CN112747507A - 一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统，本发明根据电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，通过读取其相应的配置文件，将电子膨胀阀由关闭到开启以及由开启到关闭的两个状态变化分阶段进行控制，通过对每个阶段均施加给步进电机不同的驱动电流和步进频率，克服了不同工况变化时因力矩不足而导致阀门无法开启的问题，避免了阀门卡死现象的产生；且该驱动控制方法能够适用于不同厂家生产的电子膨胀阀的驱动，具有较强的通用性。

Description

一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其是一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统。

背景技术

随着科技的日益发展，环境保护及节能问题正逐步受到关注，工业及商用制冷系统的控制稳定性及能效也越来越受到重视，电子膨胀阀技术是广泛应用于工业及商用制冷系统的提高稳定性及能效的首选方案。从控制实现的角度来讲，电子膨胀阀需要控制器，传感器和执行器三部分来组成，电子膨胀阀的核心是控制器，通过控制器来实现电子膨胀阀的执行。

目前在空调机组内的应用中，不同的工况对电子膨胀阀的力矩要求差距较大，在工况较差时，往往需要较大的力矩；如在冷热交替的季节变换时，需要将电子膨胀阀的入口和出口互换，会导致电子膨胀阀前后压差发生很大的变化，同时温度的变化导致润滑油的特性粘度不同，而恒定的力矩会由于长时间停机或者其他异常情况造成开启过程的卡死现象。

常规电子膨胀阀步进电机调节时有三个关键参数：驱动电流、步进频率和励磁方式；其中，驱动电流决定了电子膨胀阀阀门动作时的所需力矩，而步进频率决定了阀门开启或关闭时的速度。常规算法控制时，这两个参数在阀门调节过程中不能随着系统的变化而变化，适应能力不足，即阀门以相同力矩和步进频率实现开启和关闭的全过程中，会因为系统的应用中，实际的所需的力矩不能满足。

此外，不同的生产厂家的电子膨胀阀所需的驱动电流和步进频率不同，当更换不同品牌的电子膨胀阀后现有的控制方式无法实现高效驱动；且不同生产厂家的电子膨胀阀的生产工艺的高低存在差异，如一些中下游的生产厂家，在焊接过程中缺乏氮气的保护，使得整个制冷系统内存在杂质，杂质进入阀芯的微小间隙后，导致阀门开启或关闭所需的力矩变大，固定的驱动电流无法适应这种工艺问题而造成阀门卡死情况的出现；而工业制冷设备往往安装在较偏远地区，进一步增大了维修和更换的成本。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统。

本发明的主要内容包括：

一种电子膨胀阀的驱动控制方法，包括如下步骤：

获取电子膨胀阀的状态变化；

根据电子膨胀阀的状态变化获取相应的配置文件；

获取电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，根据相应的配置文件，将相应的驱动电流和步进频率分阶段施加给电子膨胀阀的步进电机，控制所述步进电机的力矩；

其中，所述电子膨胀阀的状态变化包括阀门开启状态以及阀门关闭状态，所述阀门开启状态为阀门由关闭变为开启状态，所述阀门关闭状态为阀门由开启变为关闭状态；所述配置文件包括开启配置文件以及关闭配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，运行所述开启配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，运行所述关闭配置文件；

所述开启配置文件和所述关闭配置文件均包括基本属性、当前配置参数以及上次配置参数。

优选的，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，运行所述开启配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第二驱动电流和第二步进频率施加给其步进电机。

优选的，所述第一开启阶段是指电子膨胀阀的开度在0-25％时；所述第二开启阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三开启阶段是指电子膨胀阀的开度为85％至100％的阶段。

优选的，当电子膨胀阀的开度在第一开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或小于低蒸发温度保护值时，将第一驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度大于低蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；若不满足，则将额定驱动电流作为第一驱动电流施加给其步进电机。

优选的，所述第一驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第二驱动电流小于所述额定驱动电流；所述第一步进频率等于或者小于所述额定步进频率，所述第二步进频率小于所述额定步进频率。

优选的，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，运行所述关闭配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第三驱动电流以及第三步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机。

优选的，所述第一关闭阶段是指电子膨胀阀的开度在100-85％时；所述第二关闭阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三关闭阶段是指电子膨胀阀的开度为小于25％的阶段。

优选的，当电子膨胀阀的开度在第三关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或大于高蒸发温度保护值时，将第一驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度小于高蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；若不满足，则将额定驱动电流作为第三驱动电流施加给其步进电机。

优选的，所述第三驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第四驱动电流小于所述额定驱动电流；所述第三步进频率等于或小于额定步进频率，所述第四步进频率小于所述额定步进频率。

本发明还提出了一种电子膨胀阀的驱动控制系统，包括：

处理单元，获取电子膨胀阀的状态变化以及所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，根据电子膨胀阀的状态变化获取并运行相应的配置文件；

驱动单元，接受所述处理单元的控制，将相应的驱动电流和步进频率施加给其步进电机；

存储单元，与所述处理单元连接，所述存储单元用于存储多个所述配置文件以及外部传输来的所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数；

输入单元，与所述存储单元和处理单元连接，所述输入单元接收外部输入的参数，并将其传输至所述存储单元以及所述处理单元。

与现有技术相比，本发明提出了一种电子膨胀阀的驱动控制方法及系统的有益效果在于：根据电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，通过读取其相应的配置文件，将电子膨胀阀由关闭到开启以及由开启到关闭的两个状态变化分阶段进行控制，克服了不同工况变化时因力矩不足而导致阀门无法开启的问题，避免了阀门卡死现象的产生；且该驱动控制方法能够适用于不同厂家生产的电子膨胀阀的驱动，具有较强的通用性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为电子膨胀阀由关闭到开启的状态变化的控制流程图；

图3为电子膨胀阀由开启到关闭的状态变化的控制流程图；

图4为本发明的功能结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。

请参阅图1至图4。本发明提出的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，包括如下步骤：

获取电子膨胀阀的状态变化；

根据电子膨胀阀的状态变化获取相应的配置文件；

获取电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，根据相应的配置文件，将相应的驱动电流和步进频率分阶段施加给电子膨胀阀的步进电机，控制所述步进电机的力矩；

其中，所述电子膨胀阀的状态变化包括阀门开启状态以及阀门关闭状态，所述阀门开启状态为阀门由关闭变为开启状态，所述阀门关闭状态为阀门由开启变为关闭状态；所述配置文件包括开启配置文件以及关闭配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，运行所述开启配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，运行所述关闭配置文件；

所述开启配置文件和所述关闭配置文件均包括基本属性以及上次配置参数；具体地，其中的基本属性包括电子膨胀阀的型号、生产厂商以及对应的额定参数，包括额定驱动电流以及额定步进频率；开启状态时的第一驱动电流、第一步进频率、第二驱动电流和第二步进频率；关闭状态时的第三驱动电流、第三步进频率、第四驱动电流和第四步进频率；上次配置参数是指电子膨胀阀在变化为开启状态或者关闭状态时运行的各项参数，包括第一驱动电流、第一步进频率、第二驱动电流和第二步进频率以及第三驱动电流、第三步进频率、第四驱动电流和第四步进频率等参数；其中关于配置文件包含的内容由生产商提供。

在其中一个实施例中，提供多种配置文件，这些配置文件可以预先存储，也可以在电子膨胀阀启停时由人工手动录入，可以实现录入常用的电子膨胀阀的配置信息，还可以在安装电子膨胀阀时，将相应的配置信息再录入。

在获取到相应的配置文件后，本发明将电子膨胀阀由停止到开启的状态变化以及由开启到停止的状态变化分为三个阶段进行分别控制，即根据电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，将各阶段相应的驱动电流和步进频率施加给其步进电机，从而实现对步进电机的力矩的控制。

其中，电子膨胀阀所处系统的工况参数可以包括环境温度、蒸发温度、电子膨胀阀前后的压差等其他认为有必要引入的参数，这些工况参数由外部的空调机组控制器提供，使得可以根据外部环境的变化来相应的调整相应配置文件内的各参数的设定值，在这种情况下，要求相应的配置文件是可编辑的，即可以接受人为输入，从而能够根据电子膨胀阀的使用场景而优化调整各配置文件内的设定值，该处的设定值是指第一驱动电流、第一步进频率、第二驱动电流和第二步进频率以及第三驱动电流、第三步进频率、第四驱动电流和第四步进频率的值。

具体地，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，即电子膨胀阀由停止变为启动状态时，如图2所示，所述电子膨胀阀接受到相应的启动指令，运行所述开启配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第二驱动电流和第二步进频率施加给其步进电机。

其中，所述第一开启阶段是指电子膨胀阀的开度在0-25％时；所述第二开启阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三开启阶段是指电子膨胀阀的开度为85％至100％的阶段。

其中，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或小于低蒸发温度保护值时，将第一驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度大于低蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；在其中一个实施例中，该处的设定条件是指电子膨胀阀前后压差大于等于18bar，且阀后压力下降速率大于等于2bar/s；而若不满足设定条件，则将额定驱动电流作为第一驱动电流施加给其步进电机。

进一步地，所述第一驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第二驱动电流小于所述额定驱动电流；在其中一个实施例中，额定驱动电流设定为450mA，第一驱动电流为500mA，第二驱动电流最小为370mA；所述第一步进频率等于或者小于所述额定步进频率，所述第二步进频率小于所述额定步进频率；在其中一个实施例中，所述第一步进频率与所述额定步进频率保持一致均为50步/秒，而所述第二步进频率为30步/秒。

同样的，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，即电子膨胀阀由开启变为停止的状态的变化，如图3所示，所述电子膨胀阀接收到停止的指令，运行所述关闭配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第三驱动电流以及第三步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机。

其中，所述第一关闭阶段是指电子膨胀阀的开度在100-85％时；所述第二关闭阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三关闭阶段是指电子膨胀阀的开度为小于25％的阶段。

其中，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或大于高蒸发温度保护值时，将第一驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度小于高蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；在其中一个实施例中，该处的设定条件是指电子膨胀阀前后压差小于等于4bar，且阀后压力上升速率大于等于1.5bar/s；若不满足该设定条件，则将额定驱动电流作为第三驱动电流施加给其步进电机。

进一步地，所述第三驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第四驱动电流小于所述额定驱动电流；所述第三步进频率等于或小于额定步进频率，所述第四步进频率小于所述额定步进频率；在其中一个实施例中，第三驱动电流为500mA，额定驱动电流为450mA，而第四驱动电流最小为370mA；所述第三步进频率与所述额定步进频率均为50步/秒，而所述第四步进频率为30步/秒。

此外，本发明还提出了一种电子膨胀阀的驱动控制系统，包括：

处理单元，获取电子膨胀阀的状态变化以及所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，根据电子膨胀阀的状态变化获取并运行相应的配置文件；

驱动单元，接受所述处理单元的控制，将相应的驱动电流和步进频率施加给其步进电机；

存储单元，与所述处理单元连接，所述存储单元用于存储多个所述配置文件以及外部传输来的所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数；

输入单元，与所述存储单元和处理单元连接，所述输入单元接收外部输入的参数，并将其传输至所述存储单元以及所述处理单元，如将外部环境参数以及重新确定的第一驱动电流等其他参数输入以控制相应步进电机的力矩，适应性以及通用型强。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容及附图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 (10)

1.一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电子膨胀阀的状态变化；

根据电子膨胀阀的状态变化获取相应的配置文件；

获取电子膨胀阀的开度变化以及电子膨胀阀所处系统的工况参数，根据相应的配置文件，将相应的驱动电流和步进频率分阶段施加给电子膨胀阀的步进电机，控制所述步进电机的力矩；

其中，所述电子膨胀阀的状态变化包括阀门开启状态以及阀门关闭状态，所述阀门开启状态为阀门由关闭变为开启状态，所述阀门关闭状态为阀门由开启变为关闭状态；所述配置文件包括开启配置文件以及关闭配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，运行所述开启配置文件；当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，运行所述关闭配置文件。

2.根据权利要求1所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门开启状态，运行所述开启配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第二驱动电流和第二步进频率施加给其步进电机。

3.根据权利要求2所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，所述第一开启阶段是指电子膨胀阀的开度在0-25％时；所述第二开启阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三开启阶段是指电子膨胀阀的开度为85％至100％的阶段。

4.根据权利要求2或3所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，当电子膨胀阀的开度在第一开启阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第一驱动电流以及第一步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或小于低蒸发温度保护值时，将第一驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度大于低蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；若不满足，则将额定驱动电流作为第一驱动电流施加给其步进电机。

5.根据权利要求4所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，所述第一驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第二驱动电流小于所述额定驱动电流；所述第一步进频率等于或者小于所述额定步进频率，所述第二步进频率小于所述额定步进频率。

6.根据权利要求1或2所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，当所述电子膨胀阀的状态变化为阀门关闭状态时，运行所述关闭配置文件，包括如下步骤：

当电子膨胀阀的开度在第一关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第三驱动电流以及第三步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第二关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将额定驱动电流和额定步进频率施加给其步进电机；

当电子膨胀阀的开度在第三关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机。

7.根据权利要求6所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，所述第一关闭阶段是指电子膨胀阀的开度在100-85％时；所述第二关闭阶段是指电子膨胀阀的开度大于25％且小于85％的阶段；所述第三关闭阶段是指电子膨胀阀的开度为小于25％的阶段。

8.根据权利要求6所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，当电子膨胀阀的开度在第三关闭阶段时，根据所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数，将第四驱动电流和第四步进频率施加给其步进电机，包括如下步骤：

获取蒸发温度以及电子膨胀阀的前后压差和阀后压力下降的速率；

当蒸发温度等于或大于高蒸发温度保护值时，将第三驱动电流施加给其步进电机；

当蒸发温度小于高蒸发温度保护值，判定电子膨胀阀的前后压差以及阀后压力下降的速率是否满足设定条件，若满足则将第一驱动电流施加给其步进电机；若不满足，则将额定驱动电流作为第一驱动电流施加给其步进电机。

9.根据权利要求6所述的一种电子膨胀阀的驱动控制方法，其特征在于，所述第三驱动电流大于所述额定驱动电流，所述第四驱动电流小于所述额定驱动电流；所述第三步进频率等于或小于额定步进频率，所述第四步进频率小于所述额定步进频率。

10.一种电子膨胀阀的驱动控制系统，其特征在于，包括：

处理单元，执行权利要求1至9任一所述的电子膨胀阀的驱动控制方法；

驱动单元，接受所述处理单元的控制，将相应的驱动电流和步进频率施加给其步进电机；

存储单元，与所述处理单元连接，所述存储单元用于存储多个所述配置文件以及外部传输来的所述电子膨胀阀所处的系统的工况参数；

输入单元，与所述存储单元和处理单元连接，所述输入单元接收外部输入的参数，并将其传输至所述存储单元以及所述处理单元。

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