CN110274076B - 智能安全阀门控制状态的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门控制领域，为智能安全阀门控制状态的检测系统及方法，其系统包括探测器、阀门控制器和物联网控制主机；阀门控制器与电磁阀和/或机械阀门的机械手连接；探测器探测当前计量值并与预设阈值进行比较，若当前计量值超过预设阈值则向物联网控制主机上传报警信号；物联网控制主机接收并解析报警信号，向相应的阀门控制器发出闭阀控制指令；相应的阀门控制器在收到闭阀控制指令时，对电磁阀门或机械手执行闭阀任务，并检测是否有闭阀反馈信息，若有则上传至物联网控制主机。本发明通过阀门控制器控制阀门的关闭，在执行闭阀过程的同时对闭阀信号进行检测，向物联网控制主机返回闭阀成功的信息。

Description

智能安全阀门控制状态的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及阀门控制领域，尤其在智能安全、智能家居等领域涉及对机械手操作阀门或电磁类阀门闭阀后状态信息的检测方法及系统。

背景技术

目前市面上的燃气探测设备大部分带有驱动电磁类阀门的功能，阀门控制设备可以通过外接机械手的方式来控制机械阀门，也可以直接驱动电磁类阀门。但是，在执行关闭阀门的控制后，未能进一步检测阀门是否确定关闭。

对用户操作而言，在没有提供反馈信息的前提下，设备无法确定其关闭情况，用户可能采取连续多次发送关闭指令的方式来保证阀门的关闭。这种多次连续的指令，会造成一定的通信资源浪费，且有损电磁阀门。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提出智能安全阀门控制状态的检测系统及方法，通过阀门控制器控制阀门的关闭，在执行闭阀过程的同时对闭阀信号进行检测，向物联网控制主机返回闭阀成功的信息。

根据本发明的智能安全阀门控制状态的检测系统，包括探测器、阀门控制器和物联网控制主机；探测器、阀门控制器分别与物联网控制主机连接，阀门控制器与电磁阀和/或机械阀门的机械手连接；

探测器探测当前计量值并与预设阈值进行比较，若当前计量值超过预设阈值则向物联网控制主机上传报警信号；物联网控制主机接收并解析报警信号，向相应的阀门控制器发出闭阀控制指令；相应的阀门控制器在收到闭阀控制指令时，对电磁阀门或机械手执行闭阀任务，并检测是否有闭阀反馈信息，若有则上传至物联网控制主机。

在优选的实施例中，所述阀门控制器通过增加信号线缆或利用原有线缆的方式，在闭阀的同时对控制状态信号进行检测。

在优选的实施例中，所述阀门控制器根据不同的阀门控制方式的特点，采取电压采样、电流采样或频率采样，获取阀门在不同状态下的电路特征；并依据不同阀门电路的特点对电路特征进行分析，当电路特征符合预期或在允许范围内波动时，则判断已经闭阀成功，并将闭阀成功的信息通过无线传输方式回传给物联网控制主机。

根据本发明的智能安全阀门控制状态的检测方法，其基于上述检测系统，包括以下步骤：

探测器检测到当前计量值超过预设阈值，开始启动报警；

探测器将报警信息发送给物联网控制主机；

物联网控制主机解析接收的报警信息，判断发出警报的探测器所在场景内是否存在阀门控制器，若存在且场景使能，则向相应的阀门控制器发送关闭指令；

阀门控制器接收到关闭指令并解析，根据关闭指令区分需要关闭的阀门电磁阀还是机械手；

在连接电磁阀的时候，阀门控制器通过采集波形，判断是否符合电压曲线发生明显的斜率变化且斜率变化与电磁阀线圈本质的特点相吻合的情形，进而判断是否闭阀成功；

在连接机械手的时候，阀门控制器通过检测流过的电流，是否在规定范围内，是否超出了闭阀时间，判断是否闭阀成功。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用带闭阀反馈的阀门控制器，可以将阀门闭合的执行情况反馈给物联网控制主机；所反馈的信息具有重要价值，一来可以供给于系统，用于判定阀门闭合情况，从而决定是否需要通知用户或者是执行其他操作，二来用户操控时可以直观看到操作的结果，以免在阀门闭合后重复发送关闭指令。

附图说明

图1为本发明检测系统的结构框图；

图2为本发明检测系统的工作流程图；

图3为本发明检测系统中阀门控制器对电磁类阀门的控制电路框图；

图4为本发明检测系统中电磁类阀门采样数值直方图，其中a为接通电磁阀并且电磁阀处于开启状态时，接通控制电路中的开关使电磁阀闭合的电压波形参考图；b为在连通电磁阀且电磁阀处于闭合状态时，按下控制电路中的开关，电磁阀仍处于闭合状态的电压波形参考图；c为空载时未连接电磁阀情形下电压波形参考图；d为在接通电磁阀并且电磁阀处于开启状态时，向上拉住阀门，模拟电磁阀闭合受阻情况的电压波形参考图；

图5为本发明检测方法的流程图。

具体实施方式

本发明检测系统及方法用于对机械手阀门(如球阀)或电磁类阀门在闭阀后的状态信息进行获取和反馈，并将阀门的闭阀状态发送给移动终端或固定终端，可用于水阀、气阀的状态检测等。其中，移动终端包括诸如移动电话、智能电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、导航装置等，固定终端可以是数字TV、台式计算机等。下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

请参阅图1，本实施例中阀门闭阀状态的检测系统主要包括探测器、阀门控制器103和物联网控制主机102，探测器、阀门控制器103分别与物联网控制主机102连接；物联网控制主机102还可以与遥控按钮、紧急按钮连接等设备连接；阀门控制器103还分别与电磁阀门、机械手连接。物联网控制主机102通过无线通信方式101与各类探测器、阀门控制器、遥控按钮、紧急按钮等连接。无线通信方式包括但不限于无线局域网通信、ZigBee通信、Sub-1GHz通信。

探测器负责检测当前环境情况，可以通过不同的需求，设置成不同的环境探测器，包括但不仅限于各类气体、液位、光强、人体红外的探测器；本实施例中探测器包括了可燃气体探测器、烟雾探测器、震动探测器、水浸探测器和门磁传感器，这些探测器分别与物联网控制主机连接。其中，可燃气体探测器104持续监测当前环境的可燃气体浓度，当达到预设浓度时，向物联网控制主机102发送报警，并自身发出声光报警信息。

如图2，各类探测器探测当前的数值(即计量值)并与探测器上预设阈值进行比较，若当前计量值超过预设阈值则发出声光报警信号，并将报警信号通过无线传输的方式向物联网控制主机上报；物联网控制主机接收并解析报警信号，然后向相应的阀门控制器发出闭阀控制指令(即闭锁信号)；相应的阀门控制器在收到闭锁信号时，对电磁阀门或机械手执行闭阀任务，并检测是否有闭阀反馈信息，将闭锁反馈信息通过网关上传至物联网控制主机。

物联网控制主机，用于信息中转交换、解析信息及发出对应的控制指令，用户可以通过登录物联网控制主机的管理平台注册探测器和阀门控制器等设备，通过建立场景的方式，将探测器与阀门控制器绑定在一起以实现联动的目的，用户还可直接在物联网控制主机的管理平台中手动对阀门进行关闭控制。

在本实施例中，物联网控制主机负责对信息进行处理、转发，并通过内置的管理系统，实现各探测器和阀门控制器在物联网控制主机的注册、使能，该管理系统可以在使能场景的前提下，对与发出报警的探测器处于同一场景下的阀门控制器进行控制以实现闭阀的操作，即向与发出报警的探测器处于同一场景下的阀门控制器发出闭阀控制指令，同时将反馈回来的闭阀信息提取出来，做后续处理。

阀门控制器，用于接收指令，控制各类阀门，可以同时连接电磁类阀门和机械手，并实现单独控制，两种方式均有闭阀反馈信息发给物联网控制主机。阀门控制器负责执行响应从物联网控制主机发来的闭阀控制指令，通过增加信号线缆或利用原有线缆的方式，在闭阀的同时对闭阀状态信号进行检测。阀门控制器根据不同的阀门控制方式的特点，采取不同的信号获取方式，包括但不仅限于对电路特定位置进行电压采样、电流采样、频率采样等，获取阀门在不同状态下的电路特征；并依据不同阀门电路的特点对电路特征进行分析，当电路特征符合预期或在允许范围内波动时，则认为已经闭阀成功，并将闭阀成功的信息通过无线传输方式回传给物联网控制主机。

本实施例中，阀门控制器对电磁类阀门的控制电路中使用了电容充放电电路驱动电磁阀闭合，如图3，图中的开关采用数字电路实现。在不改变原有阀门连接方式的前提下，对电磁阀的正极处进行电压信号采集，并针对模电转换设备加以电路保护。当开关连通时，电容放电，在空载时，由于未连接电磁阀，故电压保持不变，波形参考图4中的图c；接通电磁阀并且电磁阀处于开启状态时，接通控制电路中的开关使电磁阀闭合，其电压曲线发生明显的斜率变化，此变化与电磁阀线圈本质的特点相吻合，波形参考图4中的图a；在连通电磁阀且电磁阀处于闭合状态时，按下控制电路中的开关，电磁阀仍处于闭合状态，电压未受阻力下降，斜率较为稳定，波形参考图4中的图b；在接通电磁阀并且电磁阀处于开启状态时，向上拉住阀门，模拟电磁阀闭合受阻情况，按下控制电路中的开关，电压变化的斜率较为稳定，仅为下降时间较闭合状态下较长，波形参考图4中的图d。且经测试后，确定图4中的图a所示信号特征可捕捉用于表示阀门的状态，即图4中的图a所示波形曲线图作为阀门成功闭合的判断标准。

本实施例中，阀门控制器对机械阀门的控制电路采用普通直流电机驱动电路，在连接机械阀门的回路中串联采样电阻，通过采样获取该电路中流经的电流，由于机械阀门内部的限位开关在电机转动到指定位置后会将机械阀门从电路中断开，故当电流为零时，认为电机已经转动到指定的位置，即闭阀成功。同时，由于阀门老化、生锈，可能导致阀门无法拧动，为了避免阀门因电机转动力度过大造成暴力坏损，可通过监测其电流数值的方式，识别出电机转动时的输出功率，电流越高，输出功率越大。当电流过大时，立即控制电机停止转动，避免损坏阀门。

以可燃气体探测器为例，请参阅图5，该图示出了本实施例中阀门闭阀状态的检测方法，具体包括步骤：

步骤501、可燃气体探测器检测到气体浓度超过阈值，开始启动声光报警；

步骤502、可燃气体探测器将报警信息发送给物联网控制主机；

步骤503、物联网控制主机解析接收的报警信息，判断发出警报的可燃气体探测器所在场景内是否存在阀门控制器，若存在且场景使能，则向相应的阀门控制器发送关闭指令；

步骤504、阀门控制器接收到关闭指令并解析，根据关闭指令区分需要关闭的阀门电磁阀还是机械手；

步骤505、在连接电磁阀的时候，阀门控制器通过采集波形，判断是否符合图4中的图a所示波形的特点(即电压曲线发生明显的斜率变化，且斜率变化与电磁阀线圈本质的特点相吻合)，进而判断是否闭阀成功；

步骤506、在连接机械手的时候，阀门控制器通过检测流过的电流，是否在规定范围内，是否超出了闭阀时间，判断是否闭阀成功。

通过出厂设置，阀门控制器可以区分阀门是串联在原有管道通路上的电磁类阀门，还是卡装在原有机械阀门上的机械手(球阀)。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.智能安全阀门控制状态的检测系统，其特征在于，包括探测器、阀门控制器和物联网控制主机；探测器、阀门控制器分别与物联网控制主机通过有线或无线连接，阀门控制器与电磁阀和/或机械阀门的机械手通过有线或无线连接；

物联网控制主机用于信息中转交换、解析信息及发出对应的控制指令，通过登录物联网控制主机的管理平台注册探测器和阀门控制器，通过建立场景的方式将探测器与阀门控制器绑定在一起以实现联动；物联网控制主机通过的管理平台，实现各探测器和阀门控制器在物联网控制主机的注册、使能；

探测器探测当前计量值并与预设阈值进行比较，若当前计量值超过预设阈值则向物联网控制主机上传报警信号；物联网控制主机接收并解析报警信号，在使能场景的前提下，对与发出报警的探测器处于同一场景下的阀门控制器进行控制以实现闭阀的操作，向与发出报警的探测器处于同一场景下的阀门控制器发出闭阀控制指令；相应的阀门控制器在收到闭阀控制指令时，对电磁阀门或机械手执行闭阀任务，并检测是否有闭阀反馈信息，若有则上传至物联网控制主机，物联网控制主机将反馈回来的闭阀信息提取出来；

阀门控制器用于接收指令，控制各类阀门，同时连接电磁类阀门和机械手，并实现单独控制；阀门控制器根据不同的阀门控制方式的特点，采取电压采样、电流采样或频率采样，获取阀门在不同状态下的电路特征；并依据不同阀门电路的特点对电路特征进行分析，当电路特征符合预期或在允许范围内波动时，则判断已经闭阀成功，并将闭阀成功的信息通过无线传输方式回传给物联网控制主机。

2.根据权利要求1所述的智能安全阀门控制状态的检测系统，其特征在于，所述阀门控制器通过增加信号线缆或利用原有线缆的方式，在闭阀的同时对控制状态信号进行检测。

3.根据权利要求1所述的智能安全阀门控制状态的检测系统，其特征在于，阀门控制器对电磁类阀门的控制电路采用电容充放电电路，驱动电磁阀闭合，对电磁阀的正极处进行电压信号采集，阀门成功闭合的判断标准为：接通电磁阀并且电磁阀处于开启状态时，接通控制电路中的开关使电磁阀闭合，其电压曲线发生明显的斜率变化且斜率变化与电磁阀线圈本质的特点相吻合。

4.根据权利要求1所述的智能安全阀门控制状态的检测系统，其特征在于，阀门控制器对机械阀门的控制电路采用直流电机驱动电路，在连接机械阀门的回路中串联采样电阻，通过采样获取该电路中流经的电流，由于机械阀门内部的限位开关在电机转动到指定位置后将机械阀门从电路中断开，故当电流为零时，判断电机已经转动到指定的位置，即闭阀成功。

5.根据权利要求1所述的智能安全阀门控制状态的检测系统，其特征在于，所述探测器包括分别与物联网控制主机连接的可燃气体探测器、烟雾探测器、震动探测器、水浸探测器和门磁传感器。

6.基于权利要求1所述检测系统的智能安全阀门控制状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

探测器检测到当前计量值超过预设阈值，开始启动报警；

探测器将报警信息发送给物联网控制主机；

物联网控制主机解析接收的报警信息，判断发出警报的探测器所在场景内是否存在阀门控制器，若存在且场景使能，则向相应的阀门控制器发送关闭指令；

阀门控制器对电磁类阀门的控制电路采用电容充放电电路，驱动电磁阀闭合，对电磁阀的正极处进行电压信号采集；阀门控制器对机械阀门的控制电路采用直流电机驱动电路，在连接机械阀门的回路中串联采样电阻，通过采样获取该电路中流经的电流，由于机械阀门内部的限位开关在电机转动到指定位置后将机械阀门从电路中断开，故当电流为零时，判断电机已经转动到指定的位置，即闭阀成功；

阀门控制器接收到关闭指令并解析，根据关闭指令区分需要关闭的阀门电磁阀还是机械手；

在连接电磁阀的时候，阀门控制器通过采集波形，判断是否符合电压曲线发生明显的斜率变化且斜率变化与电磁阀线圈本质的特点相吻合的情形，进而判断是否闭阀成功；在连接机械手的时候，阀门控制器通过检测流过的电流，是否在规定范围内，是否超出了闭阀时间，判断是否闭阀成功。

7.根据权利要求6所述的智能安全阀门控制状态的检测方法，其特征在于，所述探测器为可燃气体探测器；可燃气体探测器检测到气体浓度超过阈值，开始启动声光报警。

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