CN102537486B

CN102537486B - 一种智能阀门定位器

Info

Publication number: CN102537486B
Application number: CN 201210011208
Authority: CN
Inventors: 吴科扬; 朱亚志; 郑应军; 孔璐
Original assignee: HANGZHOU BOLIU TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Boliu Control Technology Zhejiang Co ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: CN102537486A

Abstract

本发明公开了一种智能定位器结构，包括腔体和与腔体连接的底座，腔体和底座的外侧设有显示操作单元，腔体和底座内设有位移检测控制单元以及气路控制单元，显示操作单元与位移检测控制单元连接，位移检测控制单元与气路控制单元连接；气路控制单元包括阀岛、进气电磁阀、排气电磁阀以及设置在底座上的气动执行器连接口、进气口和排气口；进气口、阀岛的第一通路、进气电磁阀、阀岛的第三通路和气动执行器连接口依次连接；排气口、阀岛的第二通路、排气电磁阀、阀岛的第三通路和气动执行器连接口依次连接。该智能阀门定位器结构紧凑并具备高的快速响应能力和控制精度，特别适用于小型气动过程控制阀。

Description

一种智能阀门定位器

技术领域

本发明涉及智能阀门定位器，特别涉及用于气动阀门调节的智能阀门定位器，属于流体输送与控制技术领域。

背景技术

阀门定位器是实现智能调节阀功能不可或缺的关键部件，智能调节阀定位器是阀门定位器中最为先进的一种，它主要根据来自调节器的标准模拟信号输出相应的压力或计算机信号，与阀门反馈的位置进行比较，微处理器采用先进的PID模糊控制程序，输出信号控制调节执行机构的动作，从而实现阀门开度的自动控制。由于阀门种类繁多，与其配合的阀门定位器种类也非常繁多，不仅有气动阀门定位器、电气阀门定位器，还有匹配薄膜执行机构的阀门定位器、有配活塞执行机构的阀门定位器、有力平衡式阀门定位器、有位移平衡式阀门定位器等等。特别对于气动执行器而言，与其配合的阀门定位器还包括用于直线行程定位的阀门定位器和角行程定位的阀门定位器，所采用的结构往往也根据阀门实际工作原理和控制精度的要求进行选择和设计。

与气动执行器配合的阀门定位器，目前国内外已经有了通用的智能阀门定位器产品，其中以西门子、ABB等公司的智能阀门定位器产品为代表，这些智能阀门定位器为了实现其通用性，大多采用大流量的I/P转换机构如喷嘴挡板或压电阀实现执行器压力或通气流量的控制，以保证大规格阀门的开启、关闭速度和调节过程中的响应能力。

然而，目前在医药卫生等领域采用以小型气动隔膜阀、小型气动闸阀为基本单元的过程控制阀，这类控制阀需要很高的控制精度和开闭响应能力，同时受限于阀门整体结构和安装尺寸的限制及药品生产质量管理规范(GMP标准)的要求，必须满足结构紧凑一体、拆装方便等要求，采用大流量的I/P转换机构和普通行程定位及整体集成方式，将难以达到小型过程控制阀的集成要求，并且控制精度和开闭响应能力也不能很好地满足使用要求。

授权公告号为CN 101650555B的中国专利公开了一种智能电气阀门定位器，包括控制单元、I/P转换单元、阀位检测反馈单元以及电源单元，所述的电源单元包括电流采样电路和接收阀门控制信号的稳压电路，所述的稳压电路输出端连接低压差线性稳压器，用于驱动控制单元、I/P转换单元、阀位检测反馈单元工作；所述的电流采样电路由两端分别连接阀门控制信号负端和稳压电路接地端的电阻以及电阻连接的放大器组成，放大器输出端连接控制单元，使得智能电气阀门定位器功耗更小、精度更高，但是该智能定位器仍使用I/P转换单元，仍然只能适用于流量比较大的情形，无法满足小型过程控制阀的集成要求。

发明内容

本发明提供了一种智能阀门定位器，结构紧凑并具备高的快速响应能力和控制精度，特别适用于小型气动过程控制阀。

一种智能阀门定位器，包括腔体和与腔体连接的底座，所述的腔体和底座的外侧设有显示操作单元，所述的腔体和底座内设有位移检测控制单元以及气路控制单元，所述的显示操作单元与位移检测控制单元连接，所述的位移检测控制单元与气路控制单元连接；

所述的气路控制单元包括阀岛、进气电磁阀、排气电磁阀以及设置在底座上的气动执行器连接口、进气口和排气口；

所述的进气口、阀岛的第一通路、进气电磁阀、阀岛的第三通路和气动执行器连接口依次连接；

所述的排气口、阀岛的第二通路、排气电磁阀、阀岛的第三通路和气动执行器连接口依次连接。

在气路控制单元，阀岛是方便气路的安装集成的一种机械结构，其内置气路，在本发明中阀岛内至少包括第一通路、第二通路、第三通路的气路集成。采用进气电磁阀和排气电磁阀，电磁阀可以选用微型电磁阀(厚度为10mm)，使得该智能阀门定位器结构紧凑成为可能。进气电磁阀和排气电磁阀安装在阀岛上，阀岛内置气路，通过该气路控制单元能使得本发明智能阀门定位器具备高的快速响应能力和控制精度。

为了得到更好的发明效果，以下作为本发明的优选技术方案：

所述的进气口、排气口和气动执行器连接口均通过底座内置的气体通道与阀岛连通，从而使得本发明的气路控制单元无需其他气体管道，只需底座内的气体通路以及阀岛就可以实现气路控制单元的气路连接，使得本发明智能阀门定位器容易装配，降低生产成本。

所述的显示操作单元包括带操作界面的屏幕，所述的位移检测控制单元包括与带操作界面的屏幕连接的控制电路和与控制电路连接的位移传感器，所述的带操作界面的屏幕设置在腔体的顶面，使得本发明智能阀门定位器便于操作人员对智能阀门定位器进行观察和操作，符合GMP标准中“便于操作、清洁、维护”的设备设计要求。本发明的控制电路可采用现有技术，控制电路包括LCD电路板、CPU电路板(一般可选用单片机)和电源电路板。

所述的腔体和底座为圆柱体，方便内置部件的集成和安装。

所述的腔体包括依次连接的上盖、上壳体、下壳体和下盖，上盖与上壳体、上壳体与下壳体、下壳体与下盖均采用可拆卸连接；所述的下壳体固定在底座上；所述的腔体和底座内设有可拆卸连接的上支架和下支架，所述的下支架固定在底座上。通过上述主体结构的设置，使得本发明智能阀门定位器安装和拆卸非常方便，并且显示操作单元、位移检测控制单元和气路控制单元可以排布在主体结构上相应的部位，使得本发明智能阀门定位器内部高度集成。

所述的上盖与上壳体之间通过上盖密封件封；所述的上壳体与下壳体之间、下壳体与底座之间均通过密封垫片加密封胶水密封；所述的下壳体和下盖通过下盖密封件密封，进一步提高了本发明智能阀门定位器的密封性，防止环境中的水汽进入本发明智能阀门定位器的内部，提高了本发明智能阀门定位器的可靠性和使用寿命。

所述的上壳体和上盖采用不锈钢包裹，提高了本发明智能阀门定位器的表面硬度，起到保护作用，同时能够减少环境对内部元器件的电磁干扰，具有更高的快速响应能力和控制精度。

所述的底座设有用于连接气动执行器的固定装置，用于固定气动执行器。固定装置的形式可以多样，其中的一种形式：所述的固定装置包括用于与气动执行器固定连接的连接件以及设置在底座上带有螺纹通孔的固定件，所述的固定件的顶端设有卡槽；连接件上设有与该卡槽配合的凸块，紧固螺钉通过固定件上的通孔将固定件与连接件固定。一方面，使得气动执行器和智能阀门定位器固定较方便，另一方面，气动执行器和智能阀门定位器固定后稳固性好。更进一步优选，所述的固定装置还包括与气动执行器上的定位孔配合的并设置在底座上的定位销，更进一步增加稳固性。

一种应用所述的智能阀门定位器的阀门，所述的智能阀门定位器的底座上连接有气动执行器。智能阀门定位器的底座与气动执行器固定时采用O型密封圈，以进一步增加其密封性。气动执行器采用简单的气动活塞式执行器，通过直行程位移传感器来检测气动执行器阀杆的位置，从而相应的调整控制气路，使得气动执行器的阀位调整在所需的位置，具有较好的精确度和可靠性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明智能阀门定位器中的气路控制单元通过阀岛、进气电磁阀、排气电磁阀以及设置在底座上的气动执行器连接口、进气口和排气口对气路进行控制，具备高的快速响应能力和控制精度，从而更好的控制气动执行器，实现阀位的准确控制。

本发明智能阀门定位器中的腔体和底座采用圆柱体，进气电磁阀和排气电磁阀采用微型电磁阀(厚度为10mm)，以及采用腔体的分体结构，并将内置内部元器件布置在合适的位置，使得最终本发明智能阀门定位器结构紧凑，使得得到的智能阀门定位器的圆柱体腔体和底座直径＜90mm，特别适用于小型气动过程控制阀。

附图说明

图1为本发明智能阀门定位器和气动执行器的正视剖面图；

图2为图1中本发明智能阀门定位器和气动执行器的左视剖面图；

图3为本发明的底座的结构示意图；

图4为图3中底座的翻转180°的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明的智能阀门定位器和气动执行器26的结构示意图，一种智能阀门定位器包括腔体和与腔体连接的底座6，腔体和底座6为圆柱体。腔体包括依次连接的上盖1、上壳体4、下壳体17和下盖13，上盖1与上壳体4采用螺纹旋合固定，上盖1与上壳体4之间通过上盖密封件2密封；上壳体4与下壳体17采用螺纹旋合固定，旋合后采用密封垫片5加密封胶水密封；下壳体17与下盖13采用螺钉固定，并采用下盖密封件11密封；下壳体17与底座6采用螺纹旋合固定，旋合后采用密封垫片5加密封胶水密封。腔体和底座6内设有采用卡槽式的连接结构的上支架3和下支架12，下支架12通过三个支架式螺纹孔用螺钉固定在底座6上。上壳体4和上盖1采用不锈钢包裹。

腔体和底座6的外侧设有显示操作单元，包括带操作界面的屏幕7，带操作界面的屏幕7设置在腔体的顶面。腔体和底座6内设有位移检测控制单元以及气路控制单元，显示操作单元与位移检测控制单元连接，位移检测控制单元与气路控制单元连接；

位移检测控制单元包括与带操作界面的屏幕7连接的控制电路和与控制电路连接的位移传感器22，控制电路包括LCD电路板8、CPU电路板9(一般可选用单片机)和电源电路板10，上壳体4上靠近上盖1的一侧设有屏幕外壳16，带操作界面的屏幕7和LCD电路板8通过螺钉固定在屏幕外壳16上，CPU电路板9安装在屏幕外壳16和上支架3之间，电源电路板10通过卡槽结构安装在上支架3和底座6之间。带操作界面的屏幕7与LCD电路板8连接，LCD电路板8与CPU电路板9连接，电源电路板10与CPU电路板9连接。CPU板9由ARM控制芯片(型号为STM32F103RBT6)、1片外部ADC(型号为MCP3204)、1片外部DAC(型号AD5412)、EEPROM(型号为24LC256)等组成，LCD板8包括液晶显示模块(型号为LCD-128*64-41)以及键盘模块；电源板9包括电源转换电路、电流和电压输入信号调理电路、二进制信号输入电路、二进制信号输出电路、电流和电压输出信号调理电路、电磁阀驱动电路等。

如图1、图2、图3和图4所示，气路控制单元包括阀岛19、进气电磁阀181、排气电磁阀182以及设置在底座6上的气动执行器连接口37、进气口38和排气口39；阀岛19通过螺钉固定在底座6上，进气电磁阀181和排气电磁阀182通过螺钉固定在阀岛19上，进气口38、阀岛19的第一通路、进气电磁阀181、阀岛19的第三通路和气动执行器连接口37依次连接；所述的排气口39、阀岛19的第二通路、排气电磁阀182、阀岛19的第三通路和气动执行器连接口37依次连接。

阀岛19是管路的集成，其内置有第一通路、第二通路和第三通路，方便气路的安装集成，利用注塑加工在塑料零件中加工出直径3mm左右的气路，并利用钢珠将密封端进行密封，其作用是将进气电磁阀181的出口和排气电磁阀182的进口通过阀岛19的第三通路引出，方便与底座6上的气动执行器连接口37连接，进气电磁阀181的进口通过阀岛19的第一通路引出，方便与底座6上的进气口38连接，排气电磁阀182的出口通过阀岛19的第二通路引出，方便与底座6上的排气口39连接。

底座6设有内腔室，内腔室设有气体通道，进气口38、排气口39和气动执行器连接口37均通过底座6内置的气体通道与阀岛19连通，阀岛19通过底座6上设有的伸出管27与内腔室连通，阀岛19与伸出管27通过O型密封圈密封。内腔室设有安全阀35、放气孔41以及与放气孔41配合的放气盖36，进气口38上设有过滤器34。底座6上设有用于限制电源电路板10的矩形槽28；底座6上设有与下壳体17配合的缺口29，用于限定下壳体17和底座6的相对位置。底座6中部设有与位移传感器22配合的凸台30，凸台30设有快速定位用的型面孔31，位移传感器22通过固定板23固定在凸台30上，位移传感器22的感应端穿过型面孔31，用于检测气动执行器阀杆25的位移。

底座6设有用于连接气动执行器26的固定装置，固定装置包括用于与气动执行器26固定连接的连接件21以及设置在底座6上带有螺纹通孔的固定件32，连接件21可采用铜块，铜块与气动执行器26通过螺纹固定连接，固定件32的顶端设有卡槽；连接件21上设有与该卡槽配合的凸块，紧固螺钉通过固定件32上的带有螺纹通孔将固定件32与连接件21固定，紧固螺钉可选用两个内六角螺钉。固定装置还包括与气动执行器26上的定位孔配合的并设置在底座6上的定位销33。

智能阀门定位器和气动执行器26通过固定装置固定时，两者之间设有O型密封圈，相互顶紧，增加其密封性。使用时，智能阀门定位器上的气动执行器连接口37和气动执行器26上的进出气口40通过软管连通。进气口38接有外接气源，外接气源一般是稳定的压缩空气，压强在3～7bar之间。

本发明的智能阀门定位器和气动执行器26工作原理如下：

使用时，先通过带操作界面的屏幕7输入设定值，位移检测控制单元通过阀岛19、进气电磁阀181、排气电磁阀182以及设置在底座6上的气动执行器连接口37、进气口38和排气口39控制气路，进气时，外接气源依次进入进气口38、阀岛19的第一通路、进气电磁阀181、阀岛19的第三通路和气动执行器连接口37，再进入气动执行器26上的进出气口40，使得气动执行器26内的气缸压力升高，推动气动执行器阀杆25靠近位移传感器22，位移传感器22检测气动执行器阀杆25的位移，排气时，气动执行器26内的气缸内气体依次通过气动执行器26上的进出气口40，再通过气动执行器连接口37、阀岛19的第三通路、排气电磁阀182、阀岛19的第二通路和排气口39，使得气动执行器26内的气缸压力降低，使得气动执行器阀杆25远离位移传感器22，位移传感器22检测气动执行器阀杆25的位移。气动执行器阀杆25的移动相当于阀门的开度在变化，通过位移传感器22来测量气动执行器阀杆25的位移，将测量得到的气动执行器阀杆25的位移和设定值进行比较，并通过CPU电路板9(单片机)运算输出控制信号控制进气电磁阀181和排气电磁阀182来调节气缸内的压力，反复执行这一过程，使设定值和实际值最终一致。

Claims

1.一种智能阀门定位器，包括腔体和与腔体连接的底座（6），其特征在于，所述的腔体和底座（6）的外侧设有显示操作单元，所述的腔体和底座（6）内设有位移检测控制单元以及气路控制单元，所述的显示操作单元与位移检测控制单元连接，所述的位移检测控制单元与气路控制单元连接；

所述的气路控制单元包括阀岛（19）、进气电磁阀（181）、排气电磁阀（182）以及设置在底座（6）上的气动执行器连接口（37）、进气口（38）和排气口（39）；

所述的进气口（38）、阀岛（19）的第一通路、进气电磁阀（181）、阀岛（19）的第三通路和气动执行器连接口（37）依次连接；

所述的排气口（39）、阀岛（19）的第二通路、排气电磁阀（182）、阀岛（19）的第三通路和气动执行器连接口（37）依次连接；

所述的腔体包括依次连接的上盖（1）、上壳体（4）、下壳体（17）与下盖（13），上盖（1）与上壳体（4）、上壳体（4）与下壳体（17）、下壳体（17）与下盖（13）均采用可拆卸连接；所述的下壳体（17）固定在底座（6）上；

所述的腔体和底座（6）内设有可拆卸连接的上支架（3）和下支架（12），所述的下支架（12）固定在底座（6）上。

2.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的进气口（38）、排气口（39）和气动执行器连接口（37）均通过底座（6）内置的气体通道与阀岛（19）连通。

3.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的显示操作单元包括带操作界面的屏幕（7），所述的位移检测控制单元包括与带操作界面的屏幕（7）连接的控制电路和与控制电路连接的位移传感器（22），所述的带操作界面的屏幕（7）设置在腔体的顶面。

4.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的腔体和底座（6）为圆柱体。

5.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的上盖（1）与上壳体（4）之间通过上盖密封件（2）密封；

所述的上壳体（4）与下壳体（17）之间、下壳体（17）与底座（6）之间均通过密封垫片（5）加密封胶水密封；

所述的下壳体（17）和下盖（13）通过下盖密封件（11）密封。

6.根据权利要求1或5所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的上壳体（4）和上盖（1）采用不锈钢包裹。

7.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的底座（6）设有用于连接气动执行器（26）的固定装置。

8.根据权利要求7所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的固定装置包括用于与气动执行器（26）固定连接的连接件（21）以及设置在底座（6）上带有螺纹通孔的固定件（32），所述的固定件（32）的顶端设有卡槽；连接件（21）上设有与该卡槽配合的凸块，紧固螺钉通过固定件（32）上的通孔将固定件（32）与连接件（21）固定。

9.根据权利要求8所述的智能阀门定位器，其特征在于，所述的固定装置还包括与气动执行器（26）上的定位孔配合的并设置在底座（6）上的定位销（33）。