CN110657275A - 一种防水锤的电磁阀控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防水锤的电磁阀控制系统及控制方法，控制系统包括单片机控制电路模块以及可控硅，单片机控制电路模块包括单片机、用于调整电磁阀动作时间的动作时间调整电路、用于检测工作电压过零点的交流电过零检测电路、用于检测电磁阀动铁芯位置的电磁阀动铁芯位置检测电路、用于提供电磁阀开关信号的远程开关、用于控制可控硅导通角的可控硅导通角控制电路；单片机用于通过可控硅导通角控制电路控制可控硅的导通角变化以改变电磁阀线圈磁力，使电磁阀动铁芯的开闭行程分为多个位置段，从而实现电磁阀缓慢打开或关闭。本系统只需要在普通的直动式电磁阀上增加低成本的控制电路，就可以智能地缓慢开启或关闭电磁阀，起到防止水锤危害作用。

Description

一种防水锤的电磁阀控制系统及控制方法
技术领域
本发明主要涉及电磁阀控制技术相关领域，具体是一种防水锤的电磁阀控制系统及控制方法。
背景技术
直动式电磁阀一具有体积小、流量大的特点，广泛应用于各大领域中。在管道内有液体或气体流动时，如果电磁阀突然开启或关闭，会产生水锤现象；水锤会引起管道的压强突然升高，可达管道正常工作压强的几倍或几十倍，这种大幅度的压强波动，会对管路系统造成很大的危害，如引起管道强烈振动、管道接头断开、阀门损坏、管道爆管等。
在现有技术中，多数使用可调电动阀等设备实现缓慢进行阀门开启或关闭的方式避免水锤现象的发生，但上述技术具有制造成本过高、控制信号复杂等缺陷。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种防水锤的电磁阀控制系统及控制方法，本系统只需要在普通的直动式电磁阀上增加低成本的控制电路，就可以智能地缓慢开启或关闭电磁阀，起到防止水锤危害作用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种防水锤的电磁阀控制系统，所述控制系统用于220V直动式电磁阀的打开和关闭控制，所述控制系统包括单片机控制电路模块以及可控硅，其中可控硅的一个主电极与市电火线连接，另一个主电极经电磁阀线圈后与市电零线连接；可控硅的门极与单片机控制电路模块连接；
所述单片机控制电路模块包括单片机、用于调整电磁阀动作时间的动作时间调整电路、用于检测交流工作电压过零点的交流电过零检测电路、用于检测电磁阀动铁芯位置的电磁阀动铁芯位置检测电路、用于提供电磁阀开关信号的远程开关、用于控制可控硅导通角的可控硅导通角控制电路；
所述单片机用于基于动作时间调整电路、交流电过零检测电路、电磁阀动铁芯位置检测电路、远程开关的信号通过可控硅导通角控制电路控制可控硅的导通角变化以改变电磁阀线圈磁力，使电磁阀动铁芯的开闭行程分为多个位置段，从而实现电磁阀缓慢打开或关闭。
进一步的，所述单片机读取动作时间调整电路设定的电磁阀在每个位置段的参数，根据该参数使电磁阀在每个位置段保持一定的时间，从而实现电磁阀缓慢打开或关闭。
进一步的，所述交流电过零检测电路检测到交流工作电压的过零点时，单片机从该时间点开始控制可控硅导通或关闭一段时间，从而实现可控硅导通角控制。
进一步的，所述可控硅使用双向可控硅，可控硅有主电极T1、T2和一个门极G，220V交流电加在由保险管、可控硅主电极T1、T2、电磁阀线圈组成的电气回路上，可控硅的门极G由单片机引脚信号经过光电隔离后控制。
进一步的，所述电磁阀动铁芯位置信息采用线性霍尔元件采集。
根据本发明的另一个方面，提供一种防水锤的电磁阀控制方法，所述方法基于上述的控制系统，所述方法包括：
单片机首先读取动作时间调整电路参数、电磁阀动铁芯位置、远程开关电磁阀信号；
单片机读取判断远程开关电磁阀信号类型，其中远程开关电磁阀信号类型包括开启信号和关闭信号；
单片机基于读取的数据控制电磁阀动作，其具体包括：当远程开关电磁阀信号类型为开启信号，且电磁阀处于关闭状态时，单片机根据电磁阀动铁芯行程距离分多段调整可控硅的导通角，使电磁阀动铁芯根据动作时间调整电路参数设置在每段保持一定时间进行分段开启；当远程开关电磁阀信号为关闭信号，且电磁阀处于开启状态时，单片机根据电磁阀动铁芯行程距离分多段调整可控硅的导通角，使电磁阀动铁芯根据动作时间调整电路参数设置在每段保持一定时间进行分段关闭。
进一步的，所述可控硅的导通角控制采取如下方法：在过零检测电路中使用中断处理方式，将检测到交流工作电压的过零信号后，根据可控硅导通角的值，启动定制器，延时驱动可控硅。
本发明的有益效果：
1、本发明所提供的电磁阀控制系统和控制方法，只需要在普通的直动式电磁阀上增加低成本的控制电路，就可以根据本发明提出的分段控制原理智能的缓慢开启和关闭电磁阀，起到防止水锤现象的发生，避免水锤对管道带来的危害。
2、本发明的电路结构设计采用可控硅驱动线圈吸合，相比于使用继电器等方式具有无触点、使用寿命长等优点。
3、本发明通过设置的动作时间调整电路，能够对电磁阀开关动作进行合理的设置，使得本发明提供的系统和方法能够适应于不同的电磁阀，通用性强。
附图说明
图1是本发明控制系统的结构框图；
图2是本发明单片机相关线路图；
图3是本发明控制流程图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
参考图1所示，本发明提供的实施例中，用于防止水锤产生的电磁阀控制电路系统包括单片机控制电路模块及双向可控硅；其中双向可控硅用于驱动电磁阀线圈，单片机控制电路模块用于控制可控硅的导通和关闭。
本实施例中，如图1所示，单片机控制电路模块包括交流电过零检测电路、动作时间调整电路、电磁阀动铁芯位置检测电路、可控硅导通角控制电路、远程开关电磁阀信号。单片机具体选用STM8SF103，该芯片提供通用的GPIO、多个10位的逐次比较型模拟数字转换器。
电磁阀线圈电压采用的是220V交流电，采用双向可控硅启动。参见图2所示，双向可控硅采用T435，有主电极T1、T2和一个门极G；220V交流电加在由保险管、可控硅T435的主电极T1、T2、电磁阀线圈组成的电气回路上；可控硅T435的门极G由单片机引脚PB4经过MOC3022进行信号光电隔离后控制。
在本实施例中，单片机将电磁阀动铁芯的开闭行程分成多个段，单片机控制每个段可控硅的导通角不同，实现每段线圈磁吸力不同，电磁阀线圈磁吸力范围是0-正常吸合力；可控硅导通角越大，线圈磁吸力越大，导通角越小，线圈磁吸力越小；在具体控制时，单片机检测动铁芯位置并判断与要求位置的偏差，通过微调导通角使动铁芯保持在相应位置段附近，每个位置段保持一定的时间就实现可以缓慢关闭或打开电磁阀。
在进行电磁阀的分段打开或关闭时，分段的原则如下：①在刚被切断前的水流速度v尽可能小(接近于零)时关闭主阀板；②使闭阀历时t是水锤相u＝2L/α(α--压力波传递速度，m/s；L--管长，m)的5-10倍，把实际水锤压力h限定在安全范围内，消除破坏性的水锤危害。
可控硅导通角的控制原理如下：可控硅导通角α＝((0.5T-Δt)/0.5T)×2π，即每个工作周期可控硅导通的时间ton与工作周期T的商再乘以2π，以市电过零点作为触发可控硅导通的时间基准，通过检测工作电压的过零点，然后过零点之后延迟一定合适时间Δt后触发可控硅T导通，通过调节Δt的大小，即可改变导通角的大小达到调速的目的，其中Δt区间是0～10ms。
参见图2所示，可控硅导通角的大小是由单片机控制，含交流电过零检测电路；在交流电的每个周期内，当波形由正半周向负半周转换或者由负半周向正半周转换时，电压经过零位，单片机从该时间开始决定本半周期可控硅的开启或关闭时间，即实现导通角控制；图2中，TPL620是双向光耦，R2是分压电阻，当检查到零点位置时，产生负脉冲信号，单片机接收到该信号，并产生中断立即处理该信号。
参见图2所示，在本实施例中，使用SS495线性霍尔元件采集位置电磁阀动铁芯信息；在电磁阀动铁芯顶部安装有磁铁，SS595是线性霍尔元件，动铁芯位置变化，SS495输出电压不同；SS595的输出端连接到单片机的PD3引脚，单片机的PD3引脚设置为模数转换方式，采集SS595的数据线性变换为动铁移动位置；PD3采用连续的AD转换模式。
参见图2所示，读动作时间调整电路能够设置电磁阀开启或关闭动作的快慢；在图2中，R1是10K的精密可调电阻，电阻固定端分别接+5V和GND，调节端连接到单片机的PA3引脚，单片机的PA3引脚设置为模数转换方式，采集可调电阻的数据转换换为动作时间参数；PA3采用连续的AD转换模式。
参照图3所示，在本发明提供的实施例中，对电磁阀的控制方法具体如下：
①单片机首先读取读动作时间调整电路参数、电磁阀动铁芯位置、远程开关电磁阀信号；②单片机判断远程开关电磁阀信号，是开启信号还是关闭信号；③如果是开启电磁阀命令且电磁阀是关状态，分5段开启电磁阀；根据电磁阀动铁芯行程距离，分5段调整可控硅的导通角，并根据动作时间调整电路参数保持一段时间；④如果是关闭电磁阀命令且电磁阀是开状态，分5段关闭电磁阀；根据电磁阀动铁芯行程距离，分5段调整可控硅的导通角，并根据动作时间调整电路参数保持一段时间；⑤过零检测电路使用中断处理，检测到过零信号后，根据前面可控硅的导通角D1的值，启动定时器，延时驱动双向可控硅。

Claims (7)

1.一种防水锤的电磁阀控制系统，所述控制系统用于220V直动式电磁阀的打开和关闭控制，其特征在于，所述控制系统包括单片机控制电路模块以及可控硅，其中可控硅的一个主电极与市电火线连接，另一个主电极经电磁阀线圈后与市电零线连接；可控硅的门极与单片机控制电路模块连接；
所述单片机控制电路模块包括单片机、用于调整电磁阀动作时间的动作时间调整电路、用于检测交流工作电压过零点的交流电过零检测电路、用于检测电磁阀动铁芯位置的电磁阀动铁芯位置检测电路、用于提供电磁阀开关信号的远程开关、用于控制可控硅导通角的可控硅导通角控制电路；
所述单片机用于基于动作时间调整电路、交流电过零检测电路、电磁阀动铁芯位置检测电路、远程开关的信号通过可控硅导通角控制电路控制可控硅的导通角变化以改变电磁阀线圈磁力，使电磁阀动铁芯的开闭行程分为多个位置段，从而实现电磁阀缓慢打开或关闭。
2.如权利要求1所述的一种防水锤的电磁阀控制系统，其特征在于，所述单片机读取动作时间调整电路设定的电磁阀在每个位置段的参数，根据该参数使电磁阀在每个位置段保持一定的时间，从而实现电磁阀缓慢打开或关闭。
3.如权利要求1所述的一种防水锤的电磁阀控制系统，其特征在于，所述交流电过零检测电路检测到交流工作电压的过零点时，单片机从该时间点开始控制可控硅导通或关闭一段时间，从而实现可控硅导通角控制。
4.如权利要求3所述的一种防水锤的电磁阀控制系统，其特征在于，所述可控硅使用双向可控硅，可控硅有主电极T1、T2和一个门极G，220V交流电加在由保险管、可控硅主电极T1、T2、电磁阀线圈组成的电气回路上，可控硅的门极G由单片机引脚信号经过光电隔离后控制。
5.如权利要求1所述的一种防水锤的电磁阀控制系统，其特征在于，所述电磁阀动铁芯位置信息采用线性霍尔元件采集。
6.一种防水锤的电磁阀控制方法，所述方法基于如权利要求1～5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述方法包括：
单片机首先读取动作时间调整电路参数、电磁阀动铁芯位置、远程开关电磁阀信号；
单片机读取判断远程开关电磁阀信号类型，其中远程开关电磁阀信号类型包括开启信号和关闭信号；
单片机基于读取的数据控制电磁阀动作，其具体包括：当远程开关电磁阀信号类型为开启信号，且电磁阀处于关闭状态时，单片机根据电磁阀动铁芯行程距离分多段调整可控硅的导通角，使电磁阀动铁芯根据动作时间调整电路参数设置在每段保持一定时间进行分段开启；当远程开关电磁阀信号为关闭信号，且电磁阀处于开启状态时，单片机根据电磁阀动铁芯行程距离分多段调整可控硅的导通角，使电磁阀动铁芯根据动作时间调整电路参数设置在每段保持一定时间进行分段关闭。
7.如权利要求6所述的一种防水锤的电磁阀控制方法，其特征在于：所述可控硅的导通角控制采取如下方法：在过零检测电路中使用中断处理方式，将检测到交流工作电压的过零信号后，根据可控硅导通角的值，启动定制器，延时驱动可控硅。
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