CN109611601A - 阀门电动执行装置远程控制系统及控制方法 - Google Patents
阀门电动执行装置远程控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种阀门电动执行装置远程控制系统及控制方法,阀门电动执行装置包括机械壳体、蜗轮蜗杆传动机构、电机;电机通过控制蜗轮蜗杆传动机构动作进而实现对阀门的开度控制;电源通过低压继电器控制的固态继电器与电机的电源端子电连接;阀门远程控制系统包括:用于检测阀门开度的第一传感器;用于检测电机工作电流的第二传感器;用于检测电源电压的第三传感器;用于检测现场工作温度的第四传感器;用于接收上述四个传感器的信号的单片机;所述单片机的I/O端口分别与第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、继电器电连接;与单片机进行数据交互,进而对电机进行控制的手持终端;手持终端和单片机上均设置有通信模块。
Description
技术领域
本发明属于阀门电动执行装置控制技术领域,尤其涉及一种阀门电动执行装置远程控制系统及控制方法。
背景技术
阀门电动执行装置指的是以电能为主要能量来源,用来驱动阀门的机械装置,包括机械本体和电气控制部分,机械本体部分包括壳体、蜗轮蜗杆传动部件以及电机;电气控制部分包括控制面板,电机控制和驱动电路,正反转行程开关,力矩限位开关,阀门开度检测部件。如图3所示,传统的阀门电动执行装置采用远程和本地相结合的控制模式。本地模式采用按钮和旋转开关配合液晶显示屏和指示灯的方式来实现。远程的模式一般采用工业4-20mA差分电流的线控方式实现;线控的方式控制距离近,需要单独布线,且控制信息只包含阀门开度数据,也没有数据存储和信息分析能力。因此远程设备无法获取到阀门电动执行装置的电源电压、工作环境温度、电机电流、行程开关状态、力矩过载状态、阀门开度、工作时长、定时状态自检等信息,对设备工况不能做出全面的了解和分析。由于不能够积累足够的有效运行数据,无法利用现有的新技术对设备工况做出准确预测,对设备健康和故障情况提前做出有效的维护和预警。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种阀门电动执行装置远程控制系统及控制方法。
本发明所采用的具体技术方案为:
本专利的发明目的是提供一种阀门电动执行装置远程控制系统,所述阀门电动执行装置包括机械壳体、蜗轮蜗杆传动机构、电机以及电气控制电路;所述电机通过控制蜗轮蜗杆传动机构动作进而实现对阀门的开度控制;电源通过低压继电器控制的固态继电器与电机的电源端子电连接;所述阀门远程控制系统至少包括:
用于检测阀门开度的第一传感器;
用于检测电机工作电流的第二传感器;
用于检测电源电压的第三传感器;
用于检测现场工作温度的第四传感器;
用于接收上述四个传感器的信号的单片机;所述单片机的I/O端口分别与第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、继电器电连接;
与单片机进行数据交互,进而对电机进行控制的手持终端;在所述手持终端和单片机上均设置有通信模块。
进一步:所述单片机上设置有存储模块,所述存储模块用于存储历史告警信号的时间和
类型数据。
更进一步:所述阀门电动执行装置远程控制系统还包括:单片机内部的计时模块。
更进一步:所述通信模块为WIFI模块。
更进一步:所述手持终端为手机。
更进一步:所述第一传感器包括:控制阀门状态的传动轴(9);
固定安装于传动轴(9)上的大齿轮(8);
位于传动轴(9)的端部,且与传动轴(9)轴线垂直的指示盘(10),上述指示盘(10)包括:带刻度的圆形盘体、位于圆形盘体上的指针;内六角平圆头螺钉(11)依次穿过指针和圆形盘体的中心后插入传动轴(9)的轴心上;
与上述大齿轮(8)啮合的小齿轮(6);
通过转轴与小齿轮(6)固定连接的单圈旋转电位器(3);
与转轴固定连接的连接板(2);
与连接板(2)固定连接的固定轴(1);其中:
上述转轴和固定轴(1)相互平行,上述转轴与连接板(2)相互垂直。
一种阀门电动执行装置远程控制系统的控制方法,包括如下步骤:
步骤一、阀门开度全开和全关限值设定;
步骤二、单片机和手持终端建立通信关系;
步骤三、通过手持终端向单片机内写入电机的工作参数;
步骤四、单片机根据上述工作参数和工作时长控制电机动作;
步骤五、四个传感器将检测数据发送给单片机,单片机将检测到的传感器数据,阀门行程限位开关信号、扭矩限位开关信号以及工作时长发送给手持终端;
步骤六、手持终端对检测数据进行分析、处理和存储。
本发明的优点及积极效果为:
通过采用上述技术方案,本发明具有如下的技术效果:
1,本发明采用多个传感器对阀门电动执行装置的工作状态、电机的工况进行实时检测,使得手持终端能够及时掌握阀门电动执行装置的状态;保证阀门电动执行装置的正常工作;同时,手持终端之间可以相互组网;
2,通过手持终端能够实现对阀门电动执行装置的远程监控、管理和维护。
附图说明
图1为本发明优选实施例的结构框图;
图2为本发明优选实施例中单片机的电路图;
图3为本发明优选实施例中阀门开度检测传感器结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1至图3、一种阀门电动执行装置远程控制系统,所述阀门电动执行装置包括机械壳体、蜗轮蜗杆传动机构、电机和电气控制电路;所述电机通过控制蜗轮蜗杆传动机构动作进而实现对阀门的开度控制;电源通过低压继电器控制固态继电器与电机的电源端子电连接;所述阀门电动执行装置远程控制系统至少包括:
用于检测阀门开度的第一传感器;
用于检测电机工作电流的第二传感器;
用于检测电源电压的第三传感器;
用于检测现场工作温度的第四传感器;
用于接收上述四个传感器的信号的单片机;所述单片机的I/O端口分别与第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、继电器电连接;
与单片机进行数据交互,进而对电机进行控制的手持终端;在所述手持终端和单片机上均设置有通信模块。
作为优选:所述单片机上设置有存储模块,所述存储模块用于存储历史告警信号的时间
和类型数据。
所述阀门远程控制系统还包括:与单片机的I/O端口电连接的计时模块。
所述通信模块为WIFI模块。
所述手持终端为手机。
所述第一传感器包括:
驱动阀门转动的传动轴9;即传动轴9在转动的过程中,带动阀门开启或者关闭;
固定安装于传动轴9上的大齿轮8;为了提高安装的稳定性,在大齿轮8的两侧的传动轴9上,安装有紧定螺钉B7-2;这样既可防止大齿轮8滑落;
位于传动轴9的端部,且与传动轴9轴线垂直的指示盘10,上述指示盘10包括:带刻度的圆形盘体、位于圆形盘体上的指针;内六角平圆头螺钉11依次穿过指针和圆形盘体的中心后插入传动轴9的轴心上;传动轴9在转动的过程中,带动指针和圆形盘体旋转,用来指示阀门开启角度,即阀门的开度;
与上述大齿轮8啮合的小齿轮6;
通过转轴与小齿轮6固定连接的旋转电位器3;为了实现旋转电位器3的稳固连接,转轴依次穿过薄螺母5、连接板2后与旋转电位器3连接;
与转轴固定连接的连接板2;
与连接板2固定连接的固定轴1,内六角圆柱头螺钉4穿过连接板2后插入固定轴1中进而将两者实现固定连接;其中:
上述转轴和固定轴1相互平行,上述转轴与连接板2相互垂直。
所述小齿轮6和大齿轮8的齿数比范围为:2.4~3.0。
第一传感器的工作原理为:大齿轮和传动轴同步旋转,进而带动指针和指示盘旋转,这样既可通过指示盘直接读取到阀门的开度;同时,大齿轮在旋转的同时,带动小齿轮转动,小齿轮进而带动旋转电位器动作,这样又可以通过旋转电位器间接得出阀门的开度大小。因此,该基于电位器的阀门开度检测装置能够快速准确地检测出阀门的开度大小。
本优选实施例除了实现阀门开度控制和显示功能以外,还能够通过无线网络实时上传关于设备工作状态的多种数据信息(包括电源电压、工作环境温度、电机电流、行程开关状态、力矩过载状态、阀门开度、工作时长、定时状态自检),可远程传输到服务器,并接受服务器的控制信息。按照控制要求,本地还可将信息存储,供离线维护和分析使用。
单片机选用8051内核的STC15L2K60S2芯片,内置12bit AD模拟数字转换电路,测温芯片(第四传感器)采用ADT75。控制板用电流互感器测量电机工作电流,用跟阀门输出轴相连的单圈旋转电位器滑动端电压测量阀门开度位置;
单片机的输入和输出接口电路采用TLP521光耦和HF3FF-024-1ZS继电器。
WiFi模块采用ESP8266无线串口模块。
本发明采用无线的方式接入远程的服务器或手持移动终端设备,针对网络拓扑和阀门电动执行装置应用的场合不同,模块设计了WIFI通信方式,并可直接用手机操控。
本发明采用电子测温芯片来监测工作环境温度,用光耦隔离的方法将行程开关信息和扭矩限位开关信息输入到控制板上,控制继电器触点断开和闭合的隔离方式来控制固态继电器的断开和闭合,实现阀门电动执行装置驱动电机启停和正反转,使用单片机的ADC测量模块采集电机的工作电流、阀门开度电压,另外还具备本地存储功能,能够记录开断次数和总计工作时长等物理量参数。
本发明根据远程服务器的指令来动态实现设备自检,并将检测结果传输到云端,或手持移动终端。
一种阀门电动执行装置远程控制系统的控制方法,包括如下步骤:
步骤一、阀门开度全开和全关限值设定:
将检测阀门开度电位器两固定端接入跟单片机ADC参考电压相同的电源供电电路,调整两固定端跟电源、地的接线顺序使得当阀门全关时的电位器滑动端测量值Vclose小于阀门全开时的电位器滑动端测量值Vopen,并将这两个值存到单片机,每次运行时都需要用到这个值。
步骤二、单片机和手持终端建立通信关系;
通过WIFI模块跟单片机连接的串口,配置WIFI模块的无线路由器的名称和密码,远程服务器的IP地址和端口,SOCKET链接类型等参数;手持终端做类似配置。
步骤三、通过手持终端向单片机内写入电机的工作参数;
电机的工作命令参数包括全部关闭,全部打开,阀门停止和阀门开度百分比。数据帧的通信协议,包括帧头、长度、数据类型、数据载荷,数据载荷的定义,包括时间,标签,指示灯和电机动作。
步骤四、单片机根据上述工作参数控制电机动作;
电气控制电路用两路互锁的低压继电器控制固态继电器来驱动电机正反转和停机,电机正转即阀门开的控制信号记为MO,电机反转即阀门关的控制信号记为MC,信号高电平有效,逻辑上两个信号不能同时为高,电路上这两个信号控制的低压继电器互锁保证固态继电器和电机安全。
当收到全开指令时,MO置高有效,MC为低,电机正转,直至检测到阀门开行程开关置位时设置MO为低,电机停机,阀门到全开位置。
当收到全关指令时,MC置高有效,MO为低,电机反转,直至检测到阀门关行程开关置位时设置MC为低,电机停机,阀门到全关位置。
当收到可调节开度百分比指令时,先判断当前开度百分比和目标开度百分比的差值,设置MO或MC决定电机正转和反转;当检测到目标开度百分比数值位于相邻两次当前开度百分比值的中间时,阀门开度到位,停止电机。按照一定的采样率(100Hz)实时采集阀门开度值,设开度检测电位器的当前测量值记为Vmeas,上次测量值记为Vmeas_r,阀
门目标开度百分比为Ktar,则当前阀门开度百分比可按照下式计算:
Kcur=(Vmeas-Vclose)/(Vopen-Vclose)×100%
上次阀门开度百分比:
Kcur_r=(Vmeas_r-Vclose)/(Vopen-Vclose)×100%
阀门到位判断依据为:
((Kcur≤Ktar)∩(Ktar≤Kcur_r))∪((Kcur≥Ktar)∩(Ktar≥Kcur_r))
步骤五、四个传感器将检测数据发送给单片机,单片机将检测到的传感器数据,阀门行程限位开关信号、扭矩限位开关信号以及工作时长发送给手持终端;
协议跟步骤三类似,但数据载荷的定义,包括时间,标签,行程开关,力矩开关,电机状态,电机电流、电压,环境温度。
步骤六、手持终端对检测数据进行分析、处理和存储。
手持终端提供设置和操作、显示界面,并将数据存入文件供后续分析处理。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种阀门电动执行装置远程控制系统,所述阀门包括机械壳体、蜗轮蜗杆传动机构、电机;所述电机通过控制蜗轮蜗杆传动机构动作进而实现对阀门的开度控制;电源通过低压继电器控制的固态继电器与电机的电源端子电连接;其特征在于:所述阀门远程控制系统至少包括:
用于检测阀门开度的第一传感器;
用于检测电机工作电流的第二传感器;
用于检测电源电压的第三传感器;
用于检测现场工作温度的第四传感器;
用于接收上述四个传感器的信号的单片机;所述单片机的I/O端口分别与第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、继电器电连接;
与单片机进行数据交互,进而对电机进行控制的手持终端;在所述手持终端和单片机上均设置有通信模块。
2.根据权利要求1所述的阀门电动执行装置远程控制系统,其特征在于:所述单片机上设置有存储模块,所述存储模块用于存储历史告警信号的时间和类型数据。
3.根据权利要求2所述的阀门电动执行装置远程控制系统,其特征在于:所述阀门远程控制系统还包括:与单片机的I/O端口电连接的计时模块。
4.根据权利要求3所述的阀门电动执行装置远程控制系统,其特征在于:所述通信模块为WIFI模块。
5.根据权利要求4所述的阀门电动执行装置远程控制系统,其特征在于:所述手持终端为手机。
6.根据权利要求1-5任一项所述的阀门电动执行装置远程控制系统,其特征在于:所述第一传感器包括:控制阀门状态的传动轴(9);
固定安装于传动轴(9)上的大齿轮(8);
位于传动轴(9)的端部,且与传动轴(9)轴线垂直的指示盘(10),上述指示盘(10)包括:带刻度的圆形盘体、位于圆形盘体上的指针;内六角平圆头螺钉(11)穿过指针和圆形盘体的中心后插入传动轴(9)的轴心上;
与上述大齿轮(8)啮合的小齿轮(6);
通过转轴与小齿轮(6)固定连接的单圈旋转电位器(3);
与转轴固定连接的连接板(2);
与连接板(2)固定连接的固定轴(1);其中:
上述转轴和固定轴(1)相互平行,上述转轴与连接板(2)相互垂直。
7.一种权利要求6所述阀门电动执行装置远程控制系统的控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、阀门开度全开和全关限值设定;
步骤二、单片机和手持终端建立通信关系;
步骤三、通过手持终端向单片机内写入电机的工作参数;
步骤四、单片机根据上述工作参数和工作时长控制电机动作;
步骤五、四个传感器将检测数据发送给单片机,单片机将检测到的传感器数据,阀门行程限位开关信号、扭矩限位开关信号以及工作时长发送给手持终端;
步骤六、手持终端对检测数据进行分析、处理和存储。
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