CN111522276A

CN111522276A - 一种用于针型减压阀的自动取样控制器及其工作方法

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Publication number: CN111522276A
Application number: CN202010412506.9A
Authority: CN
Inventors: 孙冬梅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2020-08-11

Abstract

本发明提出了一种用于针型减压阀的自动取样控制器及其工作方法，其技术要点是：终端通过温度、流量、压力三组采集电路分别收集温度信号、流量信号与压力信号；终端通过A/D采样器将接收到的三组信号进行模数转换，MCU处理器接收A/D采样器输入的三组数字信号，选择其中的一组输入作为主要控制模型，辅以另两组输入对阀执行元件进行闭环控制；MCU处理器对其中一组输入信号进行处理，并进行自动控制，当该组输入信号大于设定值，MCU处理器向阀执行元件相应的输出阀针旋转信号，MCU处理器将处理完毕的信号送向人机显示屏显示并进行数据交互，可人工根据显示的反馈信号进行手动控制阀执行机构，提高水样采集的精准度与适应度。

Description

一种用于针型减压阀的自动取样控制器及其工作方法

技术领域

本发明属于分析配套设备处理领域，特别涉及一种用于针型减压阀的自动取样控制器及其工作方法。

背景技术

现实中的自动采样技术包括气液平衡的性质测定单元操作、模拟计算、工艺流程设计的基础，对于采样具有重要的研究意义。目前测定溶液体系气液平衡的方法主要有定压法和定温法，定温法是通过设定容器温度，等到系统达到平衡后，读取蒸汽压数值并且测定气相和液相组成，该方法的平衡时间较长，并且需要经过高真空低温脱气处理，附加设备较多，测定复杂；定压法通过稳定调整釜内的压力，当达到平衡时记录温度点并且测定体系的气相和液相组成，该方法快速简便，具有较高的准确度。

对于水体的采样一般通过减压阀进行多次的抽取采样，减压阀是通过调节，将出口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门，常用于气体或液体流量的调节。现有的减压阀有直接作用式减压阀、活塞式减压阀以及薄膜式减压阀等，这些减压阀一般体积庞大且精度较低，在一些高精度要求的场合难以适用。如在水体采样领域中，需要精确控制水体采样量，这些减压阀就难以适用。

因此，亟需一种新的技术方案，在结合现有减压阀的检测技术的基础上，通过结合自动控制器集成一个自动采样系统，选择一种信号作为控制模型，对减压阀驱动装置进行闭环控制，从而提高水样采集的精准度与适应度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可多维控制针型减压阀的自动取样控制器及其工作方法，其优点是该系统可采集压力、流量、温度信号，选择以一种信号作为主要控制模型，辅以其它2种输入，实现对减压阀驱动装置进行闭环控制，提高水样采集的精准度与适应度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种用于针型减压阀的自动取样控制器，包括包括针型减压阀、A/D采样器、D/A转换器、MCU处理器、阀执行元件、人机显示屏和按键控制电路；

所述针型减压阀与阀执行元件连接，所述A/D采样器模拟信号输入端与针型减压阀连接；

所述A/D采样器的数字信号输出端和采样时钟输入端分别与MCU处理器的数据端和时钟输出端相连；

所述MCU处理器的输出数据端和控制端分别与D/A转换器与阀执行元件连接，

所述MCU处理器与人机显示屏和按键控制电路进行串口连接；

所述A/D采样器包括三组采集电路输入，分别采集温度数据、流量数据与压力数据。

本发明进一步设置为，所述流量采集电路采用涡轮传感器，所述涡轮传感器采集频率信号转换为流量数据。

本发明进一步设置为，所述压力采集电路采用三线制电压或二线制电流，作为硬件拨码开关转换。

本发明进一步设置为，所述温度采集电路采用温度传感器。

本发明进一步设置为，所述阀执行元件为连接针型减压阀的驱动电机，该驱动电机受MCU处理器的控制，包括自动控制模式与人工手动控制模式。

本发明进一步设置为，所述MCU处理器连接有2路报警开关量，分别为温度、压力输入，用于检测超限状态并实现报警。

一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，终端通过温度、流量、压力三组采集电路分别收集温度信号、流量信号与压力信号；

步骤二，终端通过A/D采样器将接收到的三组信号进行模数转换，MCU处理器接收A/D采样器输入的三组数字信号，选择其中的一组输入作为主要控制模型，辅以另两组输入对阀执行元件进行闭环控制；

步骤三，MCU处理器对其中一组输入信号进行处理，并进行自动控制，当该组输入信号大于设定值，MCU处理器向阀执行元件相应的输出阀针旋转信号，

步骤四，MCU处理器将处理完毕的信号送向人机显示屏显示并进行数据交互，可人工根据显示的反馈信号进行手动控制阀执行机构，对阀执行进机构进行操控的阀针位置进行自动存储；

步骤五，若不进行手动控制阀执行机构，MCU处理器重复之前步骤，对针型减压阀进行自动控制，并对阀针位置进行自动存储。

本发明进一步设置为，步骤二的闭环控制包括自动读取上次阀针位置，阀门自动标定成功则进入自动控制模式或者手动控制模式，若阀针自动标定失败则再次进行阀针自动标定。

本发明进一步设置为，所述阀针自动标定前先通过按键控制模块进行输入操作命令，自动标定流程包括阀针上移，直至上移到顶端，上移到顶端则清零当前高度。

本发明进一步设置为，还包括步骤六，设置温度、压力报警点，与检测到的温度、压力信号进行比较，驱动开关量输出作为报警信号，超温或超压后的反馈信号，MCU处理器对针型减压阀进行关闭阀门或减小流量的操作，并提供报警输出。

综上所述，本发明的有益效果有：

1.本系统可采集压力或流量信号，或者二个信号同时采集，可选择以一种信号作为控制模型，对减压阀驱动装置进行闭环控制，输出的控制可在测量范围内由用户定义，另外考虑到实际应用时压力和流量是正比关系，可考虑信号的优先级顺序，即双参数控制模型，可由用户选择接入温度传感器，进行温度测量；

2.设置温度、压力报警点，与检测到的温度、压力信号进行比较，驱动开关量输出作为报警信号，超温或超压后的反馈信号，MCU处理器对针型减压阀进行关闭阀门或减小流量的操作，并提供报警输出；

3.根据针型减压阀的特点，针对性的设置控制的算法及其对应策略。阀针由电机控制，运动会有大约300步的滞后。阀针运行到两端会卡死，这里提出一种新的算法，从计步的角度和采集信号反馈的2方面联合控制，保证阀针的运行通顺，阀针的标定机制，保证了阀针的运行可靠性。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图；

图2是本方法的整体步骤流程图；

图3是用于表现阀针控制方案的步骤流程图；

图4是用于表现阀针自动标定流程的步骤流程图；

图5是用于表现阀针自动控制的步骤流程图；

图6是用于表现阀针手动控制的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术实施方案进行详细说明。

实施例：如图1所示，一种用于针型减压阀的自动取样控制器，包括包括针型减压阀、A/D采样器、D/A转换器、MCU处理器、阀执行元件、人机显示屏和按键控制电路；针型减压阀与阀执行元件连接，A/D采样器模拟信号输入端与针型减压阀连接；A/D采样器的数字信号输出端和采样时钟输入端分别与MCU处理器的数据端和时钟输出端相连；MCU处理器的输出数据端和控制端分别与D/A转换器与阀执行元件连接， MCU处理器与人机显示屏和按键控制电路进行串口连接；A/D采样器包括三组采集电路输入，分别采集温度数据、流量数据与压力数据。输出执行为驱动直流减速电机，电机的工作电源直接使用 DC 电源板输入电源，不作为电源板的负载，该电机采用 IO 直接控制，并且可提供反馈，且驱动功能较为完整。电源板采用 DC-DC 模块，电源板需将电机驱动电源送至主板。

如图1所示，流量采集电路采用涡轮传感器，涡轮传感器采集频率信号转换为流量数据。压力采集电路采用三线制电压或二线制电流，作为硬件拨码开关转换。温度采集电路采用温度传感器。阀执行元件为连接针型减压阀的驱动电机，该驱动电机受MCU处理器的控制，包括自动控制模式与人工手动控制模式。

如图1所示，压力测量的采集，传感器可选择电压或电流型传感器，电流或电压型传感器采用硬件设置（拨码）开关选择，此功能如果选用需由用户决定是否进行闭环控制，也就是根据控制值驱动直流电机对阀门进行调节控制。初步规划 2\10\30MPa 三级压力范围（单位可转换：MPa、bar、psi），在主界面显示测量示值，该功能还需提供用户定值及报警点开关量输出功能，即设定控制值参数，假设为 2MPa，大于设定值时需驱动阀门降低压力，反之进行反向操作，如长时间（时间值可定义）达不到设定值需提供开关量输出报警。

其中，流量测量的采集，传感器为标准霍尔传感器输出频率脉冲信号。可由用户选择传感器测量范围，此参数由于带有传感器非线性的特征，需要进行校准标定操作，校准的操作不对一般用户开放。由用户决定是否进行闭环控制，也就是根据控制值驱动直流电机对阀门进行调节控制。计量单位可转换：ml/min、L/H，在主界面显示测量示值，该功能还需提供用户定值及报警点开关量输出功能，即设定控制值参数，假设为 1000ml/min，大于设定值时需驱动阀门关闭阀门（或减小流量），反之进行反向操作，如长时间（时间值可定义）达不到设定值需提供开关量输出报警。

如图1所示，MCU处理器连接有2路报警开关量，分别为温度、压力输入，用于检测超限状态并实现报警。2 路模拟量输出集成在主板上，温度测量的采集，温度传感器采购 NTC热敏电阻，作为选择项提供给用户，也就是用户如果有温度传感器接入则设置为允许，如果选择禁用则无此功能，此功能的作用是提供给用户温度超限保护的功能。要在主界面显示测量示值，该功能还提供用户报警点定值及开关量输出功能，即设定温度保护参数，假设为50℃，超过温度值则提供开关量输出报警。可接入二路开关量输入，由用户选择是温度或者压力。如温度超限后阀门切断样品的反馈信号，或压力开关超限信号，此时需对阀门驱动进行关闭阀门（或减小流量）的操作，并提供报警输出，提醒用户（或远方）干预操作排除故障。

如图2-6所示，根据针型减压阀的特点，针对性的设置控制的算法及其对应策略。阀针由电机控制，运动会有大约300步的滞后。阀针运行到两端会卡死，这里提出一种新的算法，从计步的角度和采集信号反馈的2方面联合控制，保证阀针的运行通顺，阀针的标定机制，保证了阀针的运行可靠性。因而根据以上说明有以下的方法，一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，包括以下步骤：

步骤四，MCU处理器将处理完毕的信号送向人机显示屏显示并进行数据交互，可人工根据显示的反馈信号进行手动控制阀执行机构，如图6所示的手动控制步骤，同时MCU处理器对阀执行进机构进行操控的阀针位置进行自动存储；

步骤二的闭环控制包括自动读取上次阀针位置，阀门自动标定成功则进入自动控制模式或者手动控制模式，若阀针自动标定失败则再次进行阀针自动标定。

阀针自动标定前先通过按键控制模块进行输入操作命令，自动标定流程包括阀针上移，直至上移到顶端，上移到顶端则清零当前高度。

还包括步骤六，设置温度、压力报警点，与检测到的温度、压力信号进行比较，驱动开关量输出作为报警信号，超温或超压后的反馈信号，MCU处理器对针型减压阀进行关闭阀门或减小流量的操作，并提供报警输出。

实施例仅为说明本发明的技术思想与优选实施方式，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，对于本领域的普通技术人员来说，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，包括包括针型减压阀、A/D采样器、D/A转换器、MCU处理器、阀执行元件、人机显示屏和按键控制电路；

所述MCU处理器与人机显示屏和按键控制电路进行串口连接；

2.根据权利要求1所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，所述流量采集电路采用涡轮传感器，所述涡轮传感器采集频率信号转换为流量数据。

3.根据权利要求1所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，所述压力采集电路采用三线制电压或二线制电流，作为硬件拨码开关转换。

4.根据权利要求1所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，所述温度采集电路采用温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，所述阀执行元件为连接针型减压阀的驱动电机，该驱动电机受MCU处理器的控制，包括自动控制模式与人工手动控制模式。

6.根据权利要求1所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器，其特征在于，所述MCU处理器连接有2路报警开关，分别为温度、压力输入，用于检测超限状态并实现报警。

7.一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，其特征在于，步骤二的闭环控制包括自动读取上次阀针位置，阀门自动标定成功则进入自动控制模式或者手动控制模式，若阀针自动标定失败则再次进行阀针自动标定。

9.根据权利要求8所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，其特征在于，所述阀针自动标定前先通过按键控制模块进行输入操作命令，自动标定流程包括阀针上移，直至上移到顶端，上移到顶端则清零当前高度。

10.根据权利要求9所述的一种用于针型减压阀的自动取样控制器的工作方法，其特征在于，还包括步骤六，设置温度、压力报警点，与检测到的温度、压力信号进行比较，驱动开关量输出作为报警信号，超温或超压后的反馈信号，MCU处理器对针型减压阀进行关闭阀门或减小流量的操作，并提供报警输出。