CN110332355A - 智慧型压力控制阀及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧型压力控制阀及控制方法，包括主阀、控制管路、控制系统；主阀包括阀体、一体化阀芯和阀盖，所述阀体内设置有阀座，所述阀座将所述阀体内分为阀门进口腔、阀门出口腔；本技术方案的智慧型压力控制阀采用压力传感器实时监测出口侧水压，并结合由高频电磁阀控制的出口端控制管路和进口端控制管路导通或截断，进而动态调节阀门开度，使得出口侧水压等于系统设定值，从而不受安装空间与物理结构限制。此外，本技术方案的智慧型压力控制阀具有自我学习和自我调整功能，确保各时段管网内的压力均为刚刚满足而不冗余的智慧型压力控制阀，并具有比机械导阀更长使用寿命的性能。
Description
技术领域
本发明涉及压力控制阀，具体涉及一种智慧型压力控制阀及其控制方法。
背景技术
管网漏失率与供水压力近为正比，为减少漏损和降低爆管隐患，在干支管网安装减压阀是目前的普遍方式。同时，为实现满足正常时段的供水需求，以及降低夜间等用水低谷期的管网压力，已有开发出通过电磁阀切换不同机械导阀以实现不同时段不同出口压力的分时减压阀，如中国专利201420647634.1与201621401506.4，但受机械导阀原理和结构的限制，导阀一经调定，则对应的主阀出口压力就是一个定值，配几个导阀，出口就是几种压力，受安装空间与物理结构限制，常规配置为2个。压力控制的最佳状态是使区域内各时段的压力均为刚刚得到满足而不出现冗余，依靠带机械导阀的减压阀，压力划分区间有限，无法实现各时段的刚好满足而不冗余，压力控制的潜能、降低漏失的空间无法充分发掘。同时机械导阀受弹簧疲劳寿命的限制，应对管网无时不刻的压力变化，基本上两年左右就会出现弹簧刚度变化甚至簧丝断裂，使阀门失效。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种适应各种管网压力且使用寿命长的智慧型压力控制阀及其控制方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种智慧型压力控制阀，包括主阀、控制管路、控制系统；
所述主阀包括阀体、一体化阀芯和阀盖，所述阀体内设置有阀座，所述阀座将所述阀体内分为阀门进口腔、阀门出口腔；所述一体化阀芯包括膜片、阀板、阀轴，并通过阀盖安装于阀体内，所述膜片上部与阀盖之间形成控制腔，所述阀板下部与阀座对应构成密封副，且所述膜片端的面积大于所述阀板端的面积，所述一体化阀芯通过膜片曲绕可以在阀体内上下移动，通过控制腔内介质的控制，使一体化阀芯接触或离开阀座以实现阀门启闭；
所述控制管路包括进口端控制管路和出口端控制管路，所述进口端控制管路连接在所述阀门进口腔与所述控制腔之间以控制二者连通与截断，所述出口端控制管路连接在所述阀门出口腔与所述控制腔之间以控制二者连通与截断；
所述控制系统包括PLC模块和与所述PLC模块电性连接的电源管理模块、第一压力传感器、位移传感器，所述第一压力传感器安装于所述阀门出口腔下游以用于检测出口侧水压值并反馈给所述PLC模块，所述位移传感器安装于所述阀体内以用于检测所述一体化阀芯的位置信号并反馈给所述PLC模块；所述控制系统用于根据所述水压值和位置信号输出控制信号给所述进口端控制管路和出口端控制管路。
进一步，所述进口端控制管路包括进口端配管、进口端高频电磁阀，所述进口端配管一端与所述阀门进口腔连通、另一端与所述控制腔连通，所述进口端高频电磁阀安装于所述进口端配管上且控制端与所述PLC模块电性连接。
进一步，所述进口端控制管路还包括依次设置在所述进口端配管上的进口端检修阀、进口端调节针阀。
进一步，所述出口端控制管路包括出口端配管、出口端高频电磁阀，所述出口端配管一端与所述阀门出口腔连通、另一端与所述控制腔连通，所述出口端高频电磁阀安装于所述出口端配管上且控制端与所述PLC模块电性连接。
进一步，所述出口端控制管路还包括依次设置在所述出口端配管上的出口端检修阀、出口端调节针阀。
进一步，所述控制系统还包括与所述PLC模块连接的无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有天线以用于与上位机之间无线通信。
进一步，所述控制系统还包括与所述PLC模块连接的第二压力传感器，所述第二压力传感器安装于所述阀门进口腔上游以用于检测进口侧水压值并反馈给所述PLC模块。
本发明要求保护与上述技术方案同一发明构思的技术方案，一种应用所述智慧型压力控制阀的控制方法，包括以下步骤：
检测出口侧水压值；
若所述出口侧水压值大于系统设定值，则驱动进口端控制管路导通、出口端控制管路截断；水流从阀门进口腔进入控制腔使一体化阀芯向下运行以减小阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值；
若所述出口侧水压值小于系统设定值，则驱动出口端控制管路导通、进口端控制管路截断；在进口端介质对一体化阀芯下部阀板的推力作用下，水流从控制腔流出到阀门出口腔，使一体化阀芯向上运行以增大阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值。
所述的控制方法还包括自学习功能，所述自学习功能通过积累阀门运行的用户用水习惯后，自主优化压力设定值与压力控制时段的阀门开度。
本发明具体实施例的有益效果：
本技术方案的智慧型压力控制阀采用压力传感器实时监测出口侧水压，并结合由高频电磁阀控制的出口端控制管路和进口端控制管路导通或截断，进而动态调节阀门开度，使得出口侧水压等于系统设定值，从而不受安装空间与物理结构限制。
此外，本技术方案的智慧型压力控制阀具有自我学习和自我调整功能，可以以日为单位、月为单位和年为单位进行全时段压力调整，确保各时段、各月份、各季节管网内的压力均为刚刚满足而不冗余的智慧型压力控制阀，并具有比机械导阀更长使用寿命的性能。
附图说明
下面通过附图及具体实施方式对本发明进行详细的说明。
图1为本发明第一实施例的结构图；
图2为本发明第二实施例的结构图；
图3为本发明实施例智慧型压力控制阀的阀门全闭状态图；
图4为本发明实施例智慧型压力控制阀的阀门全开状态图；
图5为本发明实施例智慧型压力控制阀的阀门调节状态图；
图6为本发明第三实施例的结构图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明第一实施例的一种智慧型压力控制阀，包括主阀100、控制管路200、控制系统300；
其中，所述主阀100包括阀体110、一体化阀芯120和阀盖130，在阀体110内设有阀座140，所述阀座140将阀体110内分为进口腔102和出口腔103，所述一体化阀芯120包括膜片、阀板和阀轴150，通过阀盖130安装定位于阀体110内，膜片上部与阀盖130之间形成控制腔101，阀板下部与阀座140对应构成密封副，上端膜片部分面积大于下端阀板部分面积，同时一体化阀芯120通过膜片曲绕可以在阀体110内上下移动，通过控制腔101内介质的控制，使一体化阀芯120接触或离开阀座140，实现阀门启闭。
控制管路200包括进口端控制管路210和出口端控制管路220，进口端控制管路210连接在阀门进口腔102与控制腔101之间以控制二者连通与截断，出口端控制管路220连接在阀门出口腔103与控制腔101之间以控制二者连通与截断；
作为上述进口端控制管路210和出口端控制管路220的具体实现：
进口端控制管路210包括进口端配管211、进口端高频电磁阀212，进口端配管211一端与阀门进口腔102连通、另一端与控制腔101连通，进口端高频电磁阀212安装于进口端配管211上且控制端与PLC模块310电性连接。
出口端控制管路220包括出口端配管221、出口端高频电磁阀222，出口端配管221一端与阀门出口腔103连通、另一端与控制腔101连通，出口端高频电磁阀222安装于出口端配管221上且控制端与PLC模块310电性连接。
在上述方案的基础进一步的改进，进口端控制管路210还包括依次设置在进口端配管211上的进口端检修阀213、进口端调节针阀214。出口端控制管路220还包括依次设置在出口端配管221上的出口端检修阀223、出口端调节针阀224。检修阀可以为检修时提供便利，针阀可调节两组管路的流量。
控制系统300包括PLC模块310和与PLC模块310电性连接的电源管理模块320、第一压力传感器340、位移传感器330，第一压力传感器340安装于阀门出口腔103的下游以用于检测出口侧水压值并反馈给PLC模块310，位移传感器330安装在阀盖130上，以用于检测一体化阀芯120的位置信号并反馈给PLC模块310；控制系统300用于根据水压值和位置信号输出控制信号给进口端控制管路210和出口端控制管路220。
如图2所示，为本发明第二实施例，相比第一实施例，本实施例的控制系统300还包括与PLC模块310连接的无线通讯模块350，无线通讯模块350连接有天线360以用于与上位机之间无线通信。
下面将分三步介绍智慧型压力控制阀的全闭、全开、调节过程。
如图3所示，当PLC模块310通过第一压力传感器340检测到出口侧水压值大于系统设定值时，PLC模块310发出控制信号使得进口端高频电磁阀212开启、出口端高频电磁阀222闭合，即进口端控制管路210导通、出口端控制管路220截断，水流从阀门进口腔102经进口端配管211、进口端检修阀213、进口端调节针阀214、进口端高频电磁阀212进入控制腔101，由于一体化阀芯120上端膜片部分面积大于下端阀板部分面积，基于差动原理，一体化阀芯120朝向阀座140运动，向下运行，位移传感器330将一体化阀芯120的位置信号反馈给PLC模块310，PLC模块310持续检测出口侧水压值和系统设定值，并检查一体化阀芯120的位置信号，直至一体化阀芯120关至最低，一体化阀芯120的下部阀板与阀座140接触并密封，截断阀门进口腔102至阀门出口腔103的通道。
如图4所示，当PLC模块310通过第一压力传感器340检测到出口侧水压值低于系统设定值时，PLC模块310发出控制信号使得出口端高频电磁阀222开启、进口端高频电磁阀212闭合，即出口端控制管路220导通、进口端控制管路210截断，控制腔101与阀门出口腔103导通，由于阀门进口腔102的压力高于阀门出口腔103的压力，一体化阀芯120在进口端介质压力推动下，向远离阀座140的方向运行(向上运行)，使控制腔101内的介质经出口端高频电磁阀222、出口端调节针阀224、出口端检修阀223流入阀门出口腔103，控制腔101失压，位移传感器330将一体化阀芯120的位置信号反馈给PLC模块310，PLC模块310持续检测出口侧水压值和系统设定值，并检查一体化阀芯120的位置信号，直至一体化阀芯120全开，实现阀门进口腔102与阀门出口腔103之间的最大开度。
如图5所示，PLC模块310通过第一压力传感器340动态分析出口侧水压大小与系统设定值，分别控制进口端高频电磁阀212和出口端高频电磁阀222的开启与关闭，并通过位移传感器330检查阀位信号，使一体化阀芯120根据压力需求动态调整开度，保障出口侧压力始终符合设定要求。
如图6所示，为本发明第三实施例，相比第二实施例，本实施例的控制系统300还包括与PLC模块310连接的第二压力传感器370，第二压力传感器370安装于阀门进口腔102的上游，以用于检测进口侧水压值并反馈给PLC模块310。
第二压力传感器370所检测的进口侧水压值和第一压力传感器340所检测的检测出口侧水压值均向PLC模块310反馈压力时，即可获得阀门前后的压差△P，根据流量通过位移传感器330检测阀位，获得阀门对应开度的Kv值，即可计算并显示出介质通过阀门的流量，成为可以调节控制和计量流量的“流量控制和计量阀”。
本发明要求保护与上述技术方案同一发明构思的技术方案，一种应用智慧型压力控制阀的控制方法，包括以下步骤：
出口侧水压测量值，作为控制回路的PV值；
出口侧水压设定值，作为控制回路的SV值；
阀门开度值，作为控制回路的MV值；
由CPU中央处理单元进行运算，若出口侧水压值(PV值)大于系统设定值(SV值)，则驱动进口端控制管路导通、出口端控制管路截断；水流从阀门进口腔进入控制腔使一体化阀芯向下运行以减小阀门开度值(Mv值)，直到出口侧水压值(PV值)无限接近或等于设定值(SV值)；
若出口侧水压值(PV值)小于系统设定值(SV值)，则驱动出口端控制管路导通、进口端控制管路截断；在进口端介质对一体化阀芯下部阀板的推力作用下，水流从控制腔流出到阀门出口腔，使一体化阀芯向上运行以增大阀门开度值(MV值)，直到出口侧水压值(PV值)无限接近或等于设定值(SV值)。
由于没有机械导阀，没有出口压力设定组数的限制，理论上可将出口压力划分为无数个区间；控制系统还包括自学习功能，自学习功能通过积累阀门运行的用户用水习惯后，自主优化压力设定值与压力控制时段的阀门开度。
以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种智慧型压力控制阀，其特征在于：包括主阀(100)、控制管路(200)、控制系统(300)；
所述主阀(100)包括阀体(110)、一体化阀芯(120)和阀盖(130)，所述阀体(110)内设置有阀座(140)，所述阀座(140)将所述阀体(110)内分为阀门进口腔(102)、阀门出口腔(103)；所述一体化阀芯(120)包括膜片、阀板、阀轴(150)，并通过阀盖(130)安装于阀体(110)内，所述膜片上部与阀盖(130)之间形成控制腔(101)，所述阀板下部与阀座(140)对应构成密封副，且所述膜片端的面积大于所述阀板端的面积，所述一体化阀芯(120)通过膜片曲绕可以在阀体(110)内上下移动，通过控制腔(101)内介质的控制，使一体化阀芯(120)接触或离开阀座(140)以实现阀门启闭；
所述控制管路(200)包括进口端控制管路(210)和出口端控制管路(220)，所述进口端控制管路(210)连接在所述阀门进口腔(102)与所述控制腔(101)之间以控制二者连通与截断，所述出口端控制管路(220)连接在所述阀门出口腔(103)与所述控制腔(101)之间以控制二者连通与截断；
所述控制系统(300)包括PLC模块(310)和与所述PLC模块(310)电性连接的电源管理模块(320)、第一压力传感器(340)、位移传感器(330)，所述第一压力传感器(340)安装于所述阀门出口腔(103)下游以用于检测出口侧水压值并反馈给所述PLC模块(310)，所述位移传感器(330)安装于所述阀体(110)内以用于检测所述一体化阀芯(120)的位置信号并反馈给所述PLC模块(310)；所述控制系统(300)用于根据所述水压值和位置信号输出控制信号给所述进口端控制管路(210)和出口端控制管路(220)。
2.根据权利要求1所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述进口端控制管路(210)包括进口端配管(211)、进口端高频电磁阀(212)，所述进口端配管(211)一端与所述阀门进口腔(102)连通、另一端与所述控制腔(101)连通，所述进口端高频电磁阀(212)安装于所述进口端配管(211)上且控制端与所述PLC模块(310)电性连接。
3.根据权利要求2所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述进口端控制管路(210)还包括依次设置在所述进口端配管(211)上的进口端检修阀(213)、进口端调节针阀(214)。
4.根据权利要求1所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述出口端控制管路(220)包括出口端配管(221)、出口端高频电磁阀(222)，所述出口端配管(221)一端与所述阀门出口腔(103)连通、另一端与所述控制腔(101)连通，所述出口端高频电磁阀(222)安装于所述出口端配管(221)上且控制端与所述PLC模块(310)电性连接。
5.根据权利要求4所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述出口端控制管路(220)还包括依次设置在所述出口端配管(221)上的出口端检修阀(223)、出口端调节针阀(224)。
6.根据权利要求1所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述控制系统(300)还包括与所述PLC模块(310)连接的无线通讯模块(350)，所述无线通讯模块(350)连接有天线(360)以用于与上位机之间无线通信。
7.根据权利要求1所述的智慧型压力控制阀，其特征在于：所述控制系统(300)还包括与所述PLC模块(310)连接的第二压力传感器(370)，所述第二压力传感器(370)安装于所述阀门进口腔(102)上游以用于检测进口侧水压值并反馈给所述PLC模块(310)。
8.一种应用权利要求1-7任一所述智慧型压力控制阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测出口侧水压值；
若所述出口侧水压值大于系统设定值，则驱动进口端控制管路导通、出口端控制管路截断；水流从阀门进口腔进入控制腔使一体化阀芯向下运行以减小阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值；
若所述出口侧水压值小于系统设定值，则驱动出口端控制管路导通、进口端控制管路截断；在进口端介质对一体化阀芯下部阀板的推力作用下，水流从控制腔流出到阀门出口腔，使一体化阀芯向上运行以增大阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括自学习功能，所述自学习功能通过积累阀门运行的用户用水习惯后，自主优化压力设定值与压力控制时段的阀门开度。
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