CN202561207U - 智能电动阀门执行装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于智能电动阀门执行装置，包括：阀门位置传感器、信号转换模块、电机驱动电路、数字互锁开关电路、无线传输模块及中央处理器；阀门位置传感器向信号转换模块输出阀门位置模拟量信号或者开关量信号；信号转换模块将阀门位置模拟量信号或者开关量信号转换为阀门位置数字量信号并输出；中央处理器通过无线传输模块接收上位机传输来的阀门控制信息，根据阀门控制信息和阀门位置数字量信号产生阀门动作信号并输出；数字互锁开关电路根据阀门动作信号向电机驱动电路输出对应的电机驱动信号；电机驱动电路根据电机驱动信号控制电机的动作。本实用新型提高了阀门控制的稳定性，实现了阀门的远程控制，提高了智能电动阀门的自动化控制程度。

Description

智能电动阀门执行装置

技术领域

本实用新型涉及测量技术，特别是涉及一种智能电动阀门执行装置。

背景技术

智能电动阀门执行装置由于其能够实现对各种类型的管道阀门的智能驱动，而广泛应用于电站、冶金、石油、化工、供水以及食品加工等多种行业中。

智能电动阀门执行装置在接收到自动控制系统控制器传输来的控制信号后，输出相应的上行或下行数据信号，该上行或下行数据信号在被伺服放大器放大后，驱动电机转动，电机带动减速装置放大动力，从而控制阀门的开关位置。减速装置还会带动位置传感器动作，位置传感器输出值的线性变化可以反应出阀门的具体位置，从而智能电动阀门执行装置根据控制信号和阀门当前位置来决定阀门当前是执行开动作还是关动作，从而控制阀门的开关角度。

发明人在实现本实用新型过程中发现，现有的智能电动阀门执行装置在实际应用中通常采用DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)的现场总线系统，且必须具有至少7-14根控制线，从而需要大量的I/O接口，而且需要进行大量的模数信号转换。另外，如果需要对智能电动阀门执行装置进行控制，通常还需要安装转换控制柜等部件，以便于对智能电动阀门执行装置进行中途控制或者现场控制。因此，现有的智能电动阀门执行装置的现场接线十分繁杂，且信号(尤其是模拟信号)在传输过程中会受到较大的干扰，模数信号的转换会使信号的传输损失较大，失真较严重；从而导致阀门的控制稳定性较差，且繁杂的接线会大大限制整个系统的各部分的布设。

有鉴于上述现有的智能电动阀门执行装置存在的问题，发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验以及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种智能电动阀门执行装置，克服现有的智能电动阀门执行装置存在的问题，使其更具实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有的智能电动阀门执行装置存在的缺陷，而提供一种新型的智能电动阀门执行装置，所要解决的技术问题是，避免繁杂的现场接线，尽可能的避免信号的干扰以及失真现象，提高阀门控制的稳定性以及灵活性，并实现阀门的远程控制。

本实用新型的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。

依据本实用新型提出的一种智能电动阀门执行装置，包括：阀门位置传感器、信号转换模块、无线传输模块、中央处理器、数字互锁开关电路以及电机驱动电路；所述阀门位置传感器与信号转换模块连接，所述阀门位置传感器向所述信号转换模块输出阀门位置模拟量信号或者阀门位置开关量信号；所述信号转换模块与阀门位置传感器和中央处理器均连接，接收阀门位置传感器输出的阀门位置模拟量信号或者阀门位置开关量信号，并向中央处理器输出转换后的阀门位置数字量信号；所述中央处理器与信号转换模块、无线传输模块和数字互锁开关电路分别连接，所述中央处理器通过无线传输模块接收上位机传输来的阀门控制信息，并向所述数字互锁开关电路输出根据所述阀门控制信息和所述阀门位置数字量信号产生的阀门动作信号；所述数字互锁开关电路与中央处理器和电机驱动电路分别连接，接收中央处理器传输来的阀门动作信号，并向电机驱动电路输出电机驱动信号；所述电机驱动电路与电机和数字互锁开关电路分别连接，接收所述数字互锁开关电路传输来的电机驱动信号并控制电机的动作。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中无线传输模块包括：基于3G的无线传输模块，且所述中央处理器通过基于3G的无线传输模块与上位机进行数据传输。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中信号转换模块包括：带隔离模拟量输入的A/D转换模块，和/或，带隔离开关量输入模块。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中中央处理器包括：MSP430微控制器。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中所述装置还包括：显示模块，与所述中央处理器连接。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中所述装置还包括：按键模块，与所述中央处理器连接，所述中央处理器接收所述按键模块传输来的阀门控制信息。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中所述装置还包括：RS232接口电路，与所述中央处理器连接。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中所述装置还包括：RS485接口电路，与所述中央处理器连接。

较佳的，前述的智能电动阀门执行装置，其中所述的电机驱动电路包括：74LVC8T245芯片、S8050三极管以及继电器；所述74LVC8T245芯片与数字互锁开关电路和S8050三极管连接，所述S8050三极管与74LVC8T245芯片和继电器分别连接。

借由上述技术方案，本实用新型的智能电动阀门执行装置至少具有下列优点及有益效果：本实用新型通过在智能电动阀门执行装置中设置中央处理器以及无线通讯模块，使智能电动阀门执行装置可以在TCP/IP的基础上与上位机(如计算机等)进行远程无线信息交互，避免了在两者之间铺设电缆的现象，且同时避免了在两者之间设置隔离电路、转换电路以及电缆槽等部件，另外，还避免了在两者之间传输的模拟信号受干扰以及信号传输受损等现象；从而本实用新型提高了阀门控制的稳定性以及灵活性，并实现了阀门的远程控制，提高了智能电动阀门的自动化控制程度，减轻了智能电动阀门执行装置的操作维护工作量，非常适于实用。

综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，成为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征以及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的智能电动阀门执行装置示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的智能电动阀门执行装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型的智能电动阀门执行装置如附图1所示。

图1中的智能电动阀门执行装置包括：阀门位置传感器1、信号转换模块2、无线传输模块3、中央处理器4、数字互锁开关电路5以及电机驱动电路6。另外，该智能电动阀门执行装置还可以包括：显示模块7、按键模块8、RS232接口电路9以及RS485接口电路10中的至少一个。其中，阀门位置传感器1与信号转换模块2连接，电机驱动电路6与数字互锁开关电路5和电机分别连接，且信号转换模块2、无线传输模块3、数字互锁开关电路5、显示模块7、按键模块8、RS232接口电路9以及RS485接口电路10均与中央处理器4连接。

下面对上述智能电动阀门执行装置中的各元件分别进行说明。

阀门位置传感器1主要用于感测阀门的位置，并将其感测产生的阀门位置模拟量信号或者开关量信号传输给信号转换模块2。阀门位置传感器1可以采用现有的多种型号的阀门位置传感器，本阀门不限制阀门位置传感器1的具体表现形式。

信号转换模块2主要用于将阀门位置传感器1传输来的阀门位置模拟量信号(如4-20MA、1-5V，0-5V等模拟量信号)或者开关量信号转换为阀门位置数字量信号，并将转换后获得的阀门位置数字量信号向中央处理器4传输，从而中央处理器4可以根据阀门位置数字量信号实时获知阀门的当前开关状态。上述信号转换模块2可以具体为带隔离模拟量输入的A/D转换模块，也可以具体为带隔离开关量输入模块等。本实用新型可以采用现有的信号转换模块。

无线传输模块3是智能电动阀门执行装置与上位机(如计算机等)之间的无线信息传输接口，即智能电动阀门执行装置通过无线传输模块3与上位机进行信息(如阀门控制信息)传输，以对阀门进行无线且远距离的控制。该无线传输模块3可以称为远距离通讯的无线传输模块，且智能电动阀门执行装置与上位机之间可以基于TCP/IP进行远距离的无线数据交互。无线传输模块3可以为基于3G的无线传输模块，如现有的SIM300C模块，当然，也可以为其它形式的远距离无线传输模块。

无线传输模块3主要负责将中央处理器4(如MSP430微控制器)输出的串行格式的数字信号转换为3G无线信号并输出，并将上位机传输来的无线信号转换为中央处理器4的串行格式的数字信号，并传输给中央处理器4。

中央处理器4是智能电动阀门执行装置的核心部件。中央处理器4可以包括：FLASH程序存储器以及E2PROM存储器。其中的FLASH程序存储器主要用于存储程序代码(如使用C51语言编写的程序代码)。FLASH程序存储器中存储的程序代码可以采用自上而下的模块化设计方法编制。整个程序代码主要包括：系统初始化子模块、串口发送子模块、串口中断接收子模块、3G通讯子模块、LCD显示子模块、按键接收子模块以及报警子模块等。其中的3G通讯子模块主要用于实现TCP/IP信息帧的编制和分解。另外，上述的E2PROM存储器主要用于存储控制参数变量。

中央处理器4根据其FLASH程序存储器中存储的程序代码执行相应的操作，并将要存储的数据保存到指定的内存(如E2PROM存储器)中去。

中央处理器4通过无线传输模块3可以接收到上位机传输来的阀门控制信息，并对阀门控制信息进行解析，之后，根据解析后的阀门控制信息以及信号转换模块2传输来的阀门位置数字量信号进行比较分析，从而产生阀门动作信号，之后，中央处理器4向数字互锁开关电路5输出该阀门动作信号。另外，中央处理器4还可以通过无线传输模块3向上位机传输现场情况信息，如将阀门的当前位置状态信息向上位机发送，再如向上位机发送成功执行相应操作的信息等等。

中央处理器4可以通过按键模块8接收到现场控制信息，中央处理器4对该现场控制信息进行判断，如果该现场控制信息是阀门控制信息(如暂停/停止阀门控制操作等)，则中央处理器4可以根据该阀门控制信息产生相应的阀门动作信号(如暂停/停止阀门动作信号)，并传输至数字互锁开关电路5；如果该现场控制信息是其它方面的控制信息(如显示画面切换控制信息等)，则中央处理器4进行相应的处理操作，如向显示模块7传输相应的显示画面信息等。

中央处理器4还可以通过RS232接口电路9和RS485接口电路10与外接的相应设备(如多种类型的仪表等)进行信息交互，如中央处理器4向外接的相应设备传输当前的相关参数等。

上述中央处理器4可以具体为MSP430微控制器，当然，也可以为其它类型的数据处理器，本实用新型不限制中央处理器4的具体型号。

数字互锁开关电路5主要用于接收中央处理器4传输来的阀门动作信号，并将该阀门动作信号转换为对应的电机驱动信号(如高电平/低电平信号)，之后，向电机驱动电路传输该电机驱动信号。数字开关电路的各输出端可以分别接入一路光电耦合器的输入端，本实用新型可以采用现有的多种型号的数字互锁开关电路。

电机驱动电路6主要用于在接收到数字互锁开关电路5传输来的电机驱动信号后，根据该电机驱动信号控制电机的动作。具体的，电机驱动电路6产生的电机驱动信号传输给交流异步电机，交流异步电机带动减速装置到输出轴。

电机驱动电路6通常由双向可控硅、电阻以及电容组成；如电机驱动电路可以包括：74LVC8T245芯片、S8050三极管以及继电器；其中的74LVC8T245芯片与数字互锁开关电路5和S8050三极管分别连接，且S8050三极管还与继电器连接。

显示模块7主要用于显示画面。显示模块7可以在接收到中央处理器4传输来的相应的显示画面信息后展现相应的画面，一个具体的例子，显示模块7显示相应的文字信息(如故障状态时的故障代码)、数字信息(如阀门开度百分比等)以及图形信息(如阀门的当前状态图形或者告警图形标志)等。该显示模块7可以为液晶显示屏，本实用新型不限制显示模块7的具体表现形式。

按键模块8是智能电动阀门执行装置对外提供的一个可以实现现场控制的接口。通过按键模块8，现场控制人员可以对阀门进行现场控制，如现场控制人员可以通过按键模块输入阀门控制信息，该阀门控制信息被传输至中央处理器4，由中央处理器4基于该阀门控制信息进行后续的处理。

RS232接口电路9和RS485接口电路10是智能电动阀门执行装置对外提供的一个可以外接设备(如多种仪表等)的接口。智能电动阀门执行装置通过RS232接口电路9和RS485接口电路10与外接设备进行信息交互。

本实用新型的智能电动阀门执行装置的控制精度可以达到0.1％～5％，且其工作温度范围可以为：-20℃至+70℃；其使用的电源可以为单项交流电220V±10％50Hz；输出开关触点容量可以为单项交流250V，5A；位置反馈电阻可以为0.5K Q～5K Q；可以进行手动控制，也可以进行自动控制。

从上述本实用新型的实施例可以看出，本实用新型提供的技术可以达到下述技术效果：

1、减少了现场辅助设备。在采用无线远距离通讯方式(如3G通讯方式)后，在智能电动阀门执行装置和上位机之间可以不使用通讯电缆，且不需要与隔离和转换处理等相关的元件，从而减少了大量的信号电缆，节省了相应的电缆槽和配电柜等硬件，降低了实现成本，而且还简化了现场安装操作，减少了大量的人为错误和系统出现故障的环节。

2、提高了阀门控制的可靠性。由于无线远距离通讯方式(如3G通讯方式)所传输的信号为数字信号，这与传统的模拟信号传输存在很大的区别，不仅减少了信号转换过程中的损失，增加了抗干扰能力，而且还提高了信号传输的稳定性。

3、方便了智能电动阀门执行装置的操作维护工作。通过采用无线远距离通讯方式(如3G通讯方式)，操作人员在远端的控制室中既可以对智能电动阀门执行装置进行标定、参数设置以及功能组态等操作，还可以进行实时在线监测、故障诊断、事故预测以及实施状态维修等处理，而不必像过去一样一定要到现场去处理，实现了远程会诊，减轻了智能电动阀门执行装置的使用和维护工作量。

4、解决了阀门的控制难题。城市供水、供气、供暖、污水排放、工业水源地、以及输油管线等所覆盖的地理面积非常大，本实用新型提供的技术方案有效解决了敷设电缆难度极大等问题。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种智能电动阀门执行装置，其特征在于，包括：

阀门位置传感器、信号转换模块、无线传输模块、中央处理器、数字互锁开关电路以及电机驱动电路；

所述阀门位置传感器与信号转换模块连接，所述阀门位置传感器向所述信号转换模块输出阀门位置模拟量信号或者阀门位置开关量信号；

所述信号转换模块与阀门位置传感器和中央处理器均连接，接收阀门位置传感器输出的阀门位置模拟量信号或者阀门位置开关量信号，并向中央处理器输出转换后的阀门位置数字量信号；

所述中央处理器与信号转换模块、无线传输模块和数字互锁开关电路分别连接，所述中央处理器通过无线传输模块接收上位机传输来的阀门控制信息，并向所述数字互锁开关电路输出根据所述阀门控制信息和所述阀门位置数字量信号产生的阀门动作信号；

所述数字互锁开关电路与中央处理器和电机驱动电路分别连接，接收中央处理器传输来的阀门动作信号，并向电机驱动电路输出电机驱动信号；

所述电机驱动电路与电机和数字互锁开关电路分别连接，接收所述数字互锁开关电路传输来的电机驱动信号并控制电机的动作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线传输模块包括：

基于3G的无线传输模块，且所述中央处理器通过基于3G的无线传输模块与上位机进行数据传输。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述信号转换模块包括：带隔离模拟量输入的A/D转换模块，和/或，带隔离开关量输入模块。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述中央处理器包括：MSP430微控制器。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

显示模块，与所述中央处理器连接。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

按键模块，与所述中央处理器连接，所述中央处理器接收所述按键模块传输来的阀门控制信息。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

RS232接口电路，与所述中央处理器连接。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

RS485接口电路，与所述中央处理器连接。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电机驱动电路包括：74LVC8T245芯片、S8050三极管以及继电器；

所述74LVC8T245芯片与数字互锁开关电路和S8050三极管连接，所述S8050三极管与74LVC8T245芯片和继电器分别连接。

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