КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ОДНИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КЛАПАНОМ Российский патент 2013 года по МПК F16K31/06 F15B13/44 

Изобретение относится к клапанному механизму гидравлической мощности, по меньшей мере, с одним электромагнитным клапаном, соленоид которого соединен или может быть соединен посредством всего двух управляющих линий с электронным устройством управления и (или) связи.

Для идентификации компонентов установки, такой как гидроэнергетическая установка, такие компоненты часто снабжаются табличками спецификации для их идентификации. Это важно как для выбора компонентов, так и для замены, обслуживания и поиска дефектов. В частности, в случае очень большой установки чтение табличек спецификации неоправданно дорого и неудобно.

В Европейской патентной публикации EP 1760642 A2 раскрывается средство распознавания клапанов, в котором клапаны снабжены транспондерами, которые содержат идентификационные данные для соответствующего клапана, считываемые посредством считывающего устройства. Однако для этого клапан должен быть оборудован запрограммированным транспондером, и требуется считывающее устройство определенного типа.

В патентной публикации WO 03/017015 A1 раскрываются отдельные компоненты зубчатого механизма с запоминающими устройствами данных для хранения идентификационных данных, которые могут быть переданы беспроводным образом или по отдельным проводам на центральный блок. В этом случае также требуются дополнительные компоненты для беспроводной связи или дополнительные провода.

Одной целью настоящего изобретения является считывание идентификационных данных электромагнитных клапанов проводным образом, не требующим обязательной прокладки дополнительных проводов.

Эта задача решается в соответствии с настоящим изобретением посредством клапанного механизма гидравлической мощности, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения.

Более конкретно, конструкция в соответствии с изобретением предлагает преимущество, что две управляющие линии, которые в любом случае имеются для приведения в действие электромагнитного клапана клапанного механизма, дополнительно используются с целью передачи идентификационных данных от средства хранения данных, встроенного в электромагнитный клапан, к устройству управления или к устройству связи для клапана. Соответственно, можно, например, использовать электромагнитный клапан, снабженный средством модуляции, вместо обычного электромагнитного клапана без установки дополнительных линий для передачи данных.

Признаки, содержащиеся в зависимых пунктах, представляют собой предпочтительные варианты дальнейшего развития и улучшения клапанного механизма по пункту 1 формулы.

Средство модуляции предпочтительно содержит модулятор, соединенный с микроконтроллером или встроенный в него, средство хранения данных наиболее предпочтительно соединено с микроконтроллером или встроено в него. Соответственно, имеется удобная и регулируемая форма хранения данных и передачи данных, причем дополнительные или измененные функции легко и быстро программируются.

В электромагнитном клапане преимущественно имеется модуль электропитания, питаемый посредством управляющих линий, для подачи электрической энергии к средству модуляции, причем такой модуль предпочтительно выполнен с возможностью выработки стабилизированного напряжения. Этот модуль подачи питания может также быть выполнен в виде средства хранения электроэнергии для обеспечения передачи данных даже в случае отключения клапана.

Средство хранения данных для идентификационных данных может дополнительно быть выполнено с возможностью хранения служебных данных электромагнитного клапана, в частности числа циклов переключения и (или) информации о времени переключения и ходе переключения электромагнитного клапана. В этом отношении средство хранения данных предпочтительно выполнено в виде EEPROM (электрически стираемое программируемое постоянно запоминающее устройство, ЭСППЗУ).

Модуляция и модуляция в период передачи данных предпочтительно осуществляются на основе нагрузочной модуляции, амплитудной модуляции, фазовой модуляции и частотной модуляции.

Средство демодуляции предпочтительно имеет вид демодулятора, соединенного с микроконтроллером или встроенного в него.

В частности, когда электромагнитный клапан или, соответственно, имеющееся в нем средство модуляции не снабжено средством хранения энергии, передача данных может происходить даже при отключенном электромагнитном клапане, если имеется переключатель, управляемый микроконтроллером средства демодуляции, который в первом положении переключения подает в управляющие линии управляющие сигналы для управления соленоидом клапана, а во втором положении переключения подает на управляющие линии напряжение, но недостаточное для приведения в действие соленоида клапана. Это напряжение может затем использоваться для работы средства модуляции и соответственно для передачи данных.

Средство демодуляции и, в частности, содержащийся в нем микроконтроллер предпочтительно выполнены с возможностью преобразования и ретрансляции демодулированных сигналов в виде последовательных сигналов шины. Соответственно, информация может быть передана в удаленный центр управления. В принципе это может быть осуществлено также беспроводным образом.

Средство модуляции и средство демодуляции больше всего предназначены для односторонней или двусторонней передачи данных.

Один вариант осуществления изобретения изображен на чертеже и подробно поясняется в нижеследующем описании. На единственном чертеже приведена принципиальная схема электромагнитного клапана со встроенным средством модуляции, соединенным посредством двух линий с устройством управления и (или) связи, которое содержит средство демодуляции.

Приведенный на чертеже рабочий пример клапанного механизма гидравлической мощности содержит соленоидный клапан или электромагнитный клапан 10, который соединен посредством двух управляющих линий 11 и 12 с устройством 13 управления и (или) связи.

Электромагнитный клапан 10, как обычно, содержит соленоид 14 для приведения в действие клапанного элемента, который для простоты на чертеже не показан. Две управляющие линии 11 и 12 соединены с входами 15 и 16, которые, например, могут представлять собой входные разъемы, электромагнитного клапана 10. Средство 17 модуляции, встроенное в электромагнитный клапан 10, состоит из модулятора 19, соединенного с микроконтроллером 18. Модулятор 19 соединен с двумя входам 15 и 16 для ввода данных. Микроконтроллер 18 включает в себя электронную память 20, или устройство хранения данных, которое, например, может представлять собой ЭСППЗУ. Это устройство 20 хранения данных, естественно, может быть отдельным от микроконтроллера 18. Для питания средства 17 модуляции в электромагнитный клапан 10 встроен модуль 21 электропитания. Этот модуль 21 электропитания вырабатывает регулируемое и, предпочтительно, стабилизированное напряжение.

Две управляющие линии 11 и 12 соединены при помощи выходов 22 и 23, которые, например, могут представлять собой выходные разъемы, с устройством 13 управления и (или) связи. Последнее содержит средство 24 демодуляции, которое состоит из демодулятора 26, соединенного с микроконтроллером 25. Демодулятор 26 в свою очередь соединен с двумя выходами 22 и 23. Микроконтроллер 25 управляет электрическим переключателем 27, который, например, может также представлять собой электронный переключатель. В первом переключающем состоянии (не показано) этот переключатель соединяет первое соединение 28 источника питания с управляющей линией 11, тогда как второе соединение 29 источника питания постоянно соединено со второй управляющей линией 12. В этом переключающем положении, которое не показано, приводится в действие электромагнитный клапан 10, и приложенное напряжение подается на модуль 21 электропитания электромагнитного клапана 10 и вместе с этим на средство 17 модуляции.

Во втором переключающем положении переключателя 27, показанном на чертеже, первая управляющая линия 11 соединяется со средством 30 электропитания, напряжение которого выбрано таким образом, что электромагнитный клапан 10 еще не реагирует, однако этого напряжения достаточно для питания модуля 21 электропитания в электромагнитном клапане 10. Само средство 30 электропитания соединено с разъемами 28 и 29 источника питания для своего питания.

С помощью средства 30 электропитания, устройство 13 управления и (или) связи совместно с переключателем 27 может обеспечить подачу питания на средство 17 модуляции даже при выключенном электромагнитном клапане 10. В альтернативном варианте конструкции можно исключить средство 30 электропитания, и тогда модуль 21 электропитания имеет средство хранения энергии или выполнен с возможностью соединения со средством хранения энергии, которое, например, выполнено в виде аккумулятора или конденсатора. Последний затем заряжается каждый раз во время работы электромагнитного клапана 10 и, когда электромагнитный клапан 10 выключается, подает электропитание на средство 17 модуляции.

Два соединения 28 и 29 источника питания могут быть соединены с удаленным средством управления или с центром управления. Однако возможен вариант, когда микроконтроллер 25 частично или полностью выполняет управляющие функции в отношении электромагнитного клапана 10. Он может быть соединен посредством внешнего устройства управления или центра управления, причем в этом случае обмен данными происходит посредством последовательных сигналов. Микроконтроллер 25 в этом случае соединен с полевым шинным узлом или соответственно с полевой шинной станцией или же может содержать таковую.

В электронном средстве 20 хранения данных электромагнитного клапана 10 хранятся идентификационные данные электромагнитного клапана 10, например сведения об изготовителе, сведения о типе, дата производства, порядковый номер или т.п. Кроме того, могут храниться дополнительные служебные или соответственно диагностические данные, которые постоянно требуются в процессе работы электромагнитного клапана, которые могут обновляться или соответственно дополняться. В качестве примера таких данных служит информация о времени переключения и ходе переключения операций переключения и т.п. Такие данные могут помогать оператору установки в отношении замены изношенных деталей посредством предупреждения.

Эти хранящиеся данные передаются по запросу или периодически, например каждые 1-2 секунды, в модулированном виде устройству 13 управления и (или) связи. С этой целью они передаются в виде нагрузочно-модулированных, амплитудно-модулированных, фазово-модулированных или частотно-модулированных сигналов на управляющие линии 11 и 12 с модулирующим эффектом. Модуляция переменных сигналов в сигналы питания постоянного тока описана, например, в технологиях полевых шин в соответствии с IEC 61158-2. В этом случае данные хранятся, например, в виде полной строки, включающей в себя контрольную сумму, хранящуюся в средстве 20 хранения данных. При помощи таймера микроконтроллера 25 вырабатывается несущая частота, например 500 кГц, которая применяется к выходам 22 и 23. Содержимое средства хранения данных заносится в регистр сдвига и преобразуется в последовательную форму. В зависимости от желательного протокола это может осуществляться с использованием и без использования индивидуальных стартовых и стоповых битов или соответственно четности. Целостность данных обеспечивается контрольной суммой даже во время их выработки, причем такая сумма помещается в средство 20 хранения данных. Несущая частота модулируется потоком двоичных данных, сигналы в случае нагрузочной модуляции модулируют управляющий сигнал электромагнитного клапана 10 посредством изменения нагрузки.

В демодуляторе 26 модулированный сигнал данных, например, выводится с использованием конденсатора (не показан) и усиливается. Демодуляция осуществляется, например, при помощи диода, и производится подгонка к уровню сигнала обычных цифровых схем. Сигналы, демодулированные таким образом, преобразуются в микроконтроллере 25 в последовательные выходные сигналы и подаются на интерфейс 31 связи, который может представлять собой шинный разъем.

Если данные не передаются периодически, возможен также запрос на передачу данных, направленный электромагнитному клапану 10 микроконтроллером 25 в устройстве 13 управления и (или) связи, и в этом случае передача данных осуществляется только после такого запроса. В этом случае и модулятор 19 в электромагнитном клапане 10, и демодулятор 26 в устройстве 13 управления и (или) связи могут быть выполнены в виде совмещенного модулятора/демодулятора.

В приведенном и описанном рабочем примере клапанный механизм содержит только один электромагнитный клапан. Разумеется, устройство управления и (или) связи может содержать несколько соединенных с ним электромагнитных клапанов, например, так называемые клапанные блоки. В этом отношении каждый из таких электромагнитных клапанов может быть в принципе снабжен собственным устройством управления и (или) связи.

Клапанный механизм (10) гидравлической мощности, по меньшей мере, с одним электромагнитным клапаном (10), соленоид (14) которого соединен или может быть соединен посредством всего двух управляющих линий (11 и 12) с электрическим устройством (13) управления и (или) связи. Электромагнитный клапан (10) содержит встроенное в него энергонезависимое средство (20) хранения данных, содержащее идентификационные данные электромагнитного клапана (10), а также средство (17) модуляции для модуляции данных электромагнитного клапана (10) в двух питающих линиях (11 и 12). Устройство (13) управления и (или) связи содержит средство (24) демодуляции для демодуляции модулированных данных. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Клапанный механизм гидравлической мощности, по меньшей мере, с одним электромагнитным клапаном (10), соленоид (14) которого соединен или может быть соединен посредством всего двух управляющих линий (11 и 12) с электронным устройством (13) управления и (или) связи, отличающийся тем, что электромагнитный клапан (10) содержит встроенное энергонезависимое средство (20) хранения данных, содержащее идентификационные данные электромагнитного клапана (10), а также средство (17) модуляции для модуляции данных электромагнитного клапана (10) в двух линиях (11 и 12) электропитания, причем устройство (13) управления и (или) связи имеет средство (24) демодуляции для демодуляции модулированных данных.

2. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что средство (17) модуляции состоит из модулятора (19), соединенного с микроконтроллером (18) или встроенного в него.

3. Клапанный механизм по п.2, отличающийся тем, что средство (20) хранения данных соединено с микроконтроллером (18) или встроено в него.

4. Клапанный механизм по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в электромагнитный клапан (10) встроен модуль (21) электропитания, который питается через управляющие линии (11 и 12), для подачи питания к средству (17) модуляции, причем такой модуль предпочтительно выполнен с возможностью выработки стабилизированного напряжения.

5. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что средство (20) хранения данных также выполнено с возможностью хранения служебных данных электромагнитного клапана (10), в частности числа циклов переключения и (или) информации о времени переключения и ходе переключения.

6. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что средство (20) хранения данных представляет собой ЭСППЗУ.

7. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что модуляция и демодуляция выполняются на основе принципа нагрузочной модуляции, амплитудной модуляции, фазовой модуляции или частотной модуляции.

8. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что средство (24) демодуляции состоит из демодулятора (26), соединенного с микроконтроллером (25) или встроенного в него.

9. Клапанный механизм по п.8, отличающийся наличием переключателя (17), выполненного с возможностью быть управляемым микроконтроллером (25) средства демодуляции, причем такой переключатель в первом переключающем положении подает на управляющие линии (11 и 12) управляющие сигналы для управления соленоидом (14), а во втором переключающем положении подает на управляющие линии (11 и 12) напряжение, недостаточное для приведения в действие соленоида (14).

10. Клапанный механизм по п.9, отличающийся тем, что устройство (13) управления и (или) связи содержит средство (30) электропитания для подачи напряжения, недостаточного для приведения в действие соленоида (14).

11. Клапанный механизм по п.8, отличающийся тем, что средство (24) демодулятора, и, в частности, входящий в него микроконтроллер (25), выполнено с возможностью преобразования и пропуска демодулированных сигналов в виде последовательных сигналов шины.

12. Клапанный механизм по п.1, отличающийся тем, что средство (17) модуляции и средство (24) демодуляции выполнены с возможностью односторонней и двусторонней передачи данных.