CN107957691B - 一种电动阀门比例控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动阀控制技术领域，特别是涉及一种电动阀门比例控制装置及控制方法，该装置包含处理器模块、及分别与处理器模块连接的检测模块、控制输出模块、通讯模块、存储模块和电源模块，所述控制输出模块包含电动阀开关电路，所述检测模块包含控制输出电源检测电路和阀门电流检测电路，所述通讯模块包含无线通讯电路和有线通讯电路。本发明提供一种电动阀门比例控制装置，结构简单、设计新颖、科学合理、成本低、维护简单，同时具有故障检测的功能；本发明还提供一种电动阀门比例控制方法，该方法能够准确实现比例调节，使用安全可靠。

Description

一种电动阀门比例控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于电动阀控制技术领域，特别是涉及一种电动阀门比例控制装置及控制方法。

背景技术

随着社会的发展，科技的进步，我国经济社会的快速发展，建筑和工业中经常用到液体或气体的控制，常采用电动阀门，尤其在居民采暖方面等，阀门的开度比例调节和人们居住舒适性密切相关，由于成本等原因，市面普遍应用的是全开全闭形式的阀门，比例调节成本高，技术难度大。比例阀门的市场应用中，一种简单易用，具有比例调节控制功能的电动阀一直是技术人员努力攻克的难题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种电动阀门比例控制装置，结构简单、设计新颖、科学合理、成本低、维护简单，同时具有故障检测的功能；本发明的另一目的是提供一种电动阀门比例控制方法，该方法能够准确实现比例调节，使用安全可靠。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供一种电动阀门比例控制装置，包含处理器模块、及分别与处理器模块连接的检测模块、控制输出模块、通讯模块、存储模块和电源模块，所述控制输出模块包含电动阀开关电路，所述检测模块包含控制输出电源检测电路和阀门电流检测电路，所述通讯模块包含无线通讯电路或者有线通讯电路。

进一步地，所述电动阀开关电路包括电动阀输出一开关电路和电动阀输出二开关电路；所述电动阀输出一开关电路包含继电器一，所述继电器一的触点四连接直流电源，继电器一的触点二和触点五之间连接有保护二极管四，保护二极管四的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块，另一路经过电容八接地，保护二极管四的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器一的触点一和触点六连接后经过电阻十五接电动阀的一条控制线，继电器一的触点三接阀门电流检测电路的输入端；所述电动阀输出二开关电路包含继电器二，所述继电器二的触点三接直流电源，继电器二的触点二和触点五之间连接有保护二极管五，保护二极管五的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块，另一路经过电容九接地，保护二极管五的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器二的触点一和触点六连接后接电动阀的另一条控制线，继电器二的触点四接阀门电流检测电路的输入端。

进一步地，所述控制输出电源检测电路包括双向耦合开关，所述双向耦合开关的输入侧二极管的一端经过电阻六与继电器一的触点六连接，双向耦合开关的输入侧二极管的另一端接电动阀的一条控制线，双向耦合开关输出侧三极管集电极接工作电源，双向耦合开关输出侧三极管发射极分别接电阻七和电容五，电阻七和电容五连接处的一端通过线路接处理器模块，电阻七和电容五连接处的另一端通过线路接地。

进一步地，所述阀门电流检测电路包括采样电阻和放大电路，放大电路的输入端经过采样电阻分别连接继电器一的触点三和继电器二的触点四，放大电路的输出端连接处理器模块。

进一步地，所述有线通讯电路采用RS485接口数据转换电路，所述无线通讯电路采用RF无线模块。

进一步地，还包括与处理器模块连接的监时复位模块。

本发明还提供一种电动阀门比例控制方法，电动阀的驱动电流为I、驱动时长为T，测定开关时间为T1、T2，开关电流为I1、I2，时间阈值为t，电流阈值为i；具体实现如下：

所述控制装置首先进行自检和参数标定，打开阀门的时间T1和电流I1进行保存，动作N次取平均值作为参考值；关闭阀门的时间T2和电流I2进行保存，选择动作N次取平均值作为参考值，其中N为大于等于2的自然数；

进行开关动作时，检测阀门的驱动电流I，如果I与I1或者I2的计算差值的绝对值大于电流阈值i，则判定电动阀驱动异常；

检测阀门的驱动时长T，如果T与T1或者T2的计算差值的绝对值大于时间阈值t，则判定电动阀出现故障；

进行开关动作时，若电动阀的驱动电流I为零，则判断电动阀出现故障；

进行开度为m%的调节，首先关闭阀门，然后电源驱动执行打开动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T1*m%，停止电源输出；

进行开度为m%的调节，首先打开阀门，然后电源驱动执行关闭动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T2*(1-m)%，停止电源输出；

回到等待下次调节状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的一种电动阀门比例控制装置结构简单、设计新颖、科学合理、成本低、维护简单，同时具有故障检测的功能，检测模块中的输出电源检测电路可以检测阀门开状态下输出电压和关状态下输出电压，从而判断电动阀是否正常工作。另外一方面，通过阀门电流检测电路可以检测阀门的驱动电流，处理器模块判断驱动电流是否满足预设值，从而判定电动阀的驱动是否正常。

2、该装置可以和普通的球阀配套使用，把普通的全开全闭的阀门升级为比例调节阀。在实际应用中，如应用于集中空调或者市政供暖，比例调节首先避免全开全闭造成的忽冷忽热情况，通过比例调节大幅度提高居住温度舒适性，合适的供应避免了浪费，通过本装置改造的电动球阀，兼顾了应用和节能两个方面。

3、该装置可以通过有线、无线的转换，实现将工控信号传输至上位机或者手持设备，便于远程管理和控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种电动阀门比例控制装置的结构示意图；

图2是本发明的处理器模块电路原理图；

图3是本发明的控制输出模块原理图；

图4是本发明的控制输出电源检测电路原理图；

图5是本发明的阀门电流检测电路原理图；

图6是本发明的有线通讯电路原理图；

图7是本发明的无线通讯电路原理图；

图8是本发明的存储模块原理图；

图9是本发明的电源模块原理图；

图10是本发明的监时复位模块原理图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电动阀门比例控制装置，结构简单、设计新颖、科学合理、成本低、维护简单，同时具有故障检测的功能；本发明的另一核心是提供电动阀门比例控制方法，该方法能够准确实现比例调节，使用安全可靠。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本实施例提供一种电动阀门比例控制装置，包含处理器模块、及分别与处理器模块连接的检测模块、控制输出模块、通讯模块、存储模块和电源模块，所述控制输出模块包含电动阀开关电路，所述检测模块包含控制输出电源检测电路和阀门电流检测电路，所述通讯模块包含无线通讯电路或者有线通讯电路。

作为优选地，如图2和图3所示，所述电动阀开关电路包括电动阀输出一开关电路和电动阀输出二开关电路；所述电动阀输出一开关电路包含继电器一JDQ1，所述继电器一GDQ1的触点四连接24V直流电源，继电器一JDQ1的触点二和触点五之间连接有保护二极管四D4，保护二极管四D4的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块的CONT_F1引脚，另一路经过电容八C8接地，保护二极管四D4的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器一JDQ1的触点一和触点六连接后经过电阻十五R15接电动阀的一条控制线，继电器一JDQ1的触点三接阀门电流检测电路的输入端I_AIN；所述电动阀输出二开关电路包含继电器二JDQ2，所述继电器二JDQ2的触点三接24V直流电源，继电器二JDQ2的触点二和触点五之间连接有保护二极管五D5，保护二极管五D5的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块的CONT_F2的引脚，另一路经过电容九C9接地，保护二极管五D5的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器二JDQ2的触点一和触点六连接后接电动阀的另一条控制线，继电器二JDQ2的触点四接阀门电流检测电路的输入端I_AIN。处理器模块通过CONT_F1和CONT_F2两个引脚分别对继电器一JDQ1和继电器二JDQ2进行控制，从而控制电动阀的开关状态。

作为优选地，如图2和图4所述控制输出电源检测电路包括双向耦合开关U8，所述双向耦合开关U8的输入侧二极管的一端经过电阻六R6与继电器一JDQ1的触点六连接，双向耦合开关U8的输入侧二极管的另一端接电动阀的一条控制线，双向耦合开关U8输出侧三极管集电极接工作电源，双向耦合开关U8输出侧三极管发射极分别接电阻七R7和电容五C5，电阻七R7和电容五C5连接处的一端通过线路接处理器模块的CHECK_OPEN引脚，电阻七R7和电容五C5连接处的另一端通过线路接地。通过该电路检测阀门处于开关状态下的输出电压是否正常。

作为优选地，如图2和图5所示，所述阀门电流检测电路包括采样电阻L1和放大电路，放大电路的输入端经过采样电阻L1分别连接继电器一JDQ1的触点三和继电器二JDQ2的触点四，放大电路的输出端连接处理器模块的I_AOUT引脚。通过该电路检测阀门输出电流的大小。

通过检测模块，实现了故障检测的功能，能为工作人员提供故障数据参考，以方便快速寻找到故障源，使阀门工作安全可靠。

作为优选地，如图6所示，所述有线通讯电路采用RS485接口数据转换电路，如图7所示，所述无线通讯电路采用RF无线模块。

另外，存储模块的电路图如图8所示，电源模块的电路图如图9所示，监时复位模块的电路图如图10所示，电路原理见图，在此不再做详细描述。

本实施例还提供一种电动阀门比例控制方法，首先，进行如下定义：电动阀的驱动电流为I、驱动时长为T，测定开关时间为T1、T2，开关电流为I1、I2，时间阈值为t，电流阈值为i；具体实现如下：

所述控制装置首先进行自检和参数标定，打开阀门的时间T1和电流I1进行保存，动作N次取平均值作为参考值；关闭阀门的时间T2和电流I2进行保存，选择动作N次取平均值作为参考值，其中N为大于等于2的自然数；

进行开关动作时，检测阀门的驱动电流I，如果I与I1或者I2的计算差值的绝对值大于电流阈值i，则判定电动阀驱动异常；

检测阀门的驱动时长T，如果T与T1或者T2的计算差值的绝对值大于时间阈值t，则判定电动阀出现故障；

进行开关动作时，若电动阀的驱动电流I为零，则判断电动阀出现故障；

进行开度为m%的调节，首先关闭阀门，然后电源驱动执行打开动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T1*m%，停止电源输出；

进行开度为m%的调节，首先打开阀门，然后电源驱动执行关闭动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T2*(1-m)%，停止电源输出；

回到等待下次调节状态。

通过上述特定的控制方法，能够准确实现比例调节，将其应用于空调或者市政供暖，避免了全开全闭造成的忽冷忽热的情况，通过比例调节大幅度提高了居住温度的舒适性，避免了浪费，实现了节能的功效。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种电动阀门比例控制装置，其特征在于，包含处理器模块、及分别与处理器模块连接的检测模块、控制输出模块、通讯模块、存储模块和电源模块，所述控制输出模块包含电动阀开关电路，所述检测模块包含控制输出电源检测电路和阀门电流检测电路，所述通讯模块包含无线通讯电路或者有线通讯电路；

所述电动阀开关电路包括电动阀输出一开关电路和电动阀输出二开关电路；所述电动阀输出一开关电路包含继电器一，所述继电器一的触点四连接直流电源，继电器一的触点二和触点五之间连接有保护二极管四，保护二极管四的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块，另一路经过电容八接地，保护二极管四的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器一的触点一和触点六连接后经过电阻十五接电动阀的一条控制线，继电器一的触点三接阀门电流检测电路的输入端；所述电动阀输出二开关电路包含继电器二，所述继电器二的触点三接直流电源，继电器二的触点二和触点五之间连接有保护二极管五，保护二极管五的正极与触点二的连接处通过线路一路接处理器模块，另一路经过电容九接地，保护二极管五的负极与触点五的连接处通过线路接工作电源，继电器二的触点一和触点六连接后接电动阀的另一条控制线，继电器二的触点四接阀门电流检测电路的输入端；

所述控制输出电源检测电路包括双向耦合开关，所述双向耦合开关的输入侧二极管的一端经过电阻六与继电器一的触点六连接，双向耦合开关的输入侧二极管的另一端接电动阀的一条控制线，双向耦合开关输出侧三极管集电极接工作电源，双向耦合开关输出侧三极管发射极分别接电阻七和电容五，电阻七和电容五连接处的一端通过线路接处理器模块，电阻七和电容五连接处的另一端通过线路接地；

所述阀门电流检测电路包括采样电阻和放大电路，放大电路的输入端经过采样电阻分别连接继电器一的触点三和继电器二的触点四，放大电路的输出端连接处理器模块。

2.根据权利要求1所述的电动阀门比例控制装置，其特征在于，所述有线通讯电路采用RS485接口数据转换电路，所述无线通讯电路采用RF无线模块。

3.根据权利要求1所述的电动阀门比例控制装置，其特征在于，还包括与处理器模块连接的监时复位模块。

4.一种基于权利要求1至3任一项所述的电动阀门比例控制装置的控制方法，其特征在于，电动阀的驱动电流为I、驱动时长为T，测定开关时间为T1、T2，开关电流为I1、I2，时间阈值为t，电流阈值为i；具体实现如下：

所述控制装置首先进行自检和参数标定，打开阀门的时间T1和电流I1进行保存，动作N次取平均值作为参考值；关闭阀门的时间T2和电流I2进行保存，选择动作N次取平均值作为参考值，其中N为大于等于2的自然数；

进行开关动作时，检测阀门的驱动电流I，如果I与I1或者I2的计算差值的绝对值大于电流阈值i，则判定电动阀驱动异常；

检测阀门的驱动时长T，如果T与T1或者T2的计算差值的绝对值大于时间阈值t，则判定电动阀出现故障；

进行开关动作时，若电动阀的驱动电流I为零，则判断电动阀出现故障；

进行开度为m%的调节，首先关闭阀门，然后电源驱动执行打开动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T1*m%，停止电源输出；

进行开度为m%的调节，首先打开阀门，然后电源驱动执行关闭动作，同时开始计时T，当T持续时间等于T2*(1-m)%，停止电源输出；

回到等待下次调节状态。

Images