專利名稱：非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于閥門的電動(dòng)執(zhí)行裝置的技術(shù)領(lǐng)域，涉及閥門的電動(dòng)執(zhí)行裝置的控制技 術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前，閥門電動(dòng)裝置一般都是采用以機(jī)械方式對(duì)閥門行程和力矩進(jìn)行控制的結(jié) 構(gòu)，包括行程傳動(dòng)系統(tǒng)和力矩蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于非侵入式的閥門電動(dòng)裝置，采用本地磁控 開關(guān)和遠(yuǎn)程線控開關(guān)進(jìn)行控制。智能型電裝大都采用霍爾磁性增量型位置傳感器，或者采 用多圈光電絕對(duì)值位置編碼器。前者采用霍爾傳感元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，應(yīng)用廣泛，但 相應(yīng)功能不夠完善，精度也不夠高；后者定位精度高，但價(jià)格昂貴，而且耗電量大，在電裝斷 電時(shí)難以長(zhǎng)期保證閥位顯示，常用于高端閥門。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其目的是提高 電動(dòng)裝置對(duì)閥門控制的智能化水平，使得對(duì)閥門的控制更加精確、更加可靠和更加靈活。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明所提供的這種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，包括主控單元、控制電源、備 用電源、操控部分、顯示單元、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、閥位傳感器、扭矩傳感器以及軸出軸，所述的 閥位傳感器中設(shè)有霍爾磁性增量型位置傳感器或多圈光電絕對(duì)值位置編碼器。所述的電動(dòng)裝置的模擬信號(hào)的輸入、輸出電路采用獨(dú)立電源供電，模擬信號(hào)輸入、 輸出電路與主控單元之間設(shè)有線性光電耦合器進(jìn)行隔離。所述的電動(dòng)裝置為遠(yuǎn)端控制開關(guān)提供兩種獨(dú)立的信號(hào)電源，即交流信號(hào)電源和直 流信號(hào)電源，并將遠(yuǎn)端開關(guān)信號(hào)即外部信號(hào)經(jīng)過光電耦合器隔離后送給控制電路使用。所述的顯示單元采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器，能夠顯示文字、圖標(biāo)和曲線。所述的主控單元在發(fā)送電機(jī)動(dòng)作命令的同時(shí)，通過動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生接觸器勵(lì)磁 或固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)時(shí)所用的控制電源。所述的操控部分設(shè)有非接觸式的磁控開關(guān)，以提高安全等級(jí)所述的紅外遙控器既能控制電動(dòng)裝置，也能進(jìn)行各種對(duì)話操作。所述的扭矩傳感器與主控單元連接，所述的扭矩傳感器采集的轉(zhuǎn)矩信號(hào)送主控單 元進(jìn)行處理。所述的控制器的主控單元設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，所述的現(xiàn)場(chǎng)總線接口用于連接CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線適配器實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通信。所述的控制器外部命令設(shè)有常規(guī)的開、關(guān)、停控制模式、二線制開關(guān)控制模式、 4-20mA模擬量控制模式。所述的控制器的備用電源由鋰電池及控制電源模塊上的逆變電路組成。所述的電動(dòng)裝置可存貯電動(dòng)裝置的運(yùn)行和設(shè)置情況。可利用紅外遙控器的查詢功能顯示電動(dòng)裝置的運(yùn)行記錄和力矩曲線等信息。所述的電動(dòng)裝置的操控部分采用完全隔離的磁控旋鈕開關(guān)進(jìn)行。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，使電動(dòng)裝置能夠兼容霍爾磁性增量型位置傳感器和多 圈光電絕對(duì)值位置編碼器兩種閥位監(jiān)測(cè)功能，滿足用戶對(duì)中端或高端的不同需求，并提高 參數(shù)的精度；使用線性光電耦合器進(jìn)行隔離，提高了設(shè)備運(yùn)用的安全性和信號(hào)傳輸?shù)目煽?性；電動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)可通過文字、圖標(biāo)、數(shù)字和進(jìn)度尺全面、準(zhǔn)確、直觀地顯示電動(dòng)裝置運(yùn)行 狀況；維護(hù)時(shí)可通過查詢功能用列表和曲線的方式顯示電動(dòng)裝置的運(yùn)行記錄和力矩曲線； 還能以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、功能選擇和電動(dòng)裝置整定；紅外線遙控器不但能夠操 控電動(dòng)裝置開關(guān)閥門，還能夠用非侵入方式對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、位置整定及運(yùn)行調(diào) 試ο


下面對(duì)本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為1、主控單元，2、動(dòng)力電源，3、操控部分，4、電機(jī)，5、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，6、閥位傳感器，7、扭 矩傳感器，8、紅外控制，9、輸出軸，10、顯示單元，11、控制電源，12、備用電源，13、總線接口， 14、光電隔離。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及的各構(gòu) 件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝 及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。圖1所表達(dá)的是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，這一種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置控制器，包 括主控單元1、控制電源11、備用電源12、操控部分3、顯示單元10、電機(jī)4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5、閥位 傳感器6、扭矩傳感器7以及輸出軸9。本發(fā)明中的現(xiàn)場(chǎng)操作，采用完全隔離的非接觸式的磁性旋鈕開關(guān)或紅外線遙控器 進(jìn)行。為克服在本說明書的背景技術(shù)部分所指出的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的 目的，本發(fā)明提出了如下的技術(shù)方案本發(fā)明所提供的這種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其中，所述的閥位傳感器6 中設(shè)有霍爾磁性增量型位置傳感器或多圈光電絕對(duì)值位置編碼器(兩者兼容)。與現(xiàn)有技術(shù)不同，除了采用增量編碼器外，還可以采用絕對(duì)編碼器采集行程信號(hào)， 對(duì)用戶來說多了一種選擇。閥位反饋通過閥位傳感器6獲得閥位信號(hào)，為適應(yīng)不同的需求，電動(dòng)裝置能接收 兩種類型的閥位傳感器之一的信號(hào)即霍爾磁性增量型位置傳感器或多圈光電絕對(duì)值位 置編碼器?；魻柎判栽隽啃臀恢脗鞲衅?，采用多圈光電絕對(duì)值位置編碼器數(shù)據(jù)形式，但需加裝手輪動(dòng)作感應(yīng)裝置，以便在電動(dòng)裝置失電時(shí)對(duì)編碼器用電進(jìn)行管理。傳感器的類型必須在軟件安裝前確定，以便選擇不同的軟件版本。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，摒棄現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)裝置中原以機(jī)械方式對(duì)閥門行程和力矩 進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)，而以含集成電路芯片的線路板電路完成。其中行程的采集使用霍爾磁性 增量型位置傳感器或多圈光電絕對(duì)值編碼器。力矩量的采集使用置于電機(jī)軸與蝸桿軸之間 的軸向推力應(yīng)變盤橋路和精密放大器完成，這樣就由機(jī)械式控制轉(zhuǎn)化成電子式控制。不僅 大大提高了控制精度(位置設(shè)定范圍2. 5-100000圈，中心軸輸出角分辨率7. 5° )，還能以 程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生智能化的效果。由于減除了行程傳動(dòng)系統(tǒng)、力矩蝸桿竄動(dòng)系統(tǒng)，故比現(xiàn)有技術(shù) 在機(jī)械上簡(jiǎn)化了一大步。本發(fā)明是將微電子領(lǐng)域的新技術(shù)成果引入到閥門電動(dòng)裝置的自動(dòng)控制中來，使產(chǎn) 品自動(dòng)控制的性能得以達(dá)到如計(jì)算機(jī)控制人工智能的水平，從而使得對(duì)閥門的控制更加可 靠、更加靈活、更加豐富，更加切合工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，也更經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明的外部條件1、輸入電源三線制工頻三相交流電源，基本電壓等級(jí)為380V士 10% ；2、工作環(huán)境環(huán)境溫度范圍-20°C 60°C，濕度等級(jí)可參考或遵照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (彡 95%，25°C時(shí))；3、防護(hù)等級(jí)可參考或遵照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(防水等級(jí)IP68，防爆等級(jí)ExdIIBT4或 ExdIICT4)；4、電源動(dòng)力三線制工頻三相交流電動(dòng)機(jī)(注應(yīng)配置電動(dòng)裝置專用電機(jī)，調(diào)節(jié)型 電動(dòng)裝置的電機(jī)還應(yīng)考慮1200次/小時(shí)的頻繁起動(dòng)因素)；5.機(jī)械特性振動(dòng)頻率0 150Hz，加速度2g，抗沖擊能力最大加速度5g。以下是本發(fā)明提供的具體實(shí)施示例一、控制信號(hào)的隔離本發(fā)明所述的電動(dòng)裝置的模擬信號(hào)的輸入、輸出電路采用獨(dú)立電源供電，模擬信 號(hào)輸入、輸出電路與主控單元1之間設(shè)有線性光電耦合器進(jìn)行光電隔離。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明中，主控單元1與外界進(jìn)行了嚴(yán)格的隔離，以防止外界干 擾。電動(dòng)裝置屬于強(qiáng)電設(shè)備，遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)大都為弱電設(shè)備，為使兩者之間實(shí)現(xiàn)電氣 隔離，本發(fā)明要求電動(dòng)裝置的模擬信號(hào)的輸入、輸出電路采用獨(dú)立電源供電，模擬信號(hào)與電 動(dòng)裝置主回路之間使用線性光電耦合器進(jìn)行隔離，以提高設(shè)備運(yùn)用的安全性和信號(hào)傳輸?shù)?可靠性。二、開關(guān)型電動(dòng)裝置的信號(hào)的隔離本發(fā)明所述的電動(dòng)裝置為遠(yuǎn)端控制開關(guān)提供兩種獨(dú)立的信號(hào)電源，即交流120V 和直流MV，并將遠(yuǎn)端開關(guān)信號(hào)即外部信號(hào)經(jīng)過光電耦合器隔離后送給控制電路使用。對(duì)于開關(guān)型電動(dòng)裝置，本發(fā)明也要求為遠(yuǎn)端控制開關(guān)提供兩種獨(dú)立的信號(hào)電源 (交流120V和直流MV)，并將遠(yuǎn)端開關(guān)信號(hào)即外部信號(hào)經(jīng)過光電隔離后才送給控制電路使用。通過在電源變壓器次級(jí)增加一個(gè)獨(dú)立繞組的方法增加一組隔離電源。通過在電源 變壓器次級(jí)增加一個(gè)獨(dú)立繞組的方法增加一組隔離電源專供線供光電隔離兩路的4-20mA電流源輸出使用，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)裝置與遠(yuǎn)端控制設(shè)備的電氣隔離。4-20mA電流源控制輸入采用 無源光電隔離方案，無需隔離供電。三、信息顯示的功能本發(fā)明所述的顯示單元10采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。本發(fā)明中的顯示與現(xiàn)有技術(shù)不同，采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊顯示，不但可以 顯示中文菜單，而且可以顯示電動(dòng)裝置運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩曲線，在主控單元的Flash存儲(chǔ) 器中可以存儲(chǔ)最近十次開關(guān)動(dòng)作的轉(zhuǎn)矩曲線。本發(fā)明要求電動(dòng)裝置的信息顯示窗口采用圖形點(diǎn)陣式液晶屏。這樣電裝運(yùn)行時(shí)可 通過文字、圖標(biāo)、數(shù)字和進(jìn)度尺全面、準(zhǔn)確、直觀地顯示電動(dòng)裝置運(yùn)行狀況；維護(hù)時(shí)可通過查 詢功能用列表和曲線的方式顯示電動(dòng)裝置的運(yùn)行記錄和力矩曲線；還能以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn) 行參數(shù)設(shè)置、功能選擇和電動(dòng)裝置的整定。使用U8X96的圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏。使用圖形點(diǎn)陣顯示屏使得圖形符號(hào)可以 設(shè)計(jì)得更加合理、豐富和人性化文字提示可以實(shí)現(xiàn)中、英文切換，以便利于國(guó)內(nèi)企業(yè)使用； 更進(jìn)一步可以在顯示屏上顯示數(shù)據(jù)記錄器中的電動(dòng)裝置運(yùn)行記錄和扭矩曲線。屏幕及人機(jī)對(duì)話內(nèi)容1、可設(shè)置項(xiàng)目操控方向正向或反向；限位方式閥位或扭矩；開閥扭矩門限額定值(50 150) % ；關(guān)閥扭矩門限額定值(50 150) % ；電流門限額定值(150 300) % ；箱溫上限70°C 90°C；箱溫下限-10°C 10°C；Sl S4狀態(tài)繼電器內(nèi)容由用戶要求特定的四個(gè)狀態(tài)編碼；遠(yuǎn)程操控模式模擬量控制、ESD應(yīng)急控制、二線控制、開關(guān)量控制；現(xiàn)場(chǎng)操控模式點(diǎn)動(dòng)或聯(lián)動(dòng)；外部聯(lián)鎖開啟或取消；減速比例1/10 1/2 ；修改密碼4位數(shù)字；閥位控制精度0. 5% 5% FS ；修改時(shí)間當(dāng)前時(shí)間。2、可校準(zhǔn)參數(shù)扭矩定標(biāo)、電流定標(biāo)、閥位輸出電流校準(zhǔn)、扭矩輸出電流校準(zhǔn)、模擬輸入信號(hào)校準(zhǔn) (調(diào)節(jié)型電動(dòng)裝置)。3、可查詢信息當(dāng)前設(shè)置、電動(dòng)裝置操作記錄(只記錄開關(guān)操作)、故障停機(jī)記錄、最近扭矩曲線、 最近電流曲線、存儲(chǔ)器為64K。4、屏幕顯示內(nèi)容操控方向圖標(biāo)、閥位百分比、閥位進(jìn)度帶、操控信號(hào)圖標(biāo)、電機(jī)與箱內(nèi)溫度、電池電量圖標(biāo)、控制模式圖標(biāo)、故障類型圖標(biāo)及文字說明、菜單文字及設(shè)置參數(shù)、操作提示文字。5、可輸出故障信息電機(jī)或箱內(nèi)過熱、扭矩超限、電池欠壓、電源缺相、電動(dòng)裝置內(nèi)部故障、ESD報(bào)警、控 制信號(hào)錯(cuò)誤、閥位信號(hào)錯(cuò)誤。四、電源控制方案本發(fā)明所述的動(dòng)力電源2通過控制電源11模塊向主控單元1供電。當(dāng)主控單元 1在發(fā)送電機(jī)4動(dòng)作命令的同時(shí)會(huì)通過動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生接觸器勵(lì)磁或固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)時(shí) 所用的控制電源。除了與現(xiàn)有技術(shù)一樣，本發(fā)明具有斷相、缺相等保護(hù)措施外，還采用了一種獨(dú)到的 安全保護(hù)辦法在主控單元的MCU正常運(yùn)行時(shí)，它會(huì)在發(fā)送電機(jī)4動(dòng)作命令的同時(shí)產(chǎn)生一個(gè) 固定頻率的脈沖串，主控單元1上的動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路在這個(gè)脈沖串的激勵(lì)下產(chǎn)生接觸器勵(lì)磁 或固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)時(shí)所用的控制電源。無論是MCU故障還是安全動(dòng)態(tài)電路故障都不可能產(chǎn) 生控制電源，確保了電機(jī)不會(huì)因電動(dòng)裝置故障而誤動(dòng)作。五、紅外控制本發(fā)明所述的紅外遙控器(8)能夠控制電動(dòng)裝置，也能進(jìn)行各種對(duì)話。在本發(fā)明的調(diào)試方式上采用先進(jìn)的紅外線通信技術(shù)。在無需打開電氣端蓋的情況 下，通過紅外線通信口(0.75米內(nèi))就可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。紅外遙控器在任何工況情況下， 即使是危險(xiǎn)場(chǎng)合，無論動(dòng)力電源提供與否均可輕松對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行非侵入式設(shè)定，完成對(duì) 電動(dòng)裝置各種設(shè)置及顯示功能的調(diào)整，這在現(xiàn)有技術(shù)上是做不到的。紅外線遙控電路按單向調(diào)制發(fā)射考慮。信號(hào)調(diào)制方式及數(shù)據(jù)編碼與IrDA協(xié)議兼 容。電動(dòng)裝置端的紅外線信號(hào)接口按IrDA協(xié)議設(shè)計(jì)雙向傳輸電路。六、扭矩傳感器本發(fā)明所述的扭矩傳感器7與主控單元1連接，通過由電動(dòng)裝置內(nèi)部應(yīng)變電橋獲 得扭矩信號(hào)，經(jīng)儀表放大器調(diào)理后送電動(dòng)裝置的主控單元(1)處理。由于對(duì)閥門行程和扭矩控制的電子化，使電動(dòng)裝置對(duì)閥門控制的這兩個(gè)單元可以 比機(jī)械式更便捷的設(shè)定，可以多種方式(數(shù)字式、曲線式等)顯示；可以通過接口實(shí)現(xiàn)無線 通訊，甚至互聯(lián)網(wǎng)(包括人機(jī)對(duì)話)；可以多層次、智能化的檢錯(cuò)和故障報(bào)警；可以對(duì)運(yùn)行狀 態(tài)進(jìn)行記錄、巡檢和診斷并作數(shù)據(jù)儲(chǔ)存；可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制，即由電動(dòng)裝置上安裝的模 塊通過兩線連接至總線，使所有裝置之間實(shí)現(xiàn)功能控制和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自 動(dòng)化控制。七、總線設(shè)置本發(fā)明所述的控制器設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可通過總線適配器連接CAN現(xiàn)場(chǎng)總線， 所述的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通過總線接口 13上的適配器與主控單元(1)連接。總線接口 根據(jù)用戶要求可擴(kuò)充ftOfibus等其它國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可現(xiàn)場(chǎng)總線。八、外部命令本發(fā)明所述的控制器外部命令設(shè)有常規(guī)的開、關(guān)、?？刂颇Ｊ?、二線制開關(guān)控制模 式、4-20mA模擬量控制模式。九、備用電池本發(fā)明所述的電動(dòng)裝置的備用電源12由鋰電池及控制電源模塊上的逆變電路組成。用鋰電池取代層疊電池作為后備電池是因?yàn)殇囯姵氐男铍娏看?，使用壽命長(zhǎng)、可 充電以及免維修(更換快)，基本上可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)和免更換。使用鋰電池對(duì)于斷電狀態(tài)下支 持閥位監(jiān)測(cè)(特別是多光圈光電絕對(duì)值編碼器)和點(diǎn)陣式液晶屏顯示非常有利。鋰電池的 充電和電量需要管理和監(jiān)測(cè)，為此要求電動(dòng)裝置對(duì)鋰電池的充電、用電和電量合理的管理 和監(jiān)控，使鋰電池能長(zhǎng)期工作在良好的狀態(tài)下。采用鋰電池需要增加充放電管理電路和顯 示屏節(jié)電措施。十、返回信號(hào)返回信號(hào)有多種選擇有四個(gè)信號(hào)繼電器，其表現(xiàn)的信號(hào)內(nèi)容可通過菜單對(duì)話進(jìn) 行設(shè)置，總共有約20項(xiàng)可供選擇；另有2路反饋輸出4-20mA模擬信號(hào)，分別表示當(dāng)前閥位 和當(dāng)前轉(zhuǎn)矩。i^一、驅(qū)動(dòng)電路的安全性本發(fā)明除了提出在電裝的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路提供條件電源外，對(duì) 于電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)在電路上實(shí)行了互鎖機(jī)制，確保電機(jī)的安全。十二、機(jī)箱溫度的適應(yīng)性本發(fā)明要求電動(dòng)裝置電路采用低功耗設(shè)計(jì)，以減小控制器機(jī)箱內(nèi)的溫升?？刂破?電路中應(yīng)有電子溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)箱內(nèi)溫度變化。當(dāng)機(jī)箱內(nèi)溫度偏低時(shí)，應(yīng)接通加熱 元件，以適應(yīng)寒冷的環(huán)境；當(dāng)機(jī)箱內(nèi)溫度超限時(shí)，應(yīng)發(fā)出警告并拒絕執(zhí)行操作命令，以防電 路出現(xiàn)工作紊亂造成嚴(yán)重后果。十三、本發(fā)明的操控條件1、現(xiàn)場(chǎng)操控(LOCAL)(1)、面板旋鈕面板設(shè)置兩個(gè)非接觸式磁性旋鈕開關(guān)。其中一個(gè)為二位自復(fù)式旋 鈕開關(guān)，用于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電裝進(jìn)行操控；另一個(gè)為可鎖閉的三位非自復(fù)式旋鈕開關(guān)，用于電裝操 控權(quán)的切換。自復(fù)式旋鈕開關(guān)的二個(gè)位置分別是“開閥”(OPEN)、“關(guān)閥”(CLOSE)。通過順、逆 時(shí)針旋鈕開關(guān)給出“開閥”或“關(guān)閥”信號(hào)。非自復(fù)式旋鈕開關(guān)的三個(gè)位置分別是“現(xiàn)場(chǎng)”(LOCAL)、“遠(yuǎn)程” (REMOTE)、“停止/ 維修”(STOP/MAINTAIN)。處于“現(xiàn)場(chǎng)”位置時(shí)，可使用自復(fù)式旋轉(zhuǎn)開關(guān)或紅外線遙控器對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行操 控，兩者同等有效；處于“遠(yuǎn)程”位置時(shí)，開關(guān)型電動(dòng)裝置受遠(yuǎn)程開關(guān)操控，調(diào)節(jié)型電動(dòng)裝置受4 20mA模擬信號(hào)控制；處于“停止/維修”位置時(shí)，可使用紅外線遙控器進(jìn)行設(shè)置、整定、校準(zhǔn)及查詢。O)、紅外線遙控器本安型，防護(hù)等級(jí)符合IP67，防爆等級(jí)滿足ExdIIBT4，單向發(fā) 送方式，9V層疊電池供電，面板設(shè)置七個(gè)操作按鈕“下移”(丨)、“右移”(一)、“減少” (_)、 “增加” (+)、“確認(rèn) / 停止” (ENTER/STOP)、“關(guān)閥” (CLOSE)、“開閥” (OPEN)。單向發(fā)送的紅外線遙控器的兩個(gè)基本功能是使用“開閥”、“關(guān)閥，，和“確認(rèn)/停止”三個(gè)按鈕對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)模式的現(xiàn)場(chǎng) 操控，或者使用“開閥”和“關(guān)閥”兩個(gè)按鈕在點(diǎn)動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操控；
使用“下移”、“右移”、“減少”、“增加”和“確認(rèn)/停止”五個(gè)按鈕與液晶顯示器配 合進(jìn)行設(shè)置、整定、校準(zhǔn)及查詢等人機(jī)對(duì)話操作。2、遠(yuǎn)程操控(1)、開關(guān)型電動(dòng)裝置配置三個(gè)常開的遠(yuǎn)程控制旋鈕開關(guān)“開閥”(OPEN)、“關(guān) 閥” (CLOSE)、“停止” (STOP)。“開閥”、“關(guān)閥”和“停止”三個(gè)旋鈕開關(guān)根據(jù)操控模式選用，聯(lián)動(dòng)模式下三個(gè)旋鈕 開關(guān)全用，點(diǎn)動(dòng)模式只用“開閥”和“關(guān)閥”兩個(gè)旋鈕開關(guān)。操控模式可通過人機(jī)對(duì)話設(shè)置， 出廠默認(rèn)為點(diǎn)動(dòng)模式?！凹蓖！毙盘?hào)可以是按鈕開關(guān)，也可使用聯(lián)鎖觸點(diǎn)，用于在緊急情況下要求閥門停 留在預(yù)定的位置上，預(yù)定的位置可以通過人機(jī)對(duì)話設(shè)置為全開(100%)、全關(guān)(0%)、指定 位置(1 99% )、當(dāng)前位置。出廠默認(rèn)為當(dāng)前位置?！凹蓖！毙盘?hào)可以通過人機(jī)對(duì)話設(shè)定為常開或常閉。遠(yuǎn)程開關(guān)可采用內(nèi)部或外部供電，內(nèi)部供電有兩種選擇J4VDC，限流50mA，控制 距離500米以內(nèi)；120VAC，限流25mA，控制距離500米以上。采用外部供電也應(yīng)按照控制距離選擇供電電源類型和等級(jí)，原則上電源電壓不應(yīng) 大于120V。(2)調(diào)節(jié)型電動(dòng)裝置可選擇電流型或電壓型的模擬控制信號(hào)，典型的模擬信號(hào) 有4 20mA電流信號(hào)、1 5V電壓信號(hào)。模擬控制信號(hào)的上限和下限以及信號(hào)類型可通過人機(jī)對(duì)話設(shè)置。電流信號(hào)的上限為21mA，下限為3mA，電壓信號(hào)的上限為10. 5V，下限為0. 5V，電流 信號(hào)的輸入電阻為100 Ω，輸入電容為0. 1 μ F，電壓信號(hào)的輸入電阻為IOk Ω，輸入電容為 0. 1 μ F，模擬控制信號(hào)超限被視為故障情況，電動(dòng)裝置按緊急停機(jī)方式處理，將閥門停留在 預(yù)定的位置上。3、聯(lián)鎖信號(hào)兩路開關(guān)量信號(hào)開閥聯(lián)鎖和關(guān)閥聯(lián)鎖。由外部控制系統(tǒng)提供干觸點(diǎn)或OC (OD)端子。4、人機(jī)對(duì)話人機(jī)對(duì)話通過電動(dòng)裝置的液晶顯示器和紅外線遙控器完成，對(duì)話的內(nèi)容包括參 數(shù)設(shè)置、閥位整定、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和信息查詢。十四、本發(fā)明的輸出條件1、閥位輸出4 20mA電流信號(hào)，最大負(fù)載電阻600 Ω，可通過人機(jī)對(duì)話校準(zhǔn)。2、扭矩輸出4 20mA電流信號(hào)，最大負(fù)載電阻600 Ω，可通過人機(jī)對(duì)話校準(zhǔn)。3、狀態(tài)輸出用四個(gè)250VAC/5A觸點(diǎn)容量的單觸點(diǎn)微型鎖閉型功率繼電器輸出運(yùn) 行狀態(tài)，可通過人機(jī)對(duì)話設(shè)置輸出狀態(tài)內(nèi)容和觸點(diǎn)位置(常開或常、聯(lián)鎖操作、開閥時(shí)扭矩 超限、電池失效、關(guān)閥時(shí)扭矩超限、電源缺相、行程中扭矩超限、遠(yuǎn)程信號(hào)錯(cuò)誤、任意位置扭 矩超限、閥門故障(堵轉(zhuǎn))、正在開閥、電機(jī)故障(過熱、失速)、正在關(guān)閥、電裝故障(位置、 扭矩、正在運(yùn)行、電動(dòng)裝置故障(自診斷)、手輪操作、溫度超限(電動(dòng)裝置箱體)、遠(yuǎn)程控 制、操控方向、現(xiàn)場(chǎng)控制、人機(jī)對(duì)話/維修。
5、ESD輸出250VAC/5A觸點(diǎn)容量的單觸點(diǎn)小型鎖閉型繼電器輸出ESD(緊急保 護(hù))信號(hào)，可通過人機(jī)對(duì)話設(shè)置觸點(diǎn)常開還是常閉。6、顯示輸出(1)、液晶顯示屏采用U8X96圖形點(diǎn)陣屏，白色背光，視域54mmX 31mm，用于顯 示電裝運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。顯示內(nèi)容包括實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)指示和人機(jī)對(duì)話窗口，采用 數(shù)字、文字和圖標(biāo)融合的表現(xiàn)形式，其中的文字內(nèi)容可通過人機(jī)對(duì)話實(shí)現(xiàn)中/英文切換。O)、面板指示燈四個(gè)LED指示燈，分別表示紅燈——閥門全開、綠燈——閥門 全關(guān)、黃燈——正在運(yùn)行、藍(lán)燈——收到紅外線信號(hào)、設(shè)故障和正常閃光指示(快閃和慢 閃)。十五、本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)條件1、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)控制電源向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供三線控制信號(hào)控制電源線、正 轉(zhuǎn)控制線、反轉(zhuǎn)控制線。控制電源受電動(dòng)裝置上的動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路管理，能有效防止電動(dòng)裝置失步時(shí)的錯(cuò)誤 操作。同時(shí)，MCU發(fā)出的正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)經(jīng)硬件電路的邏輯檢查通過后方可送給驅(qū)動(dòng)電路。2、開關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路功率開關(guān)使用兩個(gè)小型三相接觸器，接觸器之間配置機(jī)械互 鎖，同時(shí)利用接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)交叉串接在接觸器的勵(lì)磁線圈的勵(lì)磁回路中，形成電 氣互鎖。三線驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)通過兩個(gè)中間繼電器給接觸器勵(lì)磁。中間繼電器采用微型Ia 觸點(diǎn)的功率繼電器。3、調(diào)節(jié)型驅(qū)動(dòng)電路功率開關(guān)使用五個(gè)雙向晶閘管和五個(gè)光電隔離的集成過零觸 發(fā)電路、二個(gè)達(dá)林頓光電耦合電路以及若干阻容元件組成的三相可逆固態(tài)繼電器電路。三 線控制信號(hào)能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置。十六、本發(fā)明的通訊條件在主控單元上設(shè)置外部通信總線接口，可通過適當(dāng)?shù)目偩€適配器連接外部工業(yè)現(xiàn) 場(chǎng)總線；也可通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器與PC連接。如果利用這個(gè)通信接口下載數(shù)據(jù)記錄器中存儲(chǔ) 的歷史數(shù)據(jù)，即可配合PC的應(yīng)用軟件(需另案開發(fā))在線監(jiān)測(cè)電裝運(yùn)行。十七、本發(fā)明中電流和溫度的反饋條件1、電流反饋通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的精密電流互感器獲得電機(jī)電流信號(hào)，經(jīng)半波 精密整流器處理后送主控單元監(jiān)測(cè)。2、溫度反饋通過電機(jī)熱保護(hù)開關(guān)獲得電機(jī)過熱信號(hào)，同時(shí)通過電動(dòng)裝置主控單 元上的集成半導(dǎo)體溫度傳感器監(jiān)測(cè)控制器箱體的溫度，以保證電動(dòng)裝置可靠運(yùn)行十八、電機(jī)速度控制在本發(fā)明的電機(jī)控制電路中，通過控制程序中的學(xué)習(xí)和記憶功能，使得主控單元 可以實(shí)際負(fù)載狀況制定合適的速度控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的柔性操作，減少機(jī)械沖擊，體現(xiàn) 智能型設(shè)備的特點(diǎn)。十九、密封防護(hù)能力本發(fā)明在密封防護(hù)能力方面有更周全的設(shè)計(jì)。在觀查窗等隔爆部分有膠封和0 形密封圈；在接線電氣腔采用雙密封結(jié)構(gòu)；控制旋鈕摒棄了侵入式結(jié)構(gòu)而采用磁控開關(guān)， 避免了與外界的接觸。這樣本發(fā)明的防護(hù)等級(jí)達(dá)IP68(水下7米，72小時(shí))，防爆等級(jí)達(dá) ExdIIBT4 或 ExdIICT4。
二十、機(jī)械結(jié)構(gòu)本發(fā)明由于選擇了推力盤結(jié)構(gòu)，箱體負(fù)載降至最低，故采用了鋁合金箱體材料，相 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的鑄鐵箱體材料而言，重量輕了。又由于蝸輪蝸桿采用高強(qiáng)度材料，加之裝置體 腔內(nèi)采用高性能潤(rùn)滑油(如SAE80EP英國(guó)牌號(hào))，提高了接觸強(qiáng)度，可選模數(shù)較小，使產(chǎn)品機(jī) 械部分的體積較小。在本發(fā)明的電器部分，由于聚碳酸酯高強(qiáng)度新材料的選用，保證了如觀 察窗、電器支架等零件的要求。二十一、雙控制器結(jié)構(gòu)采用MMCU+SMCU (雙控制器)組合。MMCU負(fù)責(zé)整個(gè)控制電路的管理和數(shù)據(jù)處理和 大部分輸入輸出工作，而SMCU承擔(dān)閥位動(dòng)作監(jiān)視(監(jiān)視霍爾傳感器中的干簧管的動(dòng)作)、 后備電源管理以及液晶顯示屏控制。在電動(dòng)裝置失電時(shí)，主電路停止工作，以SMCU為核心 的監(jiān)視電路依靠后備電源繼續(xù)工作當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥位有變化時(shí)立即向主電路供電以節(jié)省電池能 量。SMCU的另一項(xiàng)工作是對(duì)液晶顯示屏進(jìn)行控制，這里控制有兩層含義外部供電時(shí)MMCU 將需要顯示的內(nèi)容以命令代碼的形式通過SPI串行總線發(fā)送給SMCU，由SMCU進(jìn)行編輯排版 并發(fā)送給液晶屏的驅(qū)動(dòng)電路，后備電源供電時(shí)，由SMCU進(jìn)行編排版并發(fā)送給液晶屏的驅(qū)動(dòng) 電路，后備電源供電時(shí)，在主電路停止工作若干小時(shí)后SMCU將關(guān)停液晶顯示以節(jié)省能量， 當(dāng)主電路被激活時(shí)液晶屏再次開啟。這種雙控制器分工合作的工作方式有利于提高M(jìn)MCU的工作效率，將繁瑣的顯示 編輯排版工作交由SMCU完成也有助于改善主控程序的可靠性。二十二、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電源控制電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案中增加控制電源控制電路，通過硬件電路確保在控制程序失態(tài) 時(shí)電機(jī)不會(huì)被錯(cuò)誤驅(qū)動(dòng)?？刂齐娫纯刂齐娐分挥性谑盏組MCU發(fā)出的特定頻率的連續(xù)脈沖 時(shí)才會(huì)產(chǎn)生控制電源，為驅(qū)動(dòng)控制電路供電、否則電機(jī)無法被驅(qū)動(dòng)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改 進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，包括主控單元(1)、控制電源(11)、備用電源 (12)、操控部分(3)、顯示單元(10)、電機(jī)0)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)、閥位傳感器(6)、扭矩傳感器 (7)以及輸出軸(9)，其特征在于所述的閥位傳感器(6)中采用霍爾磁性增量型位置傳感 器和多圈光電絕對(duì)值位置編碼器。
2.按照權(quán)利要求1所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述的電動(dòng)裝 置的4-20mA模擬信號(hào)的輸入、輸出電路采用獨(dú)立電源供電，模擬信號(hào)輸入、輸出電路與主 控單元(1)之間設(shè)有結(jié)構(gòu)為線性光電耦合器的光電隔離(14)。
3.按照權(quán)利要求2所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述的電動(dòng)裝 置為遠(yuǎn)端開關(guān)?？刂蒲b置或二線開關(guān)控制裝置提供兩種獨(dú)立的信號(hào)電源，即交流120V和 直流MV，并將遠(yuǎn)端開關(guān)信號(hào)即外部信號(hào)經(jīng)過光電耦合器隔離后送給電動(dòng)裝置電路使用。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的顯示單元(10)采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。
5.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的主控單元(1)在發(fā)送電機(jī)(4)動(dòng)作命令的同時(shí)，通過動(dòng)靜轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生接觸器勵(lì)磁或固 態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)時(shí)所用的控制電源(11)。
6.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的操控部分(3)采用非接觸式的磁控開關(guān)，以提高安全等級(jí)，所述的單獨(dú)的紅外線遙控器 也能控制電動(dòng)裝置，并進(jìn)行更多的對(duì)話操作，或?qū)ρb置運(yùn)行情況進(jìn)行查詢。
7.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的扭矩傳感器(7)與主控單元(1)連接，所述的扭矩傳感器(7)采集的轉(zhuǎn)矩信號(hào)送主控單 元⑴進(jìn)行處理。
8.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的主控單元(1)設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)總線接口(13)，所述的現(xiàn)場(chǎng)總線接口(13)用于連接CAN或RS485 現(xiàn)場(chǎng)總線適配器以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通信。
9.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的電動(dòng)裝置外部命令設(shè)有常規(guī)的開、關(guān)、?？刂颇Ｊ?、二線制開關(guān)控制模式、4-20mA模擬量 控制模式。
10.按照權(quán)利要求1或2或3所述的非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，其特征在于所述 的電動(dòng)裝置的備用電源(1 由鋰電池及控制電源(11)模塊上的逆變電路組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非侵入式智能型閥門電動(dòng)裝置，包括主控單元(1)、控制電源(11)、備用電源(12)、操控部分(3)、顯示單元(10)、電機(jī)(4)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)、閥位傳感器(6)、扭矩傳感器(7)以及軸出軸(9)。閥位傳感器(6)中采用霍爾磁性增量型位置傳感器和多圈光電絕對(duì)值位置編碼器(二者兼容)。采用上述技術(shù)方案，使主控單元能夠兼容霍爾磁性增量型位置傳感器和多圈光電絕對(duì)值位置編碼器兩種閥位監(jiān)測(cè)功能，滿足用戶對(duì)中端或高端的不同需求，并提高參數(shù)的精度；使用線性光電耦合器進(jìn)行光電隔離，提高了設(shè)備運(yùn)用的安全性和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 文檔編號(hào)F16K31/04GK102052500SQ200910185389
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者項(xiàng)曉明 申請(qǐng)人:項(xiàng)曉明