CN102444738A - 阀门控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门控制装置。该阀门控制装置包括控制器及多个传感器，阀门包括：致动器，其包括提供驱动阀门的驱动力的驱动部件和安装控制器的控制器安装部；阀体部，其通过驱动力被驱动；以及阀杆部，其将驱动力传递至阀体部。多个传感器包括安装于阀杆部的阀杆扭矩传感器及安装于阀体部的球体压力传感器中的至少一个，阀杆扭矩传感器包括第一编码图案部以及第一应变仪，球体压力传感器包括第二编码图案部以及第二应变仪，控制器包括：处理器，根据由阀杆扭矩传感器传输的阀杆扭矩及由球体压力传感器传输的球体压力中至少一个而产生控制阀门的控制信号；以及存储器，储存阀杆扭矩及球体压力中至少一个，控制信号向驱动部件传输而能够控制阀门。

Description

阀门控制装置

技术领域

本发明涉及阀门控制装置，具体涉及：对于通过将多个传感器安装到适当的位置特别是阀门内部而被传感化的阀门，根据由传感器直接检测的有关阀门性能的物理量进行控制而使阀门维持适当状态的阀门控制装置。

背景技术

通常阀门是用于调节流体的压力、温度、速度及流量的装置，是为了使排管系统的流体的流量符合工程系统要求的流体的物理条件和量，而在各控制单位的最后阶段控制流体的流向的要素。现有的阀门的控制方法是例如只是根据开闭位置、开闭范围或开闭状态而判断通过开闭阀门的物理量，并且通过此类判断而调节阀门，但是，当阀门发生故障、误操作等状况时，对阀门的检测只能依据使用者的感觉。并且，作为现有的阀门控制方法，使用通过传感器检测阀门的物理量的方法，例如安装于阀门的外部等的不适当的场所，因此难以正确掌握阀门的运转状态，并且频繁发生需要介入使用者的判断的不便。

从而发生对阀门的运转状态，由于检测时差或不适当的位置不能将阀门内部的物理量实时检测等情况而产生的不正确的物理量为依据，因此使用者只能频繁地监视阀门的状态。这种状况在发生阀门的磨损、性能低下、电信号的故障、运转电源发生故障时会更加严重。作为使用于现有的阀门控制方法的传感器，例如流量计，姑且不论其高价，其实际阀门的贯通流量无法检测，因此虽然阀门的入口端的流量和出口端的流量不同，但不能正确检测此，从而频繁发生对阀门的检测物理量产生疑虑。特别是使用者需要发挥自身的感觉而持续地、消耗大量的时间以监视阀门的运转状态，因此，需要对阀门进行矫正及调节的繁琐工作，也难以消除对阀门的性能的疑虑。另外，根据现有的阀门的控制方法，安装阀门时为了调整零点、最大运转点或特定调节范围的运转点，工程师需要进行多个矫正工序。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种阀门控制装置，为了实时检测有关阀门的运转状态的实际物理量，将多个传感器安装到适当的位置特别是阀门的内部而将阀门本身进行传感化，并根据多个传感器直接感知的作用于阀门的物理量来能够实时地控制阀门。

本发明的另一目的在于提供一种阀门控制装置，以安装于阀杆部的阀杆扭矩传感器(stem torque sensor)所检测的阀杆扭矩或安装于阀体部的球体压力传感器所检测的球体压力为依据而控制阀门。

本发明的另一目的在于提供一种阀门控制装置，控制器通过学习控制模式或工序，能够执行智能化的控制。

本发明的另一目的在于提供一种阀门控制装置，根据由安装在适当的位置特别是安装在阀门的内部的多个传感器感知的、作用于阀门的物理量来实时地控制阀门，从而无需执行在安装阀门时需要的矫正作业。

为了实现上述目的，根据本发明的第一侧面，可提供一种控制阀门的阀门控制装置，该阀门控制装置包括控制器及多个传感器，所述阀门包括：致动器，其包括提供驱动阀门的驱动力的驱动部件和安装所述控制器的控制器安装部；阀体部，其通过所述驱动力被驱动；以及阀杆部，其将所述驱动力传输至所述阀体部，

所述多个传感器包括安装于所述阀杆部的阀杆扭矩传感器及安装于所述阀体部的球体压力传感器中的至少一个，

所述阀杆扭矩传感器包括安装于所述阀杆部的上端部的第一编码图案部(lst encoder pattern member)及位于所述阀杆部的侧面一侧的第一应变仪(lst strain gauge)；所述第一应变仪根据图案位移检测出阀杆扭矩，该图案位移是因所述驱动力和作用于所述阀体部的阀球的负荷量而产生于所述第一编码图案部的，

所述球体压力传感器包括安装于所述阀球的球体上端部的第二编码图案部(2nd encoder patternmember)及位于所述阀球的侧面的第二应变仪(2nd strain gauge)，所述第二应变仪、根据图案位移检测出球体压力，该图案位移是因作用于所述阀球的压力而产生于所述第二编码图案部的，

所述控制器包括：处理器，其根据由所述阀杆扭矩传感器传输的所述阀杆扭矩及由所述球体压力传感器传输的所述球体压力中至少一个而产生控制阀门的控制信号；以及存储器，其储存所述阀杆扭矩及所述球体压力中至少一个，

所述控制信号传输到所述驱动部件，由此控制阀门。

优选实施例中，所述阀杆扭矩传感器还包括第一集电环，该第一集电环向所述第一编码图案部及所述第一应变仪中至少一个传输电力，并将由所述第一应变仪检测的所述阀杆扭矩向所述控制器传输；所述球体压力传感器还包括第二集电环，该第二集电环向所述第二编码图案部及所述第二应变仪中至少一个传输电力，并将由所述第二应变仪检测的所述的球体压力向所述控制器传输。

根据本发明可具有如下效果。

根据本发明可提供一种阀门控制装置，通过将多个传感器安装到适当的位置特别是阀门的内部而将阀门本身进行传感化，以便实时地检测有关阀门的运转状态的实际物理量，并根据由多个传感器直接感知的作用于阀门的物理量来能够实时地控制阀门。

而且，根据本发明可提供一种阀门控制装置，根据由安装于阀杆部的阀杆扭矩传感器所检测的阀杆扭矩或安装于阀体部的球体压力传感器所检测的球体压力来控制阀门。

而且，根据本发明可提供一种阀门控制装置，通过控制器学习控制模式或工序来能够执行智能化的控制。

并且，根据本发明可提供一种阀门控制装置，根据由安装在适当的位置特别是在阀门的内部的多个传感器所感知的、作用于阀门的物理量来实时地控制阀门，从而无需进行在安装阀门时所需的矫正作业。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施例的作为被控制对象的阀门的外观的图；

图2为根据本发明的优选实施例的作为被控制对象的阀门的另一个外观的图；

图3为概略图示根据本发明的优选实施例的阀门控制装置的结构的框图；

图4为概略表示根据本发明的优选实施例的作为控制对象的阀门的阀杆部及阀体部和位于阀杆部和阀体部的适当的位置而感知对阀门的运转状态的物理量的传感器的图；

图5为概略表示根据本发明的优选实施例的作为控制对象的阀门的阀杆部及安装于阀杆部的的阀杆扭矩传感器的图；

图6为概略表示根据本发明的优选实施例的作为控制对象的阀体部及安装于阀体部的球体压力传感器的概略示意图；

图7为表示有根据本发明的优选实施例的致动器的监视器面板具有的以LED方式实现的发光显示单元的作为被控制对象的阀门的又另一个外观的示意图。

附图标记说明

100：致动器(actuator)；  110：监视器面板；

120：外部输入端子；      130：控制器安装部；

140：电动机及减速器；    200：阀杆部(stem)；

210：位置传感器；        220：扭矩传感器；

300：阀体部(valve body)；310：阀球(valve ball)；

311：第一压力传感器端口；321：第二压力传感器端口；

410：处理器(Processor)；

420：AD转换器(Analog to Digital Converter)；

430：存储器(Memory)；

440：TCP/IP解读部；

450：DA转换器(Digital to Analog Converter)；

460：放大部(Amplifier)；

470：驱动部；            480：输出部。

具体实施方式：

以下参考附图详细说明本发明的优选实施例。首先，在对各个附图的结构要素添加附图标记时，要注意的是：相同的结构要素即使表示在不同的附图上，但尽量具有相同的附图标记。而且，说明本发明时，如果对公知结构及功能的详细说明使本发明的宗旨变得模糊时，省略对其详细说明。

图1为表示根据本发明的优选实施例的作为被控制对象的阀门的外观的图；图2为表示根据本发明的优选实施例的作为被控制对象的阀门的另一外观的图。可适用根据本发明的阀门控制装置没有限定，但为了便于说明，定义为球阀(globe valve)。图1为作为控制对象的阀门的一面的外观图，图2为作为控制对象的阀门的另一面的外观图。在图1及图2中示出的作为控制对象的阀门包括致动器(100)、阀杆部(200)及阀体部(300)。

根据本发明的致动器(100)包括用于开闭阀门的驱动部件，例如电动机及减速器(140)。还包括控制器安装部(130)及监视器面板(110)，上述控制器安装部(130)在内部安装有控制器，该控制器以由阀杆扭矩传感器、球体压力传感器等感知的阀杆扭矩、球体压力等的阀门的运转状态的物理量为依据，控制阀门；上述监视器面板(110)向使用者输出有关阀门的监视信息。

电动机及减速器(140)提供用于开闭阀门的驱动力，电动机及减速器(140)所提供的驱动力通过阀杆部(200)传递而可开闭阀体部(300)的阀门。优选地，所述电动机优选为伺服电动机或BLDC电动机，但并不局限于此。

装载于控制器安装部(130)的控制器(未图示)通过安装于阀杆部(200)的阀杆扭矩传感器、及安装于阀体部(300)的球部的球体压力传感器接收对阀杆扭矩、球体压力等的阀门的运转状态的实际物理量，并以此为根据而维持对阀门进行双重反馈控制的阀门的适当运转状态，并推定并掌握阀门的运转状况，从而智能控制阀门，以便适当地对应特殊状况。

监视器面板(110)位于致动器(100)的上端，还可包括现有的模拟指针型显示器以及LED或FND等发光显示单元。LED可用于显示压力、扭矩等，图7中图示监视器面板(110)具有的以LED方式实现的发光显示单元(111)。以FND方式实现的发光显示单元使使用者能够通过六位一个组的FND以数码数字确认现有阀门的物理量和状态。监视器面板(110)使用另外的开关，因此可调节显示状态和阀门的现场调节。根据本发明的致动器(100)还可包括接收从外部输入的使用者命令或用于将对阀门的监视器数据传输到外部的连接器或者终端等的外部输入端子(120)。

图4概略图示根据本发明的控制对象的阀门的阀杆部(200)及阀体部(300)的外观。根据本发明的阀杆部(200)内置有阀杆，该阀杆用于将电动机及减速器提供的用于开闭阀门的驱动力传送到阀体部(300)，并且在阀杆的上端部等安装有阀杆扭矩传感器。

如图5图示，阀杆扭矩传感器(500)安装于阀杆部(200)的上端部及侧面。阀杆扭矩传感器(500)包括安装于阀杆部(200)的上端部的第一编码图案部(510)及阀杆部(200)的侧面的一侧的第一应变仪(520)。第一编码图案部(510)是将阀杆部(200)的上端部的安装面进行蚀刻之后，将薄膜形态的磁化的编码图案接合而形成。第一应变仪(520)位于阀杆部(200)的侧面一侧，但并不局限于此。优选地，第一应变仪(520)安装到在阀杆部(200)的主体侧面形成的槽之后，模制而形成。第一应变仪(520)适合使用金属箔(metal foil)应变仪，但为了较高的敏感度，优选地，使用半导体应变仪。根据电动机及减速器发生的驱动力和在阀体部(300)的阀球(310)中的负荷量而第一编码图案部(510)的图像发生位移，并第一应变仪(520)检测出根据上述位移而产生的阀杆扭矩。

根据本发明的阀杆扭矩传感器(500)还可包括第一集电环(slipring)(未图示)，其安装于阀杆部(200)的一侧，优选地，安装于阀杆部(200)的上端部。第一集电环向编码图案部(510)及第一应变仪(520)中的至少一个提供从外部施加的电力，并将第一应变仪(520)检测出的阀杆扭矩向致动器(100)的控制器安装部(130)具有的控制器传输。通过第一集电环向控制器传输的阀杆扭矩优选放大而传输。

优选地，根据本发明的阀体部(300)为铸件型阀体，但并不局限于此。如图6所示，球体压力传感器(600)安装于阀体(300)的阀球(310)的球体上端部的第二编码图案部(610)及位于阀球(310)的侧面特别是位于外侧面的第二应变仪(620，630)安装于在阀球(310)的侧面特别是外侧面的槽之后，模制而形成。第二应变仪(620，630)可包括输入压应变仪(620)及输出压应变仪(630)。第二应变仪(620，630)适合使用金属箔，但为了较高的敏感度而优选使用半导体应变仪。根据通过流体作用于阀球(310)的压力而发生第二编码图案部(610)的图案位移，由第二应变仪(620，630)检测出由此而产生的球体压力。优选地，根据通过流体作用于阀球(310)的压力而发生第二编码图案部(610)的图案位移，由输入压应变仪(620)检测由此而产生的球体输入压力，由输出压应变仪(630)检测由此而产生的球体输出压力。

根据本发明的球体压力传感器(600)还可包括第二集电环(640)，上述第二集电环(640)以围绕阀球(310)的至少一侧的方式弯曲。第二集电环(640)通过设置于内部的多个端子(641)向第二编码图案部(610)及第二应变仪(620，630)中的至少一个供给从外部施加的电力，并将由第二应变仪(620，630)检测出的球体压力，优选地将球体输入压力及球体输出压力向致动器(100)的控制器安装部(130)具有的控制器传输。通过第二集电环向控制器传输的球体压力优选放大而传送。

图4中图示的根据本发明的的被控制对象的阀门除了安装于上述阀杆部(200)的阀杆扭矩传感器(500)及安装于阀体部(300)的球体压力传感器(600)之外，还可设置安装于阀体部(300)内部的温度传感器等。在本发明的优选实施例中，阀体部(300)可形成有至少一个端口(311)，以便将温度传感器等设置到阀体部(300)的内部。

图3为概略图示根据本发明的优选实施例的阀门控制装置的结构的框图。参考图3，安装于根据本发明的控制器安装部的控制器包括AD转换器(420)，处理器(410)、存储器(430)、TCP/IP解读部(440)、DA转换器(450)、放大部(460)。所述驱动部(470)相当于上述的电动机及减速器，所述输出部(480)相当于上述的监视器面板。

由安装于阀杆部(200)的阀杆扭矩传感器(500)检测出的阀杆扭矩、由安装于阀体部(300)内部的球体压力传感器(600)检测出的球体压力、或者由温度传感器等感知的与阀门的运转状态相应的物理量向AD转换器(420)传输。处理器(410)将从AD转换器(420)输入的与阀门的运转状态相关的物理量储藏到存储器(430)，或以通过TCP/IP解读部(440)从外部输入的使用者命令或预先储藏于存储器(430)的有关阀门的运转状态的学习记录为基础，通过驱动部(470)将控制阀门的控制信号向DA转换器(450)传输。

从而控制器将由安装于阀门内部的适当位置的多个传感器感知的阀门的运转状态为依据，实时地双重反馈控制阀门，而维持阀门的适当运转状态，并分析多个传感器感知的阀门的运转状态后将处理过程进行编码后储藏到存储器(430)，以用于根据特殊状况的学习资料。

处理器(410)可以以MPU(Micro Processing Unit)的方式实现，但并不限于此。DA转换器(450)将控制信号变换为模拟信号后向放大部(460)传输。通过放大部(460)变换为模拟信号而放大的控制信号向驱动部(470)输出而控制阀门，或向输出部(480)传输，以便使用者确认阀门的物理量和状态。

以上说明只是例示地说明了本发明的技术思想，具有本发明所属的技术领域的一般知识的技术人员，可在不脱离本发明的本质特性的范围内可进行多种修改及变形。从而，在本发明中公开的实施例并不是为了限定本发明的技术思想，而是为了说明本发明，本发明的技术思想的范围并不局限于此类实施例。本发明的保护范围应当根据权利要求范围而解释，在与之同等范围之内的所有的技术思想应当解释为被包括在本发明的权利范围内。

Claims (5)

1.一种控制阀门的阀门控制装置，其特征在于，

包括控制器及多个传感器，

所述阀门包括：致动器，其包括提供驱动阀门的驱动力的驱动部件和安装所述控制器的控制器安装部；阀体部，其通过所述驱动力被驱动；以及阀杆部，其将所述驱动力传输至所述阀体部，

所述多个传感器包括安装于所述阀杆部的阀杆扭矩传感器及安装于所述阀体部的球体压力传感器中的至少一个，

所述阀杆扭矩传感器包括安装于所述阀杆部的上端部的第一编码图案部以及位于所述阀杆部的侧面一侧的第一应变仪，所述第一应变仪根据图案位移检测出阀杆扭矩，该图案位移是因所述驱动力和作用于所述阀体部的阀球的负荷量而产生于所述第一编码图案部的，

所述球体压力传感器包括安装于所述阀球的球体上端部的第二编码图案部以及位于所述阀球的侧面的第二应变仪，所述第二应变仪根据图案位移检测出球体压力，该图案位移是因作用于所述阀球的压力而产生于所述第二编码图案部的，

所述控制器包括：处理器，其根据由所述阀杆扭矩传感器传输的所述阀杆扭矩及由所述球体压力传感器传输的所述球体压力中至少一个而产生控制阀门的控制信号；以及存储器，其储存所述阀杆扭矩及所述球体压力中至少一个，

所述控制信号传输到所述驱动部件，由此控制阀门。

2.根据权利要求1所述的阀门控制装置，其特征在于，

所述阀杆扭矩传感器还包括第一集电环，该第一集电环向所述第一编码图案部及所述第一应变仪中至少一个传输电力，并将由所述第一应变仪检测的所述阀杆扭矩向所述控制器传输；

所述球体压力传感器还包括第二集电环，该第二集电环向所述第二编码图案部及所述第二应变仪中至少一个传输电力，并将由所述第二应变仪检测的所述的球体压力向所述控制器传输。

3.根据权利要求1所述的阀门控制装置，其特征在于，

所述第一编码图案部是通过将薄膜型的磁化的编码图案粘接到所述阀杆部上端部的、被蚀刻的安装面而形成，

所述第一应变仪是通过安装到在所述阀杆部的主体侧面所形成的槽中之后，模制而形成。

4.根据权利要求1所述的阀门控制装置，其特征在于，

所述第二编码图案部是通过将薄膜型的磁化的编码图案粘接到在所述阀球的球体上端部的、被蚀刻的安装面而形成，

所述第二应变仪是通过安装到在所述阀球的外侧面所形成的槽中之后，模制而形成。

5.根据权利要求4所述的阀门控制装置，其特征在于，

所述第二应变仪包括：

输入压应变仪，检测球体输入压力；以及

输出压应变仪，检测球体输出压力。

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