CN104832693A - 一种防堵塞智能阀门定位器及智能阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞智能阀门定位器及智能阀门，防堵塞智能阀门定位器，包括：用于与气源连接的气源净化单元；与所述气源净化单元连接用于控制阀门执行器的防堵塞电气转换单元；与所述防堵塞电气转换单元连接，用于向所述防堵塞电气转换单元发出控制信号的电路控制单元；与所述电路控制单元连接，用于检测阀门执行器的执行位置的位置反馈单元。智能阀门，包括防堵塞智能阀门定位器以及与所述防堵塞智能阀门定位器配合的阀门执行器。本发明实现智能化阀门定位，并能够有效避免因为气源污染而造成内部堵塞，特别适用于工业现场环境的过程控制。

Description

一种防堵塞智能阀门定位器及智能阀门

技术领域

本发明涉及阀门定位器领域，具体涉及一种防堵塞智能阀门定位器及智能阀门。

背景技术

阀门定位器是控制阀的主要附件，它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号，以控制器输出信号作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立了阀杆位移量与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。

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，大多采用电气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，以保证阀门的开启、关闭速度和调节过程中的响应能力。

然而，此类定位器由于采用精度很高的电气转换元件，内部气路长且孔径小，对气源质量有很高的要求。随着工业过程中供热、燃烧产生的烟尘增多，汽车尾气排放增多等各种原因，空气中颗粒物含量不断上升，导致目前的气动智能阀门定位器在经过一段时间的使用之后，会出现压电阀进气口或排气口堵塞而工作异常的现象。

公开号为CN101650555A(申请号为200910101852.9)的中国发明专利申请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，但是该智能定位器使用I/P转换单元，没有考虑到气源污染会造成的不良影响。

授权公告号CN103216664A(申请号为201310143943.5)的中国发明专利申请公开了一种智能阀门定位器，包括压电模块，压电模块包括具有进气口和出气口的进气腔室和用于密封或打开进气腔室的进气口的密封球，进气口为沿进气方向截面直径逐渐变大的锥形孔，密封球由复位弹簧支撑且可沿进气口的轴心线方向移动地设于进气口中，密封球的直径大于或等于进气口的最小截面直径且小于进气口最大处的截面直径，其中密封球由铝合金材料制成，具有更好的耐油，耐水及抗膨胀性能，因而使用寿命更长，压电模块就不会因进油进水问题而损坏，但是对于气源污染也没有提到好的解决办法。

发明内容

本发明提供了一种防堵塞智能阀门定位器及智能阀门，在具备当前定位器一般应用功能的前提下，能够有效避免因为气源污染而造成内部堵塞，特别适用于工业现场环境的过程控制。

一种防堵塞智能阀门定位器，包括：

用于与气源连接的气源净化单元；

与所述气源净化单元连接用于控制阀门执行器的防堵塞电气转换单元；

与所述防堵塞电气转换单元连接，用于向所述防堵塞电气转换单元发出控制信号的电路控制单元；

与所述电路控制单元连接，用于检测阀门执行器的执行位置的位置反馈单元。

本发明中，防堵塞智能阀门定位器与外接的气源连接，气源先将气源输入到气源净化单元进行净化，净化的气体传送到防堵塞电气转换单元，驱动防堵塞电气转换单元，防堵塞电气转换单元根据电路控制单元发出的控制信号执行操作，从而控制阀门执行器，位置反馈单元将阀门执行器的执行位置反馈给电路控制单元，实现智能化阀门定位，并且能够有效避免因气源污染而造成内部的堵塞。

以下作为本发明的优选结构：

所述的防堵塞智能阀门定位器，还包括：与所述气源净化单元连接用于清除气源净化单元内杂质的杂质清理单元，能在断电后将滤网拦截的颗粒物吸入并保留在内，可手动打开清理。

所述的气源净化单元包括：沿气源进入方向依次设置的纤维滤网、带负电的电栅、带正电的滤网以及碳质滤网。纤维滤网能过滤体积较大的微粒，如悬浮尘埃，微生物等。带负电的电栅和带正电的滤网能分别在电极作用下吸附反电极性的相关粒子。碳质滤网可吸收化学气体，当气体中含有化学成分时，碳质滤网可有效对其进行吸收，以保护后端电气设备。

所述的杂质清理单元，包括：依次连接的第一单向阀、密闭气路以及第二单向阀，所述的第一单向阀与所述气源净化单元(具体为纤维滤网、带负电的电栅或带正电的滤网，优选为带正电的滤网)连接，所述的第二单向阀与除杂质气源连接。除杂质气源采用高压的气体，具体可采用高压空气。采用第二单向阀用于与除杂质气源隔离二次保护。断电时，带正电的滤网和带负电的电栅都不带电，不具备吸附能力，因此，可以将带正电的滤网和带负电的电栅带电时吸附的相关粒子以及纤维滤网过滤的体积较大微粒等从进气口反方向吹出，因此，通过除杂质气源采用高压的气体，将气源净化单元吸附的颗粒物、微尘等从进气口反方向吹出，起到简单清理的作用。

所述的防堵塞电气转换单元可采用先导三通阀，所述的防堵塞电气转换单元包括：通过工作通道相互连通的气压输入通路、气压输出通路和排气通路，所述的工作通道设有连接杆，所述连接杆的一端固定有用于封闭所述气压输入通路和气压输出通路之间的工作通道的第一挡板，所述连接杆的另一端固定有用于封闭所述气压输出通路和排气通路之间的工作通道的第二挡板，所述的连接杆以及连接杆上的第一挡板和第二挡板通过压电执行器驱动。

压电执行器驱动连接杆以及连接杆上的第一挡板和第二挡板，第一种工作状态，第一挡板封闭气压输入通路和气压输出通路之间的工作通道，第二挡板未封住气压输出通路和排气通路之间的工作通道，则气压输出通路和排气通路相通，可通过排气通路排气。第二种工作状态，第一挡板未封闭气压输入通路和气压输出通路之间的工作通道，第二挡板封闭气压输出通路和排气通路之间的工作通道，则气压输入通路和气压输出通路相通，气压输入通路与阀门定位器相连，驱动阀门定位器。在第一种工作状态和第二种工作状态之间，可通过压电执行器控制气压输出通路的气量输出，达到对阀门定位器中的阀门开度的精密控制。

所述的气压输入通路、气压输出通路和排气通路与工作通道的连接处采用弧形面连接，避免杂质在气路内部拐角处沉积。

所述的气压输入通路与所述气源净化单元连接，所述的气压输出通路与阀门定位器连接，所述的压电执行器与所述电路控制单元连接，受控于电路控制单元。

所述的电路控制单元，包括：

信号采集电路；

与所述信号采集电路连接的微处理器(单片机)；

与所述微处理器连接的脉冲宽度调制(PWM)控制电路；

所述的脉冲宽度调制控制电路与所述防堵塞电气转换单元连接。

PWM控制电路作为电气转换控制电路。

所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器连接的键盘输入电路。可通过键盘输入电路向微处理器(单片机)输入控制信号。

所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器连接的液晶显示电路。可通过液晶显示电路显示微处理器(单片机)内的各个参数。

所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器(单片机)连接的电源电路。

所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器连接用于与其他控制终端连接的反馈输出电路。

所述的位置反馈单元包括角度位移传感器，探测阀门执行器中阀门阀杆的当前位置，并传输到电路控制单元。

一种智能阀门，包括防堵塞智能阀门定位器以及与所述防堵塞智能阀门定位器配合的阀门执行器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明中，气源净化单元，其将通过的气体进行过滤净化，并将杂质部分排放到可拆卸的杂质清理单元；防堵塞电气转换单元，其比普通的压电模块或喷嘴挡板具备更高的气体通过性；电路控制单元，其根据采集设定信号直和位置反馈单元的信息，调节防堵塞电气转换单元的气量输出，达到对阀门定位器中的阀门开度的精密控制。

本发明增加气源净化单元，改进使用了防堵塞电气转换单元，能有效防治空气中的颗粒物残留在定位器内部，达到长时间稳定使用的目的。

附图说明

图1为本发明智能阀门的基本结构示意图；

图2主要为本发明中气源净化单元的基本结构示意图；

图3主要为本发明中防堵塞电气转换单元的基本结构示意图；

图4主要为本发明中电路控制单元的基本结构示意图；

图5主要为本发明中杂质清理单元的基本结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种智能阀门，包括防堵塞智能阀门定位器(简称定位器，即图1框内部分)以及与防堵塞智能阀门定位器配合的阀门执行器。防堵塞智能阀门定位器，包括：用于与气源连接的气源净化单元1，气源首先输入到气源净化单元1；与气源净化单元1连接用于控制阀门执行器的防堵塞电气转换单元2；与防堵塞电气转换单元2连接，用于向防堵塞电气转换单元2发出控制信号的电路控制单元4；与电路控制单元4连接，用于检测阀门执行器的执行位置的位置反馈单元5；与气源净化单元1连接用于清除气源净化单元1内杂质的杂质清理单元3。

电路控制单元4接收外部设定信号后，调节防堵塞电气转换单元2的通气量，达到控制阀门开度的目的。气体在进入防堵塞电气转换单元2之前，经过气源净化单元1的过滤净化，能有效防治含颗粒物的污染气体进入防堵塞智能阀门定位器气路内部，避免造成气路堵塞或变小；位置反馈单元5对阀门当前位置进行信号采集，用以告知电路控制单元4是否需要继续控制电气调节。杂质清理单元3能在断电情况下打开，处理气源净化单元1截留下来的颗粒物。

如图2所示，气源净化单元1包括：沿气源进入方向依次设置的纤维滤网11、带负电的电栅12、带正电的滤网13以及碳质滤网14。纤维滤网11能过滤体积较大的微粒，如悬浮尘埃，微生物等。纤维滤网11能将颗粒物截留，并在聚集后导入杂质清理单元3方便排除。带负电的电栅12和带正电的滤网13能分别在电极作用下吸附反电极性的相关粒子。碳质滤网14可吸收化学气体，当气体中含有化学成分时，碳质滤网14可有效对其进行吸收，以保护后端电气设备。

如图3所示，为防堵塞电气转换单元2，可采用先导三通阀，防堵塞电气转换单元包括：通过工作通道24相互连通的气压输入通路21、气压输出通路22和排气通路23，工作通道24设有连接杆25，连接杆25的一端固定有用于封闭气压输入通路21和气压输出通路22之间的工作通道24的第一挡板26，连接杆25的另一端固定有用于封闭气压输出通路22和排气通路23之间的工作通道24的第二挡板27，连接杆25以及连接杆25上的第一挡板26和第二挡板27通过压电执行器28驱动。气压输入通路21、气压输出通路22和排气通路23与工作通道24的连接处均采用弧形面连接，避免杂质在气路内部拐角处沉积。气压输入通路21与气源净化单元1连接，气压输出通路22与阀门定位器连接，压电执行器28与电路控制单元4连接，压电执行器28受控于电路控制单元4，压电执行器28可采用压电陶瓷。

防堵塞电气转换单元2内壁结构全部采用圆弧型连接，即使在气源净化不彻底的情况下，亦能有效的防治颗粒物残留。而传统的电气转换单元尤其容易在直角转弯处累计颗粒物，当累积到一定程度时，便会影响气流的正常通过，对定位器定位效果产生影响或直接导致定位器损坏。

如图4所示，为电路控制单元4，包括：信号采集电路42；与信号采集电路42连接的微处理器45，微处理器45可采用单片机；与微处理器45连接的脉冲宽度调制(PWM)控制电路46；与微处理器45连接的键盘输入电路43；与微处理器45连接的液晶显示电路44；与微处理器45连接用于与其他控制终端连接的反馈输出电路47。脉冲宽度调制控制电路46与防堵塞电气转换单元2连接。可通过键盘输入电路43向微处理器45输入控制信号。可通过液晶显示电路44显示微处理器45内的各个参数。、

电路控制单元4接收外部4～20mA电流设定信号，电流信号一方面经过电源电路41，转化为电压信号3.3V供给单片机系统，转化为电压信号24V供给防堵塞电气转换单元2供电；另一方面电流信号经过信号采集电路42，在单片机内部读取为阀门位置设定值。微处理器45在读取到设定位置值后，通过控制PWM控制电路46，对防堵塞电气转换单元2进行开关调节，输出气体对阀门执行器进行操作。对阀门执行器动作的同时，位置反馈单元5会对阀杆位置进行信号采集，输入到信号采集电路42，当位置反馈信号值与设定信号一致时，单片机停止PWM调节，阀门即达到预设的位置。微处理器(即单片机)45停止操作后，会给反馈输出电路47当前位置信号，反馈输出电路47传递给远方控制台等上位机，告知目前阀门调节执行效果。键盘输入电路43及液晶显示器电路44能对定位器进行手动操作，用以需要人工干预的情况。

如图5所示，为杂质清理单元3，包括：依次连接的第一单向阀31、密闭气路33以及第二单向阀32，结合图2，第一单向阀31与气源净化单元1中带正电的滤网13连接，第二单向阀32与除杂质气源连接。除杂质气源采用高压的气体，具体可采用高压空气。采用第二单向阀32用于与除杂质气源隔离二次保护。断电时，带正电的滤网13和带负电的电栅12都不带电，不具备吸附能力，因此，可以将带正电的滤网13和带负电的电栅12带电时吸附的相关粒子以及纤维滤网11过滤的体积较大微粒等从进气口反方向吹出，因此，通过除杂质气源采用高压的气体，将气源净化单元吸附的颗粒物、微尘等从进气口反方向吹出，起到简单清理的作用。

由于本发明中的气源净化单元1在设备内部，并且需要保持气路的完整性与严密性，当其吸附到颗粒物后，不建议频繁拆开清理，所以本发明特别设置了杂质清理单元3。杂质清理单元3具有独立的控制拨片，当定位器工作在阀门开关控制状态时(气源净化单元1与防堵塞电气转换单元2处于工作状态)，杂质清理单元3禁止开启；而当定位器未处于阀门控制状态时(气源净化单元1与防堵塞电气转换单元2关闭)，可开启杂质清理单元3。杂质清理单元3包含两个单向阀(即第一单向阀31和第二单向阀32)，其中第一单向阀31连接于带正电的滤网13旁，通过高压空气后，能将其上吸附的颗粒物、微尘等从进气口反向吹出；第二单向阀32用以外部空气隔离二次保护，中间用密闭气路33连接。杂质清理单元3能在定位器日常应用时起到简单清理作用。

位置反馈单元5包括角度位移传感器，探测阀门执行器中阀门阀杆的当前位置，并传输到电路控制单元4。

本发明中，防堵塞智能阀门定位器与外接的气源连接，气源先将气源输入到气源净化单元1进行净化，净化的气体传送到防堵塞电气转换单元2，驱动防堵塞电气转换单元3，防堵塞电气转换单元3根据电路控制单元4发出的控制信号执行操作，从而控制阀门执行器，位置反馈单元5将阀门执行器的执行位置反馈给电路控制单元4，实现智能化阀门定位，并且能够有效避免因气源污染而造成内部的堵塞。

Claims (10)

1.一种防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，包括：

用于与气源连接的气源净化单元；

与所述气源净化单元连接，用于控制阀门执行器的防堵塞电气转换单元；

与所述防堵塞电气转换单元连接，用于向所述防堵塞电气转换单元发出控制信号的电路控制单元；

与所述电路控制单元连接，用于检测阀门执行器的执行位置的位置反馈单元。

2.根据权利要求1所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的气源净化单元包括：沿气源进入方向依次设置的纤维滤网、带负电的电栅、带正电的滤网以及碳质滤网。

3.根据权利要求1所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，还包括：与所述气源净化单元连接，用于清除气源净化单元内杂质的杂质清理单元。

4.根据权利要求3所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的杂质清理单元，包括：依次连接的第一单向阀、密闭气路以及第二单向阀，所述的第一单向阀与所述气源净化单元连接，所述的第二单向阀与除杂质气源连接。

5.根据权利要求1所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的防堵塞电气转换单元包括：通过工作通道相互连通的气压输入通路、气压输出通路和排气通路，所述的工作通道设有连接杆，所述连接杆的一端固定有用于封闭所述气压输入通路和气压输出通路之间的工作通道的第一挡板，所述连接杆的另一端固定有用于封闭所述气压输出通路和排气通路之间的工作通道的第二挡板，所述的连接杆以及连接杆上的第一挡板和第二挡板通过压电执行器驱动；

所述的气压输入通路与所述气源净化单元连接，所述的气压输出通路与阀门定位器连接，所述的压电执行器与所述电路控制单元连接。

6.根据权利要求5所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的气压输入通路、气压输出通路和排气通路与工作通道的连接处采用弧形面连接。

7.根据权利要求1所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的电路控制单元，包括：

信号采集电路；

与所述信号采集电路连接的微处理器；

与所述微处理器连接的脉冲宽度调制控制电路；

所述的脉冲宽度调制控制电路与所述防堵塞电气转换单元连接。

8.根据权利要求7所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器连接的键盘输入电路。

9.根据权利要求7所述的防堵塞智能阀门定位器，其特征在于，所述的电路控制单元，还包括：与所述微处理器连接的液晶显示电路。

10.一种智能阀门，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的防堵塞智能阀门定位器以及与所述防堵塞智能阀门定位器配合的阀门执行器。