CN104615066A - 一种基于调节阀的智能控制系统 - Google Patents

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江金鱼
杨春杰
袁焕
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Abstract

本发明涉及调节阀的开度控制技术领域，尤其是一种基于调节阀的智能控制系统，它由人机交互模块、算法处理模块、通讯管理模块、PLC控制模块、信号输出模块和信号采集模块以及数据存储模块组成，本发明通过信号采集模块，采集调节阀执行阀杆的行程位置信号，通过PLC控制模块，将该信号与人机交互模块中设定的目标指令信号进行比较，然后通过信号输出模块向伺服阀发出信号指令，从而达到通过控制伺服阀来控制调节阀的目的，本发明与传统的阀门控制系统相比，明显的具有控制精度高，能够达到实时、快速控制的效果，并且抗干扰能力强。

Description

一种基于调节阀的智能控制系统
技术领域
本发明涉及调节阀的开度控制技术领域，尤其是一种基于调节阀的智能控制系统。
背景技术
    由于调节阀是通过阀门开度来控制该阀门所处管道内流体的流量或压力，因而对其开度的准确控制就决定了管道内流体流量或压力控制。目前用于各种阀门的控制技术部分还在采用纯手工机械调节方式，也有采用气动或电动驱动方式。通过人工扳动调节阀上旋转手盘来控制该阀的开度大小，这不仅增加了大量的劳动量且还不能满足某些场合中对流量或压力的准确、实时调节的要求。虽然有些阀门是通过电动或汽动工作方式来实现调节阀门的开度调节，但对于一些大管径阀门调节则存在较长时间的调节过程，且增加了控制的不稳定性和复杂性，因此难以满足快速、准确的要求。与此同时，现有的调节阀控制系统大多集成在一个控制柜中，一般而言，控制方案上采用上位机触摸屏控制器和下位机PLC控制器相结合的方式进行控制操作，但是控制系统大多数未对上位机和下位机在工艺上和防护等级上作出特殊处理，致使上位机在正常工作时操作界面显示不清，不便于人机交互操作，而且在运行或运输过程中上位机容易因为意外触碰而出现损伤；同时下位机系统容易受外界工作环境影响，抗干扰能力差。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有的阀门控制系统复杂，控制精度不高，控制稳定速度慢，容易受外界环境干扰的问题，提供一种基于调节阀的智能控制系统。
本发明的具体方案是：一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：包括有以下控制模块：
 人机交互模块：基于由触摸屏控制器或远程DCS构成的人机界面，用于给调节阀设定目标指令，实现系统运行过程中的人机交互；
算法处理模块：用于对人机界面下发的信号指令，进行定值判断和逻辑判断，定值判断：判断下发的指令数据是否为定值数据，如果是则通过存储管理模块返回人机界面，如果不是则进行逻辑控制；逻辑判断：如果下发的指令为逻辑控制指令则进行界面逻辑管理，如果不是逻辑控制指令则进入通讯管理模块；
通讯管理模块：用于人机交互模块与PLC控制模块之间信息的交互和不同通讯协议的转换；
PLC控制模块：PLC控制模块通过通讯管理模块接收到来自于算法处理模块的目标指令，将从信号采集模块采集到的模拟信号与接收到的目标指令信号进行比较，如果两个信号不一致则返回通讯管理模块，通过通讯管理模块与人机交互模块进行信息交互，如果两个信号一致则转到信号输出模块；
信号输出模块：用于将目标指令发送给执行机构，所述执行机构包括伺服阀和执行阀杆，信号输出模块给伺服阀发送目标指令，使伺服阀维持一定开度，从而使伺服油缸内的液压油维持一相对压力，该压力可使执行阀杆处于一个对应的行程位置；
信号采集模块：通过通讯管理模块分别与PLC控制模块和与人机交互模块进行信息交互，信号采集模块主要由信号采集单元和信号转换单元组成，所述信号采集单元由行程传感器组成，行程传感器安装在执行阀杆上，用于采集执行阀杆的行程位置；所述信号转换单元由行程传感变送器组成，用于将来自于行程传感器的非标准模拟信号转化成标准的4-20ma模拟信号；
数据存储模块：用于将通讯管理模块返回的数据信号存储到人机交互模块的实时数据库之中。
本发明中由所述控制模块所集成的控制系统安装于一控制柜之中，所述控制柜具有长方体状密闭结构，在控制柜的前侧设有一前门，前门上安装触摸屏控制器，触摸屏控制器的下方的前门门板上装有若干指示灯，所述人机交互模块、算法处理模块和通讯管理模块以及数据存储模块均集成在触摸屏控制器中；所述控制柜内部的背板上从上往下分别布置装有下位机PLC控制器和与PLC控制器构成驱动连接的继电器、空气开关、切换按钮、开关电源和行程传感变送器以及UPS电源，所述PLC控制模块、信号采集模块、信号输出模块均集成在PLC控制器上。
本发明中所述触摸屏控制器上设有多路RS485接口，触摸屏控制器的外壳采用铝合金或不锈钢材料，面板防护等级为IP65，宽电压设计，具有正反接保护功能，所述通讯管理模块针对RS485接口实现多路Modbus协议通讯管理。
本发明中所述控制柜的顶部装有排风扇，控制柜柜顶的前侧装有灯罩，灯罩中安装有日光灯，控制柜的前门和侧门的门板上均开设有百叶窗。
本发明中所述触摸屏控制器与远程DCS之间设有切换按钮。
本发明通过信号采集模块，采集调节阀执行阀杆的行程位置信号，通过PLC控制模块，将该信号与人机交互模块中设定的目标指令信号进行比较，然后通过信号输出模块向伺服阀发出信号指令，从而达到通过控制伺服阀来控制调节阀的目的，由上所述，本发明与传统的阀门控制系统相比，不仅在控制方案上作出了改进，使得整个控制系统明显的具有控制精度高，能够达到实时、快速控制的效果，而且本发明对上位机人机界面在工艺上和防护上作出了特殊的处理，方便了整个控制系统的操作和运输，与此同时本发明采用了工业级PLC控制器，使得整个系统运行更加稳定，抗干扰能力强，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明的控制流程图；
图2是本发明的控制原理方框图；
图3是本发明控制柜背板上的元件布局图；
图4是本发明控制柜前门上的元件布局图；
图5是本发明控制柜的俯视示意图。
图中：1—控制柜，2—前门，3—触摸屏控制器，4—指示灯，5—背板，6—PLC控制器，7—继电器，8—空气开关，9—切换按钮，10—开关电源，11—行程传感变送器，12—UPS电源，13—排风扇，14—灯罩，15—日光灯，16—百叶窗，17—线槽，18—接线端子。
具体实施方式
    参见图1-5，本发明包括有以下控制模块：
人机交互模块：基于由触摸屏控制器3或远程DCS构成的人机界面，用于给调节阀设定目标指令，实现系统运行过程中的人机交互；
算法处理模块：用于对人机界面下发的信号指令，进行定值判断和逻辑判断，定值判断：判断下发的指令数据是否为定值数据，如果是则通过存储管理模块返回人机界面，如果不是则进行逻辑控制；逻辑判断：如果下发的指令为逻辑控制指令则进行界面逻辑管理，如果不是逻辑控制指令则进入通讯管理模块；
通讯管理模块：用于人机交互模块与PLC控制模块之间信息的交互和不同通讯协议的转换；
PLC控制模块：PLC控制模块通过通讯管理模块接收到来自于算法处理模块的目标指令，将从信号采集模块采集到的模拟信号与接收到的目标指令信号进行比较，如果两个信号不一致则返回通讯管理模块，通过通讯管理模块与人机交互模块进行信息交互，如果两个信号一致则转到信号输出模块；
信号输出模块：用于将目标指令发送给执行机构，所述执行机构包括伺服阀和执行阀杆，信号输出模块给伺服阀发送目标指令，使伺服阀维持一定开度，从而使伺服油缸内的液压油维持一相对压力，该压力可使执行阀杆处于一个对应的行程位置；
信号采集模块：通过通讯管理模块分别与PLC控制模块和人机交互模块进行信息交互，信号采集模块主要由信号采集单元和信号转换单元组成，所述信号采集单元由行程传感器组成，行程传感器安装在执行阀杆上，用于采集执行阀杆的行程位置；所述信号转换单元由行程传感变送器11组成，用于将来自于行程传感器的非标准模拟信号转化成标准的4-20ma模拟信号；
数据存储模块：用于将通讯管理模块返回的数据信号存储到人机交互模块的实时数据库之中。
参见图3、图4、图5，本实施例中由所述控制模块所集成控制系统安装于一控制柜1之中，所述控制柜1具有长方体状密闭结构，在控制柜1的前侧设有一前门2，前门2上安装触摸屏控制器3，触摸屏控制器3的下方的前门2门板上装有若干指示灯4，所述人机交互模块、算法处理模块和通讯管理模块以及数据存储模块均集成在触摸屏控制器3中；所述控制柜1内部的背板5上从上往下分别布置装有下位机PLC控制器6和与PLC控制器6构成驱动连接的继电器7、空气开关8、切换按钮9、开关电源10和行程传感变送器11以及UPS电源12，所述PLC控制模块、信号采集模块、信号输出模块均集成在PLC控制器6上。
本实施例中所述触摸屏控制器3是基于ARM+WindowsCE为平台而设计的触摸屏控制器，触摸屏控制器3上设有多路RS485接口，触摸屏控制器3的外壳采用铝合金或不锈钢材料，面板防护等级为IP65，宽电压设计，具有正反接保护功能，所述通讯管理模块可针对RS485接口实现多路Modbus协议通讯管理。
本实施例中所述控制柜1的顶部装有排风扇13，控制柜1柜顶的前侧装有灯罩14，灯罩14中安装有日光灯15，参见图5，控制柜1的前门2和侧门的门板上均开设有百叶窗16,参见图4。
本实施例中所述控制柜1的背板5上设有线槽17和接线端子18，参见图3。
本实施例中所述行程传感器变送器11将行程传感器的非标准模拟信号转化成标准的4-20ma模拟信号，并具备手动校准功能和宽范围的量程。
本实施例中所述的UPS电源12为系统提供失电保护功能，在失电状态时维护系统的正常运行，参见图3。
本实施例中所述开关电源10设有两个，参见图3，开关电源10是将220V交流电转化成24V直流电，为系统提供双电源保护。
参见图2，本发明的具体工作模式如下：所述PLC控制器6具有两路RS485接口，可同时连接远程DCS和触摸屏控制器3，通过切换按钮实时切换调节阀远程和本地的控制方式。当PLC控制器6接收到本地或远程的目标值后，通过内部程序计算会向伺服阀输出一个“控制输出”信号，该信号值可以控制伺服阀维持一定开度，从而使伺服油缸内的液压油维持一相对压力，该压力可使执行阀杆处于一个对应的行程位置，该执行阀杆同时也会带动安装其上的行程传感器运行一个对应位置，此时控制柜1内的PLC控制器6就会通过行程传变送器11采集到该位置信号，再将该位置信号与远程或本地的目标值进行比较，之后将比较结果输出给伺服阀，使伺服油缸的液压油驱动执行阀杆，使调节阀进一步向目标值靠近，同时行程传感器也不停地将执行阀杆的位置信息反馈到PLC控制器6内，如此循环，使调节阀的实际值最终与本地或远程的目标值达成一致。图中伺服阀的反馈值会将该阀的实际开度反馈给PLC控制器6，以判断在整个工作工程中伺服阀是否工作正常；同时PLC控制器6也会将其他的模拟量或数字量信号输出给触摸屏控制器3或远程DCS系统，以供用户查阅或控制。

Claims (5)

1.一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：包括有以下控制模块：
 人机交互模块：基于由触摸屏控制器或远程DCS构成的人机界面，用于给调节阀设定目标指令，实现系统运行过程中的人机交互；
算法处理模块：用于对人机界面下发的信号指令，进行定值判断和逻辑判断，定值判断：判断下发的指令数据是否为定值数据，如果是则通过存储管理模块返回人机界面，如果不是则进行逻辑控制；逻辑判断：如果下发的指令为逻辑控制指令则进行界面逻辑管理，如果不是逻辑控制指令则进入通讯管理模块；
通讯管理模块：用于人机交互模块与PLC控制模块之间信息的交互和不同通讯协议的转换；
PLC控制模块：PLC控制模块通过通讯管理模块接收到来自于算法处理模块的目标指令，将从信号采集模块采集到的模拟信号与接收到的目标指令信号进行比较，如果两个信号不一致则返回通讯管理模块，通过通讯管理模块与人机交互模块进行信息交互，如果两个信号一致则转到信号输出模块；
信号输出模块：用于将目标指令发送给执行机构，所述执行机构包括伺服阀和执行阀杆，信号输出模块给伺服阀发送目标指令，使伺服阀维持一定开度，从而使伺服油缸内的液压油维持一相对压力，该压力可使执行阀杆处于一个对应的行程位置；
信号采集模块：通过通讯管理模块分别与PLC控制模块和与人机交互模块进行信息交互，信号采集模块主要由信号采集单元和信号转换单元组成，所述信号采集单元由行程传感器组成，行程传感器安装在执行阀杆上，用于采集执行阀杆的行程位置；所述信号转换单元由行程传感变送器组成，用于将来自于行程传感器的非标准模拟信号转化成标准的4-20ma模拟信号；
数据存储模块：用于将通讯管理模块返回的数据信号存储到人机交互模块的实时数据库之中。
2.根据权利要求1所述的一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：由所述控制模块所集成的控制系统安装于一控制柜之中，所述控制柜具有长方体状密闭结构，在控制柜的前侧设有一前门，前门上安装触摸屏控制器，触摸屏控制器的下方的前门门板上装有若干指示灯，所述人机交互模块、算法处理模块和通讯管理模块以及数据存储模块均集成在触摸屏控制器中；所述控制柜内部的背板上从上往下分别布置装有下位机PLC控制器和与PLC控制器构成驱动连接的继电器、空气开关、切换按钮、开关电源和行程传感变送器以及UPS电源，所述PLC控制模块、信号采集模块、信号输出模块均集成在PLC控制器上。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：所述触摸屏控制器上设有多路RS485接口，触摸屏控制器的外壳采用铝合金或不锈钢材料，面板防护等级为IP65，宽电压设计，具有正反接保护功能，所述通讯管理模块针对RS485接口实现多路Modbus协议通讯管理。
4.根据权利要求1所述的一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：所述控制柜的顶部装有排风扇，控制柜柜顶的前侧装有灯罩，灯罩中安装有日光灯，控制柜的前门和侧门的门板上均开设有百叶窗。
5.根据权利要求1所述的一种基于调节阀的智能控制系统，其特征是：所述触摸屏控制器与远程DCS之间设有切换按钮。
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