CN106989194B - 阀门电动执行器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀门电动执行器及控制方法，包括阀门电动执行器及控制装置，控制装置包括单片机、控制输入模块、控制界面模块、供电模块、自复位供电模块、驱动模块、步进电机、数模转换模块、RS485通信模块，单片机采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号以及复位控制信号，控制界面模块用于显示阀门状态并输出用户控制信号给所述单片机，单片机根据接收到的各个信号输出控制指令给驱动模块，以及输出电流输出信号、电压输出信号给数模转换模块，控制指令包括控制驱动指令和复位指令，供电模块用于给所述单片机、驱动模块供电。本案使得阀门电动执行器的行程开关按电压、电流、温度、电压的输入改变而改变，具有自复位功能。

Description

阀门电动执行器及控制方法

技术领域

本发明涉及电动执行器技术领域，尤其涉及一种阀门电动执行器及控制方法。

背景技术

电动执行器是一种利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下提供直线或者旋转运动的驱动装置，因为其具有能源取用方便、信号传输速度快、传输距离远、便于集中控制的优点，常用于配套各种阀门构成电动阀门或者电动调节阀。目前现有的用于配套阀门的电动执行器，通常采用的控制装置中电机与单片机之间仅通过温度传感器进行连接，功能单一，不能保证电动执行器的精度，也不能根据用户的需求进行相应的控制，并且不能够自由控制阀门的开度大小，在使用过程中遇到特殊情况时，不能够主动复位，存在控制精度较低、智能化程度不高的缺陷与问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种可自由控制阀门的开度大小、自动复位的阀门电动执行器及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阀门电动执行器，包括阀门电动执行器及控制装置，所述控制装置包括：单片机、控制输入模块、控制界面模块、供电模块、自复位供电模块、驱动模块、步进电机、数模转换模块、RS485通信模块，其中，所述单片机的输入端连接所述控制输入模块，所述单片机的输出端连接所述数模转换模块、驱动模块，所述单片机与控制界面模块、自复位供电模块、RS485通信模块连接，所述控制输入模块包括温度传感器、电流采集模块、电压采集模块、压力变送器，所述单片机通过所述控制输入模块采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号以及通过自复位供电模块采集复位控制信号，所述控制界面模块用于显示阀门状态并输出用户控制信号给所述单片机，所述单片机根据接收到的各个信号输出控制指令给所述驱动模块，以及输出电流输出信号、电压输出信号给数模转换模块，所述控制指令包括控制驱动指令和复位指令，所述控制驱动指令用于使所述驱动模块控制所述步进电机电源的通断以及步进电机的正反转、转动角度，所述数模转换模块用于输出电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块，所述自复位供电模块用于接收来自所述单片机的复位指令并控制阀门关闭，以及当所述电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，输出复位控制信号，所述供电模块用于给所述单片机、驱动模块供电。

所述的阀门电动执行器包括机架，所述的机架设置有输出轴及驱动输出轴升降的电动驱动组件，所述的输出轴沿竖向设置，所述的电动驱动组件包括与输出轴外周呈螺纹配合且相对转动的配合件及驱动配合件旋转的驱动电机，该驱动电机由控制装置所控制，所述的机架位于输出轴上方设置有可相对机架转动的操作盘，所述的操作盘转轴与输出轴转轴位于同一直线上，所述的输出轴外周固定设置有与呈多边形的联动块，所述的操作盘同轴设置有内周与联动块形状相适配的联动套。

更进一步的，所述的联动套与操作盘对应的端部与操作盘之间设置有穿过操作盘并与联动套螺纹配合的安装螺栓。

更进一步的，所述的机架上设置有滑块及供滑块往复滑移的滑道，所述的滑道沿靠近及远离操作盘的方向设置，所述的操作盘边缘设置有功能缺口，所述的滑块设置有与功能缺口卡配构成操作盘的周向限位的功能限制部。

更进一步的，所述的机架位于输出轴两侧设置有与输出轴平行的稳定导轨，所述的输出轴上套设有与输出轴同步升降的稳定导向块，所述的稳定导向块的两侧分别设置有滑移于稳定导轨的导向缺口。

更进一步的，所述的电动驱动组件还包括主动齿轮，所述的驱动电机驱动主动齿轮转动，所述的机架位于主动齿轮与配合件之间设置有一个以上依次联动的传动齿轮。

更进一步的，所述控制装置还包括与所述步进电机、单片机连接的光电编码器，所述光电编码器用于采集所述步进电机的转动角速度并输出给所述单片机。

更进一步的，所述电流输入信号为0mA-20mA，电压输入信号为0V-10V。

更进一步的，所述电流输入信号为4mA-20mA，电压输入信号为2V-10V。

更进一步的，所述供电模块的供电电压为24V。

本案还提供了一种阀门电动执行器的控制方法，所述控制方法包括：

通过控制输入模块采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号；

通过控制界面模块采集用户控制信号；

采集自复位供电模块当电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，发出的复位控制信号；

根据接收到的所述温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号、用户控制信号、复位控制信号，发出控制指令、输出电流输出信号、电压输出信号，所述控制指令包括复位指令和控制驱动指令；

采用驱动模块根据所述控制驱动指令控制步进电机电源的通断以及步进电机的正反转、转动角度；

采用数模转换模块输出所述电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块；

采用所述自复位供电模块接收所述复位指令并控制阀门关闭；

还包括采用RS485通信模块与计算机通信；

上述过程中，通过所述控制界面模块显示阀门状态。

本发明的阀门电动执行器的控制装置，使得阀门电动执行器的行程开关按电压、电流、温度、电压的输入改变而改变，使驱动模块控制步进电机电源的通断以及步进电机的正反转、转动角度，使阀门开度大小能够自由控制，当电流输入信号或电压输入信号失真时，控制阀门关闭，从而达到所需的要求，具有自复位功能，配合件作为输出轴的螺纹轨道，在操作盘通过联动套带动输出轴转动时，输出轴可沿联动套内部进行升降，从而实现手动驱动输出轴升降的功能，配合电动驱动组件，使单一阀门电动执行器同时具有手动和电动的驱动方式，可按需进行选择，扩展阀门电动执行器的实用功能，安装螺栓使联动套与操作盘之间为可拆卸的安装配合，增加可更换部件可延长使用寿命，也降低维修难度，在不使用操作盘时，将功能限制部移动至功能缺口与其卡配，使操作盘无法转动，避免产生误操作或被输出轴反向带动转动，在使用操作时，将功能限制部远离功能缺口与取消卡配，操作盘可自由转动，滑块作为手动驱动方式的锁定件，输出轴位于下方的部分由于长度较长，在输出过程中存在振动，增设稳定导向块增加输出轨道的导向位，配合两侧的稳定导轨与输出轴同步稳定升降，多个传动齿轮用于衔接主动齿轮与配合件，保证稳定传动，此外，安装不同的传动齿轮使执行器具有不同的输出转速及扭矩，可调功能更多。

附图说明

图1为本发明的阀门电动执行器的控制装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中阀门电动执行器的立体图；

图3为本发明具体实施方式中阀门电动执行器去除部分壳体的结构图；

图4为本发明具体实施方式中阀门电动执行器的输出轴和操作盘的爆炸图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种阀门电动执行器的控制装置，所述控制装置包括：单片机10、控制输入模块20、控制界面模块30、供电模块40、自复位供电模块50、驱动模块60、步进电机70、数模转换模块80、RS485通信模块100。

其中，单片机10的输入端连接控制输入模块20，单片机10的输出端连接数模转换模块80、驱动模块60，单片机10与控制界面模块30、自复位供电模块50、RS485通信模块100连接，RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式，其特点是实施简单方便。控制输入模块20包括温度传感器1、电流采集模块2、电压采集模块3、压力变送器4，压力变送器4是一种接受压力变量,经传感转换后,将压力变化量按一定比例转换为标准输出信号的仪表。单片机10通过控制输入模块20采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号以及通过自复位供电模块50采集复位控制信号，控制界面模块30用于显示阀门状态并输出用户控制信号给单片机10，单片机10根据接收到的各个信号输出控制指令给驱动模块60，以及输出电流输出信号、电压输出信号给数模转换模块80，控制指令包括控制驱动指令和复位指令，步进电机70是阀门电动执行器的一部分，用于提供驱动动力，控制驱动指令用于使驱动模块60控制步进电机70电源的通断以及步进电机70的正反转、转动角度，数模转换模块80用于输出电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块200，阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块200反馈的是开度信号，自复位供电模块50用于接收来自单片机10的复位指令并控制阀门关闭，以及当电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，输出复位控制信号，供电模块40用于给单片机10、驱动模块60供电。电流输出信号为0mA-20mA，电压输出信号为0V-10V；或者电流输出信号为4mA-20mA，电压输出信号为2V-10V。

作为优选，温度传感器型号可以为NTC10K。电流输入信号为0mA-20mA，电压输入信号为0V-10V；或者电流输入信号为4mA-20mA，电压输入信号为2V-10V。本案的阀门电动执行器的控制装置为智能比例控制器，当输入2V-10V直流电压信号/4mA-20mA电流或0V-10V直流电压信号/0mA-20mA电流时，阀门电动执行器的行程开关按电压、电流、温度、电压的输入改变而改变，使驱动模块60控制步进电机70电源的通断以及步进电机70的正反转、转动角度，使阀门开度大小能够自由控制，当电流输入信号或电压输入信号失真时，控制阀门关闭。可以接收温度传感器1的信号，能够接收任何压力变送器传输的信号，从而达到所需的要求，RS485通信模块100使其能够接收RS485（MODBUS,RTU模式）信号，即使用RTU (RemoteTerminal Unit) 模式在 Modbus串行链路通信，具有自复位功能。

控制装置还包括与步进电机70、单片机10连接的光电编码器90，光电编码器90用于采集步进电机70的转动角速度并输出给所述单片机10。

供电模块40的供电电压为24V。

本案还提供了一种阀门电动执行器的控制方法，所述控制方法包括：

通过控制输入模块20采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号；

通过控制界面模块30采集用户控制信号；

采集自复位供电模块50当所述电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，发出的复位控制信号；

根据接收到的温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号、用户控制信号、复位控制信号，发出控制指令、输出电流输出信号、电压输出信号，所述控制指令包括复位指令和控制驱动指令；

采用驱动模块60根据控制驱动指令控制步进电机70电源的通断以及步进电机70的正反转、转动角度；

采用数模转换模块80输出电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块200；

采用所述自复位供电模块50接收复位指令并控制阀门关闭；

还包括采用RS485通信模块100与计算机通信；

上述过程中，通过控制界面模块30显示阀门状态。

下面对阀门电动执行器具体结构进行描述，如图2至图4所示，阀门电动执行器包括机架1，机架1设置有输出轴2及驱动输出轴2升降的电动驱动组件，机架1设置有控制装置的电路板7，输出轴2沿竖向设置，电动驱动组件包括与输出轴2外周呈螺纹配合且相对转动的配合件3及驱动配合件3转动的驱动电机6，配合件3为转动设置于机架1的环形构件，内周与输出轴2外周呈螺纹配合，外周与下文的传动齿轮相啮合，机架1位于输出轴2上方设置有可相对机架1转动的操作盘4，操作盘4转轴与输出轴2转轴位于同一直线上，输出轴2外周固定设置有与呈多边形的联动块21，操作盘4同轴设置有内周与联动块21形状相适配的联动套41，配合件3作为输出轴2的螺纹轨道，在操作盘4通过联动套41带动输出轴2转动时，输出轴2可沿联动套41内部进行升降，从而实现手动驱动输出轴2升降的功能，配合电动驱动组件，使单一阀门执行器同时具有手动和电动的驱动方式，可按需进行选择，扩展阀门执行器的实用功能。

联动套41与操作盘4对应的端部与操作盘4之间设置有穿过操作盘4并与联动套41螺纹配合的安装螺栓42，安装螺栓42使联动套41与操作盘4之间为可拆卸的安装配合，增加可更换部件可延长使用寿命，也降低维修难度。

机架1上设置有滑块11及供滑块11往复滑移的滑道12，滑道12沿靠近及远离操作盘4的方向设置，操作盘4边缘设置有功能缺口43，滑块11设置有与功能缺口43卡配构成操作盘4的周向限位的功能限制部13，在不使用操作盘4时，将功能限制部13移动至功能缺口43与其卡配，使操作盘4无法转动，避免产生误操作或被输出轴2反向带动转动，在使用操作时，将功能限制部13远离功能缺口43与取消卡配，操作盘4可自由转动，滑块11作为手动驱动方式的锁定件。

机架1位于输出轴2两侧设置有与输出轴2平行的稳定导轨14，输出轴2上套设有与输出轴2同步升降的稳定导向块5，稳定导向块5的两侧分别设置有滑移于稳定导轨14的导向缺口51，输出轴2位于下方的部分由于长度较长，在输出过程中存在振动，增设稳定导向块5增加输出轨道的导向位，配合两侧的稳定导轨14与输出轴2同步稳定升降，可在稳定导轨侧面设置刻度，用于指示升降位置。

电动驱动组件还包括主动齿轮61，驱动电机6驱动主动齿轮61转动，机架1位于主动齿轮61与配合件3之间设置有一个以上依次联动的传动齿轮62，多个传动齿轮62用于衔接主动齿轮61与配合件3，保证稳定传动，此外，安装不同的传动齿轮62使执行器具有不同的输出转速及扭矩，可调功能更多。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种阀门电动执行器,包括阀门电动执行器及控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：单片机、控制输入模块、控制界面模块、供电模块、自复位供电模块、驱动模块、步进电机、数模转换模块、RS485通信模块，其中，所述单片机的输入端连接所述控制输入模块，所述单片机的输出端连接所述数模转换模块、驱动模块，所述单片机与控制界面模块、自复位供电模块、RS485通信模块连接，所述控制输入模块包括温度传感器、电流采集模块、电压采集模块、压力变送器，所述单片机通过所述控制输入模块采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号以及通过自复位供电模块采集复位控制信号，所述控制界面模块用于显示阀门状态并输出用户控制信号给所述单片机，所述单片机根据接收到的各个信号输出控制指令给所述驱动模块，以及输出电流输出信号、电压输出信号给数模转换模块，所述控制指令包括控制驱动指令和复位指令，所述控制驱动指令用于使所述驱动模块控制所述步进电机电源的通断以及步进电机的正反转、转动角度，所述数模转换模块用于输出电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块，所述自复位供电模块用于接收来自所述单片机的复位指令并控制阀门关闭，以及当所述电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，输出复位控制信号，所述供电模块用于给所述单片机、驱动模块供电；

所述的阀门电动执行器包括机架，所述的机架设置有输出轴及驱动输出轴升降的电动驱动组件，所述的输出轴沿竖向设置，所述的电动驱动组件包括与输出轴外周呈螺纹配合且相对转动的配合件及驱动配合件旋转的驱动电机，该驱动电机由控制装置所控制，所述的机架位于输出轴上方设置有可相对机架转动的操作盘，所述的操作盘转轴与输出轴转轴位于同一直线上，所述的输出轴外周固定设置有与呈多边形的联动块，所述的操作盘同轴设置有内周与联动块形状相适配的联动套。

2.根据权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述的联动套与操作盘对应的端部与操作盘之间设置有穿过操作盘并与联动套螺纹配合的安装螺栓。

3.根据权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述的机架上设置有滑块及供滑块往复滑移的滑道，所述的滑道沿靠近及远离操作盘的方向设置，所述的操作盘边缘设置有功能缺口，所述的滑块设置有与功能缺口卡配构成操作盘的周向限位的功能限制部。

4.根据权利要求1或2或3所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述的机架位于输出轴两侧设置有与输出轴平行的稳定导轨，所述的输出轴上套设有与输出轴同步升降的稳定导向块，所述的稳定导向块的两侧分别设置有滑移于稳定导轨的导向缺口。

5.根据权利要求1或2或3所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述的电动驱动组件还包括主动齿轮，所述的驱动电机驱动主动齿轮转动，所述的机架位于主动齿轮与配合件之间设置有一个以上依次联动的传动齿轮。

6.如权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述控制装置还包括与所述步进电机、单片机连接的光电编码器，所述光电编码器用于采集所述步进电机的转动角速度并输出给所述单片机。

7.如权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述电流输入信号为0mA-20mA，电压输入信号为0V-10V。

8.如权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述电流输入信号为4mA-20mA，电压输入信号为2V-10V。

9.如权利要求1所述的阀门电动执行器，其特征在于：所述供电模块的供电电压为24V。

10.一种阀门电动执行器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

通过控制输入模块采集温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号；

通过控制界面模块采集用户控制信号；

采集自复位供电模块当电源的电流输入信号和/或电压输入信号失真时，发出的复位控制信号；

根据接收到的所述温度信号、电流输入信号、电压输入信号、压力变送器信号、用户控制信号、复位控制信号，发出控制指令、输出电流输出信号、电压输出信号，所述控制指令包括复位指令和控制驱动指令；

采用驱动模块根据所述控制驱动指令控制步进电机电源的通断以及步进电机的正反转、转动角度；

采用数模转换模块输出所述电流输出信号、电压输出信号给阀门电动执行器中的阀门开度反馈模块；

采用所述自复位供电模块接收所述复位指令并控制阀门关闭；

还包括采用RS485通信模块与计算机通信；

上述过程中，通过所述控制界面模块显示阀门状态。