CN104075011A - 管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法，计算机经通信接口依次与阀门驱动控制机构、阀门开度标示物串接组成前向开环控制系统；计算机经通信接口与超声波角度测量机构、阀门开度标示物连接构成阀门开度闭环反馈控制系统。控制方法：首先获得阀门开度标示物零角度位置到超声波发射器的初始距离，然后使阀门开关和阀门开度标示物转动；超生波角度测量机构向阀门开度标识物发送并接收超生波信号，经单片机计算，获得阀门旋转后的阀门开度标示物到超声波发射器之间的距离和阀门的旋转角度，然后与已发送的阀门开度角度信号比较，如有误差则进行开度微调控制，实现阀门开度闭环控制。本发明结构简单，可有效提高阀门精确开度控制。

Description

管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

工业现场的阀门开度需进行监控和控制。目前，许多管道内流体流量通过控制阀门开度自动调节，流量调节阀除开关阀外，阀门开度控制多为在一定角度范围内直接控制，以达到期望的开度，控制系统是开环控制。现有技术中的这种开环控制最大的缺陷是没有反馈信息，不知道通过自动控制调节的阀门开度是否达到要求，尤其是不能实现远程控制和观测，因此不能对阀门进行精确控制和有效把握。实践中很多情况下要对细小管线上的阀门和特大管径大流量阀门进行开度精确控制，但采用现有技术更加难以调节和实现，因此有必要对阀门的开度实现非接触或远距离测量监控，实现闭环信息反馈辅以微调控制系统，以提高阀门精确开度。但到目前还没有一种管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法问世。

发明内容

本发明公开了一种管道阀门开度闭环反馈控制系统及控制方法，计算机依据所需阀门开度向阀门自动控制系统发送控制信号使阀门打开，同时控制超生波测距系统向阀门开度旋转标识物发送超生波信号并接收其反射回的超生波信号，根据超生波信号计算出阀门的旋转角度，然后与所需阀门开度角度信号相比较，进行开度微调控制,使之达到所需阀门精确开度。本发明有效克服了现有的技术存在的缺少阀门开度反馈信息，不能实现远程控制和观测，不能有效控制开度精确度的缺陷。

本发明技术方案是这样实现的：

一种管道阀门开度闭环反馈控制系统，包括计算机、通信接口、阀门驱动控制机构、阀门开度标示物、超声波角度测量机构；计算机通过通信接口依次与阀门驱动控制机构、阀门开度标示物串接组成，构成前向开环控制系统；计算机通过通信接口与超声波角度测量机构、阀门开度标示物连接构成阀门开度闭环反馈控制系统；

所述的阀门驱动控制机构，包括阀门开关、阀门开度标示物；阀门驱动机构控制阀门开关和阀门开度标示物转动；

所述的超声波角度测量机构包括单片机和超声波发射器。

管道阀门开度闭环反馈控制系统的控制方法：

计算机开机，首先获得阀门开度零角度位置时阀门开度标示物到超声波发射器的初始距离，然后计算机依据所需阀门开度向阀门驱动控制机构发送控制信号，阀门驱动机构控制阀门开关和阀门开度标示物转动；计算机同时控制超生波角度测量机构向阀门开度标识物发送超生波信号并接收其反射回的超生波信号，由超生波角度测量机构的单片机计算，获得阀门旋转后的阀门开度标示物到超声波发射器之间的距离和阀门的旋转角度，然后发送给计算机，与已发送的阀门开度角度信号相比较，如果有误差则通过计算机进行开度微调控制。

所述的旋转后的阀门开度标示物到超声波发射器之间的距离为：s＝v·Δt/2   (1)

式中s为被测超声波传播的距离，ν为超声波传播速度，Δt为超声波传播的往返时间。所述的阀门开关的旋转角度为： $\mathrm{\θ}=\arccos \frac{r^2+{(r+s_0)}^2-s_1^2}{2r(r+s_0)}---\left(2\right)$

式中r为半径，s₀为超声波发射器到阀门开度标示物初始位置之间的距离，s₁为阀门旋转后超声波发射器到阀门开度标示物之间的距离。

本发明结构简单、实施方便，克服了直接前馈开环控制的弊端，可实现阀门开度非接触远距离监控测量，而且可以通过微调控制系统，提高阀门精确开度控制。

附图说明

图1为本发明管道阀门开度闭环反馈控制系统结构示意图；

图2是本发明阀门角度测量示意图。

1、阀门开关；2、阀门开度标示物；3超声波发射器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

管道阀门开度闭环反馈控制系统结构如图1所示，包括计算机、阀门驱动控制机构、阀门开度标示物2、超声波角度测量机构；计算机通过通信接口依次与阀门驱动控制机构、阀门开度标示物2的串接组成，构成前向开环控制系统；计算机通过通信接口与阀门开度标示物2、超声波角度测量机构连接构成开度信息反馈系统。

管道阀门开度闭环反馈控制系统的控制方法如下：

计算机通过通信接口向阀门驱动控制机构和超生波角度测量机构发送控制信号，阀门驱动控制机构根据控制信号自动调节阀门开关1的开度，并使阀门开度标示物2随阀门开关1一起旋转；超生波角度测量机构先测出阀门开关1的零开度角度初始标示物位置到超生波发射器的距离，再测出阀门开关旋转后阀门开度标示物2的标示位置，超生波角度测量机构的单片机根据距离信息计算出阀门旋转的角度，将角度信号通过通信接口传送回计算机，实现闭环控制。计算机将收到的信号与已发送的阀门开度角度信号相比较，如果有误差则通过计算机进行开度微调控制。

所述的阀门角度测量机构为单片机控制系统，其超声波角度测量机理如图2所示：图中阀门开关1、半径为r，阀门开度标示物2，超声波发射器3。超声波发射器3到阀门开度标示物2的初始位置的距离为s₀，阀门开关1从初始位置旋转了角度θ，旋转后超声波发射器3到阀门开度标示物2的距离为s₁，根据公式(1)，单片机可计算s₀,s₁值。

由阀门开关半径，超声波发射器3到阀门开度标示物2初始位置和旋转后的位置的距离s₀,s₁均已知，则阀门从初始位置旋转了角度θ可由三边均已知的三角函数关系求得，即：

$\mathrm{\θ}=\arccos \frac{r^2+{(r+s_0)}^2-s_1^2}{2r(r+s_0)}---\left(2\right)$

则超生波角度测量机构的单片机由公式(2)计算得到阀门旋转角度，并将此角度信号反馈到计算机，与已发送的控制阀门开度的角度相比较，如果有误差则进行开度微调控制，实现闭环反馈控制的目的。如现场阀门开度状态发生变化，也可以获得开度变化值，起到管道阀门开度状态监控的作用。

本发明结构简单，方便实用，可实现工业管道阀门开度调节与高精度控制。

Claims (4)

1.一种管道阀门开度闭环反馈控制系统，包括计算机、阀门驱动控制机构、阀门开度标示物、超声波角度测量机构；其特征在于：计算机通过通信接口依次与阀门驱动控制机构、阀门开度标示物串接，构成前向开环控制系统；计算机通过通信接口与阀门开度标示物、超声波角度测量机构连接构成阀门开度闭环反馈控制系统；

所述的阀门驱动控制机构，包括阀门开关、阀门开度标示物；阀门驱动机构控制阀门开关和阀门开度标示物转动；

所述的超声波角度测量机构包括单片机和超声波发射器。

2.根据权利要求1所述的管道阀门开度闭环反馈控制系统的控制方法，其特征在于：

计算机开机控制超声波发射器，首先获得阀门开度标示物零角度位置时阀门到超声波发射器的初始距离，然后计算机依据所需阀门开度向阀门驱动控制机构发送控制信号，阀门驱动机构控制阀门开关和阀门开度标示物转动；计算机再次控制超生波角度测量机构向转动后的阀门开度标识物发送超生波信号并接收其反射回的超生波信号，由超生波角度测量机构的单片机计算，获得阀门旋转后的阀门开度标示物到超声波发射器之间的距离和阀门的旋转角度，然后发送给计算机，与已发送的阀门开度角度信号相比较，如果有误差则通过计算机进行开度微调控制。

3.根据权利要求2所述的管道阀门开度闭环反馈控制系统的控制方法，其特征在于：所述的旋转后的阀门开度标示物到超声波发射器之间的距离为：s＝v·Δt/2   (1)

式中s为被测超声波传播的距离，ν为超声波传播速度，Δt为超声波传播的往返时间。

4.根据权利要求2所述的管道阀门开度闭环反馈控制系统的控制方法，其特征在于：

所述的阀门开关的旋转角度为： $\mathrm{\θ}=\arccos \frac{r^2+{(r+s_0)}^2-s_1^2}{2r(r+s_0)}---\left(2\right)$ 式中r为半径，s₀为超声波发射器到阀门开度标示物初始位置之间的距离，s₁为阀门旋转后超声波发射器到阀门开度标示物之间的距离。