CN102359641B - 电动执行机构位置传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及执行机构技术领域，具体涉及一种电动执行机构位置传感系统，包括：位置传感器，用于获得与阀门位置相关的位置信号；处理器，对位置传感器获得的信号进行处理，获得阀门的位置信息，并根据开度指令控制变频驱动器驱动电机运转，使阀门到达预订位置。所述位置传感器包括霍尔传感器和电位器，分别用于获得电机轴的转动角度信号和输出轴的转动角度信号。所述位置传感器和处理器设置于本安防爆壳内。本发明采用霍尔传感器加上电位器的方式，可以综合两者优势，互补两者的缺点，在外部供电时，使用霍尔传感器采集位置信号，在没有外部供电时，采用电位器采集位置信号，既可解决需要电池供电的麻烦，又可以提高阀门定位的精度。
Description
技术领域
本发明涉及执行机构技术领域，具体涉及一种电动执行机构位置传感系统。
背景技术
智能电动执行机构主要用于工业管网自动控制系统中的阀门开度调节，其工作场所有可能在易燃易爆的环境下。要实现阀门开度的精确定位，就必须要准确的知道给定阀位值与当前阀门的实际阀位值，给定阀位值是系统指令确定的，而当前阀门的实际阀位值是通过电动执行机构的位置传感系统来获取的。
目前，电动执行机构的位置传感系统大多数都是由齿轮减速部分加电位器或者加霍尔编码器等构成。电位器检测方式要受电位器转动圈数的限制，故导致了电动执行机构输出转数是受限的，在一些转动圈数较多的场合，没法使用。另外电位器检测的方式采用了齿轮多级减速会造成定位精度不高，减速比越大定位精度会越差。霍尔编码器的方式又分为绝对霍尔编码和相对霍尔编码两种，绝对编码方式跟电位器检测方式差不多，也存在转动圈数受限及定位精度不高的缺点，但两者都有断外电后，不需要电池供电来记录阀位的特性。相对霍尔编码方式可直接从电机输出轴上进行位置采样，定位精度很高，同时转动圈数基本上不受限制。但它又存在一个缺陷，就是断外电后需要用电池供电来记录阀位。电池使用一定时间后需更换，由于防爆要求，电动执行机构更换电池相当麻烦。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动执行机构位置传感系统，可根据位置传感信号，实时调节电机的运行，确保输出轴将阀门可靠平稳的到达指定位置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：电动执行机构位置传感系统，所述电动执行机构包括变频驱动器、电机、减速器和输出轴，用以控制阀门的开闭，所述电动执行机构位置传感系统包括：
位置传感器，用于获得与阀门位置相关的位置信号；
处理器，对位置传感器获得的信号进行处理，获得阀门的位置信息，并根据开度指令控制变频驱动器驱动电机运转，使阀门到达预订位置。
进一步，所述位置传感器包括霍尔传感器，设置于电机轴上，用于获得电机轴的转动角度信号。
进一步，所述位置传感器还包括电位器，所述电位器设置于减速器上，用于获得输出轴的转动角度信号。
进一步，还包括本安防爆壳，所述霍尔传感器、电位器和处理器设置于本安防爆壳内。
本发明的电动执行机构位置传感系统，设置了多种传感器来监测执行机构运行过程中的位置信号，经过综合计算，可获得阀门的位置，实时调节电机的运行，确保输出轴将阀门等执行对象可靠平稳的到达指定位置，定位误差低大大提高了执行机构的可靠性与使用寿命。采用霍尔传感器加上电位器的方式，可以综合两者优势，互补两者的缺点，在外部供电时，使用霍尔传感器采集位置信号，在没有外部供电时，采用电位器采集位置信号，既可解决需要电池供电的麻烦，又可以提高阀门定位的精度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1示出了电动执行机构位置传感系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
参见图1，电动执行机构位置传感系统，所述电动执行机构包括变频驱动器、电机、减速器和输出轴，电动执行机构用以控制阀门的开闭，电机的电机轴通过减速器与输出轴传动连接，所述电动执行机构位置传感系统包括：
位置传感器，用于获得与阀门位置相关的位置信号；本实施例中，采用霍尔传感器和电位器两种位置传感器；霍尔传感器设置于电机轴上，用于获得电机轴的转动角度信号；所述电位器设置于减速器上，用于获得输出轴的转动角度信号。
处理器，采用型号为dsPIC30F6010A的单片机，对位置传感器获得的信号进行处理，获得阀门的位置信息，并根据开度指令控制变频驱动器驱动电机运转，使阀门到达预订位置。
为了防爆要求，还设置一本安防爆壳，所述霍尔传感器、电位器和处理器设置于本安防爆壳内。
霍尔传感器包括随电机轴转动的磁环，和相对固定的两个霍尔传感元件，所述磁环上均匀地分布着20个磁极，随着磁环的转动，当N极正对着霍尔传感元件时，霍尔传感元件将输出高电平，当S极正对霍尔传感元件时，霍尔传感元件将输出低电平。如磁环顺时针旋转一周在A与B上将分别产生10个脉冲，处理器对脉冲进行计数，既可获知电机轴的转角位置。
当电动执行机构与阀门连接好并安装到管道上后，需要调试阀门的零、满位(全关、全开位置)。通过本地行程区间设置功能让阀门处于零位(全关)，处理器记录下此时位置计数器的值，并作为零位阀值ZERO，同理当阀门处于满位(全开)，处理器记录下此时位置计数器的值，并作为满位阀值FULL，并且处理器将ZERO、FULL写入E2PROM中。处理器接受控制室送来的开度值SV(0～100％的百分数)，处理器通过公式(FULL-ZERO)×SV+ZERO，内部运算得到位置计数器对应开度SV的值为COUNT＝(FULL-ZERO)×SV+ZERO。处理器就控制电机向接近COUNT的方向运行，直至在误差范围内相等，停止电机转动，从而实现阀门的精确定位。
电机轴的旋转运动通过减速器减速，最后带动电位器转动。电位器的转动角度与输出轴的转动角度也存在精确的转角比(可根据全行程转动圈数，通过调整齿轮变速机构齿轮配对来设定转角比)。因此只要知道电位器的转动角度，就能计算出输出轴的转动角度，从而推导出阀门的实际位置。处理器通过12位A/D芯片来读取电位器中心抽头的电压值，该电压值与电位器转角成线性关系。与霍尔传感器一样，在设置零、满位时，处理器能从电位器上读取到对应于零、满位的电压值PZERO、PFULL并将其写入E2PROM中。
当外部电源供电时，不管是电动操作还是手摇操作执行机构，阀位记录都是由霍尔传感器来完成的，此时电位器不参与阀位记录。采取这样的措施是为了提高定位精度。因为前面计算过霍尔传感器对输出轴的最小分辨率可以达到0.44°。而对于电位器，假设全行程圈数设为38转，则电位器与输出轴转角比为1∶38，即电位器转动一周，输出轴转动38圈。A/D芯片采用的是12位精度的，那么电位器对输出轴的最小分辨率为360/212×38＝3.34°。由此看采用霍尔传感器比用电位器定位精度提高了3.34/0.44≈7.6倍。同理用绝对编码器也存在电位器同样地问题，需要在减速器后再加一级减速，造成没有相对编码方式一一霍尔传感器定位精度高的结果。
当外部电源断掉后，由于霍尔传感器属于相对编码器，在没有内部电源供电的情况下，它不能够记录阀位。因此电位器在这个时候就发挥了作用。断电后手摇执行器时电位器轴也是跟随输出轴一起转动的，电位器中心抽头的对地的电阻值与输出轴的转动角是成线性关系的，也就是说电位器中心抽头的电阻值代表了输出轴的转角。当外部电源接通后，电位器的电阻值转换成与之成线性的电压值，处理器读取这个当前的电压值CV，通过公式(CV-PZERO)/(PFULL-PZERO)处理器内部计算得到当前实际阀门位置RV＝(CV-PZERO)/(PFULL-PZERO)×100％(0～100％的百分数)，处理器再通过公式(FULL-ZERO)×RV+ZERO计算转换得到霍尔传感器当前的计数值，从而完成断电后由电位器记录阀位到通电后由霍尔传感器记录阀位的转换，又将阀位记录任务交由霍尔传感器来完成。由于断电后执行机构无法自动控制，都是手摇执行器，就不存在电位器的控制精度差而影响阀门定位精度的问题。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.电动执行机构位置传感系统，所述电动执行机构包括变频驱动器、电机、减速器和输出轴，用以控制阀门的开闭，其特征在于：所述电动执行机构位置传感系统包括：
位置传感器，用于获得与阀门位置相关的位置信号；
处理器，对位置传感器获得的信号进行处理，获得阀门的位置信息，并根据开度指令控制变频驱动器驱动电机运转，使阀门到达预订位置；
所述位置传感器包括霍尔传感器，设置于电机轴上，用于获得电机轴的转动角度信号；
所述位置传感器还包括电位器，所述电位器设置于减速器上，用于获得输出轴的转动角度信号；
其中在外部供电时，使用所述霍尔传感器采集位置信号，在没有外部供电时，采用所述电位器采集位置信号。
2.根据权利要求1所述的电动执行机构位置传感系统，其特征在于：所述霍尔传感器采用相对霍尔编码。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的电动执行机构位置传感系统，其特征在于：还包括本安防爆壳，所述位置传感器和处理器设置于本安防爆壳内。
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