CN109163131A - 一种用于阀门的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于阀门的控制系统，包括：第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器及输入设备；第一参量监测部件和第二参量监测部件设置在管路中；第一参量监测部件和第二参量监测部件的输出端与控制器的信号输入端连接；控制器的输出端与待控制阀门的信号输入端连接；输入设备的信号输出端与控制器的输入端连接。本发明将参量监测部件、控制器、输入设备与电动阀门构成闭环负反馈系统，控制器通过对两个参量监测部件的反馈信号进行选取，对给定值进行修订，然后对电动阀门输出控制开度信号，使管路中的压力、流量或者温度达到给定值，保证各电动阀门均有各自独立的闭环负反馈系统，将传统的电动阀门控制向下转移，减小了控制的复杂程度。

Description

一种用于阀门的控制系统

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种用于阀门的控制系统。

背景技术

目前，电动阀门被广泛应用于船舶、冶金、石油化工等领域，并被安装于水、空气、蒸汽等各种腐蚀性介质、泥浆和油品等管道系统中，其与压力传感器、流量传感器组成一个微小系统。新型电动调节蝶阀具有拟等百分比调节特性，三维CFD技术完全可以应用到工作实际中。

目前，对现场级电动阀门进行监控的方式是上级设备集中控制，这种控制方式的缺陷是复杂程度高。

发明内容

本发明通过提供一种用于阀门的控制系统，解决了现有技术中复杂程度高的技术问题。

本发明提供了一种用于阀门的控制系统，包括：第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器及输入设备；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件均设置在管路中；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件的信号输出端均与所述控制器的信号输入端通信连接；所述控制器的信号输出端与待控制的阀门的信号输入端通信连接；所述输入设备的信号输出端与所述控制器的信号输入端通信连接。

进一步地，所述控制器包括：滤波模块、浪涌模块、电源转换模块、控制模块及操作面板；所述滤波模块的输入端接入电源；所述滤波模块的输出端与所述浪涌模块的输入端电性连接；所述浪涌模块的第一输出端与所述控制模块的输入端电性连接，所述浪涌模块的第二输出端与所述操作面板的输入端电性连接；所述操作面板的输出端与所述控制模块的输入端电性连接；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件的信号输出端均与所述控制模块的输入端通信连接；所述控制模块的输出端与所述待控制的阀门的信号输入端通信连接；所述输入设备的信号输出端与所述操作面板的输入端通信连接。

进一步地，所述控制模块包括：

信息接收单元，用于接收从所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件输出的信息；

信息选择单元，用于从所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件输出的信息中选择出较大值；

运算单元，用于将预设值减去所述较大值，得到差值；

分析处理单元，用于通过公式U(k)＝U(k-1)+△U(k)得出控制信号U(k)；其中，k表示接收所述第一参量监测部件、所述第二参量监测部件输出的信息的时间序号；△U(k)＝Kp(1+T/Ti+Td/Ti)e(k)+Kp(1+2Td/Ti)e(k-1)+Kp*Td/Ti e(k-2)，式中的Kp为比例系数，Ti为积分系数，Td为微分系数，e(k)为时间序号为k时的差值，e(k-1)为时间序号为k-1时的差值，e(k-2)为时间序号为k-2时的差值；

信号输出单元，用于将所述控制信号U(k)发送到所述待控制的阀门。

进一步地，还包括：外壳和弹簧减震器；所述控制器设置在所述外壳中；所述外壳通过所述弹簧减震器设置在墙面上。

进一步地，还包括：展示设备；所述控制器的信号输出端与所述展示设备的信号输入端通信连接。

进一步地，所述展示设备至少为以下其中一种：

喇叭和显示器。

进一步地，所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件均为压力监测部件、流量监测部件或温度监测部件。

进一步地，所述输入设备至少为以下其中一种：

鼠标、键盘、手柄。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明将第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器、输入设备与电动阀门构成一个闭环负反馈系统，控制器通过对第一参量监测部件和第二参量监测部件的反馈信号进行选取，从而对由输入设备输入的给定值进行适当修订，然后对电动阀门输出控制开度信号，如此反复，最终使管路中的压力、流量或者温度达到给定值的要求，保证了各电动阀门均有一个各自独立的闭环负反馈系统，从而将传统的电动阀门控制向下转移，进而减小了控制的复杂程度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的用于阀门的控制系统中控制器的结构框图；

图3为本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的外部结构主视图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的工作原理图。

其中，1-外壳，2-弹簧减震器。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种用于阀门的控制系统，解决了现有技术中复杂程度高的技术问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

本发明实施例将第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器、输入设备与电动阀门构成一个闭环负反馈系统，控制器通过对第一参量监测部件和第二参量监测部件的反馈信号进行选取，从而对由输入设备输入的给定值进行适当修订，然后对电动阀门输出控制开度信号，如此反复，最终使管路中的压力、流量或者温度达到给定值的要求，保证了各电动阀门均有一个各自独立的闭环负反馈系统，从而将传统的电动阀门控制向下转移，进而减小了控制的复杂程度。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供的用于阀门的控制系统，包括：第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器及输入设备；第一参量监测部件和第二参量监测部件均设置在管路中；第一参量监测部件和第二参量监测部件的信号输出端均与控制器的信号输入端通信连接；控制器的信号输出端与待控制的阀门的信号输入端通信连接；输入设备的信号输出端与控制器的信号输入端通信连接。

在本实施例中，第一参量监测部件和第二参量监测部件均设置在管路中的相同位置。当然，也可以根据实际需求设置更多数量的参量监测部件，并将这些参量监测部件设置在管路中的相同位置即可。

参见图2，对控制器的结构进行具体说明，控制器包括：滤波模块、浪涌模块、电源转换模块、控制模块及操作面板；滤波模块的输入端接入220V的直流电源；滤波模块的输出端与浪涌模块的输入端电性连接；浪涌模块的第一输出端与控制模块的输入端电性连接，浪涌模块的第二输出端与操作面板的输入端电性连接；操作面板的输出端与控制模块的输入端电性连接；第一参量监测部件和第二参量监测部件的信号输出端均与控制模块的输入端通信连接；控制模块的输出端与待控制的阀门的信号输入端通信连接；输入设备的信号输出端与操作面板的输入端通信连接。其中，滤波模块可以防止低频电源的传导干扰，浪涌模块可以防止1700V的12us的尖峰电压，电源转换模块可以将AC220V电压转换为DC24V电压，控制模块用于接收由操作面板输出的操作指令和由第一参量监测部件和第二参量监测部件输出的监测数据、并对监测数据进行分析以及输出4～20mA的控制信号。

对控制模块的结构进行具体说明，控制模块包括：

信息接收单元，用于接收从第一参量监测部件和第二参量监测部件输出的信息；

信息选择单元，用于从第一参量监测部件和第二参量监测部件输出的信息中选择出较大值；

运算单元，用于将预设值减去较大值，得到差值；

分析处理单元，用于通过公式U(k)＝U(k-1)+△U(k)得出控制信号U(k),即第k次控制信号；其中，k表示接收第一参量监测部件、第二参量监测部件输出的信息的时间序号；△U(k)＝Kp(1+T/Ti+Td/Ti)e(k)+Kp(1+2Td/Ti)e(k-1)+Kp*Td/Ti e(k-2)，式中的Kp为比例系数，Ti为积分系数，Td为微分系数，e(k)为时间序号为k时的差值，e(k-1)为时间序号为k-1时的差值，e(k-2)为时间序号为k-2时的差值。在实际应用中，从k＝0时开始计算出U(1)，依次类推，直到计算出合适的U(k)。在本实施例中，对于Kp、Ti、Td、T参数的整定通过工程整定法获取。

信号输出单元，用于将控制信号U(k)发送到待控制的阀门。

参见图3和图4，对本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的结构进行具体说明，还包括：外壳1和弹簧减震器2；控制器设置在外壳1中；外壳1通过弹簧减震器2设置在墙面上。

具体地，控制器采用底部进线，避挂式安装，背部采用弹簧减震器2。底部主要采用不锈钢填料函，弹簧减震器2通过安装底板与安装角固定，并通过螺钉将弹簧减震器2与箱低底部固定。并对外壳1进行封闭式处理。

在本实施例中，外壳1的尺寸控制在A4纸张大小，厚度约为150mm。

对本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的结构进行进一步说明，还包括：展示设备；控制器的信号输出端与展示设备的信号输入端通信连接。

在本实施例中，第一参量监测部件和第二参量监测部件均为压力监测部件、流量监测部件或温度监测部件。

展示设备至少为以下其中一种：

喇叭和显示器。

输入设备至少为以下其中一种：

鼠标、键盘、手柄。

这里需要说明的是，本发明实施例提供的用于阀门的控制系统除了可以通过输入设备输入预设参数之外，还可以通过RS485通信实现预设参数的设定。

在本实施例中，RS485通信接口采用MODBUS-RTU协议，支持03、06功能码。其寄存器内容如下表所示：

地址十六进制	内容	备注
			0004	开度信号值	4个字节,高字节在前，底字节在后
0008	1#传感器数值	4个字节,高字节在前，底字节在后
			000C	2#传感器数值	4个字节,高字节在前，底字节在后
0010	反馈值	4个字节,高字节在前，底字节在后
			0014	比例Kp数值	4个字节,高字节在前，底字节在后
0018	积分Ki数值	4个字节,高字节在前，底字节在后
			001C	微分Kd数值	4个字节,高字节在前，底字节在后

表1功能码03与数据对照表

地址十六进制	内容	备注
			0004	给定值	4个字节,高字节在前，底字节在后

表2功能码06与数据对照表

参见图5，对本发明实施例提供的用于阀门的控制系统的工作流程进行说明：

(1)获得控制对象要求的输入值，即预设值，比如压力、流量或温度等，主要通过面板操作或者RS485通信实现；

(2)接收由第一参量监测部件和第二参量监测部件输出的模拟量信号值，如压力、流量或温度等；

(3)将输入值与较大的模拟量信号值相减，得到差值。并获取系统比例Kp、积分Ki、微分Kd参数，进行数据分析得到用于控制电动阀门的模拟量控制信号，输出模拟量控制信号到电动阀门。

(4)采用LCD显示Kp、Ki、Kd参数、输入值、模拟量信号值、差值等信息，同时将该信息通过RS485通信上传。

【技术效果】

本发明实施例将第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器、输入设备与电动阀门构成一个闭环负反馈系统，控制器通过对第一参量监测部件和第二参量监测部件的反馈信号进行选取，从而对由输入设备输入的给定值或经RS485通信传输的给定值进行适当修订，然后对电动阀门输出控制开度信号，如此反复，最终使管路中的压力、流量或者温度达到给定值的要求，保证了各电动阀门均有一个各自独立的闭环负反馈系统，从而将传统的电动阀门控制向下转移，进而减小了控制的复杂程度。

本发明实施例还有体积小、独立性强、智能化程度高、控制精度高、电磁抗干扰能力强等特点。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于阀门的控制系统，其特征在于，包括：第一参量监测部件、第二参量监测部件、控制器及输入设备；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件均设置在管路中；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件的信号输出端均与所述控制器的信号输入端通信连接；所述控制器的信号输出端与待控制的阀门的信号输入端通信连接；所述输入设备的信号输出端与所述控制器的信号输入端通信连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器包括：滤波模块、浪涌模块、电源转换模块、控制模块及操作面板；所述滤波模块的输入端接入电源；所述滤波模块的输出端与所述浪涌模块的输入端电性连接；所述浪涌模块的第一输出端与所述控制模块的输入端电性连接，所述浪涌模块的第二输出端与所述操作面板的输入端电性连接；所述操作面板的输出端与所述控制模块的输入端电性连接；所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件的信号输出端均与所述控制模块的输入端通信连接；所述控制模块的输出端与所述待控制的阀门的信号输入端通信连接；所述输入设备的信号输出端与所述操作面板的输入端通信连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括：

信息接收单元，用于接收从所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件输出的信息；

信息选择单元，用于从所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件输出的信息中选择出较大值；

运算单元，用于将预设值减去所述较大值，得到差值；

分析处理单元，用于通过公式U(k)＝U(k-1)+△U(k)得出控制信号U(k)；其中，k表示接收所述第一参量监测部件、所述第二参量监测部件输出的信息的时间序号；△U(k)＝Kp(1+T/Ti+Td/Ti)e(k)+Kp(1+2Td/Ti)e(k-1)+Kp*Td/Ti e(k-2)，式中的Kp为比例系数，Ti为积分系数，Td为微分系数，e(k)为时间序号为k时的差值，e(k-1)为时间序号为k-1时的差值，e(k-2)为时间序号为k-2时的差值；

信号输出单元，用于将所述控制信号U(k)发送到所述待控制的阀门。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：外壳和弹簧减震器；所述控制器设置在所述外壳中；所述外壳通过所述弹簧减震器设置在墙面上。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：展示设备；所述控制器的信号输出端与所述展示设备的信号输入端通信连接。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述展示设备至少为以下其中一种：

喇叭和显示器。

7.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一参量监测部件和所述第二参量监测部件均为压力监测部件、流量监测部件或温度监测部件。

8.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述输入设备至少为以下其中一种：

鼠标、键盘、手柄。