CN1057514A

CN1057514A - 数字式阀门驱动装置

Info

Publication number: CN1057514A
Application number: CN 90104287
Authority: CN
Inventors: 郑正; 郭振兴; 张希诚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-01-01

Abstract

本发明的数字式阀门驱动装置设有采用不接触传感器构成的方向传感装置8、行程传感装置9、位置传感装置11及双向的力矩传感装置7，通过这些传感装置对阀门的行程、阀位、运动方向及力矩状态进行传感，通过由数字电路构成的控制电路4对用于阀门驱动的电机1加以控制。该驱动装置在电动或手动操纵阀门时均能精确显示阀门开度值，它具有双向过载力保护功能，且开度显示误差可以自动修正。

Description

本发明涉及一种通用阀门执行机构，特别是一种采用数字电路控制阀门驱动的装置。

1988年6月8日公告的实用新型专利“阀门电脑电动装置”（CN87214208U）是一种采用微机为控制核心，按照行程传感器和力矩传感器送出的信息，实现阀门的开启、关闭及停止的装置。该装置采用无触点传感器来获得结构简单的阀门驱动装置。然而，该装置尚存一些缺陷，主要有：它缺少行程方向传感器，不能在驱动装置的各种工作状态下（如，自动、点动状态）显示阀门开度的真实数值;该装置中只有一个力矩传感器，只能在开（关）过程中保护阀门在某一运动方向上的力矩过载，不能满足实际需要;另外，该装置没有位置传感装置，不能利用真实的位置信息在驱动装置的各种运行情况下（如，阀门受阻时）及时修正显示误差。

本发明的目的在于：改善先有技术中存在的缺陷，提供一种显示精确的、具有双向过力矩保护并适应各种工作状态的阀门驱动装置。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

该数字式阀门驱动装置包括电机，连接于电机的减速装置蜗轮和蜗杆，与蜗轮连接的输出轴，与蜗杆相连的力矩传感装置，与输出轴相连的行程传感装置，及控制电路，它还包括与输出轴相连的方向传感装置和位置传感装置，控制电路为一个具有分别与方向传感装置和位置传感装置相连接的输入端和控制电机的输出端的，并在方向传感装置和位置传感装置输出信号时控制电机运动状态的电路。

该驱动装置的位置传感装置和方向传感装置还可安装于蜗杆上。

该驱动装置的位置传感装置和方向传感装置均由带标迹的圆盘及传感器组成，用于方向传感的传感器至少由两个传感器组成。

该驱动装置的控制电路由计数器，方向判别逻辑电路，比较器和控制逻辑电路构成，方向传感装置的输出连接于方向判别逻辑电路的输入，计数器具有至少两个输入端，其一与方向判别逻辑电路的输出连接，另一端与行程传感装置的输出连接，计数器的输出与比较器的输入相连，控制逻辑电路具有分别与比较器、位置传感装置和力矩传感装置的输出相连接的输入端，用于控制电机开/关的输入端和一个与电机相连接的输出端。

该驱动装置的比较器的输出为开到位信号，位置传感装置的输出为关到位信号，力矩传感装置具有两输出端，其一的输出为开过力矩信号，另一个的输出为关过力矩信号，控制逻辑电路为一个在收到开到位信号和开过力矩信号之一时输出停和关信号之一以控制电机以及在收到关到位信号和关过力矩信号之一时输出停和开信号之一以控制电机的逻辑电路。

该驱动装置的力矩传感装置具有用于传感阀门开和关两方向上力矩的传感器，其输出分别与控制逻辑电路的输入端相连接。

该驱动装置的计数器还有一个与位置传感装置输出相连接的输入端，用于将位置传感装置输出的信号设置到计数器中去。

该驱动装置的比较器还有一个输入中间阀位数值信号的输入端。

本发明说明书附图说明如下：

图1为本发明阀门驱动装置的机械原理图;

图2为本发明行程传感装置的俯视图;

图3为本发明方向传感装置的俯视图;

图4为本发明行程和方向传感装置的侧视图;

图5为本发明力矩传感装置的机械原理图;

图6为本发明左力矩传感器的俯视图;

图7为本发明右力矩传感器的俯视图;

图8为本发明用于转动轴的位置传感装置的原理图;

图9为本发明用于转动轴的位置传感装置的俯视图;

图10为本发明阀门驱动装置的控制电路原理框图;

图11为本发明方向传感装置输出的正转（反转）脉冲序列图;

图12为本发明方向传感装置输出的反转（正转）脉冲序列图;

图13为本发明直线运动轴或杆的方向和行程传感装置原理图;

图14为本发明直线运动轴或杆的方向和行程传感装置俯视图;

图15为本发明直线运动轴或杆的位置传感装置原理图;

图16为本发明使用两个传感器的方向传感装置原理图;

图17为本发明使用两个传感器的方向传感装置输出的脉冲序列图。

本发明的阀门驱动装置的基本结构如图1所示，用于驱动阀门的电机1（也可用其它方式驱动）通过花键2与蜗杆5相接。蜗杆5和蜗轮6配合形成一级减速器（该减速器可以是多级减速器）。蜗杆5的另一端和力矩传感装置7相接。蜗轮6与输出轴10相接，该轴与阀门12相连，用以控制阀门运动，同时，该轴上还安装着用于测量阀门开度的行程传感装置8，用于传感阀门运动方向的方向传感装置9，以及用于传感阀门所在位置的位置传感装置11。传感装置8、9、11还可以安置在蜗杆5上。所有的轴通过与外箱体固联的轴3来定位。

行程传感装置8见图2，它由圆盘14和传感器15组成。该传感器和将在下面叙述的传感器均是不接触传感器，可使用光电式的，磁电式的;外形为槽式，反射式的，等等。圆盘14固联在输出轴10上，盘上有传感器可识别的标迹，如穿孔，黑色点等，它们分为两排，沿盘圆周均匀分布，分别用于正反方向传感。传感器15与这些标迹的半径位置对准。当圆盘转动时，传感器15将输出脉冲信号。

方向传感装置9见图3，它由圆盘13，传感器16、17、18组成。圆盘13固联在轴10上，三组不同半径且不同数码的标迹被标在圆盘13上。传感器16、17、18分别对准在这三组标迹的半径位置上。

图4为行程传感装置8、方向传感装置9的侧视图。

力矩传感装置7见图5，它用于控制阀门在开和关过程中的两个方向的过力矩。在蜗杆5上依次设有左方向力矩测量尺19、挡块21、挡块32和右力矩测量尺30。左方向传感器20和右方向传感器31分别套在测量尺19和30上。右方向力矩控制弹簧24、左方向力矩控制弹簧27套在蜗杆5上，它们分别通过挡片23和挡片24抵压在挡块21和挡块32上。

蜗杆5在阀门受到阻力而产生向左（可设为开方向）移动的趋势时，弹簧27将通过挡片28、挡块32传递一个阻止这一移动的力，但当阀门受到很大阻力进而使蜗杆5向左移动的力足够克服弹簧27的弹力时，蜗杆5将向左移动，从而传感器20将读到测量尺19上的标迹而输出脉冲信号。力矩传感装置7传感右方向（设为关方向）过力矩的原理与上述的相同。挡片23、挡块21和弹簧24用于提供阻止蜗杆5右移的力。由于在该传感装置中使用了两个弹簧，因而可选用不同弹力的弹簧，以根据需要分别限定阀门开和关过程中的过力矩极限。

图6、图7分别为左、右方向的力矩测量尺和与之对应的传器的视图。

图8、图9分别为位置传感装置11的原理图和俯视图。它由圆盘33和传感器34组成。圆盘固联在输出轴10上，在该圆盘上套有传感器34，在圆盘33上有传感器可识别的标迹，如黑道，开口，等等。

图10为本发明的阀门驱动装置控制电路4的电路框图。当电机1转动时，带动方向传感装置9和行程传感装置8的圆盘13、14转动。方向传感装置9中的三个传感器16、17、18输出脉冲序列信号D₁、D₂、D₃，见图11和图12，它们分别表示电机两个不同转向时的方向脉冲序列信号。该信号进入方向判别逻辑电路36与事先设置在该电路中的判别逻辑（与图11和图12的脉冲序列相同）相比较，当与图11所述的序列相同时，逻辑电路36输出高电平，当与图12所示的相同时，逻辑电路36输出低电平。该信号送入计数器37的正/反向计数端，控制它的正/反向计数状态。

计数器37对行程传感装置8中的传感器15发出的脉冲串进行计数，从而测出阀门开度值，该值被送到显示器40加以显示。

行程予置信号送入计数器37的分频比予置端，以控制计数器37的分频比，使阀门的最大开度（行程）等于显示器的满量程。如，显示器满量程为100、阀门的最大行程对应1000个脉冲时，则分频比为10。

开度值和中间阀位予置信号均被送入比较器41，当二者相同时，就发出开到位信号。

开到位信号和位置传感装置11发出的关到位信号送入控制逻辑电路38，以限定阀门的上、下运动范围限。

力矩传感装置7在阀门受到开过力矩和关过力矩作用时，分别由二根线发出开、关过力矩信号。该信号送入控制逻辑电路38，以限定开和关过程的过力矩上限。

手动开、关信号也送入控制逻辑电路38作为阀门开、关动作的操纵信号。

控制逻辑电路38的逻辑功能为：开到位信号和开过力矩信号有一个出现时，控制逻辑电路38对电机1发出停信号或关信号。关到位信号和关过力矩信号有一个出现时，控制逻辑电路38对电机1发出停信号或开信号。上述控制电机1的开（关）信号只有在手动开关处于开（关）状态时才有效。

位置传感装置11发出到位信号时，送给计数器37的复位端使之复位，同时显示器40显示零，用以修正显示误差。这是将位置传感装置11设置在阀门完全关闭时的情况。还可以将位置传感装置11设置在阀门的某一位置，使其在运动到这一位置时停止下来，在这种情况下，用于修正显示误差的信号将是一个与该阀门位置相对应的数字，该信号可通过一个数字电路送到计数器37中，由位置传感装置11来启动这个数字电路工作。

控制逻辑电路38的输出信号为高电平、零电平和低电平，送给可控硅组以分别控制电机1的正转、停止和反转。

上述结构形式的行程传感装置、方向传感装置和位置传感装置适用于转动式的轴，对于直线运动的轴或杆传感装置可采用以下的形式。

如图13、图14所示，在输出轴10上设置传感器可识别的4组编码标迹（如黑道、凹印等）以及4个设置在同一横向位置上的传感器15、16、17、18，以用于行程和方向传感。

如图15所示，在输出轴10上标上传感器可识别的标迹，在该标迹的位置设置传感器34，用于位置传感。

方向传感装置9也可只采用两个传感器，传感器识别标迹的编码方式如图16所示，当输出轴10运动时，传感器16、17输出的脉冲序列D₁、D₂如图17所示。相应地，在控制电路4中的方向判别逻辑电路中，所设置的判别逻辑是图17所示的脉冲序列。

虽然本发明的控制电路4是采用数字逻辑电路构成的，然而显然也可使用微机技术，特别是单片机技术来实现本发明的控制电路功能。

本发明适用于蝶阀、闸阀、调节阀，等等。

本发明的数字式阀门驱动装置具有如下优点：

本发明的驱动装置能显示阀门开度的精确数值。精度能优于千分之一。

手动操纵阀门时，该系统仍能显示阀门的开度值。

该驱动装置在阀门开和关过程中，具有双向过力矩保护功能。能在调试和正常工作中对阀门及驱动装置全面保护。

开度显示误差可以被及时而且是自动地修正。

在阀门，或者驱动装置发生故障之后，重新启动该驱动装置而无须人工调整，它可以自动转入正常工作状态。

它能够灵活、快速地予置和调节中间阀位。予置精度和显示精度处于同等数量级。

Claims

1、一种数字式阀门驱动装置，包括电机(1)，连接于电机(1)的减速装置蜗轮(6)和蜗杆(5)，与蜗轮(6)连接的输出轴(10)，与蜗杆(5)相连的力矩传感装置(7)，与输出轴(10)相连的行程传感装置(8)，及控制电路(4)，其特征在于：该驱动装置还包括与所述输出轴(10)相连的方向传感装置(9)和位置传感装置(11)，所述控制电路(4)为一个具有分别与所述方向传感装置(9)和位置传感装置(11)相连接的输入端和控制所述电机(1)的输出端的，并在所述方向传感装置(9)和位置传感装置(11)输出信号时控制电机(1)运动状态的电路。

2、如权利要求1的驱动装置，其特征在于所述的位置传感装置（11）和方向传感装置（9）还可安装于蜗杆（5）上。

3、如权利要求2的驱动装置，其特征在于所述的位置传感装置（11）和方向传感装置（9）均由带标迹的圆盘及传感器组成，用于方向传感的传感器至少由两个传感器（16），（17）组成。

4、如权利要求3的驱动装置，其特征在于所述控制电路（4）由计数器（37），方向判别逻辑电路（36），比较器（41）和控制逻辑电路（38）构成，所述的方向传感装置（9）的输出连接于所述方向判别逻辑电路（36）的输入，，所述计数器（37）具有至少两个输入端，其一与所述方向判别逻辑电路（36）的输出连接，另一端与所述行程传感装置（8）的输出连接，所述计数器（37）的输出与所述比较器（41）的输入相连，所述控制逻辑电路（38）具有分别与所述比较器（41）、所述位置传感装置（11）和所述力矩传感装置（7）的输出相连接的输入端，用于控制所述电机（1）开/关的输入端和一个与所述电机（1）相连接的输出端。

5、如权利要求4的驱动装置，其特征在于所述比较器（41）的输出为开到位信号，所述位置传感装置（11）的输出为关到位信号，所述力矩传感装置（7）具有两个输出端，其一的输出为开过力矩信号，另一个的输出为关过力矩信号，所述控制逻辑电路（38）为一个在收到开到位信号和开过力矩信号之一时输出停和关信号之一以控制所述电机（1）以及在收到关到位信号和关过力矩信号之一时输出停和开信号之一以控制所述电机（1）的逻辑电路。

6、如权利要求5的驱动装置，其特征在于所述的力矩传感装置（7）具有用于传感阀门开和关两方向上力矩的传感器（20）、（31），其输出分别与所述控制逻辑电路（38）的输入端相连接。

7、如权利要求6的驱动装置，其特征在于所述计数器（37）还有一个与所述位置传感装置（11）输出相连接的输入端，用于将所述位置传感装置（11）输出的信号设置到所述计数器（37）中去。

8、如权利要求7的驱动装置，其特征在于所述比较器（41）还有一个输入中间阀位数值信号的输入端。