CN104913106A - 一种阀门保护器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀门保护器。所述阀门保护器包括依次电连接的电机功率采样单元、降噪滤波单元、量化及异值处理单元、数学建模单元、曲线拟合单元、管理及参数输出单元和控制单元，所述采样单元和所述控制单元均电连接阀门电机，所述阀门电机连接动力转换及输出单元；所述数学建模单元用于将来自采样单元中检测到的实时电机功率值通过数学模型换算成实时力矩。本发明提供的阀门保护器可对阀门工况进行实时检测、并对核心部件进行保护。

Description

一种阀门保护器

技术领域

本发明涉及阀门领域，具体地，涉及一种阀门保护器。

背景技术

目前，电动阀门在工业生产和能源传输领域的应用越来越广泛，已经发展出单相和三相电机驱动等多种类型，其应用已进入水、气、油等各个行业。一部分主干管道的阀门已经逐步智能化，实现了远程控制和管理。

但是，在广泛的实践与应用中仍存在以下问题:不常开关的阀门由于应用环境恶劣，容易使传动部件老化、生锈，进而导致传动部件卡死，或开关力矩超过设计值。致使电机驱动电流过大，烧毁动力部件和功率模组，严重时需对整个阀门进行维修，维修时间长，成本高。

现有阀门很多无自我保护功能，故阀门的工作状态，运行工况不能及时有效地报告给用户，致使用户不能及时采取有效措施保护阀门。因此，迫切需要对阀门工况进行实时监测，并对核心部件进行保护。当工况过力矩时应能及时切断主功率模块和动力模块的联接。同时，进行报警给出相应的提示，以便人为干预，排除故障。从而减少不必要的经济损失。

发明内容

为克服背景技术中的不足，本发明提供一种可对阀门工况进行实时检测、并对核心部件进行保护的阀门保护器。

一种阀门保护器，包括依次电连接的电机功率采样单元、降噪滤波单元、量化及异值处理单元、数学建模单元、曲线拟合单元、管理 及参数输出单元和控制单元，所述采样单元和所述控制单元均电连接阀门电机，所述阀门电机连接动力转换及输出单元；所述数学建模单元用于将来自采样单元中检测到的实时电机功率值通过数学模型换算成实时力矩。

根据本发明的一个优选实施例，所述采样单元包括电压互感器和电流互感器。

根据本发明的一个优选实施例，所述降噪滤波单元包括高通滤波器。

根据本发明的一个优选实施例，所述阀门保护器的物理信道为RS-485接口。

根据本发明的一个优选实施例，所述RS-485接口的包括DES加密装置和CRC校验装置。 

根据本发明的一个优选实施例，还包括MCU和EEPROM。

根据本发明的一个优选实施例，还包括光耦合器，所述光耦合器电连接所述管理及参数输出单元。

根据本发明的一个优选实施例，所述阀门电机采用三相Y型连接。

根据本发明的一个优选实施例，还包括数据总线，所述量化及异值处理单元、所述数学建模单元、所述曲线拟合单元和所述管理及参数输出单元均与所述数据总线电连接。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、现有阀门的力矩传感器体积大、结构复杂，不便于安装与集成，且对阀门自身的改动很大，改进后直接安装采样单元、建模单元、参数输出单元和控制单元等电子元器件，使安装和使用非常方便；

2、改进前阀门的力矩传感器机械件很多，改进后采取电子元器件实时检测力矩和发出警报，使阀门工作安全，不会因力矩过大损坏动力部件和功率模组；

3、传统的检测方式为力矩传感器直接检测，检测精度有限，改进后采用间接检测方式，通过对阀门电机功率的检测，再对阀门工况 进行建模，最后通过数学模型换算出实时力矩，提高了产品运行的可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为阀门保护器的工作原理框图；

图2为阀门保护器的接线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参阅图1和图2，所述阀门保护器，包括依次电连接的采样单元、降噪滤波单元、量化及异值处理单元、数学建模单元、曲线拟合单元、管理及参数输出单元和控制单元，所述采样单元和所述控制单元均电连接阀门电机，所述阀门电机连接动力转换及输出单元。

所述量化及异值处理单元、所述数学建模单元、所述曲线拟合单元和所述管理及参数输出单元均与所述数据总线电连接。

所述采样单元包括电压互感器和电流互感器，二者对负载电压、电流进行采样，进而将采样信号传输至所述降噪滤波单元；所述降噪滤波单元对传输来的信号进行降噪处理，同时高通滤波器使信号中不必要的低频成分减少，以实现波形的修正；信号继续传输至所述量化及异值处理单元对信号进行智能分析，有效去除异常数据，使结果更可靠；信号继续传输至数学建模单元，所述数学建模单元对包括摩擦、能量损耗、变比、工作电压等因素在内的阀门自身的工况进行数学建 模，通过数学模型换算出对应的力矩，因为同型号阀门有着不同的工况，故有不同的模型参数，这些都由相同的数据模型进行处理；经所述数学建模单元处理后的信号传输至所述曲线拟合单元，因信号中的部分参数为非线性参数，故采取插值和曲线拟合等多种算法综合运用以满足需求；所述管理及参数输出单元接收来自所述曲线拟合单元的信号，进而将信号传输至所述控制单元；所述控制单元将信号与预先设定的门限值进行比较，判定是否需要对电机进行保护，不需要保护则不发出信号，需要保护则将执行信号发送至相应元件，及时切断主功率模块和动力模块与阀门电机的连接，与此同时，发出报警信号，以便人为干预，排除故障。

所述阀门保护器可实时、有效地检测动力部件的运行情况，根据检测结果对主功率模块和动力模块进行保护。

优选地，因为阀门安装环境有屏蔽效应，故报警功能采用有线方式传输，具体采用工业控制应用十分成熟的RS-485通讯技术作为报警通讯物理信道，其通讯协议具有DES加密和CRC校验功能，以保证数据的安全和可靠。优选地，所述阀门保护器采用MCU进行数据处理，参数采用EEPROM进行存储，其存储年限可达20年，且生产过程中可根据阀门的不同规格进行参数设置，无需特定的设计，故具有很高的灵活性。

优选地，所述阀门保护器还包括光耦合器，所述光耦合器电连接所述管理及参数输出单元，它对输入输出电信号具有很好的隔离作用，可确保检测精度。

优选地，所述阀门电机采用三相Y型连接。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、现有阀门力的矩传感器体积大、结构复杂，不便于安装与集成，且对阀门自身的改动很大，改进后直接安装采样单元、建模单元、参数输出单元和控制单元等电子元器件，使安装和使用非常方便；

2、改进前阀门的力矩传感器机械件很多，改进后采取电子元器件实时检测力矩和发出警报，使阀门工作安全，不会因力矩过大损坏 动力部件和功率模组；

3、传统的检测方式为力矩传感器直接检测，检测精度有限，改进后采用间接检测方式，通过对阀门电机功率的检测，再对阀门工况进行建模，最后通过数学模型换算出实时力矩，提高了产品运行的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种阀门保护器，其特征在于：包括依次电连接的电机功率采样单元、降噪滤波单元、量化及异值处理单元、数学建模单元、曲线拟合单元、管理及参数输出单元和控制单元，所述采样单元和所述控制单元均电连接阀门电机，所述阀门电机连接动力转换及输出单元；所述数学建模单元用于将来自采样单元中检测到的实时电机功率值通过数学模型换算成实时力矩。

2.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：所述采样单元包括电压互感器和电流互感器。

3.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：所述降噪滤波单元包括高通滤波器。

4.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：所述阀门保护器的物理信道为RS-485接口。

5.根据权利要求4所述的阀门保护器，其特征在于：所述RS-485接口包括DES加密装置和CRC校验装置。

6.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：还包括MCU和EEPROM。

7.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：还包括光耦合器，所述光耦合器电连接所述管理及参数输出单元。

8.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：所述阀门电机采用三相Y型连接。

9.根据权利要求1所述的阀门保护器，其特征在于：还包括数据总线，所述量化及异值处理单元、所述数学建模单元、所述曲线拟合单元和所述管理及参数输出单元均与所述数据总线电连接。