CN109245282A - 一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，所述电动执行机构包括自动投切供电装置、机械执行机构；所述自动投切供电装置包括控制模块、电源转换器、超级电容装置，所述电源转换器与外部电源连接，并把转换后电源供给控制模块，同时给超级电容组模块供电，由控制模块控制机械执行机构实现开和关动作状态。该装置在电源正常时，利用超级电容大电流快速充放电、功率密度高、短路无爆炸、安全系数高的特点，将电能储存起来；当失去电源时，释放超级电容储存的能量对电动执行机构供电，驱动设备正常工作，实现工业过程控制中高效、节能、环保、实用的目的。
Description
技术领域
本发明属于自动化工业控制领域，具体涉及一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构。
背景技术
目前，在工业自动化领域，气动执行机构已经延用了一个世纪。由于气动执行机构采用压缩空气作为动力源，在失去动力时，能够依靠储气装置释放所储存的压缩空气驱动设备继续工作，实现阀门的开、关控制，对生产不会造成影响，这是气动执行机构的突出特点。然而，电动执行机构的动力源采用交流电源，在失去电源的情况下，执行机构将无法工作，无法保证生产正常需要。近年来，科学技术的发展和超级电容的问世，给工业过程控制带来了巨大的生机与活力。
特别是在有压力管路中，由于停电导致电动阀门的状态发生突然变化，会使液体的流速和流量突然发生变化，如管网压力突然降低，可以严重破坏管道，在一些石油、化工等领域，不仅使得管道的危害很大，也会严重影响生产和生活，所以有必要发明一种能预防此种现象的装置与系统。
发明内容
为了克服工业自动化过程控制中失去电源时电动执行机构不能正常工作的缺点，本发明提供一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构。利用超级电容大电流快速充放电的特点，将电能储存起来；当失去外部电源时，驱动设备正常工作的目的。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述电动执行机构包括自动投切供电装置、机械执行机构；所述自动投切供电装置包括控制模块、电源转换器、超级电容装置，所述电源转换器与外部电源连接，并把转换后电源供给控制模块，同时给超级电容组模块供电，由控制模块控制机械执行机构实现开和关动作状态；
当控制模块检测到外部电源处于断开状态时，所述控制模块自动控制启动超级电容装置的放电电路，由超级电容装置给控制模块进行电源供给；
当控制模块由外部电源供电时，控制模块检测到有外部电源时，启动超级电容装置的充电电路；所述控制模块实时检测超级电容装置电压，当检测到电压为设计上限值时切断超级电容装置的充电电路；若检测到装置电量低于充电启动门限时，重新启动充电电路给所述超级电容装置充电。
作为本发明的进一步优化，所述自动投切供电装置中的电源转换器经过整流滤波、电压稳压转换后与所述控制模块相连，在外部电源正常时为所述控制模块供电，所述控制模块由功能模块和供电控制模块组成,功能模块和供电控制模块由双排接插连接。
进一步地，所述超级电容装置经过功率电阻、反向截止二极管后和控制模块连接，控制模块中设置有超级电容充电检测电路、放电检测电路；外电源供电时，控制模块控制切断放电电路，启动充电电路给超级电容装置充电。
进一步地，所述机械执行机构包括直流无刷电机、行星齿轮减速装置、机械传动、机械输出附件，所述直流无刷电机的输出轴、行星齿轮减速装置通过机械传动附件连接后与机械输出附件连接。
进一步地，所述超级电容装置是由单节超级电容串联充放电电压均衡电路设计组成，并能实现充放电电压不均衡时进行指示提示。
进一步地，所述控制模块、电源转换器、超级电容装置通过导线端子压接、焊接连接。
进一步地,所述控制模块、电源转换器、超级电容装置为一个整体模块。
进一步地，所述自动投切供电装置的本体外形为圆形、矩形中的一种。
另外，所述与电源转换器连接的外部电源采用24V、36V、48 V、220V和380V的任一电压供电，供电形式为交流电或直流电的一种。
本装置采用超级电容组作为二次动力源，驱动执行机构正常工作。在电源正常时，利用超级电容大电流快速充放电、功率密度高、短路无爆炸、安全系数高的特点，将电能储存起来；当失去电源时，释放超级电容储存的能量对电动执行机供电，驱动执行机构正常工作，实现电动执行机构高效、节能、环保、实用的目的。
附图说明
附图1是本发明电动执行机构失电自带二次自动投切供电装置工作原理示意图。
图中，1.供电控制模块；2.功能模块；3.DCS/PLC系统；4.电源转换器；5. 超级电容装置；6.机械执行机构；7.显示装置；8.充电电路；9.放电电路；10.机械传动输出附件；11.行星齿轮减速装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，所述电动执行机构包括自动投切供电装置、机械执行机构6；自动投切供电装置的本体外形为圆形、矩形中的一种，自动投切供电装置包括控制模块、电源转换器4、超级电容装置5，为减少产品零件数和缩小产品体积，控制模块、电源转换器4、超级电容装置5为一个整体模块，并通过导线端子压接、焊接连接在自动投切供电装置的本体上。所述电源转换器4与外部电源连接，并把转换后电源供给控制模块，同时给超级电容组模块供电，由控制模块控制机械执行机构6实现开和关的动作状态，外部电源采用24V、36V、48 V、220V和380V的任一电压供电，供电形式为交流电或直流电的一种，便于本发明的适用于不同的环境。直流无刷电机、行星齿轮减速装置11、机械传动、机械输出附件组成机械执行机构6，所述直流无刷电机的输出轴、行星齿轮减速装置11通过机械传动附件连接后与机械输出附件连接。所述机械输出附件为连接阀门部件。所述控制模块由功能模块2和供电控制模块1组成,功能模块2和供电控制模块1由双排接插连接。
当控制模块检测到外部电源处于断开状态时，控制模块自动控制启动超级电容装置5的放电电路9，由超级电容装置5给控制模块进行电源供给；当控制模块由外部电源供电时，控制模块检测到有外部电源时，启动超级电容装置5的充电电路8；控制模块能实时检测超级电容装置5电压，当检测到电压为设计上限值时切断超级电容装置5的充电电路8；若检测到装置电量低于充电启动门限时，重新启动充电电路8给所述超级电容装置5充电。所述超级电容装置5是由单节超级电容串联充放电电压均衡电路设计组成，并能实现充放电电压不均衡时进行指示提示。
作为本发明的进一步优化，所述自动投切供电装置中的电源转换器4经过整流滤波、电压稳压转换后与所述控制模块相连，在外部电源正常时为所述控制模块供电。所述超级电容装置5经过功率电阻、反向截止二极管后和控制模块连接，控制模块中设置有超级电容充电检测电路、放电检测电路；外电源供电时，控制模块控制切断放电电路9，启动充电电路8给超级电容装置5充电。
电动执行机构还包括显示装置，所述显示装置能够显示工作状态信息。
本发明利用超级电容作为二次动力源，在原有电动执行机构控制模块中增设电源转换器4和超级电容组充放电均衡模块。超级电容作为电能储存装置，在电源正常时，利用超级电容大电流快速充放电、功率密度高、短路无爆炸、安全系数高的特点，将电能储存起来，当失去电源时，释放超级电容存储的能量对电动执行机构供电，驱动机械输出附件的正常工作。超级电容组充放电均衡模块接入控制模块供电电路中进行充电，当控制模块检测到超级电容组已达到额定值时切断充电电路8，实现超级电容组充放电均衡模块中超级电容储能；在电源突然失去电源时，控制模块立即监测到电源失电，控制启动超级电容组放电电路9，从而实现二次自动投切供电，从而保证机械输出附件的正常工作，械输出附件如管道阀门，不会因断电导致管道阀门状态的变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述电动执行机构包括自动投切供电装置、机械执行机构；所述自动投切供电装置包括控制模块、电源转换器、超级电容装置，所述电源转换器与外部电源连接，并把转换后电源供给控制模块，同时给超级电容组模块供电，由控制模块控制机械执行机构实现开和关动作状态；
当控制模块检测到外部电源处于断开状态时，所述控制模块自动控制启动超级电容装置的放电电路，由超级电容装置给控制模块进行电源供给；
当控制模块由外部电源供电时，控制模块检测到有外部电源时，启动超级电容装置的充电电路；所述控制模块实时检测超级电容装置电压，当检测到电压为设计上限值时切断超级电容装置的充电电路；若检测到装置电量低于充电启动门限时，重新启动充电电路给所述超级电容装置充电。
2.根据权利要求1所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述自动投切供电装置中的电源转换器经过整流滤波、电压稳压转换后与所述控制模块相连，在外部电源正常时为所述控制模块供电；所述控制模块由功能模块和供电控制模块组成,功能模块和供电控制模块由双排接插端子连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述超级电容装置经过功率电阻、反向截止二极管后和控制模块连接，控制模块中设计有超级电容充电检测电路、放电检测电路；外部电源供电时，控制模块控制切断放电电路，若检测到装置电量低于充电启动门限时，启动充电电路给所述超级电容装置充电。
4.根据权利要求3所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述机械执行机构包括直流无刷电机、行星齿轮减速装置、机械传动、机械输出附件，所述直流无刷电机的输出轴、行星齿轮减速装置通过机械传动附件连接后与机械输出附件连接。
5.根据权利要求4所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述超级电容装置是由单节超级电容串联充放电电压均衡电路设计组成，并能实现充放电电压不均衡时用发光二极管进行点亮提示。
6.根据权利要求5所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述控制模块、电源转换器、超级电容装置通过导线端子压接、焊接连接。
7.根据权利要求1所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于, 所述电动执行机构还包括显示装置，所述显示装置能够显示工作状态信息。
8.根据权利要求1所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于,所述控制模块、电源转换器、超级电容装置为一个整体模块。
9.根据权利要求1所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述自动投切供电装置的本体外形为圆形、矩形中的一种。
10.根据权利要求1所述的具有失电二次自动投切供电装置的电动执行机构，其特征在于，所述与电源转换器连接的外部电源采用24V、36V、48 V、220V和380V的任一电压供电，供电形式为交流电或直流电的一种。
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