CN102777661B

CN102777661B - 一种缓速型电动阀门的控制方法及其控制装置

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Publication number: CN102777661B
Application number: CN 201210281288
Authority: CN
Inventors: 林永江; 范秀清; 陈连兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102777661A

Abstract

一种缓速型电动阀门的控制方法及其控制装置。通过在控制箱内加装了一个脉动时间继电器，来达到调节电动阀门电机的转速和开关过程运行时间的目的。此控制方法不但可以防止电动阀门快速开关时对管道产生的水锤现象，避免使管道产生变形和爆裂，而且可以防止阀门电动装置长时间持续运行，避免阀门电动装置烧毁的现象，并且可以降低电机的功率，进而降低投资成本和运行费用。

Description

一种缓速型电动阀门的控制方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及一种缓速型电动阀门的控制方法及其控制装置，特别涉及电动阀门的开关过程控制和电动阀门的通电时间控制。

背景技术

目前，在生产中由于电动阀门大量使用在电力、冶金、石油、化工、造纸、水厂、污水处理等行业中，部分大口径的管道所使用的电动阀门，在使用过程中容易出现水锤现象和阀门电动装置运行时间过长的现象。现对以上两种现象具体介绍一下。

水锤现象：在油品输送过程中突然开阀或关阀，在管道中就会出现水锤现象，尤其是液体，由运动突然变为停止时，产生水锤的可能性更大，处于流动状态的液体，当阀门突然关闭时，紧邻阀门的液体首先停止流动，液体被压缩，其动能转化为压能（即水锤压力），接着离阀门稍远的液体也停止流动，液体被压缩并产生增压，这样就形成一个被压缩油层高压区和未被压缩的低压区分界面，以速度C从阀门处向上游方向传递，C为水锤波传播速度，其值为液体中的声速，大约在1000～1500m/s之间。液体波沿着管道传播，增压值迭加在原来的液体上，这就是水锤的主要特征。一个完整的水锤包括：水锤受压、水锤释放、水锤恢复等过程，并伴随水锤能量通过管道释放。当阀门迅速关闭时，管内流速急剧下降，压强迅速上升，称为正水锤。正水锤可能使管道爆裂。而当阀门迅速开启时，管内流速急剧上升，压强迅速下降，称为负水锤。负水锤可使管道产生真空和汽蚀，使管道变形。

阀门电动装置运行时间过长的现象：由于阀门自身的载荷特点和有别于其它设备的特殊工况条件，所以阀门电动装置使用的电机也不同于普通电机，是阀门电动装置专用电机。由于阀门的操作是断续性的短时工作制,因而阀门专用电机的工作时间按国家标准规定为10min,有的国外产品时间为15min。如果阀门电动装置运行时间过长，会使电机温度升高，直至烧毁，因此，阀门电动装置为短时工作装置。

针对上述问题，目前有一些应对措施，例如为了防止水锤现象的发生，在主阀管道上并联一个旁通阀管道，或者在阀前安装调压井、设置水锤消除器、设空气缸等措施，来达到避免水锤现象的目的，但是，这些措施都是会增加许多成本，非常不经济。还例如为了满足阀门电动装置短时工作制的要求，可以采取增加阀门电动装置电机规格的手段，不过，这样不但增加生产成本，而且使阀门电动装置增加了重量，增加了运输成本。

发明内容

本发明的主要目的就是要解决以上问题，提供一种控制阀门开启和关闭速度的方法及其装置，避免水锤现象和阀门电动装置的电机烧毁问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种缓速型电动阀门的控制方法，由控制箱控制电动阀门动作，在控制箱中设置有动力电源、控制电源、控制操作开关、脉动时间继电器、继电器；其中，控制电源为低压直流电源，通过降压整流电路从所述动力电源得到；通过所述控制操作开关利用该控制电源控制所述继电器的动作；所述动力电源通过该继电器接到电动阀门；并且，在所述控制操作开关与所述继电器之间还接有脉动时间继电器，即所述控制操作开关通过脉动时间继电器控制所述继电器的动作，且该脉动时间继电器可调节脉动时间间隔。这样的设计可以使控制电动阀门电机的继电器在脉动时间继电器的控制下动作，由于脉动时间继电器可以调节接通和断开的比例，所以控制电动阀门电机的继电器是一种间歇式的输出，使电动阀门电机间歇式运转，从而可以减缓阀门的开/关阀动作，避免水锤现象，还能避免阀门电机长时间持续运转，满足阀门电机短时工作制要求。

所述脉动时间继电器采用机械式脉动时间继电器。机械式脉动时间继电器是常见的、成熟的脉动时间继电器。

所述脉动时间继电器采用电子式脉动时间继电器，该脉动时间继电器由555时基芯片和中间继电器，及其外围电路构成，其中555时基芯片的1脚接地线，2脚和6脚连接并经1μF的电容接地，3脚作为输出经偏置电阻R3接功率开关三极管Q1的控制端，4脚和8脚接所述控制电源正极，5脚经10nF的电容接地，6脚和7脚之间接300K电位器R2，7脚和所述控制电源正极之间接1000K电位器R1，所述中间继电器作为功率开关三极管Q1的负载。该脉动时间继电器成本低，调节范围大。

所述控制操作开关包含手动操作开关和自动操作开关，其中自动操作开关由PLC控制。由于采用PLC控制可以实现远程控制。

所述控制操作开关含有快速和慢速两种模式，其中，快速模式为控制操作开关直接控制所述继电器的动作，慢速模式为控制操作开关通过脉动时间继电器控制所述继电器的动作。快速模式可提高调试阶段的工作效率。

对于小型的电动阀门，其控制装置中可以用上述脉动时间继电器代替上述继电器，直接控制电动阀门的电机。

本发明的有益效果：在电动阀门的控制电路中加装脉动时间继电器，由于脉动时间继电器可以调节接通和断开的时间间隔，并且接通和断开交替持续进行，所以可以通过脉动时间继电器来调节电动阀门开启和关闭的速度，从而可避免水锤现象。另外，由于给电动阀门的动力电是间歇供给的，避免了长时间持续接通阀门电机的情况，从而可避免阀门电机烧毁的现象。

附图说明

图1为本发明一种缓速型电动阀门的控制方法的结构框图。

图2为本发明采用的一种电子式脉动时间继电器的电路图。

图3为本发明的一种缓速型电动阀门的控制装置的优选实施例。

图4为图3所示实施例与实际的电动阀门连接的示意图。

图5为本发明一种缓速型电动阀门的控制方法的另一种结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作具体描述。

本发明是在电动阀门的控制箱中增加脉动时间继电器来降低电动阀门启闭的速度（如图1），电动阀门的控制箱中包括动力电源、控制电源、控制操作开关、继电器。其中，控制电源为低压直流电源，该控制电源给控制操作开关、继电器等提供工作电源。控制电源通过电源电路从动力电源得到，电源电路是降压、整流电路，对交流的动力电源降压、整流后得到低压直流的控制电源。控制操作开关通过继电器来控制动力电源接到电动阀门的电机，从而启闭阀门。本发明中，在控制操作开关与继电器之间增加脉动时间继电器，控制操作开关通过脉动时间继电器来控制继电器的动作，由于脉动时间继电器可以调节脉动时间的间隔，相应地继电器断续地接通电动阀门的电机，从而可使电动阀门开启和关闭动作的平均速度降低。控制操作开关做出开启或关闭阀门的信号，该信号先给脉动时间继电器，脉动时间继电器做出间歇的开启或关闭阀门的信号，此信号再输送给控制电动阀门电机动力电的继电器，从而继电器的控制输送给电动阀门电机的动力电也是间歇的，使阀门开启和关闭的速度减缓。

脉动时间继电器可以采用机械式脉动时间继电器，如DH48S-S。也可以采用电子式脉动时间继电器。电子式脉动时间继电器可采用如图2所示的由时基芯片555和中间继电器构成的电子式脉动时间继电器，其中555时基芯片的1脚接地线，2脚和6脚连接并经1μF的电容接地，3脚作为输出经偏置电阻R3接功率开关三极管Q1的控制端，4脚和8脚接所述控制电源正极，5脚经10nF的电容接地，6脚和7脚之间接300K电位器R2，7脚和所述控制电源正极之间接1000K电位器R1，所述中间继电器作为功率开关三极管Q1的负载。通过调节电路中的电位器R1和R2，可调节3脚输出的占空比以及频率，从而可调节中间继电器的脉冲动作。

图3是采用机械式脉动时间继电器的一套缓速型电动阀门的控制装置，该装置中的脉动时间继电器采用DH48S-S；并且设有手动/自动切换按钮，当切换到自动时，控制操作由PLC完成；还设有快速和慢速模式，快速模式用于调试阶段，慢速模式用于使用阶段。快速模式时，脉动时间继电器DH48S-S不起作用，操作开关直接控制为电动阀门电机供电的继电器，在调试或管道空载时为了快速开关阀门，使用快速模式。慢速模式时，装置中为电动阀门电机供电的继电器通过脉动时间继电器DH48S-S的控制做间歇式动作，使整个开关阀过程平均速度降低，达到开关阀门过程中防止水锤现象发生的目的，并且通过电动阀门的间歇运行，可以避免电动阀门的电机长时间运行，防止电机温度上升，进而使电动阀门的使用寿命延长。图中各器件的说明如表1所示。其中手动开关SA切换手动/自动，SA1切换快速/慢速模式。将各器件安装在控制箱中，将控制箱与电动阀门连接（如图4所示），该电动阀门由阀门电动装置1、蜗轮减速箱2、阀门3组成，控制箱4通过连接电缆5与阀门电动装置1连接。

表1

具体控制原理如下：

1.手动、快速时的控制过程：当手动/自动转换开关SA切换到手动状态，快速/慢速转换开关SA1在快速状态时（闭合），按下开阀按钮开关SO,中间继电器KM1吸合，并自锁，常开触点KM1闭合，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO1断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止。当按下关阀按钮开关SC,中间继电器KM2吸合，并自锁，常开触点KM2闭合，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC1断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止。当需要电动阀门在中间位置停止时，按下停止按钮开关SS，电动阀门将立刻停止。

2.手动、慢速时的控制过程：当手动/自动转换开关SA切换到手动状态，快速/慢速转换开关SA1在慢速状态时（断开），按下开阀按钮开关SO,中间继电器KM1吸合，并自锁，常开触点KM1闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KO上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器延时触点KM4按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO1断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止。当按下关阀按钮开关SC,中间继电器KM2吸合，并自锁，常开触点KM2闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KC上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器延时触点KM4按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC1断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止。当需要电动阀门在中间位置停止时，按下停止按钮开关SS，电动阀门将立刻停止。

3.自动、快速时的控制过程：当手动/自动转换开关SA切换到自动状态，即为远控PLC控制状态（PLC是可编程控制器6），在PLC控制状态下，通过设定SA2为开点或闭点来决定电动阀门处于何种工作状态，当SA2为开点时，电动阀门处于快速工作状态，通过PLC控制触点K1闭合，中间继电器KM1吸合，常开触点KM1闭合，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO1断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止。当SA2为闭点时，电动阀门处于慢速工作状态，通过PLC控制触点K2闭合，中间继电器KM2吸合，常开触点KM2闭合，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC1断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止。

4.自动、慢速时的控制过程：当手动/自动转换开关SA切换到自动状态，即为远控PLC控制状态（PLC是可编程控制器6），在PLC控制状态下，通过设定SA2为开点或闭点来决定电动阀门处于何种工作状态。当SA2为闭点时，电动阀门处于快慢速工作状态，通过PLC控制触点K1闭合，中间继电器KM1吸合，常开触点KM1闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KO上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器延时触点KM4按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO1断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止。当SA2为闭点时，电动阀门处于慢速工作状态，通过PLC控制触点K2闭合，中间继电器KM2吸合，常开触点KM2闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KC上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器延时触点KM4按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC1断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止。

对于小型的、简单的电动阀门控制可以用脉动时间继电器直接控制电动阀门电机，其原理如图5所示。

Claims

1.一种采用脉动时间继电器的缓速型电动阀门的控制装置，由控制箱控制电动阀门动作，在控制箱中设置有动力电源、控制电源、控制操作开关、继电器；其中，控制电源为低压直流电源，通过降压整流电路从所述动力电源得到；利用该控制电源通过所述控制操作开关控制所述继电器的动作；所述动力电源通过所述继电器接到电动阀门；其特征在于，所述控制操作开关包括手动/自动切换按钮SA、可编程控制器PLC，当切换到自动时，控制操作由可编程控制器PLC完成，还包括快速和慢速模式转换开关SA1，开阀按钮开关SO，关阀按钮开关SC，停止按钮开关SS，以及行程限位开关LSO、LSC；所述继电器包括脉动时间继电器KM4，中间继电器KM1、KM2、KM3，继电器KO和继电器KC；该装置具有如下工作模式：

1）手动、快速时的控制模式，当手动/自动转换开关SA切换到手动状态，快速/慢速转换开关SA1在快速状态时，按下开阀按钮开关SO，中间继电器KM1吸合并自锁，其常开触点闭合，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止；当按下关阀按钮开关SC，中间继电器KM2吸合并自锁，其常开触点闭合，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止；当需要电动阀门在中间位置停止时，按下停止按钮开关SS，电动阀门立刻停止；

2）手动、慢速时的控制过程，当手动/自动转换开关SA切换到手动状态，快速/慢速转换开关SA1在慢速状态时，按下开阀按钮开关SO，中间继电器KM1吸合并自锁，其常开触点闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KO上的脉动时间继电器KM4的延时触点开始工作，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器KM4的延时触点按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止；当按下关阀按钮开关SC，中间继电器KM2吸合并自锁，其常开触点闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KC上的脉动时间继电器KM4的延时触点开始工作，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器KM4的延时触点按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止；当需要电动阀门在中间位置停止时，按下停止按钮开关SS，电动阀门立刻停止；

3）自动、快速时的控制过程，当手动/自动转换开关SA切换到自动状态，即为远控可编程控制器PLC控制状态，通过设定可编程控制器PLC转换触点SA2为开点或闭点来决定电动阀门处于何种工作状态，当SA2为开点时，电动阀门处于快速工作状态，通过可编程控制器PLC控制触点K1闭合，中间继电器KM1吸合，其常开触点闭合，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止；当SA2为闭点时，电动阀门处于慢速工作状态，通过可编程控制器PLC控制触点K2闭合，中间继电器KM2吸合，其常开触点闭合，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止；

4）自动、慢速时的控制过程，当手动/自动转换开关SA切换到自动状态，即为远控可编程控制器PLC控制状态，通过设定可编程控制器PLC转换触点SA2为开点或闭点来决定电动阀门处于何种工作状态，当SA2为闭点时，电动阀门处于慢速工作状态，通过可编程控制器PLC控制触点K1闭合，中间继电器KM1吸合，其常开触点闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KO上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KO吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向开阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器KM4延时触点按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全开时，行程限位开关LSO断开，使开阀控制电路切断，开阀工作停止；当SA2为闭点时，电动阀门处于慢速工作状态，通过可编程控制器PLC控制触点K2闭合，中间继电器KM2吸合，其常开触点闭合，脉动时间继电器KM4得电，串于继电器KC上的脉动时间继电器延时触点KM4开始工作，继电器KC吸合，接通电机M的电源，电动装置带动阀门向关阀方向运转，在运转过程中，脉动时间继电器KM4延时触点按设定的通断时间，使电动阀门间歇运行，达到缓速运行的目的，当运转到阀门全关时，行程限位开关LSC断开，使关阀控制电路切断，关阀工作停止。