CN101619778B

CN101619778B - 微型反应装置用电动自控调压阀

Info

Publication number: CN101619778B
Application number: CN 200910017818
Authority: CN
Inventors: 白明; 侯延进; 王波; 崔新雨; 董红海; 蔡飞鹏; 王建梅
Original assignee: Energy Research Institute of Shandong Academy of Sciences
Current assignee: Energy Research Institute of Shandong Academy of Sciences
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2029-08-10
Also published as: CN101619778A

Abstract

本发明公开了一种微型反应装置用电动自控调压阀。它能够自动跟踪系统压力的变化，并随时进行调整，可以满足微型反应装置在整个实验过程中对压力自动调节和稳定性的要求，降低人为因素的干扰和工作强度，保证实验结果的准确性和可靠性，是适合于微型反应装置用的电动自控调压阀。其结构为：它包括调压阀体，调压阀体与底座连接，调压阀体的阀杆经过联轴器与电机连接；同时在阀杆上还设有位置检测装置，位置检测装置与底座上的控制电路板的控制电路连接，控制电路还与电机连接。

Description

微型反应装置用电动自控调压阀

技术领域

本发明涉及一种调压阀，尤其涉及一种微型反应装置用电动自控调压阀。

背景技术

微型反应装置是石油化工、有机化工、生化等领域中用于各种高压、高温固定床连续反应过程研究不可缺少的实验设备，可进行反应机理、反应动力学研究；催化剂、添加剂及反应原料评价；反应条件探索等工作。反应压力是微型反应装置的主要参数之一，在微型反应装置中压力的控制主要通过压力调节阀来完成，根据使用条件的不同，调压阀分为减压阀和背压阀二种形式。实用新型专利NO95244650.2公开了一种在化工和丝绸行业中用于调节水蒸汽和液体的自控阀，但其阀体与微型反应装置中使用的调压阀结构差异较大，控制方式也不尽相同。目前在微型反应装置中调压阀多为手动调节阀，操作者通过转动阀体手轮达到所要求的反应压力值。在使用中当压力出现波动时，需要人工进行调节以保持反应压力的稳定，否则将会影响实验结果。因此，在对反应压力稳定性要求较高的实验中，使用手动调压阀就需要操作者能及时对压力情况经常进行检查和调节，这既增加了人工的工作量，又无法有效保证压力的稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有能够自动跟踪系统压力的变化，并随时进行调整，可以满足微型反应装置在整个实验过程中对压力自动调节和稳定性的要求，降低人为因素的干扰和工作强度，保证实验结果的准确性和可靠性等优点的微型反应装置用电动自控调压阀。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微型反应装置用电动自控调压阀，它包括调压阀体，调压阀体与底座连接，调压阀体的阀杆经过联轴器与电机连接；同时在阀杆上还设有位置检测装置，位置检测装置与底座上的控制电路板上的控制电路连接，控制电路还与电机连接。

所述调压阀体通过阀体固定夹与底座连接，底座上设有上盖。

所述位置检测装置包括限位开关支架，在限位开关支架上设有前限位开关和后限位开关，所述两限位开关间设有行程移动触头，所述两限位开关的常闭触点串接于电机的电源回路中，用于阀杆极限位置的保护。

所述阀杆通过联轴器与电机连接，所述电机为直流电机。

所述控制电路由单片机电路、电源电路、串口转换电路、模拟量信号转换电路和电机驱动控制电路组成，单片机电路实时采集调压阀体所控的压力信号，通过串口转换电路接收上位机发送的压力设定值和手动调节命令，上传调压阀体的工作状态、极限位置和压力采样值，根据上位机设定的工作方式控制电机驱动控制电路，电机控制电路驱动调压阀体执行调压动作；电源电路接直流24V，经过电源电路转换后产生单片机电路工作所需的5V工作电源；模拟量信号转换电路将外部压力变送器产生的4-20mA模拟量信号，转换为1~5V电压信号，经滤波后接于单片机的A/D转换口，进行压力信号采集；串口转换电路将单片机的串口UART的电平转换为可以与计算机通讯的RS232或RS485标准电平，实现与上位机的双向数据通讯。

所述电机驱动控制电路由二只继电器J1、J2、外围的行程开关K1、K2和反向续流二极管D1、D2组成，在单片机电路的控制下实现直流电机M的正反转动作；行程开关K1、K2串接于电机电源回路中，当电机转动到极限位置时断开电源，保护电机和阀体不受损坏；反向续流二极管D1、D2，用于电动机在行程开关动作停止后，构成电机向反方向转动时的电源通路。

本发明是一种适用于微型反应装置的电动自控调压阀，该电动自控调压阀的机械结构是在手动调压阀上加装驱动电机构成，去除了调节手轮，增加了联轴器和阀位行程开关等部件；在控制方面采用单片机作为控制核心，采集调压阀所控的压力信号，通过通讯接口接收上位机的设定压力值，通过对二者的偏差进行比较，控制电动机的正反转对调压阀进行调节，直至压力稳定在所设定的压力值上。在微型反应装置中一般会用到多个调压阀，电动自控调压阀可以通过设定不同的地址，将多台自控调压阀接在计算机的同一个串行总线上，在计算机的统一控制下组成一个压力调节系统，使前后调压阀相互协调动作，可以更加快速有效地实现压力的调节和稳定。

本发明的有益效果是：

1.采用在普通手动调压阀上加装直联驱动电机的方法实现电动调节功能，机械结构简单，造价低。

2.合理利用调压阀体上的移动螺栓作为阀体行程滑块，通过加装前后限位开关的方法解决了电机转动到阀体极限位置时的保护问题。

3.采用模块化设计，调压阀、驱动电机和控制电路板等安装于同一机壳内，作为一个自控压力调节模块，可整体安装在微反装置的相应位置，减少了外部接线，整体性强。

4.控制电路板以单片机为核心，具有标准的串行通讯接口，可直接采集压力信号，智能控制调压阀的正反向调节；具有手动和自动二种工作方式，适应不同的操作需求。

5.采用适用有效的控制策略，实现压力的自动闭环调节，保证了反应压力的稳定。

6.多只电动自控调压阀可以接在同一串行总线上，组成微型反应装置的压力自动调节系统。

附图说明

图1为本发明的机械部分结构示意图；

图2为本发明的控制电路的结构示意图。

其中，1.调压阀体，2.阀体固定夹，3.限位开关支架，4.前限位开关，5.行程移动触头，6.后限位开关，7.阀杆，8.联轴器，9.电机固定支架，10.直流电机，11.上盖，12.控制电路板，13.底座，14.电源电路，15.单片机电路，16.串口转换电路，17.模拟量信号转换电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

电动自控调压阀的组成结构如图1所示，去除了手轮的调压阀体1由阀体固定夹2固定在底座12上，管路接口端外露，便于与管路连接；调压阀体1的阀杆7经过联轴器8与直流电机10直接连接，直流电机10由电机固定支架9固定在底座13上；为降低转动速度提高调节精度，直流电机10为带有减速机构的整体组件。调压阀体1上有一只可以随着阀杆7位置而前后移动的螺栓，作为阀杆的行程移动触头5，在行程移动触头5的前后二个极限位置分别装有一个微动开关——前限位开关4和后限位开关6，二只微动开关的常闭触点串接于直流电机的电源回路中，用于阀杆极限位置的保护；所述两限位开关固定在限位开关支架3上，限位开关支架3与底座13通过螺栓固定，限位开关支架3的固定孔采用长圆孔，可以调整限位开关的位置。控制电路板12固定在直流电机10下方的底座13上，控制电路板12的接线端子延伸至底座之外，便于外部接线。上盖11安装在底座13上，用于整个阀体的防护，二者通过螺栓连接固定。

控制电路原理框图如图2所示，其硬件主要由单片机电路15、电源电路14、串口转换电路16、模拟量信号转换电路17和电机驱动控制电路几部分组成。单片机电路15采用高性能单片机CPU为控制核心，实时采集调压阀体1所控的压力信号，通过串口转换电路16接收上位机发送的压力设定值和手动调节等命令，上传调压阀体1的工作状态、极限位置和压力采样值，根据上位机设定的工作方式控制电机驱动控制电路中的继电器J1、J2的吸合，使直流电动机M按要求的方向转动，驱动调压阀体1执行调压动作。控制电路的输入电源为直流24V，经过电源电路14产生单片机电路15等芯片工作所需的5V工作电源。模拟量信号转换电路17将外部压力变送器产生的4-20mA模拟量信号，经过精密电阻转换为1~5V电压信号，经滤波后接于单片机电路15的A/D转换口，进行压力信号采集；串口转换电路16将单片机的串口UART的电平转换为可以与计算机通讯的RS232或RS485标准电平，实现与上位机的双向数据通讯。电机驱动控制电路由二只继电器J1、J2、外围的行程开关K1、K2和反向续流二极管D1、D2等组成，在单片机电路15的控制下可以实现直流电机M的正反转动作；行程开关K1、K2串接于直流电机M电源回路中，当电机转动到极限位置时断开电源，保护直流电机和阀体不受损坏；反向续流二极管D1、D2，用于直流电机M在行程开关动作停止后，构成直流电机M向反方向转动时的电源通路。

本发明的工作原理为：

电动自控调压阀工作分为手动和自动二种工作方式，以适应不同的调节需求。手动方式与自动方式的切换由计算机在显示界面上选择，通过串口通讯将工作方式命令传送至控制电路板单片机中。

1.手动方式

电动自控调压阀在手动工作方式时，单片机只根据计算机发送的调节命令控制电动机动作，不具有稳定压力的回路控制功能。在手动方式下，操作者可以在计算机的操作界面上直接点击调压阀的操作按钮，计算机通过串口将动作命令传送至单片机中，单片机根据动作命令控制调压阀执行相应的“前进”、“后退”和“停止”动作。当调压阀执行到极限位置时，限位开关动作电机自动停止，单片机会将极限位置信息上传至计算机，在界面上显示阀体处于“进限位”或“退限位”信息，提示操作者注意。手动方式提供了一种手动直接调节调压阀的工作方式，便于用户在设备检修和调试时使用。

2.自动方式

当电动自控调压阀在自动方式时，可以实现所控压力的自动调节和稳定功能。在自动方式下，计算机通过串口通讯将设定压力值传送至单片机中，单片机将实时采集的压力值与接收的设定压力值进行比较，根据比较结果的正负和差值大小等特征，控制调压阀驱动电机的正反转和转动时间，随着调压阀的调节所控压力值会逐渐趋近于设定值，当|实际值-设定值|≤0.05MPa时停止驱动电机转动，完成压力的调节过程。当压力发生变化或设定压力值改变时，只要实测的压力值与设定值的偏差超出允许的范围，单片机就会重新执行上述的调压过程，直至压力稳定在设定值允许的偏差范围内。

由于调节过程中压力的变化会滞后于调压阀的调节，因此当压力接近于设定值时，单片机采取间断调节的控制方法，延缓调节速度等待压力的变化，避免调节过快而出现超调现象。在不影响反应结果的前提下，为设定压力值规定一个允许偏差范围(死区)±0.05MPa，在压力达到这一范围内后停止调节动作，减少电机在设定值附近的频繁动作，避免震荡现象的发生。

Claims

1.一种微型反应装置用电动自控调压阀，其特征是，它包括调压阀体，调压阀体与底座连接，调压阀体的阀杆经过联轴器与电机连接；同时在阀杆上还设有位置检测装置，位置检测装置与底座上的控制电路板上的控制电路连接，控制电路还与电机连接；

所述控制电路由单片机电路、电源电路、串口转换电路、模拟量信号转换电路和电机控制电路组成，单片机电路实时采集调压阀体所控的压力信号，通过串口转换电路接收上位机发送的压力设定值和手动调节命令，上传调压阀体的工作状态、极限位置和压力采样值，根据上位机设定的工作方式控制电机控制电路，电机控制电路驱动调压阀体执行调压动作；电源电路接直流24V，经过电源电路转换后产生单片机电路工作所需的5V工作电源；模拟量信号转换电路将外部压力变送器产生的4-20mA模拟量信号，转换为1～5V电压信号，经滤波后接于单片机的A/D转换口，进行压力信号采集；串口转换电路将单片机的串口UART的电平转换为可以与计算机通讯的RS232或RS485标准电平，实现与上位机的双向数据通讯。

2.如权利要求1所述的微型反应装置用电动自控调压阀，其特征是，所述调压阀体通过阀体固定夹与底座连接，底座上设有上盖。

3.如权利要求1所述的微型反应装置用电动自控调压阀，其特征是，所述位置检测装置包括限位开关支架，在限位开关支架上设有前限位开关和后限位开关，所述两限位开关间设有行程移动触头，所述两限位开关的常闭触点串接于电机的电源回路中，用于阀杆极限位置的保护。

4.如权利要求1所述的微型反应装置用电动自控调压阀，其特征是，所述阀杆通过联轴器与电机连接，所述电机为直流电机。

5.如权利要求1所述的微型反应装置用电动自控调压阀，其特征是，所述电机控制电路由二只继电器J1、J2、外围的前限位开关和后限位开关和反向续流二极管D1、D2组成，在单片机电路的控制下实现直流电机M的正反转动作；前限位开关和后限位开关串接于电机电源回路中，当电机转动到极限位置时断开电源，保护电机和阀体不受损坏；反向续流二极管D1、D2，用于电动机在行程开关动作停止后，构成电机向反方向转动时的电源通路。