CN111550593A - 一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置及方法 - Google Patents

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卢剑锋
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
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Abstract

本发明公开了一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置及方法，包括检测电流变化的电流传感器，转为驱动电压为5V直流电压的稳压电路，判断电流上升时间的电压比较器以及采集信号的单片机。本发明还公开了一种电磁阀故障检测方法，利用电磁阀线圈通电过程中由于电感存在导致的电流缓慢上升现象，通过电流传感器放大电流信号为电压信号，并与设定的比较电压通过电压比较器比较，得到电流上升过程的下降沿，通过与门结合驱动电压的上升沿，得到代表电磁阀电流上升时间的方波信号，采集信号并计算高电平时间可以得到无故障情况下的电流上升至工作状态的时间间隔，保存至单片机EEPROM。一旦检测到的时间间隔变化较大则代表电磁阀存在故障。

Description

一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置及方法
技术领域
本发明属于电磁阀故障检测应用设备，用于单电源驱动下开关电磁阀的故障检测。
背景技术
现市场上的电磁阀故障检测多额外供电，且在电磁阀断电状态下才能检测。不仅影响电磁阀本身的工作运行，而且无法及时在出现轻微故障时候发现问题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置及方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于电磁阀线圈通电过程中由于电感存在导致的电流缓慢上升现象，通过电流传感器放大电流信号为电压信号，并与单片机PWM通过积分电路形成的比较电压通过电压比较器比较，得到电流上升过程的下降沿，通过与门结合驱动电压的上升沿，得到代表电磁阀电流上升时间的方波信号，采集信号并计算高电平时间可以得到无故障情况下的电流上升至工作状态的时间间隔，保存至单片机EEPROM。一旦检测到的时间间隔变化较大则代表电磁阀存在故障。
为了达到节省能源的目的，以上技术方案中的电流传感器，电压比较器，单片机的供电电压完全由输入驱动电压经过RC滤波和 LDO稳压电路转化为5V来提供，保证了可以在电磁阀工作中就可以时刻进行故障检测。
对于不同的电磁阀，均可通过调节采样电阻，调节单片机PWM 输出来实现对于不同电磁阀均可做到故障检测。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的单电源电磁阀故障检测模块
图2为本发明的输入电压径过RC滤波和LDO稳压电路转化为 5V的部分
图3为本发明的单片机采集信号和输出PWM信号的部分
图4为单片机输出PWM信号经过二阶积分电路转化为直流电压的部分
图5为电流传感器和电压比较器部分
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例1
本发明的具体实施方式如图1所示，一种单电源驱动的电磁阀故障装置，包括5个主要部分。其中：
图2输入驱动电压为24V的方波信号，从端子CN2-1,2接入，正级一部分通过分压电阻R2＝10k和R5＝2K产生4V输入参考信号 Vinp。同时正极通过肖特基二极管D1和极性电容C3转化为24V的直流信号，其中D1型号为SS34_C84635，C3＝6.8mF。转化后的24V 电压通过LDO线性稳压电路中R7＝5.6k，R8＝2k调节输出为5V直流电压，其中LDP线性稳压电路采用LM317AG-TN3-R。
图3为所选用的单片机Arduino-Nano，其中TX,RX端连接外部端子。D2接口采集与门处理后的And信号，D11口输出PWM波调节比较电压Vcp，A0口采集电压比较器的初始输出结果进行比较电压设定的计算。
图4为单片机输出的PWM信号通过两阶积分电路转化为比较电压Vcp，其中R3＝R4＝10kΩ，C1＝C2＝10μF
图5为电流传感器和电压比较器。CN1-1,2端子为线圈接入端子，1位正极连接可变采样电阻R6并连接至驱动电压24V，电流传感器MAX4172ESA+T并联在R6两端，RS+接至24V，RS-接至CN1-1。电流传感器的输出OUT端与地接下拉电阻R9＝3kΩ将输出的电流信号转化为电压信号。电压比较器LM393DR2G的正相输入3端口为图 4产生的比较电压Vcp，负相输入2端口为电流传感器的输出电压 Sout。电压比较器输出信号为Dout，上接电阻R1＝1kΩ至5V。电流传感器的供电电压V+和电压比较器的供电电压VCC均由图2部分产生的5V直流供电。所有供电处均对地接电容C4＝C6＝100nF进行滤波和稳压。
一种单电源控制的电磁阀故障检测装置，其包括以下步骤：
1)初始检测确定Vcp及调节各部位的供电电压5V：CN1连接电磁阀，CN2连接驱动电压。根据驱动电压调节R7和R8至LM317输出为5V，根据单片机接受的Sout值，取峰值电压的90％为Vcp，根据Vcp值输出对应的PWM信号
2)电流上升下降沿选取：电磁阀开启后，因其电感存在，电路中电流上升至峰值存在明显的上升时间，根据Vcp的选取和电压比较器的电压比较可以得到Dout信号中上升时刻结束时的下降沿，输入参考信号Vinp的上升沿为准确的开始通电时间，通过与门结合Vinp和Dout可以得到准确的代表电流上升时间的高电平上升下降沿信号And
3)And信号连接Nano的D2端口进行采集，并计算高电平时间即电流上升时间T0。正常工作情况下的计算结果T0保存至单片机内部存储。在之后的工作情况下，该故障检测设备一直在运行，若是某一时间端检测的电流上升时间偏离T0至20％以上则代表电磁阀出现了故障
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (4)

1.一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置，包括用于转化电磁阀驱动电压为直流5V的RC滤波和LDO稳压电路；其特征在于：它包括输入端子CN2-1，CN2-2，用于连接驱动电源。波动的方波驱动电压经过RC滤波后形成直流的驱动电压，并经过稳压电路调节使得输出电压转化为单片机，电流传感器和电压比较器的供电电压。
2.根据权利要求1所述的一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置，其特征在于，比较电压由单片机输出PWM信号控制。
3.根据权利要求2所述的一种单电源驱动的电磁阀故障检测装置，其特征在于：电流传感器并联在连接电磁阀的采样电阻两端，电流传感器的输出电压与比较电压比较后的输出电压与输入参考电压进行“与”运算。
4.一种单电源驱动的电磁阀故障检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)初始检测确定Vcp及调节各部位的供电电压5V：CN1连接电磁阀，CN2连接驱动电压。根据驱动电压调节R7和R8至稳压电路输出为5V，根据单片机接受的Sout值，取合适电压Vcp，根据Vcp值输出对应的PWM信号
2)电流上升下降沿选取：电磁阀开启后，因其电感存在，电路中电流上升至峰值存在明显的上升时间，根据Vcp的选取和电压比较器的电压比较可以得到Dout信号中上升时刻结束时的下降沿，输入参考信号Vinp的上升沿为准确的开始通电时间，通过与门结合Vinp和Dout可以得到准确的代表电流上升时间的高电平上升下降沿信号And
3)And信号连接单片机的D2端口进行采集，并计算高电平时间即电流上升时间T0。正常工作情况下的计算结果T0保存至单片机内部存储。在之后的工作情况下，该故障检测设备一直在运行，若是某一时间端检测的电流上升时间偏离T0较大范围则代表电磁阀出现了故障。
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