CN106151643B - 一种电动球阀开度控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动球阀开度控制方法和系统，其中方法包括依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。本发明所提供的电动球阀开度控制方法和系统，引入阀体旋转死角，依据旋转角度与开度面积的实际比例关系实现开度面积的精确控制，达到了实现精确、稳定控制的效果。

Description

一种电动球阀开度控制方法和系统

技术领域

本发明涉及电动球阀控制领域，尤其涉及的是一种电动球阀开度控制方法和系统。

背景技术

电动球阀一般由球阀阀体与步进驱动电机构成，在空调行业中，冷冻水空调常使用电动球阀作为调节空调的制冷能力的一个阀件，通过给定水阀开度电信号来驱动步进电机的旋转角度∠0～∠90，且水阀电动球阀旋转全角度的百分比来表示当前的水阀开度的百分比，如图1所示。但实际情况中，电动球阀的结构特性取决于驱动的旋转角度与水阀开度面积并非线性关线，而是非线性的关系，如图2所示; 在这种情况下，在调节球阀过程中改变同样的角度，控制的冷冻水流量的增减不一样，调节输出变化会导致就会产生不稳定，特别是在精确控制领域，PID的控制效率会很难稳定，效率，精度都会降低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电动球阀开度控制方法和系统，引入阀体旋转的死角及旋转度与开度面积间的换算公式，实现较精确的从0%～100%的调节水阀开度面积，实现精确、稳定控制的效果。

本发明的技术方案如下：

一种电动球阀开度控制方法，包括以下步骤：

A、依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；

B、计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；

C、输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

所述的电动球阀开度控制方法，其中所述步骤B具体包括：

B1、根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度；

B2、计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系。

所述的电动球阀开度控制方法，其中所述步骤C具体包括：

C1、根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量；

C2、将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。

一种电动球阀开度控制系统，包括：

死角开度模块，用于依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；

计算模块，用于计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；

输出模块，用于输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

所述的电动球阀开度控制系统，其中所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度；

第二计算单元，用于计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系。

所述的电动球阀开度控制系统，其中所述输出模块包括：

第三计算单元，用于根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量；

第四计算单元，用于将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。

本发明所提供的电动球阀开度控制方法和系统，引入阀体旋转死角，依据旋转角度与开度面积的实际比例关系实现开度面积的精确控制，达到了实现精确、稳定控制的效果。其主要运用大于旋转死角的角度增量与开度面积的关系确定电动球阀开度控制信号，再结合旋转死角的开度控制信号输出所需开启开度面积的开度控制信号。

附图说明

图1是理想状态下球阀旋转角度与开度面积的线性关系图。

图2是实际状态下球阀旋转角度与开度面积的线性关系图。

图3是本发明中电动球阀开度控制方法的流程图。

图4中是本发明中球阀转动零角度示意图；其中图4a是球阀旋转零度状态示意图，图4b是球阀旋转零度与管道交错的开度面积示意图。

图5中是本发明中球阀转动十五度示意图；其中图5a是球阀旋转十五度状态示意图，图5b是球阀旋转十五度与管道交错的开度面积示意图。

图6中是本发明中球阀转动六十度示意图；其中图6a是球阀旋转六十度状态示意图，图6b是球阀旋转六十度与管道交错的开度面积示意图。

图7中是本发明中球阀转动九十度示意图；其中图7a是球阀旋转九十度状态示意图，图7b是球阀旋转九十度与管道交错的开度面积示意图。

图8是本发明中电动球阀开度控制系统的模块框图。

具体实施方式

本发明提供一种电动球阀开度控制方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图3，本发明提供的电动球阀开度控制方法，包括以下步骤：

S100、依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度。

目前市面上的大部份电动球阀阀体都存在一个调节死角，即在步进驱动电机旋转时开度面积并不会变的角度，开度面积为零。一般在旋转死角在∠10度左右。如图1所示;真正可调节的角度范围在∠10～∠90，横坐标为角度范围，竖坐标为输出控制开度信号范围，所围成的范围为开度面积；图2的横坐标为角度范围，竖坐标为输出的控制开度信号范围，曲线所围成的范围为开度面积。

本发明以旋转死角为15°为例，如图4、5、6、7演示阀体旋转的角度与对应开度的过程，通过这个过程，可以得出电动驱动阀旋转的角度与面积的变化规律，进而分析得出开度面积与阀体控制输出信号之间的换算公式。

其中：图4中是本发明中球阀转动零角度示意图；其中图4a是球阀旋转零度状态示意图；图4b是球阀旋转零度与管道交错的开度面积示意图，图中球阀未转动，球阀阻塞管道。图5中是本发明中球阀转动十五度示意图；其中图5a是球阀旋转十五度状态示意图，图5b是球阀旋转十五度与管道交错的开度面积示意图；球阀转动15°仍阻塞管道。图6中是本发明中球阀转动六十度示意图；其中图6a是球阀旋转六十度状态示意图，图6b是球阀旋转六十度与管道交错的开度面积示意图；球阀转动60°，仅有45°的旋转角度开启了流通截面。图7中是本发明中球阀转动九十度示意图；其中图7a是球阀旋转九十度状态示意图，图7b是球阀旋转九十度与管道交错的开度面积示意图；球阀转动90°，球阀通道完全开启。

依据电动阀体的型号与其阀体与管道的配合可确定电动阀体的旋转死角，即调节死角。进而根据吸纳有技术的控制方式：即旋转角度与开度面积的线性关系，如图1所示，得出提交阀体转动15°所需的开度控制信号，所述开度信号即控制器调节驱动电机转动角度的控制信号。基于现有技术可得出对应最大旋转死角的死角控制开度，可以理解我旋转死角及其对应的死角控制开度。

S200、计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量。

即首先根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度。例如图6所示，球阀转动60°，由于旋转死角为15°，对应旋转死角15°的死角开度控制的信号值为已知，则剩余的45°旋转角度为相对于旋转死角的角度增量。此时引入电动球阀的球阀半径R，可计算出对应角度增量45°所旋转过的圆弧长度。由图6a和图6b可知，当球阀转动60°时球阀与管道相交的截面积即为球阀开度面积。

进一步地，计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系。角度增量转过的圆弧长度约等于两个圆截面相应的距离，如图6所示，这个距离通过计算两个圆相交的截面面积大小得出，两个圆非别为球阀和管道，相切部分为开度面积。因此根据以上数据可以得到旋转角度增量对应截面积（即开度面积）的比例关系。此处不同型号的电动球阀应有比例关系的数据库，用于存储角度增量与开度面积的比例关系，更进一步基于已知角度增量对应的开度增量与开度面积建立比例关系。

S300、输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

即根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量。由于步骤200中已经建立了比例关系，当需要调节开度面积时，仅需根据开度面积在控制系统的数据库中查询开度面积对应的开度增量即可。

然后将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。例如控制器的控制系统输出的控制开度范围为0-10V，0～10V的开度范围是等比例与球阀旋转角度0~∠90度范围线性对应的。当需要开启的开度面积为X，开度面积X对应的开度增量为45°，开度增量45°对应的控制开度为3V，而电动球阀实际转动角度为60°，旋转死角15°对应的控制开度为1.6V，则控制器的控制系统所需输出的控制开度为4.6V。

本发明还提供一种电动球阀开度控制系统，如图8所示，包括：

死角开度模块410，用于依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；

计算模块420，用于计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；

输出模块430，用于输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度；

第二计算单元，用于计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系。

所述输出模块包括：

第三计算单元，用于根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量；

第四计算单元，用于将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。

本发明提供的电动球阀开度控制系统，基于已知控制技术可获得旋转球阀转过旋转死角的开度控制范围的数据，再根据大于旋转死角的角度增量与开度面积的比例关系建立数据关系，由于角度的增加是控制器控制驱动电机转动的结果，所以角度的增加与开度控制信号有必然关联，制冷需求百分比等于球阀开度截面积与球阀最大球阀截面积的比值。角度的增加与开度信号存在系数关系，可采用开度增量与角度增加建立对应关系。

计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系。角度增量转过的圆弧长度约等于两个圆截面相应的距离，如图6所示，这个距离通过计算两个圆相交的截面面积大小得出，两个圆非别为球阀和管道，相切部分为开度面积。因此根据以上数据可以得到旋转角度增量对应截面积（即开度面积）的比例关系。此处不同型号的电动球阀应有一比例关系的数据库，用于存储角度增量与开度面积的比例关系，更进一步基于已知角度增量对应的开度增量与开度面积建立比例关系。

根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量。由于步骤200中已经建立了比例关系，当需要调节开度面积时，仅需根据开度面积在控制系统的数据库中查询开度面积对应的开度增量即可。

综上所述，本发明所提供的电动球阀开度控制方法和系统，引入阀体旋转死角，依据旋转角度与开度面积的实际比例关系实现开度面积的精确控制，达到了实现精确、稳定控制的效果。其主要运用大于旋转死角的角度增量与开度面积的关系确定电动球阀开度控制信号，再结合旋转死角的开度控制信号输出所需开启开度面积的开度控制信号。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换技术方案都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种电动球阀开度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；

B、计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；

所述步骤B具体包括：

B1、根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度；

B2、计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系；

C、输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

2.根据权利要求1所述的电动球阀开度控制方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量；

C2、将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。

3.一种电动球阀开度控制系统，其特征在于，包括：

死角开度模块，用于依据输出角度与开度控制电信号值的线性关系确定旋转死角对应的死角控制开度；

计算模块，用于计算大于所述旋转死角的角度增量与开度面积的非线性比例关系，并计算所述角度增量对应的开度增量；

所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据大于所述旋转死角的角度增量和电动球阀半径计算电动球阀所转过的圆弧长度；

第二计算单元，用于计算所述电动球阀所转过的圆弧长度对应的圆截面面积，建立所述开度增量与两倍的所述圆截面面积的比例关系；

输出模块，用于输入所需开启电动球阀的开度面积计算出所述开度增量，并结合死角控制开度输出电动球阀开度控制信号。

4.根据权利要求3所述的电动球阀开度控制系统，其特征在于，所述输出模块包括：

第三计算单元，用于根据角度增量与开度面积的非线性比例关系计算所需开启电动球阀的开度面积对应的开度增量；

第四计算单元，用于将所述开度增量与所述死角控制开度相加输出电动球阀开度控制信号。