CN204423025U - 一种阀门智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阀门智能控制系统，包括核心控制单元、运动单元和人机交互界面，所述核心控制单元包括电源模块、主控核心板和驱动继电器，所述运动单元包括运动检测单元和运动控制单元，运动检测单元包括绝对值编码器和过距检测开关，运动控制单元包括电机过热传感器、驱动电机和变频软起动驱动电路。本实用新型采取变频软起驱动电路，能有效缓解电机启动时的电源冲击，电机启动力矩大，转速过渡平滑，对阀门的开启角度控制更精准；在发生堵转或过距时，能及时知道电机的状态，进行有效保护；同时在电机发生故障时，也能及时进行故障保护，防止损失进一步扩散。

Description

一种阀门智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及阀门控制技术领域，特别是指一种阀门智能控制系统。

背景技术

随着我国经济的发展以及人们生活水平质量的提高，应用于石化、发电、水处理、流程工业等系统的阀门要求也越来越高，环保、节能、高效是趋势。

普通阀门控制器的电机控制驱动是采用双向交流接触器控制，容易产生电火花和电源冲击，无法获悉电机运行状况，系统稳定性也会受到一定程度的影响。

实用新型内容

基于以上的问题，本实用新型的目的在于提供一种适于现场安装、安全系数高、阀位控制精确的阀门智能控制系统。

一种阀门智能控制系统，包括核心控制单元、运动单元和人机交互界面，所述核心控制单元包括电源模块、主控核心板和驱动继电器，所述运动单元包括运动检测单元和运动控制单元，运动检测单元包括绝对值编码器和过距检测开关，运动控制单元包括电机过热传感器、驱动电机和变频软起动驱动电路，所述电源模块、绝对值编码器、过距检测开关连接主控核心板，主控核心板连接驱动继电器，驱动继电器连接变频软起动驱动电路，变频软起动驱动电路连接驱动电机。

优选地，所述人机交互界面包括红外遥控器和显示电路，红外遥控器与主控核心板无线相连接，显示电路与主控核心板物理连接。

优选地，所述核心控制单元还包括状态继电器、信号继电器和电流信号控制电路。

优选地，所述电流信号控制电路的电流信号输出范围为4-20mA。

优选地，还包括远程接口。

优选地，所述远程接口为遥调、遥信和/或遥控。

优选地，还包括通讯接口单元，接口单元支持Modbus/Profibus协议。

优选地，所述电源模块包括可靠电源和电源检测模块。

本实用新型采取变频软起驱动电路，能有效缓解电机启动时的电源冲击，电机启动力矩大，转速过渡平滑，对阀门的开启角度控制更精准：在发生堵转或过距时，能及时知道电机的状态，进行有效保护；同时在电机发生故障时，也能及时进行故障保护，防止损失进一步扩散。

附图说明

图1为本实用新型一种阀门智能控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种阀门智能控制系统的工作流程图。

图中标号说明如下：1-核心控制单元，11-驱动继电器，21-运动检测单元，211-绝对值编码器，22-运动控制单元，222-变频软起动驱动电路，23-通讯接口单元，3-人机交互界面，31-红外遥控器，32-显示电路，33-远程接口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1为本实用新型一种阀门智能控制系统的结构示意图，该控制系统包括核心控制单元1、运动单元和人机交互界面3。

核心控制单元1包括电源模块、主控核心板和驱动继电器11，运动单元包括运动检测单元21和运动控制单元22，运动检测单元21包括绝对值编码器211和过距检测开关，运动控制单元22包括电机过热传感器、驱动电机和变频软起动驱动电路222，电源模块、绝对值编码器211、过距检测开关连接主控核心板，设备采用12位绝对值编码器，提供4096个位置值，阀位反馈精度高；对远程控制输入的4～20mA电流信号，其阀位的控制精度达到1％，采用频率/电压/电流变换方式，用频率来调节输出电流，实现无级变流，精度高达1％，主控核心板连接驱动继电器11，驱动继电器11连接变频软起动驱动电路222，变频软起动驱动电路222连接驱动电机，采取变频软起驱动电路222，能有效缓解电机启动时的电源冲击，电机启动力矩大，转速过渡平滑，对阀门的开启角度控制更精准；在发生堵转或过距时，能及时知道电机的状态，进行有效保护；同时在电机发生故障时，也能及时进行故障保护，防止损失进一步扩散；核心控制单元1还包括状态继电器、信号继电器和电流信号控制电路；电流信号控制电路电流信号范围为4-20mA；通讯接口单元23，接口单元支持Modbus/Profibus协议，设备支持Modbus和Profibus通讯协议，方便与集散控制系统的上位机或PLC进行远程通讯和控制管理，两大总线协议已兼容覆盖了绝大部分系统，方便用户的工控组网需求；电源模块包括可靠电源和电源检测模块。

人机交互界面3包括红外遥控器31和显示电路32，红外遥控器31与主控核心板1无线相连接，显示电路32与主控核心板1物理连接，还包括远程接口33，远程接口33为遥调、遥信和/或遥控。

通过电源检测电路和软件算法相结合，能自动判断出电源的状态和相序。当电源存在缺相故障时，发出警告信号，同时锁定电机不动作，避免电机烧毁；自动相序判定，极大地方便现场安装，动力电源以任意相序可以随便接，阀门动作都是正确的。

智能阀门执行器控制软件的主要功能为：通过操作按钮(或远程控制节点)接受操作指令，进行参数设定或驱动电机动作，并把结果显示在LCD上(或反馈到控制室)；通过采集绝对值编码器数据，判断阀门当前对应的开启程度，根据算法执行相应动作，达到控制目标。

图2为本实用新型一种阀门智能控制系统的工作流程图。

人机交互界面：智能阀门控制器一共有两个旋钮，方向旋钮和就地/远程切换旋钮：方向旋钮在参数设置时用作上下翻页，在阀门控制时做为控制阀门分合的操作把手；就地/远程旋钮主要用来切换以下三种操作模式：停止、就地、远程。相应操作也可通过红外遥控器实现。

执行机构上电或复位后，执行机构的控制系统首先对指令、程序区、数据区和A/D转换功能依次进行自检。这四部分的检测结果分别以汉字的形式在LCD液晶显示电路上显示出来。如果自检均正常，LCD液晶显示电路的阀位显示出当前阀位开度的百分数。

若自检时某一项不正常，LCD显示电路右下角区域将一直显示有误，控制系统不接受任何操作，等待处理。

系统正常运行时，液晶屏最上方显示就地\远程旋钮的当前位置，中间用百分比显示阀门开度，最下排显示告警信息。

将方向旋钮放在“停止”位置，就地/远程旋钮放在“打开”位置并保持3S钟以上，液晶屏显示本机识别码。

将方向旋钮放在“停止”位置，就地/远程旋钮放在“关闭”位置并保持3S钟以上，液晶屏进入参数设置页面，显示相应参数名称及信息。

参数设置：将方向旋钮放在“停止”位置，就地/远程旋钮放在“关闭”位置并保持3S钟以上，控制系统进入参数设置菜单。在参数设置菜单页面下，5S无操作自动退出参数设置页面。用户可根据现场情况重新设置系统运行参数。系统参数设置会使用旋钮来实现按键功能。系统参数设置后，将存储在MCU的EEPROM中，掉电不会丢失。

远控方式：远控有以下三种控制方式：

(1)开关量控制：高电平接入“打开”引脚，执行“打开”动作。高电平接入“关闭”引脚，执行“关闭动作”。

(2)模拟量控制方式下，4～20mA电流对应于0％～100％阀位，系统会根据输入的电流大小换算为对应的阀位，进而控制电机开/闭来调整阀门到达指定的阀位。

(3)状态量控制方式下，系统根据输入的状态值，控制电机开/闭来调整阀门到达指定的阀位。

进入菜单后，按下“确认键”后进入远控方式设定项，以前的设定值会显示出来。用户按下“返回键”则退回到上一级菜单，不会改变以前的设定值。用户可以利用该特点来查询以前的设定值。若用户需要修改以前的设定值，请按“上移键”或“下移键”改变显示的设定值。选中需要的设定值后，再按下“确认键”保存，并退回上一级菜单。再次按下“确认键”进入该菜单，即可显示修改后的设定值。

行程限位：

在本系统中，开限位和关限位并非阀门物理上的最大、最小限位，行程限位是可根据现场需要来设置。

进入关限设定项，显示区将显示当前编码器的编码值(0-999线性码)，用手动方式将阀门运动到关限位，按下“确认键”，这时液晶屏上方的对应指示灯会闪动2下，表示执行机构已经将该点标定为关限位，这个时候就地/远程旋钮正好在就地位置，再将方向旋钮旋到开位置，执行机构将会向开方向运动，等到阀门运动到目标开限位，放开方向旋钮，等到执行机构停下，按下“确认键”重新进入限位设定菜单，请使用“加键”或“减键”进入开限设定项，然后按下“确认键”，这时液晶屏上方对应的指示灯会闪动2下，表示执行机构已经将这点的阀位标定为限位。

关限位、开限位分别对应了使用过程中阀门开启的0％～100％。

远控优先：

远控优先，是指当“远程打开”和“远程关闭”开关量信号同时存在时，执行机构优先执行的动作。用户可根据现场阀门安装要求进行合理设定。

进入“远控优先”菜单，按下“确认键”后进入设定项，使用“上移键”或“下移键”来选择“远程打开”或者“远程关闭”，再按下“确认键”保存，并退回上一级菜单。

位置反馈：位置反馈，是指执行机构将当前所在的阀位以4mA～20mA电流的形式反馈给用户。当反馈电流有偏差时，可以使用该功能加以微调。调整流程必须是先调4mA再调20mA。

先将阀门调整至关闭位置。选择“位置反馈”按下“确认键”进入位置反馈设定项，以前的设定值会显示出来，这时执行机构强行反馈0％阀位对应的电流(4mA)，以供用户检测。若反馈的4mA)电流不准确，用户可以按“加键”或“减键”来调整反馈的电流，调整完毕，按“确认键”保存，并自动退出到上一级菜单；若不想改变以前的设定值，可使用“返回键”返回上一级菜单，而不保存用户的修改。“开位电流”的设置同“关位电流”。保存后，反馈的电流是当前阀位所对应的电流。

调节死区：

该功能在远程模拟量控制方式有效。模拟量控制方式下，执行机构根据控制电流计算出用户希望的阀位值，再将该值与当前的阀位值进行比较，如果差值的绝对值大于死区，执行机构才开始动作，使当前的阀位向希望的阀位靠近。如果当前的阀位与用户希望的阀位之差的绝对值在死区之内，则执行机构停止动作。设定适当的死区可以防止执行机构在希望的阀位附近摆动。

死区值使用百分比来表示，进入“调节死区”菜单，以前的设定值会显示出来，若需要修改，使用“加键”和“减键”对当前的死区值进行调整，调整的最小单位为0.1％，调整完成后，使用“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

电流标定：当用户的送给执行机构的4mA-20mA电流与执行机构以前的标定值有差别时，可用此项功能对用户发出的电流进行重新标定，使执行机构和用户的4mA-20mA电流发送设备有相同的测度标准，以提高系统控制的准确度。

低信电流：用户送给执行机构的控制电流的下限值，当使用4mA-20mA电流控制时，4mA就是低信电流。

高信电流：用户送给执行机构的控制电流的上限值，当使用4mA-20mA电流控制时，20mA就是高信电流。

在任何时候用户都可用低信标定和高信标定菜单来查询用户发出的电流值，但在电流未标定之前，查询到的值可能不是用户期望的。

高信阀位和低信阀位：低信和高信对应的阀位开度值是互斥的。比如，当设定低信对应0％阀位开度时，高信自动设为对应100％阀位开度。

选择“电流标定”菜单，按下“确认键”，进入“电流标定”，按下“上翻键”或“下翻键”选择“低信电流”、“高信电流”或者“低信阀位”，按下“确认键”进入对应菜单，以前的设定值会显示出来，若需要修改，使用“加键”和“减键”对当前的设定值进行调整，调整完成后，使用“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

丢信动作：

丢信：当执行机构工作在远程模拟量控制方式，控制电流小于低信的1/2时，执行机构认为控制信号丢失，简称丢信。

丢信动作：丢信动作定义了执行机构在发生丢信时所执行的动作。系统定义了3种丢信动作行为：

低信动作：表示执行机构把丢信当作低信控制信号处理；

高信动作：表示执行机构把丢信当作高信控制信号处理；

停止：表示执行机构在丢信时，停止动作。

选择“丢信动作”菜单，按下“确认键”进入，按下“上翻键”或“下翻键”选择“低信动作”、“高信动作”或者“停止”，调整完成后，使用“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

ESD控制：

ESD：是指紧急情况下(即出现ESD控制信号)，对执行机构所执行的动作。系统定义了3种ESD：

关阀：收到ESD信号，执行关闭阀门动作。

开阀：收到ESD信号，执行打开阀门动作。

ES无效：不接受ESD信号。

动作电平：高电平或低电平有效

选择“ESD控制”菜单，按下“确认键”进入，按下“上翻键”或“下翻键”选择“关阀”、“开阀”或者“ES无效”，调整完成后，使用“确认键”保存。若需要修改动作电平，则选择“动作电平”，使用“确认键”进入，通过“上翻键”或“下翻键”选择“高电平”或者“低电平”，按下“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

在参数设置页面下，不接受ESD信号。

关闭方向：

这里设置的是“关闭”动作的动作方向，有逆时针和顺时针两种选择，用户可根据现场要求来选择设定。

选择“关闭方向”菜单，使用“确认键”进入，通过“上翻键”或“下翻键”选择“顺时针”或者“逆时针”，按下“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

注意：选择逆时针动作时，必须同时将开限位和关限位的设定重新设定，设置点与顺时针时的相反，不然控制器将无法正常动作。

力矩报警：

全行程过矩：在全行程中检测到过矩则发出告警。

中途过矩：在运动过程中，中途检测到过矩则报警。

选择“力矩报警”菜单，使用“确认键”进入，通过“上翻键”或“下翻键”选择“全行程过矩”或者“中途过矩”，按下“确认键”保存；若不需要修改，则使用“返回键”退出。

过热保护功能：

系统有电机过热保护功能，当检测到电机过热时，发出报警信息，执行器停止当前动作并不响应任何外部操作。电机过热保护时，ESD控制信号将被正确响应并执行。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种阀门智能控制系统，其特征在于：包括核心控制单元、运动单元和人机交互界面，所述核心控制单元包括电源模块、主控核心板和驱动继电器，所述运动单元包括运动检测单元和运动控制单元，运动检测单元包括绝对值编码器和过距检测开关，运动控制单元包括电机过热传感器、驱动电机和变频软起动驱动电路，所述电源模块、绝对值编码器、过距检测开关连接主控核心板，主控核心板连接驱动继电器，驱动继电器连接变频软起动驱动电路，变频软起动驱动电路连接驱动电机。

2.如权利要求1所述的阀门智能控制系统，其特征在于，所述人机交互界面包括红外遥控器和显示电路，红外遥控器与主控核心板无线相连接，显示电路与主控核心板物理连接。

3.如权利要求1所述的阀门智能控制系统，其特征在于，所述核心控制单元还包括状态继电器、信号继电器和电流信号控制电路。

4.如权利要求3所述的阀门智能控制系统，其特征在于，所述电流信号控制电路的电流信号输出范围为4-20mA。

5.如权利要求1所述的阀门智能控制系统，其特征在于，还包括远程接口。

6.如权利要求5所述的阀门智能控制系统，其特征在于，所述远程接口为遥调、遥信和/或遥控。

7.如权利要求1所述的阀门智能控制系统，其特征在于，还包括通讯接口单元，接口单元支持Modbus/Profibus协议。

8.如权利要求1所述的阀门智能控制系统，其特征在于，所述电源模块包括可靠电源和电源检测模块。