CN2093293U - 数显型防爆阀门电动装置控制器 - Google Patents

Abstract

一种阀门电动装置控制器，属于对使用三相交流 电源的阀门控制器的技术改造。其特点是在控制器 内部采用电子技术将阀门的运行状况、开度位置，变 成若干位十进制数字显示。对来自机械部分的阀位、 转矩信号，采用安全栅的电路结构处理，符合国家防 爆标准。并备有电源、电机缺相检测和保护电路，工 作稳定、可靠。

该控制器与阀门电动装置的机械部分配合使用， 可单机操作，也可与计算机配套，多台集中操作，实现 对各种阀门的远距离自动控制。

Description

本实用新型涉及一种阀门电动装置控制器。

阀门电动装置控制器，是根据运行人员或自动装置的命令去执行启动电动机，操作阀门的开启和关闭的。当阀门的运行状况符合要求时，亦即阀门的直行程、角行程或转矩达到额定值时，控制器又要根据行程控制或转矩限制机构送来的信号，迅速切断电机的电源。所以电动装置的控制器，必须和机械部分（主要是行程控制机构和转矩限制机构）相互配合，协调一致，才能保证阀门电动装置具有良好的工作性能。

目前国内各个生产阀门电动装置的厂家，在控制器电路中有不同形式，但总起来说，必须满足几个基本要求：1、行程控制准确无误；2、转矩限制稳定可靠；3、远距离操作的电动装置，控制器必须配有相应的显示设备，随时将阀门的运行状况，如开启、关闭、正常、故障和阀位工况等反应给运行人员。

为满足这些要求，行程控制通常采用的是行程开关控制方式，显示设备通常采用交流电压表，指示开度值，彩色信号灯指示运行状态，或采用机械式指针指示开度值和运行状态。

例如：北方阀门公司、鞍山市阀门电动装置厂生产的Z型、AZ型、AQ型、BDZW型、DZW型阀门电动装置和天津市第二通用机械厂、天津市阀门驱动技术研究所联合引进美国费成齿轮公司的LIMITORQUE·SMC系列阀门电动装置，其控制器的电路形式，均为以上所述的设计结构。

这种传统的设计结构，已经形成系列化产品，在工程上广泛使用。但是，在长期的生产实践中也逐步暴露了一些问题。例如：行程开关和转矩限制开关都和控制回路直接相连，亦即它们的触点电压都是交流供电三项四线制电源的线电压或相电压。因此，在有爆炸性气体的场合使用，必须采用隔爆措施。再如：显示设备的精度低，造成开度位置的控制精度低，对于要求精确开度控制的场合，常常使运行人员很难进行准确操作。又如：对驱动阀门电动装置的三相异步电动机，没有缺相保护功能，当远距离操作时，因无法及时发现电机运转情况，常有电机因缺相运行而烧毁的事故发生。

本实用新型的目的是要提供一种改进的阀门电动装置控制器。由于它打破了传统的设计结构，以尽可能完善的电路设计来简化机械结构，因而对现有产品电动装置的机械部分只要稍加改动，就可以和本实用新型配套使用。它的控制电路采用安全栅的设计结构，显示设备采用光电组合器件的显示方式，并备有可靠的电机缺相保护电路，从而完善控制器的功能，克服现有产品的不足。

本实用新型的目的是这样实现的：

1、将阀门运行过程中的阀位变化，包括直行程和角行程阀门，通过机械部分转换成连续的开关信号。此开关信号经电缆传输线馈送到控制器，经一系列的电路处理，由显示器的若干位十进制数字显示出来，指示阀门的开度状况，并驱动控制器的执行单元，按照运行人员的命令完成各种自动操作。

2、将阀门运行过程的负荷状况，包括直行程和角行程阀门，通过机械部分的转矩限制开关，转换成开关信号，此开关信号经电缆传输线馈送到控制器，经电路处理，由执行单元完成过转矩时自动切断电动机电源的动作。

3、将三相四线制电源供电中的线电压送到检测电路的输入端，若三相线电压中有任一相因故障断电，执行单元都拒绝合闸，起到自动保护电机之目的。将电机接线端子上的电机供电电压，送到电机缺相检测电路输入端，若电机运行中因接触器触点不良而造成缺相，执行单元立刻掉闸，保护电动机不至因缺相运行而烧毁。

4、控制电路的输入端全部采用安全栅的设计结构以弱电控制强电，所有输入端触点的电压低于10伏，电流小于50微安。符合国家标准GB3836.4－83的规定，控制线电缆中无电源线，即使短路也无引爆危险，因此电动装置的机械部分无须采取隔爆措施就可实现防爆技术要求。

图1是整个装置的方框图。

图2是阀位脉冲整形单元电原理图。

图3是可逆计数显示、开度位置设定单元电原理图。

图4是输出转矩控制、过载告警解除单元电原理图。

图5是电源、电机缺相检测及保护单元电原理图。

图6是供电及执行单元电原理图。

图7是强控单元电原理图。

图8是整个装置与机械部分的联接示意图。

现参照附图将整个装置的工作过程简述如下：

首先将拨盘开关设定一预定数值，该数值大于显示器的显示数，然后按下开阀按钮QA，接触器线圈QC得电，3组常开主触头QC闭合，同时辅助触头QC闭合，电机正转。阀门缓缓开启，显示器的若干位十进制显示数递增，当显示器显示数与拨盘开关设定数一致时，继电器J2得电，继电器J2的常闭触点J2－1断开，电机停转，实现到位自动停车功能。由图7分析可知，此时不能再次开阀，开度位置被锁定。

按下关阀按钮FA，接触器线圈FC得电，3组常开主触头FC闭合，电机反转，阀门缓缓关闭。显示器的若干位十进制显示数递减，当显示器的显示数出现全零显示即“0.0.0”显示时继电器J3得电，继电器J3的常闭触点J3断开，电机停转。实现关阀过零自动停车和关阀过零锁定功能。由图7分析可知，此时不能再次关阀，关阀过零位置被锁定。

图7中的J1是图4中双向转矩限制开关K3执行继电器J1的常闭触点。当开阀过程或关阀过程中出现过转矩故障时，继电器J1得电，继电器J1的常闭触点J1断开，电机停转。实现开阀或关阀过程中的过转矩自动停车功能。由图7分析可知，继电器J1的常闭触头J1断开时，无论是开阀或关阀操作，控制电路都拒绝合闸。为避免这种情况，设置了一个瞬时过载解除按钮RELEASE，用来解除过载状况。K3是若干个转矩限制开关的组合，连接方式为并联，安放在适当的位置上，构成双向差值转矩限制机构。

图7中的J5－2是图5中电源供电缺相保护电路执行继电器J5的常闭触点，各种原因造成的电机缺相供电，都会使继电器J5得电，继电器J5的常闭触点J5－2断开。保护电机不致因缺相供电而烧毁。

电机缺相保护电路设有光告警和声告警双重功能，连续告警时为电源供电缺相，瞬时告警时为电机供电缺相。

图5中的J5－1是电源供电缺相保护电路执行继电器J5的常开触点，缺相供电时，控制电路拒绝合闸。缺相告警灯D52亮，同时继电器J5常开触点J5－1闭合，蜂鸣器YD51发出声告警信号，提醒运行人员注意。

图7中的J2－2是图6中开度位置锁定执行继电器J2的常闭保持触点。它与辅助触头FC串联后并接在关阀按钮FA两端，当运行人员进行关阀设定位置操作时，首先将拨盘开关设定一预定数值，该数值小于显示器的显示数，然后按下关阀按钮FA，电机反转，阀门缓缓关闭，设定数一致时，继电器J2得电，继电器J2的常闭触点J2－2断开，电机停转实现到位自动停车功能。由图7分析可知，到位自动停车时。为能进行开阀操作，关阀操作只有点车，无自锁功能。

本实用新型的电路构成由图1说明，图1是整个装置的方框图，其中阀位脉冲整形和辅助位置设定这两部分的具体电路由图2给出。开度位置设定，可逆计数显示，关阀过零锁定和开度位置锁定这四部分的具体电路由图3和图6给出。输出转矩控制和过载告警解除这两部分的具体电路由图4给出。电源缺相检测和电机缺相保护这两部分的具体电路由5给出。整机供电电源电路由图6给出。强控执行单元的具体电路由图7给出。本实用新型和电动装置机械部分的电缆连接示意图由图8给出。

图2电路由两部分完全对称的对偶电路组成。用来处理来自机械部分的阀位开关信号。K1、K2是关阀和开阀过程中提供脉冲信号的机械接点。它们将直行程阀门或角形成阀门的直位移或角位移转换成连续的开关信号送到电路的输入端。关阀时机械接点K1，按一定规律同期性的接通、断开。BG21对应的饱和截止。Ic21按成单稳态工作模式，经3脚输出连续的矩形脉冲，开阀时机械接点K2按一定的规律同期性接通、断开，电路部分的工作方式类同。

与K5并联的辅助位置设定按钮，是专为开机时预置显示器的显示数值而设计的。每按动一次辅助位置设定按钮，Ic22的3脚就输出一矩形脉冲，显示器的十进制显示数递增一位数字。当显示数与设定拨盘开关的数值一时，辅助位置设定即告完成。

BG1和BG2采用PNP型晶体三极管，电路接成共集电极组态。当K1或K2断开时，BG21或BG22截止，BG21或BG22的发射极为高电平，Ic21或Ic22的3脚为低电平。当K1或K2接通时，BG21或BG22饱和导通，BG21或BG22的发射极为低电平。Ic21或Ic22的3脚为高电平。由于Ic21和Ic22接成单稳态工作模式，所以K1或K2只要瞬时接通一下，Ic21或Ic22就输出一固定宽度的矩形脉冲。将来自机械部分的阀位开关信号，转换成一个连续脉冲信号，送到可逆计数显示电路。

图3电路由输入脉冲抗干扰电路，施密特整形器，显示器，设定单元，过零检测等几大部分组成。输入脉冲抗干扰电路由电阻电容等无源器件按图中方式搭接而成。Ic47是带施密特功能的反相器，将阀位脉冲信号进一步整形、反相后送到显示器输入端。Ic41，Ic42，Ic43是具有BCD码输出功能的LED组合显示器件。将阀位脉冲信号转换成3位十进制数字显示出来，将代表这三位十进制数字的BCD码送到比较器和过零检测电路。

B1，B2，B3是设定单元，采用8421编码输出方式的拨盘开关，它将运行人员的命令转换成BCD码送到比较器。

Ic44、Ic45、Ic46是四位数字比较器，它将来自显示器的BCD码和来自设定单元的BCD码逐位进行比较，当两组BCD码数值对应相等时，Ic44的3脚，等值输出端为高电平。BG31饱和导通，Ic32的2脚为低电平，3脚为高电平。继电器J2得电，两组常闭保持触点J2－1和J2－2断开，使运行中的电机断电。

Ic32接成单稳态工作模式，只要Ic44的3脚瞬时输出一高电平，Ic32就输出一个具有固定宽度的矩形脉冲，使继电器J2可靠的吸合，以消除接点的抖动，增强电路的可靠性。

D41－D42和BG41等元件构成过零检测电路，由图3电路分析可知，D41－D42是直接与显示器BCD码输出端相连的二级管或门，当显示器的BCD码为全零输出时，即显示数为“0.0.0”时，BG41截止，BG41集电极为高电平，过零检测输出端CH1为高电平，BG32饱和导通，Ic33的2脚为低电平，3脚为高电平，继电器J3得电，常闭保持触点J3断开，电机断电，关阀过零位置被锁定。

Ic33接成单稳态工作模式，这部分的工作原理与Ic32类同。

图4电路由双向转矩制开关K3，转矩控制电路和过载告警解除电路几部分组成。

双向转矩限制开关安装在电动装置的机械部分，是若干个触点开关的组合，连接方式为并联，以实现双向差值转矩限制功能。当输出转矩达到不同档次时，对应有不同档次上的触点开关瞬时闭合，转矩控制电路动作，Ic13输出一固定宽度的脉冲。BG11饱和导通，继电器J1得电，常闭保持触点J1断开。

过载告警解除电路执行继电器J4的常闭保持触点J4，与双向转矩限制开关K3串联后接到转矩控制电路的输入端，由图4分析可知，若K3闭合，则继电器J1动作，常闭保持触点J1断开，切断控制回路电源，此时无法进行开阀和关阀的操作。告警灯D11亮，指示阀门处于过载状态。

双向转矩限制开关K3，设计成类似行程开关的结构，安装在直行程阀门或角行程阀门的转矩控制机构上。当出现过转矩情况时，K3迅速接通又立刻断开，这种瞬时接通的动作，足以使控制电路动作，切断电机供电电源。万一出现K3触点闭事后不能及时脱开的情况，就会造成转矩控制执行继电器J1的常闭保持触点J1长期断开，强控电路就会拒绝合闸，使运行人员无法进行正常操作。为解决这个问题，同时也从电机工作安全上的考虑，设置了一个过载告警瞬间解除电路。

当出现过载事故时，过载告警灯D11亮，此时，运行人员按一下过载告警解除按钮QELEASE，继电器J4得电，常闭保持触点J4断开一段固定的时间，在此期间内过载告警解除，运行人员可进行正常操作，直到K3接点脱开，过载告警解除，告警灯D11熄灭。

图5电路是电源、电机缺相检测、电机缺相保护单元。A0，B0，C0，是电源缺相检测输入端，A0，C0，任一路缺相时Ic51输出高阻态，BG51饱和，BG52饱和，继电器J1停电，常闭保持触点J1－1断开，电路拒绝合闸。B0缺相时，强控回路无电源电路亦拒绝合闸。

D1，D2，D3是电机缺相检测输入端，电阻R515，R516，R517接成星形，若接触器主触点出现故障，造成电机缺相供电时，就会在星形的中点E0与三相四线制供电电源的零线AN0之间产生零序电压。Ic52输出低阻态，BG52饱和，继电器J1得电，常闭保持触点J1－1断开，电机断电。

电源缺相供电时，缺相告警灯D52亮，提醒运行人员注意。故障排除后，告警灯D52熄灭。

图6电路的上半部分是整机供电电源原理图，来自变压器T1的低压交流电经D31，D32，D33，D34组成的桥式整流电路变换成直流，再经稳压集成电路Ic31，变成稳定的低压直流电，分两路送给负载电路，D35是电源指示发光二级管，做整机电源指示。

图7是强控单元接线图，由主回路和控制回路组成，主回路包括保险、接触器，控制回路有开关、按钮、接触器线圈和继电器触点，构成本实用新型的强控执行单元。

图8是本实用新型和电动装置机械部分的电缆接线示意图，接线由三部分组成。

1、本实用新型的供电电源线，它采用三相四线制电源供电，A，B，C是线电压输入端，N是零线输入端。

2、电机供电电源线，电动装置采用防爆型三相异步电动机，接法为星形，D1，D2和D3为传输线。

3、本实用新型与电动装置配套使用的控制线。它采用航空插头、插座的接线方式，工作稳定，连接可靠。K1，K2是阀位开关信号传输线。K3是转矩限制开关信号传输线。Vss是整机地线，它与电动装置的外壳相连。全部控制线中不含电源线，即使短路也绝无引爆的危险。

综上所述，本实用新型的控制方式，包括阀门的开度位置控制和输出转矩控制，由于采用了安全栅的设计结构，控制线中无强电，电动装置现场使用无电花引爆因素，所以防爆性能非常可靠。本实用新型的开度显示方式，由于采用了光电组合器件LED数字显示，所以显示方式直观、新颖。便于动态监视，控制精度高，阀门位置信号数字化，便于和计算机配接实现集中和自动控制。本实用新型由于采用了可靠的电机缺相保护电路，从而有效的避免了因遥控操作时电机缺相运行不能及时发现，而烧毁电机的事故发生，提高了产品的可靠性。

实现本实用新型的最好方式是对现有产品电动装置的机械部分进行简单技术改造，然后与本实用新型配套使用。现有产品电动装置的机械部分，包括开度显示部分和转矩限制部分，需要改造的是开度显示部分，改造的方法为：无论是角行程或直行程电动阀门，只要将其输出轴的转动，用一简单的机械结构转换成与转角对应的开关信号，就可以和本实用新型配套使用，以数字显示指示开度值。从而省去原装置烦杂的一套机械装置，节省钢材，降低加工成本。原装置的力矩控制单元不需任何改动，只要变换接线方式就可以和本实用新型配套使用，以最少的控制线控制转矩输出，完成差值转矩限制功能。因此，本实用新型为阀门电动装置产品的更新换代提供了一种较好的技术方案。

实现本实用新型的最好方式是工业化大批量生产，这样可以降低成本，缩短生产周期，促进本实用新型的实现。

Claims (4)

1、一种阀门电动装置控制器，采用光电组合器件，光电耦合器、晶体管、继电器、电阻、电容、交流接触器、按钮、开关等组成，与阀门电动装置机械部分配套，控制阀门的开启和关闭，其特征在于，开度位置采用若干位十进制数字显示，开度位置设定采用8421代码拨盘开关，阀位和转矩控制方式，采用安全栅的设计结构，机械部分来的开关信号K₁、K₂、K₃，使控制电路动作，电源缺相检测和电机缺相检测采用光电耦合器。

2、根据权力要求1所述的控制器，其特征在于，阀位和转矩控制信号，来自机械触点开关K₁、K₂、K₃，触点开关的电压低于10伏，电流小于50微安。

3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，输出转矩控制电路，装有一个过载告警指示灯，和一个瞬时解除过载按钮。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，电源、电机缺相保护电路装有一个缺相告警灯，告警灯亮时强电控制回路拒绝合闸。

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