CN105370962B - 一种模块化气动阀门控制单元 - Google Patents
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Abstract
一种模块化气动阀门控制单元，包括公共控制模块、底板、各类型电磁阀控制模块，所有模块均能在线更换的模块；所述公共控制模块，用于接收操作人员在就地给出的就地或远程操作指令，并将该指令传至底板，同时预留PLC/DCS接口便于控制室监控阀门操作模式及操作；所述底板能直接镶嵌安装于DIN35导轨内，用于公共控制模块与电磁阀控制模块等进行数据交换；所述电磁阀控制模块，预留就地操作接口、远方操作接口、电磁阀控制接口、面板指示灯接口等同时具有阀门操作诊断功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化气动阀门控制单元，属于机械电子技术领域。它解决了气动阀门控制设备在维护过程的模块化问题以及在酸碱环境中运行积分的防震、防尘、防腐蚀、防霉等一系列技术难题。
背景技术
目前我国火力(或核电等)发电厂、石油化工、制药、电子制板、污水处理等大都采用气动阀门，随着系统运营时间的推移由于工作环境的影响使得电气元件老化、连接点氧化，至使安装于生产车间的电磁阀控制箱经常会出现各种各样的故障。由于专业人员配置问题，很多污水处理厂在出现故障时难以快速排查故障并处理。这其中很大一部分原因是由于维护人员经验不足，加之控制回路相对复杂造成，最终导致故障不能及时排除而严重影响生产。
如图1为一般电磁阀箱控制原理图以及布置图，从图中可以看出，该电磁阀箱的控制原理相当复杂，内部电子电气元件等都非常多，当出现故障时排查相当困难，且内部接线非常多，容易出现接触不良等情况。同时由于电磁阀箱内部定装了许多电气元件，这些电气元件无法做到完全密封，当工作在具有腐蚀性的工作环境时及易造元件表面氧化而使得系统运行中出现故障。
因此，开发一种模块化气动阀门控制单元可以快速的解决快速维护问题并采用各种措施减轻工作环境对内部电子元件造成的腐蚀性损伤等问题非常必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决气动阀门控制设备在维护过程的模块化问题，从而解决专业技术维护人员的配置问题。本发明提供一种模块化气动阀门控制单元。
本发明所要解决的另一个技术问题是：减缓由于工作环境的原因对电气元件等造成老化，从而产生的各种故障。
为解决以上问题，本发明的技术方案是：一种模块化气动阀门控制单元，模块化的方式实现气动阀门控制单元，该控制单元由公共控制模块、底板、各类型电磁阀控制模块(单电控、双电控等)等模块组成，所有模块均可在线更换；
公共控制模块，用于接收操作人员在就地给出的就地或远程操作指令，并将该指令传至底板，同时预留PLC/DCS接口便于控制室监控阀门操作模式及操作；
底板可直接镶嵌安装于DIN35导轨内，用于公共控制模块与电磁阀控制模块等进行数据交换；
电磁阀控制模块，预留就地操作接口、远方操作接口、电磁阀控制接口、面板指示灯接口等同时具有阀门操作诊断功能。
一种模块化气动阀门控制单元，具体公共控制模块、各类型气动阀门的电磁阀控制模块以及底板均采用封胶密封，以确保其不会因为工作环境的酸、碱腐蚀因素对元件及电路板等造成影响。
前述公共控制模块，通过底板将指令发给各电磁阀控制模块，公共控制模块预留远方及故障信号反馈接口，便于控制室监控阀门操作模式及操作。同时，本公共控制模块设计数据采集接口与底板相连，通过底板采集各电磁阀控制模块的状态信号，如电磁阀的指令与状态不匹配时会报故障信号、电磁阀控制模块故障时也会报出故障信号等。此外，本公共控制模块还设计数据上传接口，通过此接口可采集到所有电磁阀控制模块的状态信号。
前述底板，其特征主要在于：该底板可以嵌入安装于标准DIN35导轨内，底板内集成电源母线、控制母线以及电磁阀控制模块信息反馈的故障诊断总线。由于该底板是嵌入安装于标准DIN35导轨内，因此可以现场改造或更换传统电磁阀箱将会非常方便，仅需拆除原有的电子、电器元件等即可方便的将该底板固定到导轨上，近而通过底板将公共控制模块及电磁阀控制模块进行安装将会非常方便，专业人员在短时间内即可更换并调试完毕，这个过程对生产基本没有任何影响。底板内集成电源及控制母线及模块位置信息，以此来确保电磁阀控制模块可以在线热插拔而不影响后续模块的正常工作。
前述电磁阀控制模块，特征主要在于：该模块从底板的电源母线上获取工作电源；模块设置就地和PLC/DCS指令接口按控制母线的控制模式以及外接电磁阀的类型给其发出控制指令。电磁阀同时可接入阀门的位置反馈信号，电磁阀控制模块按此反馈信号以及指令信号进行判断阀门是否工作正常，如工作不正常则在模块上提示故障信息并通过故障诊断总线将数据上传线公共控制模块；模块也设置多个信号反馈接口，采用干接点信号反馈至PLC/DCS，采用有源DC24V信号可接至电磁阀箱面板上的指示灯用于阀门位置信号。
本发明的有益效果：本发明通过一种模块化气动阀门控制单元的应用，以其控制功能的产品化以及智能化提高电磁阀控制设备的加工制造效率，同时由于它的这种特性也使其在现场改造原有老化的控制设备时更小的影响生产过程；通过本控制单元的应用可以减少现场出现故障时的维护时间；本模块采用封胶密封，减缓工作环境对元件造成的老化，从而有效的提高系统运行的效率。
附图说明
图1、一种模块化气动阀门控制单元功能图；
图2、一种模块化气动阀门控制单元公共控制模块软件流程图；包括程序控制流程a、故障数据处理流程b和数据查询处理流程c。
图3、一种模块化气动阀门控制单元阀门控制模块软件流程图；
图4、一种模块化气动阀门控制单元控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1说明：如图1为一种模块化气动阀门控制单元功能图。本发明一种模块化气动阀门控制单元与电磁阀箱的一般控制方式的不同之处在于：由于一种模块化气动阀门控制单元采用模块化的结构型式，提高了电磁阀箱的生产过程中提高了效率；由于一种模块化气动阀门控制单元采用封胶密封技术，避免元件的金属部件或管脚与腐蚀性介质接触，延长了产品的使用寿命，也减少了一些接触不良情况的发生；由于一种模块化气动阀门控制单元采用模块化的方式将电磁阀的控制功能模块化并具备了一定的故障诊断功能，使得系统更加便于故障判断及处理。
一般电磁阀箱控制方式：电磁阀箱的远方控制信号或PLC/DCS来阀门控制信号，给出电磁阀控制信号去电磁阀、电磁阀的开或关控制气源动作回路去阀门气缸进行控制；反馈回路：阀门状态来自阀门反馈装置，阀门状态去PLC/DCS。现有的一般电磁阀箱控制原理中,通过继电器、端子等电气元件完成阀门的就地、远方控制，并将阀门的状态转接进入PLC/DCS系统，就地电磁阀箱内没有任何故障检测装置。
一种模块化气动阀门控制单元：由公共控制模块、底板、各类型电磁阀(单电控、双电控等)控制模块等组成。公共控制模块主要将电磁箱的控制模式、各模块工作电源等通过底板传送给各电磁阀控制模块，同时提供通讯接口，通过该接口将各阀门的状态及故障信号上传；底板作为电源、控制模式以及故障信号的传递介质；电磁阀控制模块为分根据各类型电磁阀不同的控制方式不同而分别设计，同时可接入阀门反馈信号并将其上传。
图2说明：如图2为一种模块化气动阀门控制单元公共控制模块软件结构图，本模块主要作用为就地远方信号传递、故障信号存储、处理和信息上传。公共控制模块主要由中心处理器、本地数据接口、现场总线接口、本地信号接口等组成。中心处理器采用工业级处理器MSP430系列微处理器，其主要技术特点为，1.8V～3.6V超宽供电电压；5种低功耗模式，从standby模式唤醒时间小于6μs；0.1uA RAM保持；0.8uA实时时钟模式；看门狗电路等。本地数据接口，主要作用为公共控制模块与电磁阀控制模块的通讯接口，该接口采用RS485串型通讯接口，模块上电初始化时通过该接口查询所有电磁阀控制模块状态，对在线模块进行标记、存储，用户可以通过现场总线接口对这些存储的数据进行查询。
如图所示，程序正常执行为处理数据转发以及故障报警处理；当电磁控制模块发来故障信息或有上层数据请求时则采用中断程序进行处理，完成存储后返回主程序。
图3说明：如图3为一种模块化气动阀门控制单元阀门控制模块软件结构图，其主要作用是根据控制母线的状态确定由就地或PLC/DCS控制阀门，同时检测阀门的动作状态并根据指令状态判断阀门是否出现故障以及出现了何种故障。阀门控制模块的处理器也采用MSP430系列微处理器。
图4说明：如图4为一种模块化气动阀门控制单元控制框图，主要描述了气动阀门控制单元的流程如下：公用控制模块接授电磁阀箱就地/远方信号，并将该信号作相关指示以及通过底板的控制母线传递给阀门控制模块；阀门控制模块判断就地/远方信号状态确定根据电磁阀箱就地旋钮控制信号或PLC/DCS信号发出阀门控制指令，并根据阀门的状态反馈信号判断阀门是否故障，如出现故障则将故障信息通过底板的故障诊断总线将该信号反馈给公用控制模块，公用控制模块将故障信息存入存储器供上位机等查询。
Claims (2)
1.一种模块化气动阀门控制单元，其特征在于：包括公共控制模块、底板、各类型电磁阀控制模块，所有模块均能在线更换的模块；
所述公共控制模块，用于接收操作人员在就地给出的就地或远程操作指令，并将该指令传至底板，同时预留PLC/DCS接口便于控制室监控阀门操作模式及操作；
所述底板能直接镶嵌安装于DIN35导轨内，用于公共控制模块与电磁阀控制模块等进行数据交换；
所述电磁阀控制模块，预留就地操作接口、远方操作接口、电磁阀控制接口、面板指示灯接口同时具有阀门操作诊断功能；
前述公共控制模块，通过底板将指令发给各电磁阀控制模块，公共控制模块预留远方及故障信号反馈接口，便于控制室监控阀门操作模式及操作；同时，所述公共控制模块设计数据采集接口与底板相连，通过底板采集各电磁阀控制模块的状态信号，当电磁阀的指令与状态不匹配时会报故障信号、电磁阀控制模块故障时也会报出故障信号；公共控制模块还设计数据上传接口，通过此接口可采集到所有电磁阀控制模块的状态信号；
前述底板嵌入安装于标准DIN35导轨内，底板内集成电源母线、控制母线以及电磁阀控制模块信息反馈的故障诊断总线；底板内集成电源及控制母线及模块位置信息，以此来确保电磁阀控制模块可以在线热插拔而不影响后续模块的正常工作；公共控制模块、各类型气动阀门的电磁阀控制模块以及底板均采用封胶密封；
前述电磁阀控制模块从底板的电源母线上获取工作电源；模块设置就地和PLC/DCS指令接口按控制母线的控制模式以及外接电磁阀的类型给其发出控制指令；
电磁阀同时接入阀门的位置反馈信号，电磁阀控制模块按此反馈信号以及指令信号进行判断阀门是否工作正常，当工作不正常则在模块上提示故障信息并通过故障诊断总线将数据上传线公共控制模块；模块也设置多个信号反馈接口，采用干接点信号反馈至PLC/DCS，采用有源DC24V信号接至电磁阀箱面板上的指示灯用于阀门位置信号。
2.根据权利要求1所述的模块化气动阀门控制单元，其特征在于：气动阀门控制单元的流程如下：公用控制模块接授电磁阀箱就地/远方信号，并将该信号作相关指示以及通过底板的控制母线传递给阀门控制模块；阀门控制模块判断就地/远方信号状态确定根据电磁阀箱就地旋钮控制信号或PLC/DCS信号发出阀门控制指令，并根据阀门的状态反馈信号判断阀门是否故障，如出现故障则将故障信息通过底板的故障诊断总线将该信号反馈给公用控制模块，公用控制模块将故障信息存入存储器供上位机查询。
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