CN207378241U - Lcd显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，包括控制器底壳、控制器面壳、安装于控制器底壳内的齿轮减速箱、设置于齿轮减速箱之上的控制电路板及直流无刷电机，所述控制电路板包括第一控制板和第二控制板两块，第一控制板和第二控制板层叠设置，第一控制板设置有控制按键及固定安装LCD点阵显示屏，第二控制板设有单片机主控芯片及控制电路、RS485通讯模块及电路、低温漂模拟量输入输出信号电路、隔离电源电路、无源开关量控制电路，控制电路连接设于第二控制板上的FPC排线、EE22变压器、电位器、电机接口、接线端子和继电器，FPC排线连接LCD点阵显示屏；所述齿轮减速箱内设有齿轮组，齿轮组通过直流无刷电机输入动力，齿轮组的最后一级齿轮轴芯带动阀门，使阀门开和关运转。

Description

LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器

技术领域

本实用新型涉及电子电路和机械技术，对阀门自动化控制领域，解决阀门控制器堵转、卡死无保护，因电机发热而无法频繁开关调节，及在特定场合，停电时阀门没法自行按预设开、关阀门的问题。

背景技术

电动阀门控制器主要用于阀门控制，是现在取代手动阀门，减少人工劳力，提高生产效率的有效手段。电动阀门控制器，通常又称为“电动执行器”。由电机带动齿轮减速箱，通过一定的旋转力矩，安装于阀门连杆。通过控制电机的正、反转，来控制阀门全关0度和阀门全开90度的过程。在阀门全关0度至阀门全开90度范围，使阀门等效控制在0.0%至100%，呈线性的控制阀门开度大小，使得阀门内的液体、气体等介质也呈线性的流量控制。根据控制系统的需要，让阀门开度大小根据控制信号的比例来控制其流量大小。目前的电动阀门控制器大部分采用交流同步电机作为力源，控制器整体比较大，输出力矩小，发热高，生产组装环节比较多，存在不少功能连线和支架固定，安装比较麻烦。

另外，如附图1所示电气结构图，3根AC220V电机驱动线，3根电位器线。电机驱动接口与电机之间连接有浪涌限流电阻/电感、限位开关电机温度保护开关。在阀门频繁开关调节流量或产生阀门堵转时，电机急剧发热，超过一定时间温度开关动作，断开电机电源。在这个过程中，高热不仅会降低电机寿命，而更可能烧坏电机。从而导致产品破坏性故障。在很多生产使用场合，不仅导致经济损失，更会发生严重的安全事故。

并且，现有的电动阀门控制器只有符合或者数字显示，而在很多现场管理的工人，在电子技术上的经验是很缺乏的。导致调试阀门、参数设置上有较大困难。在部分生产应用场合，突然停电，必须让阀门全关或全开。该类产品不具备该功能、需要在外部使用另外的系统来处理，增加了系统成本和管理风险。同时在数字化管理功能缺乏，无485通讯或无线控制数据交换处理功能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征是，包括控制器底壳、控制器面壳、安装于控制器底壳内的齿轮减速箱、设置于齿轮减速箱之上的控制电路板及直流无刷电机，所述控制电路板包括第一控制板和第二控制板两块，第一控制板和第二控制板层叠设置，第一控制板设置有控制按键及固定安装LCD点阵显示屏，第二控制板设有单片机主控芯片及控制电路、RS485通讯模块及电路、低温漂模拟量输入输出信号电路、隔离电源电路、无源开关量控制电路，控制电路连接设于第二控制板上的FPC排线、EE22变压器、电位器、电机接口、接线端子和继电器，FPC排线连接LCD点阵显示屏；所述齿轮减速箱内设有齿轮组，齿轮组通过直流无刷电机输入动力，齿轮组的最后一级齿轮轴芯带动阀门，使阀门开和关运转；最后一级齿轮轴芯中心垂直设有电位器D型轴杆，电位器D型轴杆带动电位器旋转，单片机主控芯片输出阀门开或关的比例参数至LCD点阵显示屏显示。

单片机主控芯片采用ST工业级低功耗单片机STM8L151R8单片机，内部具有12位AD模数转换，将4-20mA或0-10V控制信号转换为0-4095分辨率内的数字量信号。

进一步所述RS485通讯模块采用MAX485EESA+T芯片，具有静电、浪涌、线路干扰抑制与保护，按MODBUS RTU协议对阀门数字化控制。

进一步所述隔离电源电路由TNY278芯片、EE22变压器组成隔离电源，内置两节3.7V钴酸锂电池，TNY278芯片为钴酸锂电池过充、过放保护，隔离电源电路检测到电动阀门控制器所接外部电源停电，7.4V钴酸锂电池经DC-DC升压电路升压到DC22V供直流无刷电机供电、降压到DC5V给单片机主控芯片供电，完成停电后的完全开阀或关阀运行。

进一步所述LCD点阵显示屏采用320*240点阵式彩色IPS TFTLCD显示屏，在-30°至70°可靠运行工作，中文控制及设置界面。

进一步所述第二控制板还设有Rt1热敏电阻和R2低温漂电阻组成内部温度检测，将温度检测作为数字量。

本实用新型的有益效果为：采用彩色LCD中文显示，人机界面简洁，采用模拟量输入控制信号兼容4-20mA/0-10V,用户现场可调。采用可靠的阀位传感器和直流无刷电机，阀位传感器采用360度无止挡，中心D型孔旋转电位器，其温度系数500PPm/℃，工作环境-40°至120°，旋转寿命长达100万次，电位器体积小，及直流无刷电机体积也小，减小阀门控制器的整体体积。阀门传感器和电机脉冲双信号高精度控制，达到精准停位≤0.1%。实现RS485、无线数据通讯功能可在产品出厂前选择。另外，通过隔离电源电路和内置电池，实现在所连接的外部电源停电的情况下，由内置电池启动实现工作，实现停电后，打开或关闭阀门，更具实用性。

附图说明

图1为传统的电动阀门控制器电气结构示意图。

图2为本实用新型的底壳和齿轮减速箱及阀门结构示意图。

图3为本实用新型的控制电路板示意图。

图4为本实用新型的外形结构示意图。

图5为本实用新型的齿轮组示意图。

图6为单片机主控芯片电路示意图。

图7为LCD点阵显示屏电路示意图。

图8为隔离电源电路示意图。

图9、图10为低温漂模拟量输入输出信号电路示意图。

图11为钴酸锂电池管理电路。

图12为开关量控制电路示意图。

图13为RS485通讯电路示意图。

图14为直流无刷电机性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

请参照附图，一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征是，包括控制器底壳1、控制器面壳2、安装于控制器底壳1内的齿轮减速箱3、设置于齿轮减速箱3之上的控制电路板5及直流无刷电机4，所述控制电路板5包括第一控制板和第二控制板两块，第一控制板和第二控制板层叠设置，第一控制板设置有控制按键及固定安装LCD点阵显示屏51，第二控制板设有单片机主控芯片及控制电路、RS485通讯模块及电路、低温漂模拟量输入输出信号电路、隔离电源电路、无源开关量控制电路，控制电路连接设于第二控制板上的FPC排线52、EE22变压器53、电位器54、电机接口55、接线端子56和继电器57，FPC排线52连接LCD点阵显示屏51；所述齿轮减速箱3内设有齿轮组，齿轮组通过直流无刷电机输入动力，齿轮组的最后一级齿轮轴芯带动阀门7，使阀门7开和关运转；最后一级齿轮轴芯中心垂直设有电位器D型轴杆6，电位器D型轴杆6带动电位器旋转54，单片机主控芯片输出阀门开或关的比例参数至LCD点阵显示屏显示51。

单片机主控芯片采用ST工业级低功耗单片机STM8L151R8单片机，内部具有12位AD模数转换，将4-20mA或0-10V控制信号转换为0-4095分辨率内的数字量信号。通过两端点校准，数据运算后成0.0%-100.0%比例控制。12位AD是其它单片机所不具备的。具有真实的0.1%分辨率，为精准控制提供有效辨别依据。12位AD提供4096数据分辨率，对阀门位置信号输入模拟量、产品内部温度检测，采用Rt1热敏电阻和R2低温漂电阻组成温度检测，转为数字量时，在温度系数、数据稳定性能上，提供可靠保障，无论在-45℃或65℃环境，信号数据一致性好，偏差在0.2%以内。

同一端子接口，兼容电压和电流控制信号。如图9，当单片机IO口控制SW_IN为高电平时，低内阻MOS Q1、Q2导通。输入的4-20mA电流经R12||Rq2(Q2导通内阻)并联回路，通过R10||R6转为0.46~2.31V电压输入到单片机进行AD采集。R13远大于电流采样电阻，对信号的衰减和失真可以忽略不计。

如图10，当单片机IO口控制SW_IN为低电平时，MOS Q1、Q2和三极管Q3截止。输入的0~10V电压经R12与R6分压，转为0~2.4V电压输入到单片机进行AD采集。

产品在出厂前，用计量仪表校准好4-20mA，0-10V标准信号，用户只需要软件设置，就切换其对应信号通道。

进一步所述RS485通讯模块采用MAX485EESA+T芯片，具有静电、浪涌、线路干扰抑制与保护，按MODBUS RTU协议对阀门数字化控制。

进一步所述隔离电源电路由TNY278芯片、EE22变压器组成隔离电源，内置两节3.7V钴酸锂电池，TNY278芯片为钴酸锂电池过充、过放保护，隔离电源电路检测到电动阀门控制器所接外部电源停电，7.4V钴酸锂电池经DC-DC升压电路升压到DC22V供直流无刷电机供电、降压到DC5V给单片机主控芯片供电，完成停电后的完全开阀或关阀运行。

进一步所述LCD点阵显示屏采用320*240点阵式彩色IPS TFTLCD显示屏，在-30°至70°可靠运行工作，中文控制及设置界面。

图14是电机性能曲线，转速在6380/分钟、7.2m-Nm时，Eff曲线效率是最好的。电机可以长时间连续工作而不影响其寿命。在设计阀门的电动执行机构的齿轮变速箱时，约8000:1的变速比，即：阀门端力矩=7.2*8000/1000=57.6Nm的理论旋转扭力。而在P曲线最高时，是重负荷，电机输出力矩约21m-Nm，此时阀门端旋转扭力超过170Nm。因此该阀门的电动执行机构设计为标准50Nm输出力矩的应用时，是足够胜任的。

直流无刷电机自带驱动板，不仅简化了二次驱动设计，更自带堵转过流保护。例如：阀门开方向出现堵转或卡死时，电机过流保护，图14控制板在检测阀位传感器（电位器）开方向无位置变化时，往关方向运行0.1%，解除电机开方向保护，再开运行，在这个排除过程中，尽量做到自行故障排除，减少人员维护。

直流无刷电机，在每一个360度旋转，有6个脉冲输出，利用单片机IO的外部中断做输入检测。在阀门从0度到90度过程中，电机脉冲数：8000/4*6=6000个脉冲 比例调节从0.0%~100.0%，即：阀位每变化0.1%，会同等6个脉冲变化。利用该原理，在做比例精准调节时，采用脉冲与电位器双重检测，来制定停位措施。即根据4-20mA输入控制信号要求的位置，阀门在走到该位前，已经知道要走多少个脉冲。刚好走完脉冲时，停止电机控制信号，达到精准停位（≤0.1%）。解决了传统电动执行器（只能依靠电位器信号做阀位检测）在停位时，过冲、来回振荡、停位分辨精度1.0%以上。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。而对于属于本实用新型的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：包括控制器底壳、控制器面壳、安装于控制器底壳内的齿轮减速箱、设置于齿轮减速箱之上的控制电路板及直流无刷电机，所述控制电路板包括第一控制板和第二控制板两块，第一控制板和第二控制板层叠设置，第一控制板设置有控制按键及固定安装LCD点阵显示屏，第二控制板设有单片机主控芯片及控制电路、RS485通讯模块及电路、低温漂模拟量输入输出信号电路、隔离电源电路、无源开关量控制电路，控制电路连接设于第二控制板上的FPC排线、EE22变压器、电位器、电机接口、接线端子和继电器，FPC排线连接LCD点阵显示屏；所述齿轮减速箱内设有齿轮组，齿轮组通过直流无刷电机输入动力，齿轮组的最后一级齿轮轴芯带动阀门，使阀门开和关运转；最后一级齿轮轴芯中心垂直设有电位器D型轴杆，电位器D型轴杆带动电位器旋转，单片机主控芯片输出阀门开或关的比例参数至LCD点阵显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：单片机主控芯片采用ST工业级低功耗单片机STM8L151R8单片机，内部具有12位AD模数转换，将4-20mA或0-10V控制信号转换为0-4095分辨率内的数字量信号。

3.根据权利要求1所述的一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：所述RS485通讯模块采用MAX485EESA+T芯片，具有静电、浪涌、线路干扰抑制与保护，按MODBUS RTU协议对阀门数字化控制。

4.根据权利要求1所述的一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：所述隔离电源电路由TNY278芯片、EE22变压器组成隔离电源，内置两节3.7V钴酸锂电池，TNY278芯片为钴酸锂电池过充、过放保护，隔离电源电路检测到电动阀门控制器所接外部电源停电，7.4V钴酸锂电池经DC-DC升压电路升压到DC22V供直流无刷电机供电、降压到DC5V给单片机主控芯片供电，完成停电后的完全开阀或关阀运行。

5.根据权利要求1所述的一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：所述LCD点阵显示屏采用320*240点阵式彩色IPS TFTLCD显示屏。

6.根据权利要求1所述的一种LCD显示带有停电开关阀门和过载保护的电动阀门控制器，其特征在于：所述第二控制板还设有Rt1热敏电阻和R2低温漂电阻组成内部温度检测。