床与液压, 2004, (3) :992100.
[5]田静. 高速开关阀PWM 控制电路的开发[J].中国民航学院学报,
2003, (6) :26230.
[6]李广荣, 郑萍. 利用单片机改进电磁阀驱动[J ].电子产品世界,
2003, (11) :62264.
图4 带材收卷张力控制系统
1—张力检测器 2—反馈信号 3—控制器 4—控制信号
5—气源 6—电2气比例减压阀 7—
控制器
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Pneumatics &Seals/No. 42006
电2气比例减压阀结构原理及应用
周世琦, 崔 爽, 鲁 凌, 李秀风, 王 磊
Construction and application of t he electro 2air proportional regulator
ZHOU Shi 2qi , CU I Shuang , L U Ling , L I Xiou 2feng , WAN G Lei
(济南华能气动元器件公司, 山东济南 250101)
中图分类号:T H137 文献标识码:B 文章编号:100820813(2006) 0420011202 随着微电子技术的迅速发展与应用, 气动技术与微电子技
术更好地结合, 使气动系统的控制精度和调节性能不断提高。济南华能气动元器件公司设计生产的电2气比例减压阀就是将微电子技术应用于气动系统压力控制的高科技产品。该阀采用了高压驱动和低压脉宽调制(PWM ) 的双压控制技术, 是一种以高速电磁阀为先导、膜片组件为功率级、压力传感器为内部压力反馈的元件。电2气比例减压阀采用了闭路反馈控制方式, 实现了计算机的电信号(数字信号) 、传感器反馈信号(模拟信号) 和气动控制信号(气压) 三者之间的相互转换。与传统的气动比例阀相比, 具有以下突出特点:1) 阀总是处于开启或关闭状态, 流面积大, 减少了污染物堵塞的可能性, 于开关工作状态, , 素的影响;3) , 极大地提高了系。本文简要介绍电2气比例减压阀的结构原理、电路控制系统及其应用。1 结构原理
电2气比例减压阀主要由减压阀和电2气控制两大部分构成, 其中电2气控制部分包括高速开关阀(进/排气阀) 、传感器、控制电路等。图1为电2气比例减压阀的结构原理简图
。
气源经进气口成两路, 一路作为先导气供给进气阀, 一路经过主阀口供给工作口。进气阀与排气阀分别用于控制先导腔内的压力上升与下降。当进气阀打开时, 先导气进入先导腔内使腔内压力上升, 减压阀的的膜片组件向下运动, 使进气口与工作口相通, 随着膜片组件的下移, 进气口与工作口之间的开度加大, 从而工作输出压力增加; 反之, 排气阀打开时, 先导腔与先导溢流口相通, , 进而先导腔内, 通, 。, , 输出压力保持, 并将测量值反馈, 构成闭环控制系统。电路控制系统能自动的实现上述功能, 使输出压力跟随控制信号的变化而变化。2 电路控制系统
为了实现阀的精密压力调节, 目前对阀的电路控制普遍采用脉宽调制(PWM ) 方式。电2气比例调压阀以PWM 方式控制时, 只有全开启或全关闭两种状态, 这样过流面积大, 并有助于消除线圈磁滞和非线性因素, 如死区、干摩擦等的影响。图2是阀的脉宽调制方框图
。
图2 脉宽调制式比例阀方框图
图1 比例阀结构原理图
1—进气口 2—工作口 3—溢流口 4—膜片组件5—进气阀 6—传感器 7—先导腔 8—密封活塞9—排气阀 10—比较控制器 11—电气接头 12—先导溢流口
收稿日期:2006205212
作者简介:周世琦, 男, 工程师, 现在济南华能气动元器件公司从事气动产品的开发设计工作, (电话) [1**********]23。
在图2中, 比较控制器的一路输入为用户设定电信号, 另一
路为压力传感器反馈的工作口压力电信号, 这两个信号在比较控制器中比较、转换成脉冲信号, 并放大后加到开关阀上, 使其处于脉宽调制状态, 高频、微量地调整先导腔的进、排气量, 使输出压力稳定在设定值附近。
为了提高比例阀的性能, 当输出压力与输入信号之间相差较大时, 高速开关阀为常通电, 此时先导腔内的压力迅速升高, 比例阀的输出压力也迅速提高, 从而提高比例阀的响应速度; 反之, 排气时也一样。当输出压力与输入压力相差较小时, 进入PWM 控制方式, 此时先导腔内的压力进入渐变过程, 以防止过冲现象。当输入压力与输入信号在所控制的稳态精度范围内时, 进排气开关阀均不动作, 比例阀处于稳定输出状态。图3表示了该比例阀进排气开关阀的通电时间与输入输出信号之间的
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液压气动与密封
/2006年第4期
控制范围, 幅值越大, 阀的响应越慢, 但阀的动态变化过程越平稳; 反之, 幅值越小, 阀的频响越快, 但阀在进入稳态时就过冲即超调量增大, 甚至会引起振荡。锯齿波信号的振荡频率越快, 进排气高速开关阀的进排气量可控制范围越精细, 比例阀的精度就越高, 性能越好。但频率过高, 如超过了开关阀的最高频响, 则开关阀为不可控, 反而会影响主阀的性能
。
图5 点焊机加压控制系统
1—控制回路 2—比例放大器 3—电2气比例减压阀
4—加压气缸 5—电极 6—
减压阀
图3 控制信号图
在图3中, 调整锯齿波的低电位V 0, 可调整高速开关阀的
预给工作电压, 其低电位的大小, 取决于开关阀的吸合上升时间, 以开关阀阀芯将动而未动为最佳, 实际上是消除了开关阀的死区, 提高了主阀的响应速度及控制精度。
此外, 该阀使用了8针接口, 其中包括了电源接点、实际输出值接点、设定点输入值接点和外部实际输入值接点。外部输入值接点可以接收外部传感器反馈回的电信号, 进一步提高阀的控制精度。3 应用举例
、、, 、布、线、金属箔、薄膜等材料和产品时, 都需要对收料和放料加以张力控制。一套完整的自动张力控制系统, 其基本元件包括张力检测器、控制器、离合器。离合器有机械式、电磁式、液压式和气动式等。气动式离合器与机械式相比, 结合平稳, 传递转矩大, 离合迅速, 使用寿命长, 吸振, 自动补偿磨损间隙小, 便于远程自动控制, 转矩大小可实时调节; 与液压式相比, 系统简单, 工作安全, 不会污染环境, 灵敏度高; 与电磁式相比, 压紧力大, 离合频率高, 传递转矩大。因此, 在张力控制系统中多采用气动式离合器。而气动式离合器的上述优点均依赖于控制气压的精确调节。电2气比例减压阀就是一种高性能的气压调节元件, 主要性能指标是直线度1%(满值) 、迟滞0. 5%(满值) 、灵敏性1%(满值) 。在张力控制过程中, 控制器通过分析张力检测器的反馈信号, 给电2气比例减压阀输入一个控制信号, 调节电2气比例减压阀的输出压力, 从而能够迅速准确的调节气动离合器的工作状态, 达到张力控制的目的。
电2气比例减压阀除用在张力控制系统(图4) 外, 还被广泛应用于点焊机加压控制系统(图5) 、低压铸造炉的压力控制系统(图6) 、静电喷涂控制系统(图7) 等
。
6 2—排放阀 3—冷却器
4 5—遥控减压阀 6—电2气比例减压阀
7—比例放大器 8—
控制回路
图7 静电喷涂控制系统
1—气源 2—空气过滤器 3—电2气比例减压阀4—控制信号 5—控制器 6—涂装喷嘴 7—涂料
随着科技的发展以及工业控制精度的提高, 电2气比例减压
阀性能将更加完善, 也将应用于更多领域。
参考文献:
[1]北方工业大学流体传动与控制教研室, 济南华能气动元器件公司.
气动元件及系统设计[M ].北京:机械出版社,. 1995.
[2]SMC (中国) 有限公司. 现代实用气动技术[M ].北京:机械出版
社, 2003.
[3]符欲梅, 唐中一, 倪文波. 一种新型的PWM 气动精密调压阀[J].液
压与气动, 1997, (2) :13214.
[4]周海强, 张河新, 韩建海, 李建朝. 基于PWM 方式的气动调压阀的设
计[J].机床与液压, 2004, (3) :992100.
[5]田静. 高速开关阀PWM 控制电路的开发[J].中国民航学院学报,
2003, (6) :26230.
[6]李广荣, 郑萍. 利用单片机改进电磁阀驱动[J ].电子产品世界,
2003, (11) :62264.
图4 带材收卷张力控制系统
1—张力检测器 2—反馈信号 3—控制器 4—控制信号
5—气源 6—电2气比例减压阀 7—
控制器
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