CN204679788U - 一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，包括MCU控制单元，MCU控制单元分别与远程控制输入单元、按键输入单元、红外遥控单元、通信接口、阀门角度传感装置和阀门位置反馈单元连接，红外遥控单元与红外遥控器以红外线无线传输连接。本装置具有远程总线控制、红外遥控、本地按键控制共三种控制方式，无需人工日夜值守，且具有自动记录、断电记忆、电机保护、自动纠正相序等功能，是一种新型、高效的智能阀门执行机构控制装置。

Description

一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置

技术领域

本实用新型属于输送管道阀门自动化控制技术领域，涉及一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，用于在室内或野外环境下对阀门机构进行远程自动化控制。

背景技术

机电液阀门执行机构是管道输送设备中，采用阀门控制实现对管道输送流量管理的一种必不可少的执行机构。可以根据压力、流量、温度等进行流量及流速的调节，所以广泛应用在化工、石油、冶金、电力、煤炭等工业过程控制系统中。目前现有的电液阀门执行机构控制手段落后，结构复杂，可靠性和稳定性较差。随着数字技术和微处理器技术的迅速发展以及国内工业自动化水平的日益提高，技术密集的要求越来越高，迫切需要智能化的电液阀门执行机构来代替目前使用的传统产品，以提高自动化程度和生产效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，解决了现有的电液阀门执行机构控制手段落后、结构复杂、可靠性和稳定性较差的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，包括MCU控制单元，MCU控制单元分别与远程控制输入单元、按键输入单元、红外遥控单元、通信接口、阀门角度传感装置和阀门位置反馈单元连接，红外遥控单元与红外遥控器以红外线无线传输连接。

MCU控制单元接收远程控制输入单元、按键输入单元、红外遥控单元和通信接口传输来的阀门控制信息，MCU控制单元还接受阀门角度传感装置传输来的阀门位置数字角度信息，MCU控制单元通过阀门位置反馈单元输出当前阀门的位置反馈模拟量。

本实用新型还具有以下特点：

控制装置还包括运行记录单元，运行记录单元与MCU控制单元连接，且数据传输方向为双向传输。

控制装置还包括显示单元，显示单元分别与MCU控制单元和所述运行记录单元连接，接收并显示MCU控制单元和所述运行记录单元传输来的信息。

控制装置还包括电机保护单元、电机换向驱动单元和断电及过载检测单元，电机保护单元、电机换向驱动单元、断电及过载检测单元与MCU控制单元形成闭合连接；电机保护单元接收MCU控制单元传输来的电机状态信息，并向电机换向驱动单元传输工作指令，断电及过载检测单元接收电机换向驱动单元传输来的电机工作信息，并向MCU控制单元传输检测结果。

本实用新型还具有以下特点：

远程控制输入单元采用A/D转换单元。

按键输入单元为设置有复合功能按键的操作面板。

通信接口采用485通信接口。

MCU控制单元的中央处理器为32位ARM处理器STM32F103芯片。

阀门角度传感装置是经传动机构和阀门主轴连接同步转动的角度编码器，该角度编码器为分辨率不小于12比特的相对编码器或绝对编码器。

阀门位置反馈单元是MCU控制单元向远程控制室输出的当前阀门的位置反馈模拟量。

运行记录单元为SPI接口的FLASH存储器件，或SPI接口的SD卡。

断电及过载检测单元由交流电源电压、交流电流检测电路构成。

电机换向驱动单元由三相交流固态继电器构成，型号为SSR-3D6630A。

本实用新型的控制装置具有远程总线控制、本地按键控制、红外遥控控制共三种控制方式。对于MCU控制单元来说，共有四种操作数据和指令的输入方式。第一种输入方式是利用远程控制输入单元发送0～10V电压或4～20mA电流信号，MCU控制单元根据电压或电流信号的大小进行运算，将其转换成对应的控制指令。第二种输入方式是通过通信接口接收远程控制中心发来的数字控制指令。前两种都属于远程总线控制方式。第三种输入方式是通过按键输入单元的按钮输入，属于本地按键控制方式。第四种输入方式是利用红外遥控单元传输控制指令给MCU控制单元，属于红外遥控控制方式。

MCU控制单元接收到控制指令后，进行指令判断处理，再和阀门位置反馈单元获得的位置反馈信号进行比较运算，计算出电机的运转行程和速度值，以闭环调整方式去控制电机对液压系统的驱动协调，实现阀门位置的精确控制。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型的控制装置具有远程总线控制、红外遥控、本地按键控制共三种控制方式，无需人工日夜值守，是一种新型、高效的智能阀门执行机构控制装置。(2)本实用新型的控制装置还具有显示、自动记录、断电记忆、电机保护、自动纠正相序等功能，控制过程精确、快速、安全，大大提高了自动化程度和生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置的结构示意图。

图中，1.远程控制输入单元，2.按键输入单元，3.红外遥控单元，4.通信接口，5.显示单元，6.MCU控制单元，7.阀门角度传感装置，8.运行记录单元，9.电机保护单元，10.断电及过载检测单元，11.RTC时钟单元，12.电机换向驱动单元，13.阀门位置反馈单元，14.红外遥控器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1，为本实用新型的一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，包括MCU控制单元6、远程控制输入单元1、按键输入单元2、红外遥控单元3、通信接口4、阀门角度传感装置7、阀门位置反馈单元13和红外遥控器14，该装置还包括显示单元5、运行记录单元8、电机保护单元9、断电及过载检测单元10、RTC时钟单元11和电机换向驱动单元12。

其中，MCU控制单元6分别与远程控制输入单元1、按键输入单元2、红外遥控单元3、通信接口4、阀门角度传感装置7和阀门位置反馈单元13连接。MCU控制单元6接收远程控制输入单元1、按键输入单元2、红外遥控单元3和通信接口4传输来的阀门控制信息，MCU控制单元6还接受阀门角度传感装置7传输来的阀门位置数字角度信息，MCU控制单元通过阀门位置反馈单元13输出当前阀门的位置反馈模拟量。

MCU控制单元6连接有运行记录单元8，MCU控制单元6和运行记录单元8之间的信息为双向传输，MCU控制单元6接收运行记录单元8传输来的记录信息，运行记录单元8接收MCU控制单元6传输来的工作信息。运行记录单元8还连接有RTC时钟单元12，接收RTC时钟单元12传输来的时间信息。

MCU控制单元6还连接有显示单元5，显示单元5还与运行记录单元8连接，接收并显示MCU控制单元6和运行记录单元8传输来的信息。

MCU控制单元6还依次连接有电机保护单元9、电机换向驱动单元12和断电及过载检测单元10，且断电及过载检测单元10又与MCU控制单元6连接，形成闭合连接。电机保护单元9接收MCU控制单元6传输来的电机状态信息，并向电机换向驱动单元12传输工作指令，断电及过载检测单元10接收电机换向驱动单元12传输来的电机工作信息，并向MCU控制单元6传输检测结果。下面对该遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置中的各功能单元分别进行说明。

远程控制输入单元1采用D/A转换单元，远程控制中心发来的阀门位置模拟量信号或阀门位置开关量信号经远程控制输入单元1转换为数字值后传输给MCU控制单元6。阀门位置模拟量信号量可以为0～10V的电压信号或4～20mA电流信号，用于表示阀门的目标位置角度。

按键输入单元2为设置有五个按键的操作面板，五个按键分别为上、下、左、右及确认键，五个按键均为复合功能按键，还包括数字输入功能，在MCU控制单元6的按键输入功能程序配合下，五个按键可用于对MCU控制单元6的各种指令输入和设置，如参数设置、自动、手动、停止、正转、反转等功能。

红外遥控单元3与红外遥控器14以红外线无线传输连接，红外遥控单元3可接收所述红外遥控器14发送来的红外指令或数据信号；红外遥控单元3与MCU控制单元6相连，红外遥控单元3把接收到的红外遥控器14发送的操控命令和设置数据向MCU控制单元6输入；由按键输入单元2进行的所有操作也可以选择采用红外遥控器14进行遥控操作。红外遥控单元由接收头、单片机、接口电路组成，本实用新型不限制红外遥控单元的具体型号。

通信接口4采用485通信接口，为本装置的远程通信接口，符合RS485通信标准。MCU控制单元6通过通信接口4与远程系统进行双向数据和信息交换；可用于远程系统对本装置的数字型指令的控制操作，同时该装置的工作数据、状态信息等也可以通过该接口向远程系统上传，485通信接口的硬件电路采用MAX3485或MAX485芯片实现。

显示单元5采用320*240点阵彩色液晶显示屏，液晶显示屏接口可以选用智能串口接口，也可以选用并行接口形式。用于显示由MCU控制单元6传来的各种文字、数据或图像信息，包括设置参数、工作状态、报警信息、诊断统计结果等。

MCU控制单元6是本实用新型的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置的核心部件。MCU控制单元6的中央处理器优选为32位ARM处理器STM32F103芯片，当然，也可以为其它类型的数据8位-32位处理器，本实用新型不限制中央处理器的具体型号。

MCU控制单元6的中央处理器包括有FLASH程序存储器，FLASH程序存储器主要用于存储程序代码，所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、看门狗复位管理模块、按键输入功能模块、红外接收模块、485串口发送子模块、485串口中断接收子模块、输入模拟量AD转换模块、角度传感器数据采集模块、故障诊断模块、电机状态监测及保护模块、数据记录及读取模块、LCD显示子模块以及报警子模块等。各程序模块或子模块程序可能因构成各功能模块的硬件电路的差异和变化有所修改和改进，但不影响各程序模块之间的结构关系和所完成的功能目标应该是一样的。

其中，角度传感器数据采集模块将电机旋转角度信息数据传给故障诊断模块和三相电机相序自动判别模块，故障诊断模块和三相电机相序自动判别模块对电机旋转情况进行判断。当检测到电机电流过载或缺相时，电机状态监测及保护模块会控制电机保护单元9对电机进行锁定保护；当出现三相交流电源相位变换现象，三相电机相序自动判别模块会自动识别并控制电机换向驱动单元12进行自动换相。

故障诊断模块是MCU控制单元6中的重要模块，采用MCU6诊断程序，对阀门角度传感装置7和断电及过载检测单元11传输的信息进行判断，当出现故障信息时，即可进行故障诊断。MCU控制单元6即会将实时的故障诊断结果送往所述的运行记录单元9进行存储，同时也将故障信息送往LCD显示单元5进行警告显示。

阀门角度传感装置7是一个经传动机构和阀门主轴连接同步转动的角度编码器，该角度编码器分辨率不小于12比特的相对编码器或绝对编码器，用于向MCU控制单元6反馈阀门动作过程中的实际位置角度，便于进行闭环控制。当阀门角度传感装置7输出信号为模拟电压或模拟电流时，MCU控制单元6应先对模拟输入量进行A/D转换处理再行应用。本实用新型中所用角度编码器的型号为FRANCK FB-360058。

运行记录单元8为SPI接口的FLASH存储器件，也可以扩展为SPI接口的SD卡，以方便采用SD卡进行数据存储。运行记录单元8存储的主要内容为本实用新型控制装置工作时的状态数据记录及故障数据记录等。

电机保护单元9由软件保护模块和硬件互锁逻辑电路双重逻辑构成，具有保护电机工作安全的功能，包括当交流电机的电压过压、过流、堵转、过热等情况时对电机进行断电保护，同时也对电机在换向切换时易发生的电源短路等进行保护。

断电及过载检测单元10由交流电源电压、交流电流检测电路构成，用以检测三相交流电机的供电电压、电流是否正常，有无缺相，并将检测结果送至MCU控制单元6进行处理，实现进一步的保护。

RTC时钟单元11可为运行记录单元8提供记录的时间信息。如果使用STM32等具有RTC功能的处理器时，则直接利用处理器所带的RTC单元即可，不需要外扩RTC时钟单元11。

电机换向驱动单元12为三相交流电机的执行控制模块，在MCU控制单元6输出的控制信号控制下，完成交流电机的启动、停止、正向、反相切换等控制功能。该电机换向驱动单元由三相交流固态继电器构成，可选用型号为SSR-3D6630A。

阀门位置反馈单元13是MCU控制单元6向远程控制室输出的当前阀门的位置反馈模拟量，输出信号形式为0～10V电压或4～20mA电流两种形式可选，以供远程控制室实时了解当前阀门的实际动作情况。

红外遥控器14为一手持式红外遥控器，共有功能控制按键、数字键(包括：模式键、设置键、OK键、清除键、上下左右键、启动键、停止键、0-9数字键等)共20余个按键，用于对该实用新型的红外遥控操作，由于按键比操作面板上按键丰富，操作使用更为方便。另外由于采用红外窗口交互红外线的传输，使得本实用新型的控制装置更适合于防爆密闭型应用。

本装置的工作过程可参照图1。本装置接收远程控制中心发来的0～10V电压或4～20mA电流的模拟信号，通过不同的输入方式传输给MCU控制单元6，可通过远程控制输入单元2输入，或通过485通信接口4输入，也可以通过本地按键输入单元2输入，还可以通过红外遥控器14输入的控制指令输入。MCU控制单元6接收到信息后进行指令判断处理，再和阀门角度传感装置7获得的位置反馈信号进行比较运算，计算出电机的运转行程和速度值，以闭环调整方式去控制电机对液压系统的驱动协调，实现阀门位置的精确控制。

阀门位置信息、执行结构的工作状态等信息可以通过阀门位置反馈单元13及时反馈回远程控制中心，同时所有相关信息也会在显示单元5上进行及时显示，如故障信息、告警信息会以文字形式提示，并且发出警告音。显示单元5可包含按键操作指示、参数设置、安全保护设置、状态参数显示、警告信息、故障记录、操作提示、时间信息、动作累加记录等，显示内容丰富，操作转换方便。有警告或故障现象出现时还会自动发出警告音进行提示。

在断电时和紧急情况下，本装置可进行紧急处理。自动记忆功能可以满足断电后重启时保持记忆原来状态，也可以选择紧急情况下的特殊处理措施，如设置紧急开位、紧急关位或紧急停止位，以保证管道系统设备的安全和运行。当检测电机电流过载或缺相时，本装置可对电机进行锁定保护。在安装、检修或运转过程中，若出现三相交流电源相位变换现象，本装置可进行自动识别并变换相序，减少人工换相接线的麻烦。

同时，本装置具有自动故障记录功能和运行时间记录功能，以方便用户对历史数据资料的查询和记录。

本实用新型的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置的控制精度可以达到0.1％～2％，且其工作温度范围可以为：-30℃至+70℃；其使用的电源可以为三相交流电380V±10％50Hz，可以进行手动控制，也可以进行自动控制。

本实用新型并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本实用新型的控制装置，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，包括MCU控制单元(6)，所述MCU控制单元(6)分别与远程控制输入单元(1)、按键输入单元(2)、红外遥控单元(3)、通信接口(4)、阀门角度传感装置(7)和阀门位置反馈单元(13)连接，红外遥控单元(3)与红外遥控器(14)以红外线无线传输连接。

2.根据权利要求1所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，还包括运行记录单元(8)，运行记录单元(8)与所述MCU控制单元(6)连接。

3.根据权利要求1所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，还包括显示单元(5)，显示单元(5)与所述MCU控制单元(6)连接。

4.根据权利要求2所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，还包括显示单元(5)，显示单元(5)分别与所述MCU控制单元(6)和所述运行记录单元(8)连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，还包括电机保护单元(9)、电机换向驱动单元(12)和断电及过载检测单元(10)，所述MCU控制单元(6)依次连接电机保护单元(9)、电机换向驱动单元(12)和断电及过载检测单元(10)，且断电及过载检测单元(10)又与MCU控制单元(6)连接，形成闭合连接。

6.根据权利要求1所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，所述远程控制输入单元(1)采用A/D转换单元，所述按键输入单元(2)为设置有复合功能按键的操作面板，所述通信接口(4)采用485通信接口。

7.根据权利要求1所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，所述MCU控制单元(6)的中央处理器为32位ARM处理器STM32F103芯片。

8.根据权利要求1所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，所述阀门角度传感装置(7)是经传动机构和阀门主轴连接同步转动的角度编码器，该角度编码器为分辨率不小于12比特的相对编码器或绝对编码器；所述阀门位置反馈单元(13)是所述MCU控制单元(6)向远程控制室输出的当前阀门的位置反馈模拟量。

9.根据权利要求2所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，所述运行记录单元(8)为SPI接口的FLASH存储器件，或SPI接口的SD卡。

10.根据权利要求5所述的遥控型智能机电液阀门执行机构控制装置，其特征在于，所述断电及过载检测单元(10)由交流电源电压、交流电流检测电路构成，所述电机换向驱动单元(12)由三相交流固态继电器构成，型号为SSR-3D6630A。