ES3038424T3 - Pilot control unit for at least one valve drive of a hydraulic valve, and method for operating same - Google Patents

Pilot control unit for at least one valve drive of a hydraulic valve, and method for operating same

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ES3038424T3 ES21794339T ES21794339T ES3038424T3 ES 3038424 T3 ES3038424 T3 ES 3038424T3 ES 21794339 T ES21794339 T ES 21794339T ES 21794339 T ES21794339 T ES 21794339T ES 3038424 T3 ES3038424 T3 ES 3038424T3
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Abstract

La presente invención se refiere a una unidad de control piloto (20) para al menos un accionamiento de válvula (2) de una válvula hidráulica (1) con una corredera (5), en la que la corredera (5) se puede ajustar a través del accionamiento de válvula (2) para suministrar fluido hidráulico a las líneas hidráulicas (22) a través de la válvula hidráulica (1), y está configurada para suministrar energía eléctrica y comandos de operación a un sistema electrónico (26) y a una etapa de salida de potencia (27) para accionar un actuador eléctrico (3) del accionamiento de válvula (2), y para ello, en la unidad de control piloto (20) hay un módulo de parametrización (28) en el que se almacenan los parámetros de operación para el funcionamiento de la al menos una válvula hidráulica (1) a través de su accionamiento de válvula (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de control piloto para al menos un accionamiento de válvula de una válvula hidráulica y procedimiento para su funcionamiento
La presente invención se refiere a dispositivos y procedimientos para el funcionamiento seguro y económico de válvulas hidráulicas, incluso en condiciones de funcionamiento difíciles. Las válvulas hidráulicas se utilizan en maquinaria de construcción, vehículos agrícolas y minería, entre otros. Para estas aplicaciones en particular, es importante que las válvulas hidráulicas sean muy robustas frente a las influencias externas, en particular también vibraciones, y que las posiciones deseadas de las válvulas puedan ajustarse de forma fiable en todas las situaciones de funcionamiento.
Las válvulas hidráulicas convencionales para las aplicaciones anteriores presentan una corredera de válvula que es movido por un accionamiento de válvula con un motor (también llamado actuador). Esto significa que la corredera de válvula puede desplazarse a distintas posiciones, lo que permite abrir o cerrar (parcialmente) conductos hidráulicos según sea necesario. Tales actuadores y válvulas hidráulicas se describen, por ejemplo, en los documentos EP3 121 485 A1 o US 2008/0121830 A1.
Los documentos WO 2004/016900 A1 y DE 102014 017413 B3 divulgan en cada caso enfoques para trasladar la parametrización de un accionamiento de válvula de una válvula hidráulica a otros componentes (desde el accionamiento de válvula) y el documento DE 102018202258 A1 divulga enfoques para proporcionar un control de emergencia con suministro de energía de emergencia para una válvula hidráulica en caso de fallo de energía.
Estas válvulas hidráulicas suelen tener un diseño modular, de modo que las distintas tareas se distribuyen entre diferentes módulos. La unidad de control piloto está conectado al accionamiento de válvula mediante cables eléctricos. A este respecto una unidad de control piloto individual puede configurarse para suministrar energía eléctrica a varios accionamientos de válvula. Cada accionamiento de válvula puede presentar como actuador, por ejemplo, un motor paso a paso, su etapa final de potencia y un sistema electrónico asociado al motor paso a paso.
En principio, cada válvula y su accionamiento de válvula se configuran y parametrizan individualmente para la respectiva aplicación. Esto puede explicarse con el ejemplo de una serie de válvulas para el funcionamiento del brazo de una excavadora. Para cada válvula existe una especificación concreta en cuanto a los caudales volumétricos que debe proporcionar a qué presión para la respectiva posición de la válvula, de modo que un sistema hidráulico conectado a esta válvula pueda cumplir su cometido durante el funcionamiento del brazo de la excavadora. Para el funcionamiento de un cilindro hidráulico doble para elevar el brazo de la excavadora, por ejemplo, se requieren presiones y caudales volumétricos más elevados que para un cilindro simple para volcar la cuchara de la excavadora. Para garantizar que estas especificaciones puedan implementarse, la configuración y parametrización individual se lleva a cabo como parte de la denominada aplicación (la configuración de la válvula individual para la respectiva aplicación). La implementación de determinadas especificaciones requiere modificaciones/ajustes mecánicos en la propia válvula, por ejemplo, en la corredera de válvula. Sin embargo, también se puede conseguir una amplia gama de especificaciones mediante pura parametrización del accionamiento de válvula. Esto se hace almacenando los correspondientes datos, en particular parámetros, mapas de características, etc. en el accionamiento de válvula.
Hasta ahora, era habitual que el sistema electrónico de dispuesto en un accionamiento de válvula contuviera también toda la parametrización del accionamiento de válvula para la respectiva aplicación y realizara tareas de regulación. En él se almacenan datos de calibración, mapas de características y similares, y se realizan lazos de control. Las órdenes de funcionamiento que se transfieren desde un control de nivel superior (por ejemplo, un aparato de control de la excavadora) a las válvulas hidráulicas se implementan en el respectivo accionamiento de válvula. En esta constelación, la unidad de control piloto solo suministra órdenes en forma de datos y recibe información sobre la correcta realización de las órdenes o sobre posibles fallos. Normalmente, se utilizan cables combinados de alimentación y datos para suministrar energía al accionamiento de válvula y para la comunicación entre la unidad de control piloto y el accionamiento de válvula.
Por lo tanto, la unidad de control piloto se utiliza puramente como apoyo para crear un entorno de funcionamiento sin errores ni fallos para las válvulas individuales. La parametrización se trata como parte de la propia válvula o como perteneciente a la válvula, junto con otras intervenciones, dado el caso, individualizadoras también mecánicas, en la propia válvula. Este enfoque siempre se ha considerado adecuado porque la parametrización es un procedimiento alternativo a la modificación mecánica de la respectiva válvula.
Sin embargo, esta distribución de tareas presenta distintos inconvenientes. Dado que un determinado accionamiento de válvula puede utilizarse para diferentes válvulas que requieren diferentes parametrizaciones y regulaciones, el sistema electrónico debe ser diferente para cada aplicación individual diferente, o debe existir una posibilidad de reprogramar el sistema electrónico en cada accionamiento de válvula. Aunque cambien los requisitos de un caso de aplicación dado, es necesario intervenir en el sistema electrónico. Esto plantea grandes exigencias a la logística y la gestión de piezas de recambio. Además, los accionamientos de válvula suelen estar expuestos a mayores cargas mecánicas que las unidades de control piloto, que pueden disponerse en posiciones más protegidas, por lo que el sistema electrónico debe ser muy robusto o es más propenso a fallos.
El objetivo de la presente invención es evitar o reducir estas desventajas y realizar una distribución de tareas económica y técnicamente ventajosa entre la unidad de control piloto y el accionamiento de válvula.
La unidad de control piloto de acuerdo con la reivindicación independiente 1 y el procedimiento descrito de acuerdo con la reivindicación 8 sirven para resolver estos objetivos. Diseños y/o perfeccionamientos ventajosos, a los que la invención, sin embargo, no se limita, se indican en las respectivas reivindicaciones dependientes. La invención también comprende un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones que hacen que la unidad de control piloto descrito realice los procedimientos descritos junto con los accionamientos de válvula.
En el presente documento se describe la unidad de control piloto para al menos un accionamiento de válvula de una válvula hidráulica con un corredera de válvula, pudiendo ajustarse el corredera de válvula por medio del accionamiento de válvula con el fin de suministrar conductos hidráulicos con fluido hidráulico a través de la válvula hidráulica, estando configurado la unidad de control piloto para suministrar un sistema electrónico y una etapa final de potencia para accionar un actuador eléctrico del accionamiento de válvula con energía eléctrica y órdenes de funcionamiento, conteniendo la unidad de control piloto para suministrar el sistema electrónico con órdenes de funcionamiento un control en el que está previsto para ello un módulo de parametrización en el que se almacenan parámetros de funcionamiento para el accionamiento de la al menos una válvula hidráulica por medio de su accionamiento de válvula.
Con el módulo de parametrización, algunas funciones que antes realizaba el sistema electrónico en el accionamiento de válvula se han transferido desde este a la unidad de control piloto, que se convierte así en una unidad de control piloto con amplias funciones. En sentido figurado, la "inteligencia" se desplaza del accionamiento de válvula a la unidad de control piloto, dejando en el accionamiento de válvula un sistema electrónico "tonta" con tareas puramente "administrativas", pero sin "funciones de regulación". En términos técnicos, esto significa que la unidad de control piloto ha almacenado las parametrizaciones para los accionamientos de válvula que abastece y también contiene lazos de control y realiza tareas de control. El sistema electrónico en el accionamiento de válvula solo recibe datos sobre cuándo el actuador debe realizar movimientos/pasos y los transmite al actuador y a su etapa final de potencia de forma adecuada. La realización o cualquier fallo se comunica a la unidad de control piloto, que utiliza esta información para regular el accionamiento de válvula de acuerdo con la respectiva parametrización y genera órdenes para los siguientes movimientos/pasos. De este modo, un accionamiento de válvula puede utilizarse para distintas aplicaciones sin necesidad de modificarlo o reprogramarlo, o puede utilizarse en una aplicación predeterminada para satisfacer nuevos requisitos. Los cambios se realizan en la unidad de control piloto o se almacenan en él de todos modos.
Dado que una unidad de control piloto solo está conectado a otros componentes a través de cables eléctricos, dado el caso, puede disponerse en un lugar protegido y de fácil acceso, aunque por razones de seguridad es deseable que las vías de conexión a los controles de válvula sean lo más cortas posible y minimizar los posibles puntos de falla (desviaciones, etc.). De esta manera, es mucho más fácil el intercambio de datos de memoria o realizar reprogramaciones. Además, no es necesario prever una interfaz para tales operaciones en cada accionamiento de válvula, sino solo una en la unidad de control piloto para una pluralidad de accionamientos de válvula. También se puede prever en el mismo lugar un microprocesador potente que contenga la parametrización de muchas aplicaciones diferentes y pueda asumir la regulación de varios actuadores de válvula. Esto resulta más rentable que prever un microprocesador para la regulación en cada accionamiento de válvula. Si se desea comunicación inalámbrica para actualizar o reprogramar, esto también puede realizarse más fácilmente en una sola unidad de control piloto que en numerosos accionamientos de válvula.
Es particularmente preferente que el control presente al menos un circuito regulador para regular el accionamiento de válvula y una transmisión bidireccional de datos al accionamiento de válvula.
El circuito regulador se realiza en un microcontrolador. Desde el punto de vista del circuito regulador, la válvula hidráulica es el trayecto que hay que regular. El circuito regulador recibe datos sobre el funcionamiento de la válvula hidráulica a través de una línea de datos bidireccional entre la válvula hidráulica o su accionamiento de válvula o el sistema electrónico. Puede tratarse, por ejemplo, de corrientes eléctricas, fuerzas o información sobre posiciones de la corredera de válvula. Estos datos pueden considerarse variables de regulación. El circuito regulador los utiliza junto con los datos de control recibidos de la unidad de control piloto para calcular las órdenes de funcionamiento para la válvula hidráulica o el accionamiento de válvula, etc.
La transmisión bidireccional de datos es, por ejemplo, la gestión de un sistema de bus entre la unidad de control piloto y los accionamientos de válvula, que proporciona una línea de datos bidireccional a través de una línea de alimentación del actuador con la que los accionamientos de válvula y la unidad de control piloto pueden comunicarse entre sí.
La unidad de control piloto presenta un acumulador de energía eléctrica y el acumulador de energía eléctrica está configurado para mover la corredera de válvula desde cualquier posición posible de la corredera de válvula a una posición de desconexión utilizando el accionamiento de válvula y la energía almacenada en el acumulador de energía eléctrica.
Este tipo de configuración del acumulador de energía eléctrica se realiza mediante el control configurado a tal efecto en la unidad de control piloto o en un microprocesador con memoria de datos. Las demás funciones de la unidad de control piloto descritas en el presente caso también pueden realizarse en este control.
En el estado de la técnica, es habitual que la corredera de válvula sea llevada a una posición de reposo o se mantenga en esta posición mediante al menos un resorte de retorno cuando el accionamiento no está activo. Esto se describe, por ejemplo, en el documento EP 3483 454 A1. Esto garantiza la desconexión segura de una válvula hidráulica de este tipo, en particular también en caso de fallo del suministro eléctrico. Si la válvula hidráulica está convenientemente integrada en el control de un elemento de movimiento controlado (pala excavadora, horquilla de tractor, etc.), también se puede garantizar el funcionamiento seguro del elemento de movimiento controlado desconectando de forma segura la válvula hidráulica.
Sin embargo, el resorte de retorno descrito también tiene desventajas. Por un lado, es un componente adicional que aumenta el coste de la válvula y requiere espacio de instalación adicional, lo que es particularmente desfavorable para ciertas aplicaciones. Además, el actuador no solo debe estar diseñado para mover la corredera de válvula contra la fricción habitual, sino también para superar la fuerza del resorte de retorno. Esto requiere de un motor con la correspondiente potencia, lo que puede provocar en su conjunto correspondientes pérdidas de energía durante el funcionamiento. En principio, todo el accionamiento de la corredera de válvula, incluidas las posibles transmisiones, también debe diseñarse de modo que el resorte de retorno pueda mover el motor.
La unidad de control piloto presenta el control y el acumulador de energía eléctrica, estando configurados el control y el acumulador de energía eléctrica para llevar la corredera de válvula desde cada posición posible de corredera de válvula a una posición de desconexión mediante el accionamiento de válvula y la energía almacenada en el acumulador de energía eléctrica.
Un módulo de válvula hidráulica con la unidad de control piloto descrito comprende al menos una válvula hidráulica, dado el caso, varias, que pueden estar dispuestas, dado el caso, en fila una detrás de otra en un bloque de válvulas. Preferentemente, el módulo de válvula hidráulica también comprende un accionamiento de válvula con un actuador eléctrico controlable independientemente para cada válvula hidráulica, con el que la respectiva válvula hidráulica o los conductos hidráulicos de la respectiva válvula hidráulica pueden alimentarse (de acuerdo con los requisitos de un control de funcionamiento de nivel superior) con fluido hidráulico de forma selectiva (es decir, que pueden abrirse, cerrarse o abrirse y/o cerrarse parcialmente de forma selectiva).
El actuador eléctrico de una válvula hidráulica comprende, en particular, un motor paso a paso con el que se puede ajustar la posición de la corredera de válvula con el fin de alimentar los conductos hidráulicos con fluido hidráulico a través de la válvula hidráulica.
Sin embargo, el actuador eléctrico también puede comprender otros tipos de motores de accionamiento eléctrico. En principio, los motores sin escobillas (motores BLC, BLC = "brushless contact"), entre los que también se incluyen los motores paso a paso, son especialmente adecuados para los actuadores eléctricos. No obstante, en el actuador eléctrico también pueden utilizarse otros tipos de motores de accionamiento eléctrico. En principio, sin embargo, también es ventajoso si se utiliza en el actuador eléctrico un motor de accionamiento eléctrico con el que se puedan ajustar ciertas posiciones de un elemento móvil del motor mediante la energización del motor. De manera especialmente preferente, se utilizan motores en los que esta posibilidad de ajuste de la posición también sea posible sin sensores de posición adicionales ni regulación de posición. Esto se cumple en particular para los motores paso a paso mencionados. Sin embargo, los valores reales o los valores medidos pueden determinarse, dado el caso, a través de las corrientes o tensiones que se producen en el motor/actuador.
Preferentemente, el motor de accionamiento eléctrico del actuador es un motor rotativo con un estátor y un rotor, accionando el rotor la corredera de válvula a través de una transmisión. En formas de realización preferentes, la transmisión comprende una cremallera para convertir una rotación del motor de accionamiento en un movimiento lineal de la corredera de válvula.
En otras variantes de realización, el motor de accionamiento eléctrico también puede ser un motor lineal que genere directamente un movimiento lineal, que sea transmitido de forma particularmente preferente a la corredera de válvula mediante una conexión rígida.
El control está realizado como un control de emergencia y el acumulador de energía eléctrica como una fuente de alimentación de emergencia y están configurados para proporcionar energía eléctrica para al menos una desconexión de emergencia si se detecta un fallo en una fuente de alimentación externa del módulo de válvula hidráulica, estando configurado la desconexión de emergencia para llevar el corredera de válvula desde todas las posiciones posibles de corredera de válvula a la posición de desconexión.
El acumulador de energía eléctrica presenta al menos una celda de almacenamiento de energía eléctrica en la que tiene lugar el verdadero almacenamiento de la energía eléctrica. El acumulador de energía eléctrica puede comprender adicionalmente otros componentes. Se trata preferentemente de componentes que controlan la alimentación de energía eléctrica al acumulador de energía y/o la salida de energía eléctrica del acumulador de energía. Por ejemplo, un aparato de control de carga para controlar la carga y descarga de la celda de almacenamiento de energía eléctrica puede ser otro componente adicional del acumulador de energía eléctrica.
La posición de desconexión de la corredera de válvula es, en particular, una posición en la que todos los conductos hidráulicos están cerrados por la válvula hidráulica. En particular, se produce una desconexión de emergencia si se detecta un fallo en una fuente de alimentación externa del módulo de válvula hidráulica. Por fuente de alimentación externa se entienden en el presente documento cualquier componente para suministrar energía eléctrica a la válvula hidráulica que se encuentre fuera del módulo de la válvula hidráulica, incluidos los cables eléctricos. Por tanto, puede producirse un fallo debido a componentes o cables defectuosos. Los conductos y sus conexiones fuera del módulo de válvula hidráulica están especialmente expuestas a riesgos durante el funcionamiento diario. Mientras que, en el estado de la técnica, al menos un resorte de retorno garantizaba que la válvula fuera llevada a una posición de desconexión segura en caso de un fallo de suministro eléctrico, el actuador o motor se utiliza para este fin de acuerdo con la invención, pero esto requiere una determinada energía mínima, que ahora es proporcionada constantemente por el acumulador de energía eléctrica. El control utiliza esta energía para llevar a cabo la operación de desconexión deseada mediante el actuador. Debido a la fricción que siempre está presente, que, dado el caso, se puede aumentar mediante agentes amortiguadores adecuados, la válvula permanece en este estado seguro, incluso en caso de vibraciones de funcionamiento normales. Para minimizar los fallos entre el acumulador de energía eléctrica, el control y el actuador, estos componentes están dispuestos muy cerca unos de otros. Esto también se expresa con el término "módulo de válvula hidráulica", que describe un diseño compacto e integrado de un grupo de válvulas hidráulicas, los correspondientes actuadores y los demás componentes previstos (control, acumulador de energía eléctrica, etc.). Este tipo de construcción también se considera en este caso como construcción modular. El módulo se integra preferentemente en una sola pieza en una máquina más grande (tractor, excavadora, etc.) y preferentemente también se aloja en una carcasa protectora común, como ya se ha explicado anteriormente.
En un diseño preferente, pueden conectarse una pluralidad de válvulas hidráulicas a la unidad de control piloto y recibir datos de este.
Preferentemente, el acumulador de energía eléctrica también está diseñado para que las correderas de válvula de cada válvula hidráulica del módulo de válvula hidráulica puedan llevarse desde cualquier posición a la posición de desconexión (prevista en cada caso). Esto quiere decir que incluso si todas las correderas de válvula están en una posición desde la que la energía necesaria para devolver las correderas de válvula a la posición de desconexión es en cada caso máxima, la energía disponible en el acumulador de energía eléctrica sigue siendo suficiente a pesar de ello para devolver todas las correderas de válvula del módulo de válvula hidráulica a la posición de desconexión.
También es especialmente preferente que el módulo de parametrización, el circuito regulador y la adquisición de datos bidireccional estén configurados en cada caso de tal manera que puedan utilizarse para varias válvulas hidráulicas. En otras palabras, un control configurado en un microprocesador con memoria de datos está configurado de tal manera que este puede generar órdenes de funcionamiento para una pluralidad de válvulas hidráulicas, incluso en condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, la unidad de control piloto o el control dispuesto en él puede configurarse de modo que se puedan suministrar órdenes de funcionamiento a cinco, diez o, dado el caso, incluso 20 válvulas hidráulicas.
En particular, la unidad de control piloto puede presentar un circuito de protección y/u otros componentes (adicionales) comunes para varias válvulas hidráulicas, de modo que no sea necesario que estén presentes individualmente para cada actuador. Por ejemplo, un controlador de la unidad de control piloto puede realizar funciones para varias válvulas, por ejemplo, comprobar la integridad de la respectiva transmisión de señales, limitar la corriente de conexión, detectar el fallo de la fuente de alimentación externa e iniciar desconexiones de emergencia.
Utilizando una unidad de control piloto para varias válvulas hidráulicas en un módulo de válvula hidráulica, también es posible conectar en bucle las líneas de señales y de conducción de corriente. Las válvulas hidráulicas individuales de la válvula hidráulica están conectadas entre sí de forma especialmente preferente mediante una conexión en serie, estando conectada cada válvula hidráulica o cada actuador de una válvula hidráulica con las válvulas hidráulicas adyacentes o su actuador. Las válvulas hidráulicas situadas al principio de una conexión en serie o al final de una conexión en serie tienen a este respecto generalmente una válvula hidráulica adyacente y las válvulas hidráulicas situadas dentro de la conexión en serie tienen dos válvulas hidráulicas adyacentes. En ese caso, la unidad de control piloto preferentemente solo se conecta a una primera válvula hidráulica y/o a una última válvula hidráulica de la conexión en serie. Las señales y la corriente para otras válvulas hidráulicas en la conexión en serie se conducen o enlazan a través de las conexiones entre válvulas hidráulicas/actuadores en cada caso hasta la válvula hidráulica/actuador en cuestión.
Como se ha descrito anteriormente, es ventajoso que la unidad de control piloto presente una interfaz para el intercambio de datos y/o la reprogramación. El control contiene preferentemente los datos de calibración, los parámetros y los lazos de control necesarios para al menos un accionamiento de válvula, y está configurado para hacer funcionar el accionamiento de válvula como actuador de los lazos de control y para procesar los valores reales del accionamiento de válvula.
Dichos valores reales pueden ser, por ejemplo, valores medidos que se determinan utilizando el sistema electrónico en el accionamiento de válvula. El sistema electrónico del accionamiento de válvula presenta preferentemente una memoria en la que se almacenan dichos valores reales al menos durante un determinado periodo de tiempo y a la que también se puede acceder posteriormente, dado el caso, para determinar los valores reales a partir de esta memoria. Esto puede ser muy útil, por ejemplo, para el diagnóstico de averías.
Dos o más de las funciones del módulo de parametrización, del control, de los lazos de control y/o de la transmisión bidireccional de datos están integradas de forma especialmente preferente en un microprocesador con memoria de datos. Preferentemente, hay exactamente un microprocesador en la unidad de control piloto, en el que tienen lugar todas las funciones esenciales. El microprocesador está realizado preferentemente de forma que no se produzca ninguna sobrecarga incluso en el caso de se produzcan eventos de datos de caudal máximo (por ejemplo, si todas las válvulas hidráulicas conectadas tienen que recibir nuevas órdenes de funcionamiento al mismo tiempo).
En el presente documento también debe describirse un procedimiento novedoso para el funcionamiento de un accionamiento de válvula para una válvula hidráulica, recibiendo el accionamiento de válvula órdenes de funcionamiento de una unidad de control piloto, descrito independientemente, a través de la transmisión bidireccional de datos y enviando valores reales de la válvula hidráulica de vuelta a la unidad de control piloto a través de la transmisión bidireccional de datos, y conteniendo la unidad de control piloto parámetros de funcionamiento almacenados en el módulo de parametrización para el accionamiento de válvula y la válvula hidráulica, que, junto con los valores reales y las especificaciones externas, sirven para generar las órdenes de funcionamiento.
Las ventajas y características de diseño descritas para la unidad de control piloto son aplicables y transferibles al procedimiento descrito.
Es particularmente ventajoso si la unidad de control piloto asume la regulación del accionamiento de válvula mediante lazos de control realizados en el control y los parámetros de funcionamiento almacenados y no se realizan lazos de control ni se almacenan parámetros de funcionamiento en el propio accionamiento de válvula.
Además, es ventajoso si la unidad de control piloto abastece a una pluralidad de accionamientos de válvula en paralelo o en serie con órdenes de funcionamiento y almacena parámetros de funcionamiento para todos estos accionamientos de válvula.
Además, se debe describir en el presente documento un producto de programa de ordenador que presenta instrucciones que hacen que una unidad de control piloto como el descrito funcione según el procedimiento descrito.
El producto de programa de ordenador puede implementarse, por ejemplo, en un microprocesador con una memoria de datos en el control de la unidad de control piloto.
La unidad de control piloto descrito se explica más detalladamente a continuación con referencia a las figuras. Cabe señalar que las figuras son solo esquemáticas y están previstas para explicar los principios de la invención tratada en el presente documento. Las características o funciones individuales descritas del ejemplo de realización también pueden combinarse útilmente entre sí de formas distintas a las mostradas dentro del marco de la invención. Muestran:
la figura 1a una sección transversal esquemática de una válvula hidráulica individual de un módulo de válvula hidráulica con la corredera de válvula en una posición desviada,
la figura 1b una sección transversal esquemática de una válvula hidráulica individual de un módulo de válvula hidráulica con la corredera de válvula en la posición de desconexión,
la figura 2 esquemáticamente, un módulo de válvula hidráulica de acuerdo con la invención con sus conexiones, y
la figura 3 esquemáticamente, una unidad de control piloto de acuerdo con la invención con sus componentes y conexiones.
Las figuras 1a y 1b muestran una sección transversal esquemática de una válvula hidráulica 1 con un accionamiento de válvula 2 y un actuador 3, formando parte esta válvula hidráulica 1 de un módulo de válvula hidráulica 41 como el descrito en el presente documento. Las figuras 1a y 1b muestran una sección de dicho módulo de válvula hidráulica 41, que discurre a través de una de las válvulas hidráulicas 1. La válvula hidráulica 1 tiene un bloque de válvula hidráulica 4. Este bloque de válvula hidráulica 4 también puede ser un bloque común en el que estén dispuestas varias válvulas hidráulicas 1 (una detrás de otra). La válvula hidráulica 1 comprende en cada caso conductos hidráulicos 22, que pueden estar realizados, por ejemplo, como orificios en el bloque de válvula hidráulica 4. En el bloque de válvula hidráulica 4 también está previsto un orificio de control 29 en el que está dispuesto una corredera de válvula 5. En la corredera de válvula 5 hay estructuras de control 30 que, dependiendo de la posición de la corredera de válvula 5, interactúan de forma diferente con los conductos hidráulicos 22 y pueden suministrarles fluido hidráulico de forma selectiva u, opcionalmente, abrirlos, cerrarlos y/o abrirlos y cerrarlos parcialmente. Para ilustrar el funcionamiento de la válvula hidráulica 1, en las figuras 1a y 1b se muestran distintas posiciones de la corredera de válvula 5. La posición de la corredera de válvula 5 puede ajustarse con el motor/actuador 3. En las variantes de realización convencionales, el motor/actuador 3 está realizado con un motor eléctrico 32 y una transmisión 33, a través de la cual el motor eléctrico 32 acciona una rueda dentada 35 que actúa sobre una cremallera 34 conectada a la corredera de válvula 5. En la vista en sección mostrada de acuerdo con las figuras 1a y 1b, la rueda dentada 35 está dispuesta detrás de la cremallera 34 y queda oculta por la cremallera 34. La posición momentánea de la corredera de válvula 5 puede ajustarse así con el motor/actuador 3 a través de la cremallera 34. La figura 1 a muestra a modo de ejemplo una posición de la corredera de válvula 5 en la que uno de los conductos hidráulicos 22 del bloque de válvula hidráulica 4 está conectado a un canal de suministro 37 para suministrar aceite hidráulico con el fin de alimentar este conducto hidráulico 22 con aceite hidráulico. Preferentemente, la corredera de válvula 5 tiene una posición de desconexión prevista. Las figuras 1a y 1b también muestran esquemáticamente una unidad de control piloto 20 para controlar el accionamiento de válvula 2. El accionamiento de válvula 2 tiene en cada caso un sistema electrónico 26 y una etapa final de potencia 27, que sirven para el abastecimiento del actuador 3 del accionamiento de válvula 2. El sistema electrónico 26 está dispuesto para controlar la etapa final de potencia 27 para suministrar potencia al actuador 3 con el fin de suministrar al actuador r 3 la energía eléctrica necesaria de acuerdo con las órdenes de funcionamiento recibidas del sistema electrónico 26. El sistema electrónico 26 también puede registrar y transmitir variables medidas en el accionamiento de válvula 2.
Los accionamientos de válvula 2 están conectados a la unidad de control piloto 20 a través de un cable de alimentación de actuador 31. El cable de alimentación de actuador 31 también sirve como línea de datos bidireccional 17. Los datos de control de la unidad de control piloto 20 se transmiten al sistema electrónico 26 mediante un sistema de bus a través del cable de alimentación de actuador 31, que funciona como una línea de datos bidireccional 17. Los valores reales o las variables medidas del accionamiento de válvula 2 se transmiten de vuelta a la unidad de control piloto 20 de la misma manera.
La unidad de control piloto 20 contiene un acumulador de energía eléctrica 10 y un control 19. El control 19 realiza las tareas de control descritas anteriormente y suministra órdenes de control al sistema electrónico 26 del accionamiento de válvula 2. El acumulador de energía eléctrica 10 puede garantizar, dado el caso, el suministro de energía al accionamiento de válvula 2. En el acumulador de energía eléctrica 10 se almacena energía eléctrica suficiente para mover la corredera de válvula 5 desde todas las posiciones posibles de la corredera de válvula hasta la posición de desconexión. El control 19 también controla la realización de dicha desconexión (dado el caso, también la desconexión de emergencia).
Para la realización del control de los accionamientos de válvula 2, el control 19 en la unidad de control piloto 20 presenta un módulo de parametrización 28 en el que se almacenan los parámetros de funcionamiento de la respectiva válvula hidráulica 1.
Además, el control 19 está configurado para recibir valores medidos del accionamiento de válvula 2 (del sistema electrónico 26) y para permitir el funcionamiento regulado de la válvula hidráulica basándose en los datos de control transmitidos por un control 19 de nivel superior. Preferentemente, también se prevé un circuito regulador 38 para este fin. Un sistema de bus para la comunicación entre el control 19 o la unidad de control piloto 20 y el sistema electrónico 26 o el accionamiento de válvula 2 puede realizarse con la transmisión de datos bidireccional 39 mostrada en este caso esquemáticamente.
Todas estas funciones pueden implementarse en un microprocesador con memoria de datos 36.
La unidad de control piloto 20 está conectado preferentemente a una fuente de alimentación externa 21 para suministrar energía a la unidad de control piloto 20 y a las válvulas hidráulicas 1. Además, la unidad de control piloto 20 está conectado a un control de nivel superior a través de una línea de suministro de datos 16, por ejemplo, a un aparato de control de una excavadora, en el caso de que la válvula hidráulica 1 se utilice en una excavadora.
La figura 2 muestra un módulo de válvula hidráulica 41 como el descrito, en este ejemplo, con cuatro válvulas hidráulicas 1, que en este caso se muestran esquemáticamente. En cada caso se muestran la válvula hidráulica 1 con el bloque de válvula hidráulica 4 y el accionamiento de válvula 2 con el actuador 3, así como la etapa final de potencia 27 y el sistema electrónico 26. El actuador 3 está configurado en cada caso para mover la correspondiente corredera de válvula hidráulica 1, no mostrado en este caso. Los actuadores 3 están conectados a través del cable de alimentación de actuador 31, que también funciona como línea de datos bidireccional 17 a través de un sistema de bus, a una unidad de control piloto 20, que les suministra energía y señales de control. La unidad de control piloto 20 se alimenta de energía a través de una fuente de alimentación externa 21 y recibe órdenes de funcionamiento para controlar las válvulas hidráulicas 1 a través de una línea de suministro de datos 16. El control 19 y el acumulador de energía eléctrica 10 están dispuestos en este caso en la unidad de control piloto 20. A modo de orientación, la dirección de corte A-A se muestra en la figura 2. Las figuras 1a y 1b muestran una sección de este tipo a través de la válvula hidráulica 1.
La figura 3 muestra esquemáticamente y con más detalles una posible estructura de una unidad de control piloto 20 como el descrito (como ya se ha mostrado en la figura 2) con sus distintos componentes. El aparato de control piloto 20 está conectado por el lado de entrada a una fuente de alimentación externa 21 y a líneas de suministro de datos 16 para alimentar y controlar los actuadores 3. En el lado de salida, un cable de alimentación de actuador 31 y una línea de datos bidireccional 17 salen de la unidad de control piloto 20. En este caso se indica esquemáticamente que el cable de alimentación de actuador 31 y la línea de datos bidireccional 17 están realizados con un cable físico combinado (común) de datos y alimentación. Durante el funcionamiento normal de la unidad de control piloto 20, la corriente simplemente pasa. Sin embargo, un sensor 14 supervisa la integridad de la fuente de alimentación externa 21 y envía sus señales de medición al control 19 a través de un cable de sensor 15. Durante el funcionamiento normal, el acumulador de energía eléctrica 10 también se carga a través de un circuito de carga 9, de modo que el acumulador de energía 10 siempre está completamente cargado poco después de cada inicio de funcionamiento, pero no está sobrecargado. El acumulador de energía eléctrica 10 puede contener al menos un acumulador 24 y/o al menos un condensador 23 como celda de almacenamiento de energía eléctrica. Alternativamente, sin embargo, como se indica en la figura 3, también se puede utilizar una batería no recargable 25 como celda de almacenamiento de energía con un sistema de gestión de batería 13, en cuyo caso se omite el circuito de carga 9. Un transformador de tensión 12 sirve para mantener una tensión constante en diferentes estados de tensión o carga del acumulador de energía eléctrica 10. Esto puede ser apoyado por un limitador de corriente de irrupción 8 para que no se produzcan corrientes de irrupción demasiado elevadas. El control 19 está conectado a todos los componentes a través de líneas de señales 18, de modo que puede controlar preferentemente todos los procesos que tienen lugar en la unidad de control piloto 20.
Si el sensor 14 señala al control 19 un fallo en la fuente de alimentación externa 21, el control 19 utiliza un conmutador 7 para cambiar de la fuente de alimentación externa 21 a una fuente de alimentación a través del acumulador de energía eléctrica 10. Todos los actuadores 3 reciben en este caso energía del acumulador de energía eléctrica 10. Al mismo tiempo, el control 19 interrumpe la línea de suministro de datos 16 y envía señales para llevar las correderas de válvula 5 a la posición de desconexión o para una desconexión de emergencia a través de la línea de datos bidireccional 17. Un circuito de protección opcional 6 impide que la fuente de alimentación externa 21 interfiera en esta operación. No obstante, también puede activarse una desconexión de emergencia, por ejemplo, si se producen interrupciones en la línea de suministro de datos 16 o en cualquier otro punto de una comunicación de datos. En este caso, el acumulador de energía eléctrica o la fuente de alimentación de emergencia ya no son necesarios.
Al volver a arrancar tras una desconexión de emergencia, el acumulador de energía eléctrica 10 (si está descargado) se recarga rápidamente para que vuelva a ser posible un funcionamiento seguro. La unidad de control piloto 20 también puede realizar otras funciones como, por ejemplo, comprobar periódicamente todas las líneas de datos y señales y el acumulador de energía 10. Cálculos a modo de ejemplo para válvulas hidráulicas y actuadores convencionales según el estado de la técnica muestran que el acumulador de energía 10 debe tener al menos aprox. 4 Ws [vatios x segundo] almacenados para cada válvula y cada desconexión de emergencia. Por lo tanto, la capacidad del acumulador de energía eléctrica 10 puede calcularse en función del número de válvulas conectadas y del número de desconexiones de emergencia que se desee llevar a cabo y, por supuesto, puede añadirse un recargo por seguridad y para tomar en consideración el envejecimiento del acumulador de energía 10. La caída de tensión que se produce al conectar el acumulador de energía 10 puede compensarse mediante el transformador de tensión 12. En consecuencia, una fuente de alimentación de emergencia de acuerdo con la invención debe tener un acumulador de energía 10 de al menos 12 Ws, lo que puede lograrse para la tensión de funcionamiento deseada, en particular 12 V [voltios], interconectando supercondensadores y/o celdas acumuladoras (por ejemplo, baterías de iones de litio). Los costes y otras propiedades técnicas de estos componentes determinan la mejor forma de almacenar energía para cada caso de aplicación.
El control 19 se realiza preferentemente en un microprocesador (como ya se ha explicado anteriormente). El control 19 procesa las órdenes de control recibidas de la unidad de control piloto 20 a través de la línea de suministro de datos 16 para las válvulas hidráulicas 1 en el funcionamiento ordinario con el fin de generar señales de control adecuadas para los actuadores de las válvulas hidráulicas o sus etapas finales de potencia. Para ello, el control 19 presenta una transmisión de datos bidireccional 39, que gestiona un sistema de bus para la comunicación entre la unidad de control piloto 20 y el sistema electrónico de los distintos accionamientos de válvula. Con la transmisión de datos bidireccional 39, el cable de alimentación de actuador 31 funciona como una línea de datos bidireccional 17 con la que se pueden transmitir datos de control a los módulos de válvula hidráulica 41 o recibir datos de medición de los módulos de válvula hidráulica 41. El control 19 también presenta un módulo de parametrización 28, en el que se pueden almacenar parámetros de funcionamiento para cada válvula hidráulica 1 individual conectada a la unidad de control piloto 20. El módulo de parametrización 28 puede parametrizarse a través de una interfaz 40 de la unidad de control piloto 20. Esto significa que los parámetros de funcionamiento, los mapas característicos, etc., pueden procesarse o almacenarse en el módulo de parametrización 28 a través de esta interfaz 40. El control 19 también presenta un circuito regulador 38. El circuito regulador 38 se caracteriza por que genera órdenes de funcionamiento adecuadas para el actuador 3 de la válvula hidráulica o su etapa final de potencia, teniendo en cuenta las órdenes de funcionamiento recibidas a través de la línea de suministro de datos 16, los parámetros almacenados en el módulo de parametrización 28 y los datos de medición o sensor recibidos a través de la línea de datos bidireccional 17 desde el accionamiento de válvula 2 o su sistema electrónico 26. Los lazos de control 38 ya no son necesarios en la válvula hidráulica individual 1. Los lazos de control 38 necesarios para el funcionamiento regulado están totalmente realizados en la unidad de control piloto 20 o están cerrados por la unidad de control piloto 20.
La presente invención permite la parametrización especialmente eficaz de válvulas hidráulicas, por lo que dichas válvulas pueden aplicarse de forma más rentable que con los aparatos de control piloto convencionales.
Lista de referencias
1 Válvula hidráulica
2 Accionamiento de válvula
3 Actuador
4 Bloque de válvula hidráulica
5 Corredera de válvula
6 Circuito de protección
7 Conmutador
8 Limitador de corriente de irrupción
9 Circuito de carga
10 Acumulador de electricidad, acumulador de energía
11 Línea de estado
12 Convertidor de tensión
13 Gestión de batería
14 Sensor
15 Cable de sensor
16 Línea de suministro de datos
17 Línea de datos bidireccional
18 Líneas de señales
19 Control
20 Unidad de control piloto
21 Fuente de alimentación externa
22 Conductos hidráulicos
23 Condensador
24 Acumulador
25 Batería
26 Equipamiento electrónico
27 Etapa final de potencia
28 Módulo de parametrización
29 Orificio de control
30 Estructuras de control
31 Cable de alimentación de actuador
32 Motor eléctrico
33 Transmisión
34 Cremallera
35 Rueda dentada
36 Microprocesador con memoria de datos
37 Canal de suministro
38 Circuito regulador
Transmisión bidireccional de datos
Interfaz
Módulo de válvula hidráulica

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Unidad de control piloto (20) para al menos un accionamiento de válvula (2) de una válvula hidráulica (1) con un corredera de válvula (5), pudiendo ajustarse el corredera de válvula (5) por medio del accionamiento de válvula (2) con el fin de suministrar conductos hidráulicos (22) con fluido hidráulico a través de la válvula hidráulica (1), estando configurado la unidad de control piloto (20) para alimentar un sistema electrónico (26) y una etapa final de potencia (27) para accionar un actuador eléctrico (3) del accionamiento de válvula (2) con energía eléctrica y órdenes de funcionamiento, conteniendo la unidad de control piloto (20) para alimentar el sistema electrónico (26) con órdenes de funcionamiento un control (19) en el que está previsto para ello un módulo de parametrización (28) en el que se almacenan parámetros de funcionamiento para el accionamiento de la al menos una válvula hidráulica (1) por medio de su accionamiento de válvula (2),caracterizado por quela unidad de control piloto (20) presenta un acumulador de energía eléctrica (10), estando configurado el acumulador de energía eléctrica (10) de manera que el corredera de válvula (5) es movido mediante el accionamiento de válvula (2) y la energía almacenada en el acumulador de energía eléctrica (10) desde cualquier posición de corredera de válvula posible a una posición de desconexión, estando realizada la configuración de del acumulador de energía eléctrica (10) mediante el control (19) dispuesto para ello en la unidad de control piloto, estando configurados el control (19) como control de emergencia y el acumulador de energía eléctrica (10) como fuente de alimentación de emergencia y estando dispuestos para proporcionar energía eléctrica para al menos una desconexión de emergencia cuando se detecta un fallo en una fuente de alimentación externa (21) de la válvula hidráulica (1), estando configurada la desconexión de emergencia para llevar la corredera de válvula (5) a la posición de desconexión desde todas las posiciones posibles de la corredera de válvula.
2. Unidad de control piloto (20) según la reivindicación 1, estando presentes en el control (19) al menos un lazo de control (38) para regular el accionamiento de válvula (2) y una transmisión bidireccional de datos (39) con el accionamiento de válvula (2).
3. Unidad de control piloto (20) según una de las reivindicaciones anteriores, pudiendo conectarse una pluralidad de válvulas hidráulicas (4) a la unidad de control piloto y pudiendo ser alimentadas con datos por este último.
4. Unidad de control piloto (20) según la reivindicación 3, donde la unidad de control piloto (20) presenta un circuito de protección (6) y/u otros componentes comunes para varias válvulas hidráulicas (1).
5. Unidad de control piloto (20) según una de las reivindicaciones precedentes, donde el aparato de control piloto (20) presenta una interfaz (40) para el intercambio de datos y/o para la reprogramación.
6. Unidad de control piloto (20) según una de las reivindicaciones anteriores, donde el control (19) contiene los datos de calibración, parámetros y lazos de control (38) necesarios para al menos un accionamiento de válvula (2) y estando configurado para operar el accionamiento de válvula (2) como actuador de los lazos de control (38) y para procesar valores reales procedentes del accionamiento de válvula (2).
7. Unidad de control piloto (20) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde dos o más de las funciones del módulo de parametrización (28), del control (19), de los lazos de control (38), y/o de la transmisión bidireccional de datos (39) están integradas en un microprocesador (36) con memoria de datos.
8. Procedimiento para el funcionamiento de un accionamiento de válvula (2) para una válvula hidráulica (1), donde el accionamiento de válvula (2) recibe órdenes de accionamiento de una unidad de control piloto independiente (20) según una de las reivindicaciones anteriores a través de una transmisión de datos bidireccional (39) y transmitiendo valores reales de la válvula hidráulica (1) de vuelta a la unidad de control piloto (20) a través de la transmisión de datos bidireccional (39), y conteniendo la unidad de control piloto (20) parámetros de funcionamiento almacenados en el módulo de parametrización (28) para el accionamiento de válvula (2) y la válvula hidráulica (1), que, junto con los valores reales y las especificaciones externas, se utilizan para generar las órdenes de funcionamiento.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, asumiendo la unidad de control piloto (20) la regulación del accionamiento de válvula (2) mediante lazos de control (38) realizados en el control (19) y los parámetros de funcionamiento guardados y no estando realizados lazos de control (38) ni estando guardados parámetros de funcionamiento en el propio accionamiento de válvula (2).
10. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, suministrando la unidad de control piloto (20) a una pluralidad de accionamientos de válvula (2) en paralelo o en serie órdenes de funcionamiento y almacenando parámetros de funcionamiento para todos estos accionamientos de válvula (2).
11. Producto de programa de ordenador que presenta instrucciones que hacen que una unidad de control piloto (20) según una de las reivindicaciones 1 a 7 realice el procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10.
ES21794339T 2020-10-16 2021-10-13 Pilot control unit for at least one valve drive of a hydraulic valve, and method for operating same Active ES3038424T3 (en)

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