CN108591570B - 一种电机开关阀控制方法及相关的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机开关阀控制方法及相关的控制系统。其中控制方法用于由电机带动阀杆及固接于阀杆上的弹性密封体轴向远离或接近阀体上的隔腔孔以实现开关阀的过程，其方法是，如果关阀过程中经过电机的电流值出现先上升再下降紧接着再上升的特性，则在所述的电流值升至人为设定的阈值时控制电机关闭，否则在所述的电流值到达最大过载保护值时控制电机关闭；所述的阈值低于最大过载保护值。而控制系统用于实现上述的控制方法，包括电机、阀、用于感应经过电机的电流值的电流传感器和控制器。采用上述技术方案，可实现对管路液压变化的自适应，即在不同的管路液压情况下均能够避免渗漏风险，进一步地降低机加工精度和现场组装能力要求。

Description

一种电机开关阀控制方法及相关的控制系统

技术领域

本发明涉及阀门控制领域，具体涉及一种电机开关阀控制方法及相关的控制系统。

背景技术

现有技术中，通过电机控制阀门启闭时，一般通过限制阀杆行程或步进电机步数来实现对阀门的关闭。但是这些控制都是固定行程控制，在实际应用中，由于行程固定，如果出现液体压力突然增大，则关阀有可能出现渗漏风险，导致关阀不严。这种行程控制同时在组装时还需要现场校正，对机加工精度和现场组装能力要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种电机开关阀控制方法及相关的控制系统，以实现对管路液压变化的自适应，即在不同的管路液压情况下均能够避免渗漏风险，进一步地还能提高弹性密封件使用寿命，降低机加工精度和现场组装能力要求。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电机开关阀控制方法，用于由电机带动阀杆及固接于阀杆上的弹性密封体轴向远离或接近阀体上的隔腔孔以实现开关阀的过程，所述的方法是：如果关阀过程中经过电机的电流值出现先上升再下降紧接着再上升的特性，则在所述的电流值升至人为设定的阈值时控制电机关闭，否则在所述的电流值到达最大过载保护值时控制电机关系；所述的阈值低于最大过载保护值。

进一步地，记录关阀过程中自控制电机启动至电机关闭的时间间隔为第一期间，开阀过程中，电机启动持续时间达到第一期间或所述的电流值达到最大过载保护值则控制电机关闭。

进一步地，在关阀过程和/或开阀过程中，自控制电机启动起经过人为设定的第二期间止，在此期间内始终维持电机运转。

进一步地，所述的第二期间小于500ms。

进一步地，在关阀过程中，自控制电机启动后经过人为设定的第二期间起，再经过人为设定的第三期间止，在此期间内，仅在所述的电流值达到最大过载保护值时控制电机关闭。

一种电机开关阀控制系统，用于实现上述的电机开关阀控制方法，其包括电机、阀、电流传感器和控制器；所述的阀包括阀体、阀杆和弹性密封体；所述的阀体上开设有隔腔孔；所述的电机通过转动带动阀杆及阀杆上的弹性密封体轴向远离或接近隔腔孔以实现开关阀；所述的电流传感器用于感知经过电机的电流值并发送到控制器；所述的控制器通过控制电机正转或反转实现开阀或关阀，所述的控制器在开阀或关阀过程中还接收电流值，并根据电流值的变化或控制电机启动后持续的时间来控制电机关闭以结束开阀或关阀过程。

进一步地，所述的阀还包括阀芯；所述的阀杆与阀体止转连接；所述的阀芯由电机输出端带动相对阀杆转动，以使与阀杆相对阀体轴向伸缩。

进一步地，还包括缓冲装置，所述的缓冲装置装设于电机和阀芯之间，以实现电机空载启动。

进一步地，所述的缓冲装置包括与电机输出端止转连接的主动单元和与阀芯止转连接的从动单元；所述的主动单元在电机启动后需转动一定角度方能抵接从动单元以带动从动单元和阀芯转动。

由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：

1、在关阀过程中，如果出现电流值先上升再下降紧接着再上升的特性，则说明弹性密封体已按预设紧密抵接隔腔孔，在此情况下，无需达到最大过载保护值即可确保关阀紧密不会渗漏。因此，实现了对液压的自适应，即在不同的管路液压情况下均能够避免渗漏风险，而且还避免了过度压缩弹性密封体，延长了弹性密封体的寿命。同时，由于未采用行程控制，因此降低了机加工精度和现场组装能力要求。

2、通过记录电机关阀过程中电机启动持续时间间隔为第一期间，以作为开阀时电机启动持续时间的依据，可以使开阀过程的控制简单有效。

3、通过设定控制电机启动起的第二期间内，维持电机运转，避免因电机在启动时的电流冲击可能导致超过最大过载保护值而导致电机停转。

4、第三期间主要用于阀杆接近隔腔孔的过程，避免出现误判，以确保关阀紧密。

5、缓冲装置主要用于供电机空载启动，避免电机带载启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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为本发明实施例中电机、阀和缓冲装置连接关系示意图；

图2为本发明实施例中缓冲装置立体分解图；

图3为本发明实施例中缓冲装置工作状态示意图；

图4为本发明实施例中关阀过程时间-电流值关系曲线图；

图5为本发明实施例中开阀过程时间-电流值关系曲线图。

主要附图标记说明：

关阀第一时点1；关阀第二时点2；关阀第三时点3；关阀第四时点4；关阀第五时点5；关阀第六时点6；关阀第七时点7；关阀第八时点8；关阀第九时点9；开阀第一时点1’；开阀第二时点2’；开阀第三时点3’；开阀第四时点4’；开阀第五时点5’；开阀第六时点6’；缓冲装置20；主动单元21；拨块211；从动单元22；拨槽221；止转孔222；阀30；阀芯31；阀杆32；弹性密封体33；进水腔34；隔腔孔35；出水腔36；电机40；冗余行程A。

具体实施方式

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的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1，图1示出了本发明实施例中电机、阀和缓冲装置连接关系示意图。本发明实施例中，电机开关阀控制系统包括阀30、电机40、缓冲装置20、电流传感器和控制器。

其中，阀30包括阀体、阀芯31、阀杆32和弹性密封体33。所述的阀体设有进水腔34和出水腔36，进水腔34与出水腔36之间设有隔腔孔35，进水腔34通过隔腔孔35连通出水腔36；本实施例中，隔腔孔35与阀芯31、阀杆32和弹性密封体33同轴。阀芯31可由电机40的输出端直接带动而转动，也可由电机40的输出端通过缓冲装置20带动而转动，在本实施例中，阀芯31由电机40的输出端通过缓冲装置20带动而转动。本实施例中，阀杆32与阀体止转连接，且与阀芯31相对转动。阀芯31相对于阀体转动时，阀杆32轴向伸缩。弹性密封体33固定连接于阀杆32的一端，阀杆32轴向伸缩时，弹性密封体33靠近或远离隔腔孔35，开阀过程中，弹性密封体33远离隔腔孔35，而关阀过程中，弹性密封体33靠近隔腔孔35。

电机40相对阀体固定，其输出端用于驱动阀芯31转动，或通过缓冲装置20驱动阀芯31转动。

如图2和图3所示，缓冲装置20包括主动单元21和从动单元22；主动单元21与电机输出端止转连接，从动单元22与阀芯31止转连接。主动单元21设有径向对称布设的两个拨块211；从动单元22设有径向对称布设的两个拨槽221及止转孔222；所述的止转孔222供与阀芯31止转连接。所述的每个拨块211伸入对应的拨槽221中，且每个拨块211两端与轴心的连线形成的夹角小于每个拨槽221两端与轴心的连线形成的夹角，由此拨槽221中形成了冗余行程A,因此，电机40启动后，主动单元21的拨块211需要转动一定角度方能跨过冗余行程A抵接拨槽221的另一端，从而带动从动单元22和阀芯31转动。同样，电机40反向启动后，主动单元21的拨块211同样需要转动一定角度方能跨过冗余行程A抵接拨槽221的另一端，从而带动从动单元22和阀芯31转动。

从上面电机40、缓冲装置20和阀30的连接关系我们可以看到，电机40正转，可以带动缓冲装置20的主动单元21，经过冗余行程A后，主动单元21抵接从动单元22，从而带动从动单元22和与从动单元22止转连接的阀芯31正向转动，再带动与阀体止转连接的阀杆32向隔腔孔35伸出，使弹性密封体33靠近隔腔孔35，以实现关阀。

而电机40反转时，可以带动缓冲装置20的主动单元21，反向经过冗余行程A后，主动单元21抵接从动单元22，从而带动从动单元22和与从动单元22止转连接的阀芯31反向转动，再带动与阀体止转连接的阀杆32从隔腔孔35缩回，使弹性密封体33远离隔腔孔35，以实现开阀。

所述的电流传感器用于感知经过电机40的电流值并发送至控制器。当然，只有在开阀过程和关阀过程中，电流传感器才能发送电流值。

所述的控制器通过控制电机40正转，以实现关阀；所述的控制器通过控制电机40反转，以实现开阀。在开阀和关阀过程中，所述的控制器接收电流值，并可根据电流值的变化或控制电机40启动后持续的时间来控制电机40关闭以结束开阀或关阀过程。

基于上述电机开关阀控制系统，可以实现如下的电机开关阀控制方法：

如果在关阀过程中，经过电机40的电流值出现先上升再下降紧接着再上升的特性，则在所述的电流值升至人为设定的阈值时控制电机关闭，否则在所述的电流值到达最大过载保护值时控制电机关系；所述的阈值低于最大过载保护值。这里如果出现了上述特性，且电流值达到阈值，则无需达到最大过载保护值即可确保关阀紧密不会渗漏。因此，实现了对液压的自适应，即在不同的管路液压情况下均能够避免渗漏风险，而且还避免了过度压缩弹性密封体，延长了弹性密封体的寿命。同时，由于未采用行程控制，因此降低了机加工精度和现场组装能力要求。

为了实现对开阀的控制，可以记录关阀过程中自控制电机40启动至控制电机40关闭的时间间隔为第一期间，开阀时，电机启动持续时间达到第一期间或所述的电流值达到最大过载保护值时则控制电机40关闭。这样可以使开阀过程的控制简单有效。

由于在开阀和/或关阀中，启动电机40时，可能会出现超过最大过载保护值的电流值，因此，也可以规定自控制电机启动起经过人为设定的第二期间止，在此期间内始终维持电机运转。这里的第二期间指的是电机启动的一瞬间，一般不超过500ms。这样可以避免因电机在启动时的电流冲击可能导致超过最大过载保护值而导致电机停转。

由于在本实施例中设置了缓冲装置20以保证电机40空载启动，因此，在关阀过程的初期，也可能出现与先上升再下降紧接着再上升的特性相似的过程，而在关阀前期的这个过程，不能视为关阀完成的特征，因此，可以在启动完后的一段时间内，使根据上述特性控制电机关闭的特性不起作用，其技术方案是，在关阀过程中，自控制电机启动后经过人为设定的第二期间起，再经过人为设定的第三期间止，在此期间内，仅在所述的电流值到达最大过载保护值时控制电机关闭。

以下结合图4和图5，以本实施例中的电机开关阀控制系统为基础，较为详细地阐述关阀过程和开阀过程中的电流值特性。

图4示出了关阀过程中电流值与时间关系曲线。如图4所示，以控制电机40正转时为0点，关阀第一时点1前为电机40启动瞬间，因电机40在关阀第一时点1前未形成磁场，等同于纯导体，故电流值瞬时冲高至峰值。关阀第一时点1至关阀第二时点2的期间内，线圈形成磁场，产生反电动势，反电动势由小变大，此时加载在线圈两端的实时电压为输入电压减去反电动势电压，故电流值会从峰值向下。关阀第二时点2为电机40克服内在负载转速开始恒定时，自关阀第二时点2至关阀第三时点3，电机40空载运行，即在拨块211跨越缓冲装置中从动单元22的冗余行程A。关阀第三时点3时，电机40开始带载运行，即拨块211已经顶抵拨槽221的另一端。自关阀第三时点3至关阀第四时点4再至关阀第五时点5，电机转速经历了由高变低再变高，而反电动势经历了由大变小再变大的过程，此时加载在线圈两端的实时电压为输入电压减去反电动势电压，因此电流值经历了由低变高再变低的过程。关阀第五时点5至关阀第六时点6期间，由于弹性密封体33仍远离隔腔孔35，因此隔腔孔35的环周长乘以弹性密封体33至隔腔孔35的距离所得之侧表面积远大于隔腔孔35本身的孔面积，因此电流值恒定。关阀第六时点6至关阀第七时点7的期间内，上述的侧表面积逐渐小于隔腔孔35的孔面积，且差值越来越大，直至完全密封，因此，此过程中有效通水面积逐渐减小，弹性密封体33所受液压逐渐上升，电机40需要克服此压力，从而使电机40转速由高变小，反电动势由大变小，电流值逐渐上升。关阀第七时点7时，弹性密封体33已经密封隔腔孔35，关阀第七时点7至关阀第八时点8，弹性密封体33受力面积缩小，电机40转速由低变高，反电动势由小变大，电流值趋于下降。关阀第八时点8至关阀第九时点9，弹性密封体33受阀杆32的压力持续上升，电机40转速由高变低，反电动势由大变小，电流值趋于上升，此时在关阀第九时点9时达到阈值，表征弹性密封体33已经受到足够压力以可靠封堵隔腔孔35，不致产生漏水。而如果此时电机40继续正转，则弹性密封体33弹性逐渐丧失，向刚性密封变化，则对弹性密封体的寿命不利，而根据刚性密封条件设置的最大过载保护值，则大于阈值，以作为保护电机40的措施。但是，在达到最大过载保护值时关闭电机40，弹性密封体33已经造成一定破坏，对防止渗漏同样是不利的。

从上面我们可以看到，在关阀第二时点2前，电流值峰值有可能突破最大过载保护值，因此，我们设立第二期间，本实施例为100ms，在此第二期间内，电流值是否突破最大过载保护值不作为判断是否关闭电机40的依据。

从上面我们还可以看到，在关阀第七时点7前，电流值也可能会经历先大后小再大的过程，而这个过程对于判断是否可靠关阀是没有意义的，因此，我们可以在第二期间后接着设立第三期间，在此期间内，电流值无论是否经历先大后小再大的过程都与是否关闭电机40无关，这个第三期间，往往会设为从关阀第二时点2至关阀第五时点5的期间，实践中，不同的阀的设计会影响第三期间的长度。

将控制电机40正转时的0点至关阀第九时点9的时间间隔记为第一期间，在开阀过程中，只要控制电机40反转持续时间达到第一期间，或者开阀时电流值达到最大过载保护值都可以作为控制电机40关闭的依据。

实际的开阀过程如图5所示，电流值-时间曲线同样需要经历控制电机反转0时，至开阀第一时点1’，再依序经历开阀第二时点2’、开阀第三时点3’、开阀第四时点4’、开阀第五时点5’直至开阀第六时点6’时，反转持续时间达到第一期间。而开阀过程中，电流值的变化与关阀过程中前一阶段是完全相同的，在此不再赘述。

当然，同样的，在开阀过程中，在开阀第二时点2’前，电流值峰值有可能突破最大过载保护值，因此，我们同样可以设立第二期间，本实施例为100ms，在此第二期间内，电流值是否突破最大过载保护值不作为判断是否关闭电机40的依据。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机开关阀控制方法，用于由电机带动阀杆及固接于阀杆上的弹性密封体轴向远离或接近阀体上的隔腔孔以实现开关阀的过程，其特征是，如果关阀过程中经过电机的电流值出现先上升再下降紧接着再上升的特性，则在所述的电流值升至人为设定的阈值时控制电机关闭，否则在所述的电流值到达最大过载保护值时控制电机关闭；所述的阈值低于最大过载保护值。

2.如权利要求1所述的一种电机开关阀控制方法，其特征是，记录关阀过程中自控制电机启动至控制电机关闭的时间间隔为第一期间，开阀过程中，电机启动持续时间达到第一期间或所述的电流值达到最大过载保护值则控制电机关闭。

3.如权利要求1或2所述的一种电机开关阀控制方法，其特征是，在关阀过程和/或开阀过程中，自控制电机启动起经过人为设定的第二期间止，在此期间内始终维持电机运转。

4.如权利要求3所述的一种电机开关阀控制方法，其特征是，所述的第二期间小于500ms。

5.如权利要求3所述的一种电机开关阀控制方法，其特征是，在关阀过程中，自控制电机启动后经过人为设定的第二期间起，再经过人为设定的第三期间止，在此期间内，仅在所述的电流值达到最大过载保护值时控制电机关闭。

6.一种电机开关阀控制系统，用于实现如权利要求1至5中任一项所述的电机开关阀控制方法，其特征是，包括电机、阀、电流传感器和控制器；所述的阀包括阀体、阀杆和弹性密封体；所述的阀体上开设有隔腔孔；所述的电机通过转动带动阀杆及阀杆上的弹性密封体轴向远离或接近隔腔孔以实现开关阀；所述的电流传感器用于感知经过电机的电流值并发送到控制器；所述的控制器通过控制电机正转或反转实现开阀或关阀，所述的控制器在开阀或关阀过程中还接收电流值，并根据电流值的变化来控制电机关闭以结束关阀过程。

7.如权利要求6所述的一种电机开关阀控制系统，其特征是，所述的阀还包括阀芯；所述的阀杆与阀体止转连接；所述的阀芯由电机输出端带动相对阀杆转动，以使与阀杆相对阀体轴向伸缩。

8.如权利要求7所述的一种电机开关阀控制系统，其特征是，还包括缓冲装置，所述的缓冲装置装设于电机和阀芯之间，以实现电机空载启动。

9.如权利要求8所述的一种电机开关阀控制系统，其特征是，所述的缓冲装置包括与电机输出端止转连接的主动单元和与阀芯止转连接的从动单元；所述的主动单元在电机启动后需转动一定角度方能抵接从动单元以带动从动单元和阀芯转动。

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