CN106707887A - 仪表阀门控制方法及仪表阀门控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仪表阀门控制方法以及一种仪表阀门控制装置。所述方法包括持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。所述仪表阀门控制装置包括实现上述功能的相应模块。通过本发明的控制方法和控制装置，可以实现稳定、高效、精确的阀门控制功能。

Description

仪表阀门控制方法及仪表阀门控制装置

技术领域

本发明涉及自动控制领域。更具体而言，本发明涉及一种仪表阀门控制方法及一种仪表阀门控制装置。

背景技术

在阀控仪表中，阀门通常由电机来进行控制。光电直读水表一般使用小型直流电机来带动其阀门的开、关动作。水表MCU通过产生不同的控制信号来控制直流电机的转动(正、反两种方向)及停止以达到操作阀门的目的。

在阀门控制过程中，MCU必须及时、准确的识别出阀门动作是否到位，既要确保阀门能正确的开、关，又必须避免阀门动作到位后电机持续动作，造成电能浪费，甚至烧毁电机和控制电路。目前在电机到位检测方面普遍采用阀门到位开关检测、电流检测和时间检测三种方式。

1、阀门到位开关检测方式。该种方式是在阀门中集成到位两个开关电路和信号输出端口。在常态时，开关电路处于断开状态，并输出高电平信号。当阀门处于开/关状态时，将触发对应的开关电路，并输出低电平信号。MCU通过检测两个开关电路的输出信号来判断阀门的状态。

2、电机电流检测。直流电机在带动阀门转动过程中，其消耗的电流较小，一般在6至16毫安。当阀门到位以后，直流电机处于空转状态，此时直流电机消耗的电流将急剧增加，达到30毫安以上。MCU通过实时采样直流电机的电流值可以判断阀门是否转动到位。

3、时间检测法。该方法是在阀门开、关动作过程中，MCU给电机一个固定的动作时间。动作时间结束后立即停止电机动作。该方法一般作为补充控制方式，配合方法1或者方法2使用。

目前常用的上述方法均在不同程度上存在安全性、稳定性、可靠性等方面的问题。具体如下：

1、阀门到位开关检测方式。该方式要求MCU实时检测阀门上集成的到位开关电路的输出信号状态，一般在嵌入式软件的每个主循环中检测。若水表出现阀门开关电路异常，或者阀门检测功能异常，阀门动作将失去控制。

2、电机电流检测方式。该检测方式对电机控制电路的电气特性敏感，当电机及相关元器件的电气特性发生变化时，容易造成阀门状态的误判。

3、时间检测法。该方式无法实时检测阀门状态，因此当电机到位动作时间不确定时，如通过阀门的水流大小发生变化、阀门有锈迹、电机电路电气特性改变等情况下，将无法完成阀门的正常开、合。

因此，基于现有技术中存在的上述问题，需要开发一种更安全、稳定和可靠的控制阀门的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种仪表阀门的控制方法以及仪表阀门的控制装置，通过本发明的控制方法和控制装置，可以实现稳定、高效、精确的阀门控制功能。

根据本发明的一方面，提供一种仪表阀门控制方法，所述方法中，阀门由电机驱动，所述方法包括如下步骤：

持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；

接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

根据本发明的一个实施方案，所述“持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据内容”的步骤包括如下子步骤：

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据；

若检测到设定时间内接收到串口通信数据，则继续检测；

若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，则读取串口通信数据。

根据本发明的一个实施方案，所述“若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，则读取串口通信数据”的步骤包括，若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，等待预定时间后再读取串口通信数据。

根据本发明的一个实施方案，所述方法还可以包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换。

根据本发明的一个实施方案，所述方法还可以包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。进一步地，所述“在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换”的步骤包括如下子步骤：持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；

判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；

判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。

具体地，在本发明的仪表阀门控制方法中，阀门由电机驱动，设定电机保持静止状态为“空闲”，电机准备动作时状态为“待机”，电机正在动作时状态为“动作中”，阀门初始到位时电机状态为“结束”。

本发明的仪表阀门控制方法包括：

持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据，在该步骤中，接收到串口通信数据即表示串口开始进行通信，此时输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据，若当前电机处于“动作中”或“结束”状态，控制将电机转换为“待机”状态并保存当前电机的“动作中”或“结束”状态，若当前电机处于“待机”或“空闲”状态，则电机状态不变，仅保存当前电机状态；

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据，在该步骤中，若检测到设定时间内接收到串口通信数据，则继续检测；若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据时，则读取串口通信数据；

读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机，在该步骤中，首先对读取的串口通信数据表示的内容是否为阀门控制命令进行判断，若通信数据内容为非阀门控制命令，恢复电机状态；若通信数据内容为阀门控制命令，则继续判断该阀门控制命令与阀门当前状态是否一致，若一致，则恢复电机状态；若不一致，则启动电机；

在电机“动作中”的状态下，持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；

接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态，在该步骤中，若接收到的信号表示阀门未到位，则电机继续保持“动作中”的状态，若接收到的信号表示阀门已到位，则电机状态转换为“结束”状态。进一步地，在本发明的方法中，在电机状态转换为“结束”状态时，阀门初始到位，本发明的方法进一步包括，在“结束”状态下，电机继续保持动作一定的时间后，电机转换为“空闲”状态，动作停止。所述一定的时间，根据实际需要进行设定。具体地，此处该一定的时间可以为约200毫秒至约300毫秒，优选地可以为约230毫秒至约270毫秒，更优选地可以为约250毫秒。

通过本发明的方法，在串口进行通信时将电机挂起并保存当前电机状态数据，可以避免电机动作对通信信号的干扰，使得仪表在阀门动作过程中仍可正确接收通信数据，而且基于保存的电机状态数据，在通信结束后可以继续正确地执行阀门动作。本发明的方法通过持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据来判断串口通信是否结束，串口通信结束后，则进行下一步。此处所述设定时间根据实际需要进行设定。

进一步地，本发明的仪表阀门控制方法，所述“若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，则读取串口通信数据”的步骤包括，若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，等待预定时间后再读取串口通信数据。该预定时间根据实际需要进行设定，具体地，该预定时间可以为约150毫秒至约250毫秒，优选地可以为约180毫秒至约220毫秒，更优选地可以为约200毫秒。通过设定等待预定时间后再读取串口通信数据，可以确保串口通信已经结束。

进一步地，本发明的仪表阀门控制方法还可以包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换。在该步骤中，具体地，若阀门动作时间未超过预定时间，控制电机保持“动作中”或“结束”状态，或者若阀门动作时间超过预定时间，控制电机转入“空闲”状态。这里，根据实际情况，设定阀门动作时间的预定时间。

进一步地，本发明的仪表阀门控制方法还可以包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。具体地，若电机电流信号未超限，控制电机保持“动作中”或“结束”状态，或者若电机电流值超限，控制电机转入“空闲”状态。这里，根据实际情况，设定电机电流阈值，如果检测到的电机电流信号表示电机电流超过电机电流阈值，则表示电机电流超限。

进一步地，“在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换”如下进行，持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。例如，每隔约80毫秒采样一次电流值，并判断该电流值是否超限，即是否超出阈值，若该电流值未超限，则将累计的超限次数清零并继续进行采样；若该电流值超限，则累计超限次数，并判断超限次数是否大于预定次数，例如超限次数是否大于3次，若不大于预定次数，则继续进行采样及后续步骤，若大于预定次数，则表示电机电流值超限，控制电机转换状态，例如，控制电机转入“空闲”状态。通过周期电流采样(例如，80毫秒周期电流采样)能有效降低仪表功耗，提高系统稳定性，且能避免阀门启动时的毛刺电流对电流检测的干扰作用。

根据本发明的另一方面，提供一种仪表阀门控制装置，该装置包括：

通信串口监控单元，所述通信串口监控单元持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

串口通信数据接收单元，所述串口通信数据接收单元接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

第一检测单元，所述第一检测单元持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

串口通信数据读取单元，所述串口通信数据读取单元读取串口通信数据，并根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

阀门到位状态监控单元，所述阀门到位状态监控单元持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号；

阀门到位状态信号接收单元，所述阀门到位状态信号接收单元接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

根据本发明的一个实施方案，所述仪表阀门控制装置进一步包括阀门动作计时单元，所述阀门动作计时单元持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换。

根据本发明的一个实施方案，所述仪表阀门控制装置进一步包括电机电流监控单元，所述电机电流监控单元持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。

进一步地，所述电机电流监控单元包括：

电机电流检测子单元，所述电机电流检测子单元持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；

第一判断单元，所述第一判断单元判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；

第二判断单元，所述第二判断单元判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。

本发明的仪表阀门控制方法适用于各种仪表，尤其适用于光电直读表，例如光电直读远传水表等。

有益效果

本发明的仪表阀门控制方法以及控制装置，以阀门到位开关检测为主，有机结合电机电流检测与动作时间检测的方式来控制阀门的开、关动作。实现了稳定、高效、精确的阀门控制功能，同时电机挂起与恢复机制避免了电机动作对通信信号的干扰，实现了仪表在阀门动作过程中仍可正确接收通信数据的功能，并能在通信结束后继续正确执行阀门动作。周期电流采样能有效降低仪表功耗，提高系统稳定性，且能避免阀门启动时的毛刺电流对电流检测的干扰作用。

附图说明

图1为根据本发明的实施例1的仪表阀门控制方法的流程图；

图2为本发明的实施例3中电机电流信号超限判断的流程图；

图3为根据本发明的实施例5的仪表阀门控制装置的方框示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

在本发明的仪表阀门控制方法中，阀门由电机驱动，设定电机保持静止状态为“空闲”，电机准备动作时状态为“待机”，电机正在动作时状态为“动作中”，阀门初始到位时电机状态为“结束”。

[实施例1]

如图1所示，本发明提供一种仪表阀门控制方法，包括如下步骤：

持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；

接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

[实施例2]

本发明提供一种仪表阀门控制方法，包括如下步骤：

持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据，该串口通信数据可以为与阀门动作相关的命令，或者其他通信内容；

接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据，在该步骤中，接收到串口通信数据即表示串口开始进行通信，此时输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据，即，若当前电机处于“动作中”或“结束”状态，控制将电机转换为“待机”状态并保存当前电机的“动作中”或“结束”状态，若当前电机处于“待机”或“空闲”状态，则电机状态不变，仅保存当前电机状态；

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据，在该步骤中，若检测到设定时间内接收到串口通信数据，则继续检测；若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据时，则读取串口通信数据；

读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机，在该步骤中，首先对读取的串口通信数据表示的内容是否为阀门控制命令进行判断，若通信数据内容为非阀门控制命令，恢复电机状态；若通信数据内容为阀门控制命令，则继续判断该阀门控制命令与阀门当前状态是否一致，若一致，则恢复电机状态；若不一致，则启动电机；

在电机“动作中”的状态下，持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；

接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态，在该步骤中，若接收到的信号表示阀门未到位，则电机继续保持“动作中”的状态，若接收到的信号表示阀门已到位，则电机状态转换为“结束”状态。进一步地，在电机状态转换为“结束”状态时，阀门初始到位，在“结束”状态下，电机继续保持动作一定的时间后，电机转换为“空闲”状态，动作停止。所述一定的时间，根据实际需要进行设定。具体地，此处该一定的时间可以为约200毫秒至约300毫秒，优选地可以为约230毫秒至约270毫秒，更优选地可以为约250毫秒。

[实施例3]

在实施例2的基础上，进一步的实施例3中，本发明的仪表阀门控制方法还包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换；以及持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。

具体地，若阀门动作时间未超过预定时间，控制电机保持“动作中”或“结束”状态，或者若阀门动作时间超过预定时间，控制电机转入“空闲”状态。这里，根据实际情况，设定阀门动作时间的预定时间。

同时，若电机电流信号未超限，控制电机保持“动作中”或“结束”状态，或者若电机电流值超限，控制电机转入“空闲”状态。这里，根据实际情况，设定电机电流阈值，如果检测到的电机电流信号表示电机电流超过电机电流阈值，则表示电机电流超限。进一步地，图2示出了电机电流信号超限的判断的流程图。如图2所示，电机电流超限的判断如下进行，持续监控电机电流信号，每隔约80毫秒采样一次电流值，并判断该电流值是否超限，即是否超出阈值，若该电流值未超限，则将累计的超限次数清零并继续进行采样；若该电流值超限，则累计超限次数，并判断超限次数是否大于预定次数，例如超限次数是否大于3次，若不大于预定次数，则继续进行采样及后续步骤，若大于预定次数，则表示电机电流值超限，控制电机转换状态，例如，控制电机转入“空闲”状态。通过周期电流采样(例如，80毫秒周期电流采样)能有效降低仪表功耗，提高系统稳定性，且能避免阀门启动时的毛刺电流对电流检测的干扰作用。

[实施例4]

在实施例2或3的基础上，进一步的实施例4中，本发明的仪表阀控电机的控制方法，在“检测到设定时间内没有接收到串口通信数据时”之后，等待预定时间后再读取串口通信数据。该预定时间根据实际需要进行设定，具体地，该预定时间可以为约150毫秒至约250毫秒，优选地可以为约180毫秒至约220毫秒，更优选地可以为约200毫秒。通过设定等待预定时间后再读取串口通信数据，可以确保串口通信已经结束。

[实施例5]

如图3所示，本发明还提供一种仪表阀门控制装置，包括：

通信串口监控单元，所述通信串口监控单元持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

串口通信数据接收单元，所述串口通信数据接收单元接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

第一检测单元，所述第一检测单元持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

串口通信数据读取单元，所述串口通信数据读取单元读取串口通信数据，并根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

阀门到位状态监控单元，所述阀门到位状态监控单元持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号；

阀门到位状态信号接收单元，所述阀门到位状态信号接收单元接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

[实施例6]

在实施例5的基础上，进一步的实施例6中，本发明的电机状态控制机还进一步包括阀门动作计时单元，所述阀门动作计时单元持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换；以及电机电流监控单元，所述电机电流监控单元持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。

[实施例7]

在实施例6的基础上，进一步的实施例7中，本发明的仪表阀门控制装置的电机电流监控单元包括：

电机电流检测子单元，所述电机电流检测子单元持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；

第一判断单元，所述第一判断单元判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；

第二判断单元，所述第二判断单元判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仪表阀门控制方法，所述方法中，阀门由电机驱动，所述方法包括如下步骤：

持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

读取串口通信数据，根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

持续监控阀门到位状态，并输出阀门到位状态信号；

接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

2.根据权利要求1所述的仪表阀门控制方法，其中，所述“持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据内容”的步骤包括如下子步骤：

持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据；

若检测到设定时间内接收到串口通信数据，则继续检测；

若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，则读取串口通信数据。

3.根据权利要求2所述的仪表阀门控制方法，其中，所述“若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，则读取串口通信数据”的步骤包括，若检测到设定时间内没有接收到串口通信数据，等待预定时间后再读取串口通信数据。

4.根据权利要求1所述的仪表阀门控制方法，其中，所述方法还包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换。

5.根据权利要求1所述的仪表阀门控制方法，其中，所述方法还包括，在持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号的同时，持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。

6.根据权利要求5所述的仪表阀门控制方法，其中，所述“持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换”的步骤包括如下子步骤：

持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；

判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；

判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。

7.一种仪表阀门控制装置，所述装置包括：

通信串口监控单元，所述通信串口监控单元持续监控仪表通信串口工作状态，提取并输出串口通信数据；

串口通信数据接收单元，所述串口通信数据接收单元接收到串口通信数据时，输出控制信号将电机挂起并保存当前电机状态数据；

第一检测单元，所述第一检测单元持续检测设定时间内是否接收到串口通信数据，并根据检测结果，确定是否读取串口通信数据；

串口通信数据读取单元，所述串口通信数据读取单元读取串口通信数据，并根据读取结果确定恢复电机状态或者启动电机；

阀门到位状态监控单元，所述阀门到位状态监控单元持续监控阀门到位状态并输出阀门到位状态信号；

阀门到位状态信号接收单元，所述阀门到位状态信号接收单元接收阀门到位状态信号，并根据接收到的信号控制电机继续保持状态或者转换状态。

8.根据权利要求7所述的仪表阀门控制装置，其中，所述装置进一步包括，阀门动作计时单元，所述阀门动作计时单元持续监控阀门动作时间信号，并根据阀门动作时间信号控制电机状态的保持或转换。

9.根据权利要求7所述的仪表阀门控制装置，其中，所述装置进一步包括，电机电流监控单元，所述电机电流监控单元持续监控电机电流信号，并根据电机电流信号控制电机状态的保持或转换。

10.根据权利要求9所述的仪表阀门控制装置，其中，所述电机电流监控单元包括：

电机电流检测子单元，所述电机电流检测子单元持续监控电机电流信号，每隔预定时间采样一次电流值；

第一判断单元，所述第一判断单元判断该电流值是否超限，根据判断结果，累计超限次数或将超限次数清零；

第二判断单元，所述第二判断单元判断超限次数，超限次数超过预定次数时控制电机转换状态。