全数字集成式筒形阀电液同步控制系统技术方案

本发明专利技术属于水轮发电机组进水阀门控制领域，具体的讲是全数字集成式筒形阀电液同步控制系统。本发明专利技术包括液压控制系统为数字量化缸，所述的数字量化缸包括缸体、活塞、机械反馈机构、接力器位移传感器、反馈耦合机构、耦合齿轮、数字阀、液控单向阀、步进电机，数字阀与步进电机相连，耦合齿轮安装在反馈耦合机构与数字阀阀芯之间，耦合齿轮上安装有接力器位移检测传感器，机械反馈机构连接反馈耦合机构和活塞，本发明专利技术所涉及的电液同步控制系统，既有机械同步方式的优点，又能克服现有电液同步方式的缺点，比现有电液同步方式可靠性高、控制精度高，结构简单，安装、操作、维护方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水轮发电机组进水阀门控制领域，具体的讲是全数字集成式筒形阀电液同步控制系统。
技术介绍
-在水电站水轮发电机组进水l询门之一，即筒形阀的使用中，除筒形阀本体的设计、制造、安装外，筒形阀的控制，即如何保证多只接力器的同步，成为筒形阀控制的关键技术问题。目前，国内筒形阀同步机构广泛采用的同步方式有两种分别是机械同步方式和电液同步方式。机械同步方式是在筒形阔体的上端，沿圆周均匀地布置多只液压接力器，每只接力器下端固定在阀体上。每只接力器的丝杠上端装有齿轮，通过链条使所有的齿轮同时运动。液压接力器活塞向上运动，筒形阀开启；液压接力器活塞向下运动，筒形阀关闭。各接力器活塞的同步移动由可逆传动的滚动螺旋副实现。滚动螺旋副是在接力器活塞杆上，固定一只滚动螺旋传动的螺母，螺母连接传动丝杠。当接力器活塞上、下移动，开启、关闭筒形阔时，丝杠随之正、反向旋转，通过丝杠上端的齿轮，将筒形阀的上下垂直运动，变为齿轮的径向旋转运动，齿轮带动链条，连动其他接力器的齿轮同速旋转，并反作用于其丝杠而实现多只接力器的同步。机械同步方式主要依靠丝杠、链条等运动部件相互配合，保证各接力器上下同步运动；接力器活塞的上升、下降运动由液压控制系统驱动。机械同步方式有如下优点(1) 筒形阀开启、关闭可自动、手动控制；(2) 在调试或电气失灵时，仍然可全手动开启、关闭筒形阀；(3) 管路少，连接点少，有利于电厂达标；(4) 调试、维护工作简单、方便。机械同步方式也有如下缺点(1) 同步精度无法量化；(2) 接力器油缸无自调节能力，链条同步对发生异步的油缸矫正能3力差；(3) 只能定速启闭，不能按任意曲线启闭；(4) 在布置上场地空间要求较大。电液同步方式由液压控制系统和电气控制系统组成，这两个控制系统缺一不可。液压控制系统必须由电气控制系统精密控制，电气控制系统必须通过液压控制系统执行，才能操作接力器，带动筒形阀开启与关闭。基于当今世界的经验及技术，目前所有筒形阀控制装置生产厂家主要采用，而且可行的电液同步方案有两个同轴油马达方案、伺服比例阀方案。主流电液同步方案是同轴油马达方案。其优点(1) 筒形阀开关控制规律可编程任意调整；(2) 对发生异步的接力器矫正能力好；(3) 可按程序指定启闭速度进行启闭控制。其缺点-(1) 不能在任何操作方式下实现高精度同步；(2) 控制复杂；系统、管路、结构复杂，不利于电厂达标；(3) 系统安装、调试、维护困难；(4) 在场地布置上空间要求较大。随着我国水电开发进度的加快，机组容量、尺寸越来越大，筒形阀的尺寸也越来越大，筒体重量也越来越重，原先比较成熟的机械同步方式就显示出其先天的缺陷性。只有采用电液同步方式才能满足现在水电开发大尺寸、大重量、大行程筒形阀的同步控制需求。但是，目前主要使用的前述两种电液同步方式的实际使用效果不是很理想。本专利技术所涉及的电液同步控制系统，既有机械同步方式的优点，又能克服现有电液同步方式的缺点，比现有电液同步方式可靠性高、控制精度高，结构简单，安装、操作、维护方便。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，包括液压控制系统和电气控制系统，其特征在于所述液压控制系统为数字量化缸，所述的数字量化缸包括缸体、活塞、机械反馈机构、接力器位移传感器、反馈耦合机构、耦合齿轮、数字阀、液控单向阀、步进电机，所述数字阀与步进电机4相连，所述耦合齿轮安装在反馈耦合机构与数字阀阀芯之间，所述耦合齿轮上安装有接力器位移检测传感器，所述机械反馈机构连接反馈耦合机构和活塞，所述电气控制系统包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可编程序控制器；所述功率部分包括电源转换装置、电源选择装置、步进电机控制器。所述的机械反馈机构的滚动螺旋传动螺母，固定在活塞上；所述机械反馈机构的反馈传动螺旋杆，通过反馈耦合机构，与耦合齿轮、数字阀阈芯螺旋耦合。所述数字量化缸是指液压控制装置与筒形阀接力器集成为一个整体。所述机械反馈机构为扭转螺旋体。所述传感器为多圈旋转绝对位置编码器。所述可编程序控制器，包括电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、步进电机控制模块、通讯模块。所述电气控制装置供电电源为220VDC电源和220VAC电源。本专利技术具有以下优点-一、 全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，摒弃了传统的从动控制理念，采用主动控制模式。传统的从动控制，是对控制对象施加控制信号，执行机构执行，用传感器检测控制对象的运动状态，将控制对象的运动情况反馈到控制器。在控制器内与目标值进行多次比较、调节、修正，形成闭环反馈控制系统，使控制对象最终到达预定目标值。在目标值周围，系统始终在进行随动闭环反馈动态调节。本专利技术接力器活塞运动控制，是电气系统根据目标值，给出一定量的控制脉冲，液压系统就自动按数字量化值叠加动作，直至目标值。通俗地说，就是想让接力器活塞走多少位移量，就给接力器活塞位移量+数字量化值个的控制脉冲，接力器活塞就自动走给定的位移量；二、 整个系统控制(包括电气系统和液压系统)，从行程检测、控制信号、接力器的液压运动操作，全程实现了精密数字化。接力器位置检测采用多圈旋转绝对位置编码器。在设计上，严格保证接力器活塞移动10mm，编码器旋转l圈。编码器旋转输出信号，就是标准的数字信号。接力器活塞，在液压油操作下，是以数字量化值运动。控制脉冲与接力器活塞移动位移，具有严格的对应关系。三、 筒形阀任何开启与关闭操作，接力器都是高精度同步；5四、 对发生异步的操作接力器(油缸)具有很强的矫正能力；五、 接力器位置检测精度高；六、 即使系统压力油源消失，也可保持筒形阀在任意开度位置(包括全开位置)长期基本锁定不变；七、 系统结构简单、器件少。液压控制系统，就是几只数字量化缸。具体数量与操作接力器数量一致，它是由筒形阀结构设计决定。可大大减少了安装空间，减少了工地安装与调试的时间。附图说明图1为全数字集成式筒形阀电液同步控制系统结构示意图(6个数字量化缸)；图2为数字量化缸结构示意图；图3为电气系统结构框架图(6个数字量化缸)。所示附图中1、数字量化缸2、缸体 3、活塞4、机械反馈机构 5、接力器位移传感器6、反馈耦合装置7、耦合齿轮8、数字阀9、液控单向阀10、步进电机具体实施方式-本专利技术提出的是一种全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，包括液压控制系统和电气控制系统。其特征在于所述液压控制系统包括数字量化缸，所述的数字量化缸包括缸体(2)、活塞(3)、机械反馈机构(4)、接力器位移传感器(5)、反馈耦合机构(6)、耦合齿轮(7)、数字阀(8)、液控单向阀(9)、步进电机(IO)。所述数字阀(8)与步进电机(10)相连，所述耦合齿轮(7)安装在反馈耦合机构(6)与数字阀(8)阓芯之间。所述耦合齿轮(7)上安装有接力器位移检测传感器(5)，所述机械反馈机构(4)连接反馈耦合机构(6)和活塞(3)。所述电气控制系统包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可编程序控制器；所述功率部分包括电源转换装置、电源选择装置、UPS电源、步进电机控制器。机械反馈机构(4)的滚动螺旋传动螺母，固定在活塞(3)上；所述机械反馈机构(4)的反馈传动螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，包括液压控制系统和电气控制系统，其特征在于：所述液压控制系统为数字量化缸，所述的数字量化缸包括缸体（２）、活塞（３）、机械反馈机构（４）、接力器位移传感器（５）、反馈耦合机构（６）、耦合齿轮（７）、数字阀（８）、液控单向阀（９）、步进电机（１０），所述数字阀（８）与步进电机（１０）相连，所述耦合齿轮（７）安装在反馈耦合机构（６）与数字阀（８）阀芯之间，所述耦合齿轮（７）上安装有接力器位移检测传感器（５），所述机械反馈机构（４）连接反馈耦合机构（６）和活塞（３）；所述电气控制系统包括控制部分和功率部分，所述控制部分包括可编程序控制器，所述功率部分包括电源转换装置、电源选择装置、步进电机控制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：权君宗，伍英岩，刘时贵，郭跃川，谢俊，
申请(专利权)人：东方电气集团东方电机有限公司，东方电机控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]