CN101907195B - 自巡检式智能型阀用电动执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀门用电动执行器，特别是具有自检功能的自巡检式智能型阀用电动执行器。通过在控制电路设置包括速度与位置检测单元和扭矩检测单元，在中央处理单元的控制下，可定时发出自检信号进行自我检查，通过执行机构驱动单元来驱动阀门动作，并在启动阀门过程中通过扭矩检测单元检测电机输出轴上所受到的负载扭矩，如果电机输出轴上所受到的负载扭矩大于一定的数值，就认为阀门卡死，显示装置显示故障信息，并将故障信息通过远程数据通讯口向监控中心报告，通知维修人员前来检修或更换。避免了人工巡检，降低了劳动强度，保证电动执行器和阀门时刻处于正常状态，确保安全生产。

Description

自巡检式智能型阀用电动执行器

技术领域

本发明涉及一种阀门用电动执行器，特别是具有自检功能的自检式自检式自巡检式智能型阀用电动执行器。

背景技术

电动执行器以电能为动力，接受调节器来的标准信号（模拟量和数据量）。电动执行器通常阀门电动执行器，包括箱体、电机、手轮、驱动轴、手电动脱离机构、蜗轮和与蜗轮适配的蜗杆，蜗杆与电机的输出轴联动，驱动轴的一端为直接与阀门配合的控制端，另一端设有上述的手轮，但两者只在纵向上固定，圆周上可以各自运动，蜗轮套设于驱动轴上且蜗轮和驱动轴之间设有间隙。通过将调节器来的标准信号变成相对应的机械位移(转角、直线或多转)来自动改变操作变量(调节阀、风门、挡板开度等)，以达到对被调参数(温度、压力、流量、液位等)进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。所以电动执行器对自动调节系统的安全运行、可靠性及调节品质的优劣都有很大影响。电动执行器还广泛应用于石化企业中石油、天然气等输送管道中，这些管道大部分处于野外，无人值守，而且其开启和关闭的频率非常低。这种长期不动作的工作方式很可能造成阀门和执行器不能正常启闭，即当阀门长时间处于开启或关闭状态后容易卡住，而这种故障可能会带来不可估量的损失。为了避免这种情况发生，企业通常需要安排人员定期巡视，但是这种方式劳动强度大，功能工作环境恶劣，效率低。因此，亟需有一种自巡检式智能型阀用电动执行器，能够定期自我检查，保证电动执行器和阀门时刻处于正常状态，确保安全生产。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供无需安排人员定期巡视的自巡检式智能型阀用电动执行器。

为实现上述目的，本发明公开了一种自巡检式智能型阀用电动执行器，包括箱体、电机、手轮、驱动轴、手电动脱离机构、蜗轮和与蜗轮适配的蜗杆及控制电路，所述的蜗杆与电机的输出轴联动，所述的手轮设于驱动轴一端，所述的蜗轮套设于驱动轴上且蜗轮和驱动轴之间设有间隙，所述控制电路包括中央处理单元、执行机构驱动单元和显示装置，其特征在于：所述控制电路还包括速度与位置检测单元和扭矩检测单元，所述速度与位置检测单元用于检测电机转速及转数，并将检测结果送至中央处理单元；所述扭矩检测单元用于检测电机输出轴上所受到的负载的扭矩，并将检测结果送至中央处理单元；所述中央处理单元包括定时器、数据处理器、扭矩阈值存储器、阀门位置存储器和比较器，所述定时器用于产生各种周期性动作的时间基数和计时，所述扭矩阈值存储器用于存储电机输出轴上所受到的负载扭矩的最大值，如超过该值就认为阀门卡死，所述阀门位置存储器用于存储当前阀门的位置，所述比较器用于比较实时检测到的负载扭矩与扭矩阈值存储器中数值的大小，所述控制电路还设有远程数据通讯口和/或红外数据通讯口。

与现有技术相比较，上述结构的自巡检式智能型阀用电动执行器，在中央处理单元的控制下，可定时发出自检信号，通过执行机构驱动单元来驱动阀门动作，并在启动阀门过程中通过扭矩检测单元检测电机输出轴上所受到的负载扭矩，如果电机输出轴上所受到的负载扭矩大于所述扭矩阈值存储器中的数值，就认为阀门卡死，显示装置显示故障信息，并将故障信息通过远程数据通讯口向监控中心报告，通知维修人员前来检修或更换。

下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

附图说明

图1为本发明实施例电器控制箱结构分解示意图。

图2为本发明手电动脱离机构结构剖视图。

图3为图2 A-A方向结构剖视图。

图4为图1横截内部结构示意图。

图5为图1中I部的放大图。

图6为本发明压力盘实施例结构示意图。

图7为图6 A-A方向结构剖视图。

图8为本发明实施例电路原理框图。

图9为本发明实施例电路原理简图。

具体实施方式

自巡检式智能型阀用电动执行器包括机械部分和电子部分。其中机械部分如图1—图5所示，包括箱体1、电机2、手轮3、驱动轴4、手电动脱离机构、蜗轮5和与蜗轮5适配的蜗杆6，所述的蜗杆6与电机2的输出轴联动，所述的手轮3设于驱动轴4一端，所述的蜗轮5套设于驱动轴4上且蜗轮5和驱动轴4之间设有间隙，该电动执行器还包括分析装置和显示装置，所述的显示装置包括电控主板7以及和电控主板7连接的液晶显示屏71，电子部分元件安装在电控主板7上，所述的电机2受控于电控主板7上的控制电路。

如图1、图2所示，本实施例中，还设有主动齿轮41、从动齿轮411、齿轮轴4111和增量编码器72，所述的主动齿轮41套设与驱动轴4上，所述的从动齿轮411与主动齿轮41咬合，所述的齿轮轴4111一端与从动齿轮411联动，另一端插设于增量编码器72中，所述的增量编码器72与控制电路结合用于检测驱动轴4转速及转数。

本实施例中，主动齿轮41、从动齿轮411、齿轮轴4111和增量编码器72及显示装置设于电器控制箱8中，所述的电器控制箱8与箱体1固连，所述的电机电源板21设于电器控制箱8中，一端与箱体1固定，另一端与电控主板7通过插脚22固定，所述的增量编码器72设于电器控制箱8内端并置于电机电源板21的侧边，所述的电控主板7设于电器控制箱8的外端并与电机电源板21电连接。当然，我们也可以不设置电器控制箱8，可以将各部件设置在原本的箱体1中，但要重新调整各部件的位置关系以及箱体1的体积。

如图2、图3所示，本实施例中，机械部分还包括有手电动脱离机构，手电动脱离机构包括手轮轴套31、离合套42以及离合套操作机构9，所述的手轮轴套31一端与手轮3固定，另一端套设于驱动轴4上，所述的离合套42固定套设于驱动轴4上，所述的离合套42上端能与手轮轴套31配合以实现手轮3和驱动轴4的联动，下端能与蜗轮5配合以实现电机2与驱动轴4的联动。

本实施例中，离合套操作机构9包括切换手柄91、蜗卷弹簧92、拨块93、支承脱离机构、凸轮套94以及复位弹簧95，所述的蜗卷弹簧92固定在箱体1上，一侧连接切换手柄91，另一侧连接拨块93，所述的手轮轴套31和所述的离合套42之间设有复位腔951，所述的复位弹簧95设于复位腔951中，一端与设在驱动轴4上的弹簧座952抵触，一端与离合套42抵触，所述的凸轮套94套设于离合套42上，且离合套42设有凸缘421与凸轮套94抵触，所述的箱体1上设有凸轮套承托件，该凸轮套承托件为一根与箱体1固定的安全销941，凸轮套94上设有与安全销941适配的凹腔942，所述的拨块93能抵触并承托凸轮套94实现离合套42与手轮轴套31的联动，所述的支承脱离机构控制拨块93抵触或脱离凸轮套94实现离合套42与手轮轴套31的联动或离合套42与蜗轮5的联动。

本实施例中，支承脱离机构包括支承块96和压缩弹簧97，所述的拨块93与箱体1铰接，所述蜗轮5靠近离合套42一侧的表面边缘设有缺槽51，所述的缺槽51呈月牙形，所述的支承块96与拨块93固定且一端抵触在拨块93与凸轮套94抵触的工作端上，另一端与缺槽51抵触和分离配合，所述的压缩弹簧97一端与拨块93相对工作端的另一端抵触，另一端与支承块96抵触。当然，我们也可以设置拨块93是上下滑移的。

本实施例中，离合套42靠近手轮轴套31的端面对称设有凸块422，所述的手轮轴套31相应对称设有卡块311，所述的凸块422能置于卡块311侧边并与卡块311联动以实现离合套42与手轮轴套31的联动，离合套42靠近蜗轮5的端面对称设有拨销423，所述的蜗轮5相应对称设有拨动销52，所述的拨销423能置于拨动销52侧边并与拨动销52联动以实现离合套42与蜗轮5的联动。当然，我们也可以采用都采用凸块卡块的配合或拨销拨动销的配合或卡块卡槽的配合实现两者的联动设置。

本实施例中电子部分如图8、9所示，包括中央处理单元、执行机构驱动单元和显示装置、速度与位置检测单元和扭矩检测单元，所述速度与位置检测单元用于检测电机转速及转数，在本具体实施例中选用增量编码器72，并通过主动齿轮41、从动齿轮411与驱动轴4构成联动，转速成正比关系，增量编码器72的输出连接到中央处理单元。中央处理单元包括定时器、数据处理器、扭矩阈值存储器、阀门位置存储器和比较器，所述定时器用于产生各种周期性动作的时间基数和计时，如定期自巡检的周期或单位时间电机转的圈数等，所述扭矩阈值存储器用于存储电机输出轴上所受到的负载扭矩的最大值作为判断阀门是否卡死的依据。在启动阀门过程中通过扭矩检测单元检测电机输出轴上所受到的负载扭矩，如果电机输出轴上所受到的负载扭矩经过比较器比较大于所述扭矩阈值存储器中的数值，就认为阀门卡死，显示装置显示故障信息。所述阀门位置存储器用于存储当前阀门的位置，通过记录驱动轴4转动圈数和方向，结合每圈阀门的行程即可得到阀门位置信息。数据处理器由微型处理器及其外围元件组成，本实施例中微型处理器选用SOC单芯片作为核心，SOC(System-on-a-chip)，即系统级芯片，在一个芯片上集成数字电路、模拟电路、RF、存储器和接口电路等多种电路，以实现图像处理、语音处理、通讯功能和数据处理等多种功能，所以功能非常强大，集成度很高，其强大的系统集成功能完全体现在产品功能的广泛上，更少地使用电子元件及复杂的电子连线，确保执行器具有高度的电子控制可靠性。定时器、数据处理器、扭矩阈值存储器、阀门位置存储器由SOC单芯片内部存储器构成，定时器由内部程序实现。电机的扭矩可以通过测量电机工作电流得到，但是这种方式误差大，响应速度慢，难以适应本场合。本具体实施例中，所述扭矩检测单元包括扭矩检测元件和扭矩检测电路，所述扭矩检测元件由中心设有圆孔的压力盘10构成，如图3所示，所述压力盘10固定设置，所述蜗杆6从压力盘10中心孔穿过，蜗杆6上设有蜗杆轴套11和轴承，压力盘10上设有应变片12，所述蜗杆轴套11和轴承夹住压力盘10的内缘，所述应变片作为惠斯顿电桥桥臂，所述惠斯顿电桥与放大器组成所述扭矩检测电路。如图7、8所示，为了提高检测灵敏度，压力盘10的结构最好为整体呈环状，内圈上均匀对称设有指向中心的舌片101，应变片12对称地设置在各个舌片101上，所有舌片前端围成圆孔供蜗杆6穿过，所述轴套和轴承夹住压力盘10的舌片端部。这样在启动阀门的瞬间，蜗杆4将会有微小的轴向串动，使舌片101发生形变，应变片发出相应的电信号，由此测得扭矩。该方式具有响应速度快，线性好，准确的优点。

为了更好的实现集中控制并与自动化控制系统相适应，并将自巡检结果发送至监控中心，以及监控中心远程控制电动执行器，本控制电路中还设置了总线技术的远程通讯口解决了这个问题，当电动执行器与上位机现实总线控制时，可以不必再采用传统的多电缆控制方式。智能电动执行器采用标准接口（RS485、RS232）进行通讯，并将信号与处理器电路光电隔离，确保了电动执行器的安全运行。电动执行器实现总线控制方便用户利用计算机、组态软件和I/O模块来构建经济高效的控制系统。

在本执行器中还采用了先进的红外线遥感技术，设置了红外信号接收口，因此可以在无需打开执行器箱盖的情况下，通过对话窗口就可进行人机对话。本机的设定器在各种工况场合，即使是危险场合，也可轻松地对执行器进行力矩设定、开关限位、控制及显示功能的调整设定。

Claims (3)

1.一种自巡检式智能型阀用电动执行器，包括箱体、电机、手轮、驱动轴、手电动脱离机构、蜗轮和与蜗轮适配的蜗杆及控制电路，所述的蜗杆与电机的输出轴联动，所述的手轮设于驱动轴一端，所述的蜗轮套设于驱动轴上且蜗轮和驱动轴之间设有间隙，所述控制电路包括中央处理单元、执行机构驱动单元和显示装置，其特征在于：所述控制电路还包括速度与位置检测单元和扭矩检测单元，所述速度与位置检测单元用于检测电机转速及转数，并将检测结果送至中央处理单元；所述扭矩检测单元用于检测电机输出轴上所受到的负载的扭矩，并将检测结果送至中央处理单元；所述中央处理单元包括定时器、数据处理器、扭矩阈值存储器、阀门位置存储器和比较器，所述定时器用于产生各种周期性动作的时间基数和计时，所述扭矩阈值存储器用于存储电机输出轴上所受到的负载扭矩的最大值，如超过该值就认为阀门卡死，所述阀门位置存储器用于存储当前阀门的位置，所述比较器用于比较实时检测到的负载扭矩与扭矩阈值存储器中数值的大小，所述控制电路还设有远程数据通讯口和/或红外数据通讯口。

2.根据权利要求1所述的自巡检式智能型阀用电动执行器，其特征在于：所述中央处理单元由微型处理器及其外围元件组成，所述速度与位置检测单元中的检测元件选用增量编码器，增量编码器转速与电机转速成正比，增量编码器的输出与中央处理单元连接；所述扭矩检测单元包括扭矩检测元件和扭矩检测电路，所述扭矩检测元件由中心设有圆孔的压力盘构成，所述压力盘固定设置，所述蜗杆从压力盘中心孔穿过，压力盘上设有应变片，所述压力盘的内缘两侧由与蜗杆轴向固定连接的构件夹住，所述应变片作为惠斯顿电桥桥臂，所述惠斯顿电桥与放大器组成所述扭矩检测电路。

3.根据权利要求1或2所述的自巡检式智能型阀用电动执行器，其特征在于：还设有电机过热检测单元，所述电机过热检测单元包括一个双金属片和受所述双金属片控制的电触点，所述双金属片设置在能感应到电机温度的位置上，所述电触点输出与中央处理单元连接。

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