專利名稱：變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種閥門執(zhí)行機構(gòu)，具體涉及一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置。
(二)
背景技術(shù)：
目前廣泛采用的閥門執(zhí)行機構(gòu)，均釆用三相交流電壓直接驅(qū)動電動機，通過機械傳動裝 置帶動閥門運行，在整個閥門運行過程中電機轉(zhuǎn)速不變，閥門啟閉速度不變，由于慣性作用， 在閥門定位時出現(xiàn)多周期阻尼振蕩現(xiàn)象，大大降低了執(zhí)行機構(gòu)對閥門的定位精度，另外由于 電動機起動電流數(shù)倍于額定電流，造成電機溫升急劇上升，無法長時間連續(xù)頻繁動作。另外， 現(xiàn)有執(zhí)行機構(gòu)均采用三相交流電動機，對于不具備三相交流電網(wǎng)的現(xiàn)場，其應(yīng)用受到極大限 制。
另一方面，現(xiàn)有執(zhí)行機構(gòu)的閥門位置檢測方法大多是釆用齒輪傳輸、計數(shù)器放大，再經(jīng) 電位器、凸輪和觸點后輸出的，經(jīng)過這樣一個復(fù)雜的機電過程，其精度會發(fā)生很大扭曲，無 法實現(xiàn)高精度測量，另外，由于受凸輪上機械觸點的數(shù)目所限，其輸出的檢測值只能是斷續(xù) 的模擬信號，無法實現(xiàn)全行程高精度位置控制。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種體積小，可靠性高，適應(yīng)性強，定位精度高，具有"伺服 控制"特性，易于網(wǎng)絡(luò)化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)速度無差控制，實施對管網(wǎng)系統(tǒng)中輸送的介質(zhì)參數(shù)的 自動控制與管理的變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括主控制器模塊l、矢量變頻控制模塊2、異步電
動機3、機械傳動裝置4、多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5、顯示模塊6和手持式操作器7，矢量變頻 控制模塊2輸入端與交流電網(wǎng)相連，輸出端與異步電動機3相連，異步電動機3軸端與機械 傳動裝置4相連，機械傳動裝置4輸出端連接閥門，精密電位器5軸端與機械傳動裝置4相 連，矢量變頻控制模塊2與主控制器模塊1相連，精密電位器5輸出端與主控制器模塊1相 連，顯示模塊6和手持式操作器7分別與主控制器模塊1相連。 本實用新型還有這樣一些技術(shù)特征
1、 所述的主控制器模塊1包括主處理器IC6、連接主處理器IC6的串行通訊接口電路、 遙控信號接收電路、干結(jié)點輸出電路、4一20mA輸出電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路和PROFIBUS 通信接口電路，多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5輸出端連接主處理器IC6，串行通訊接口電路連接手 持式操作器7;
2、 所述的串行通訊接口電路包括高速光電耦合芯片IC1、 IC2及串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，高速光電耦合芯片IC1連接電阻R1接電源VCC，連接電容C1接地，同時連接電 阻R2連接串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，高速光電耦合芯片IC1連接電阻R3接電源VCC， 連接電容C6接地，同時連接串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3 經(jīng)接線端子Jl與手持式操作器7連接；
3、 所述的遙控信號接收電路包括譯碼芯片IC4、連接譯碼芯片IC4的振蕩電阻R4和差 分輸入芯片IC5A，差分輸入芯片IC5A接收位于顯示模塊6上的紅外接收器傳送來的差分信 號并連接譯碼芯片IC4，差分輸入芯片IC5A的第4引腳連接電阻R5接電源VCC，譯碼芯片 IC4連接至主處理器IC6;
4、 所述的干結(jié)點輸出電路包括繼電器Kl、 二極管Dl和三極管Ql，主處理器IC6的I/O 端口連接電阻R6連接三極管Q1基極，三極管Q1集電極連接繼電器K1和二極管D1，繼電 器K1和二極管D1并聯(lián)連接，繼電器K1的輸出端連接接線端子Jl;
5、 所述的4一20mA輸出電路由電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片IC8和線性光電耦合器IC7組成， 主處理器IC6的輸出端經(jīng)電阻R7、電阻R9、電容C8、電容C9和二極管D2連接線性光電耦 合器IC7，線性光電耦合器IC7的輸出端經(jīng)電阻R10、電阻Rll和電容C10連接電壓/電流轉(zhuǎn) 換芯片IC8，電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片IC8的輸出端連接接線端子Jl;
6、 所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括采樣電阻R12、射極跟隨器IC9和線性光電耦合器 ICIO，采樣電阻R12連接電阻R13、電容Cll，電阻R13、電容Cll連接射極跟隨器IC9的 同相輸入端，射極跟隨器IC9的輸出端經(jīng)限幅二極管D3、限幅二極管D4、穩(wěn)壓管D5、電阻 R14、電容C12連接線性光電耦合器IC10，線性光電耦合器IC10的輸出端經(jīng)電阻R15-R16、 電容C13連接主處理器IC6的A/D端口 ；
7、 所述的矢量變頻控制模塊2包括交流輸入整流橋，直流濾波電容，智能功率器件IPM， 直流母線電壓檢測電路，光電隔離電路，輸出電流檢測電路以及中央處理器ICM1和電源轉(zhuǎn) 換模塊，交流輸入整流橋的輸入端與電網(wǎng)輸出端相連，輸出端與直流濾波電容相連，并與智 能功率器件IPM的輸入端相連，智能功率器件IPM的輸出端與異步電動機3相連，直流濾波 電容的兩端并聯(lián)電壓檢測電路，電壓檢測電路連接中央處理器ICM1，中央處理器ICM1經(jīng)光 電隔離電路連接智能功率器件IPM，智能功率器件IPM的輸出端連接異步電動機3，同時經(jīng) 輸出電流檢測電路連接中央處理器ICM1，中央處理器ICM1連接主控制器模塊1;
輸出電流檢測電路包括電流檢測霍爾器件HA，采樣電阻RIA1、采樣電阻RIAO，電阻
RIA2和電容CIA1構(gòu)成的低通濾波電路，射極跟隨器ICH1A,電阻RIA3-RIA6構(gòu)成的偏置
電路，以及由電阻RIA7和鍺二極管DIA1構(gòu)成的限幅電路，交流電源連接霍爾器件，霍爾
器件連接采樣電阻，采樣電阻連接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端連接射極跟隨器ICH1A的輸入端，偏置電路連接運放ICH1B，運放ICH1B的輸出經(jīng)限幅電路連接中 央處理器ICM1的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入接口；
直流母線電壓檢測電路由接插件JUDC，電壓檢測霍爾器件HVDC，限流電阻R1、限流 電阻R5，采樣電阻RDC0、采樣電阻RDC1，由電阻RDC2和電容CD1組成的低通濾波電路， 射極跟隨器IC8A以及由電阻RDC3和鍺二極管DUDC1組成的限幅電路構(gòu)成，直流電壓電信 號連接接插件JUDC與電壓檢測霍爾器件HVDC，電壓檢測霍爾器件HVDC和限流電阻Rl 、 限流電阻R5相連，限流電阻R1、限流電阻R5連接采樣電阻RDCO、采樣電阻RDC1和低通 濾波電路，低通濾波電路連接射極跟隨器IC8A和限幅電路后連接中央處理器ICM1的另一個 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口；
8、 所述的顯示模塊6包括數(shù)字指針式儀表或LED數(shù)碼管顯示；
9、 所述的機械傳動裝置4包括減速裝置、驅(qū)動裝置和手輪，異步電動機3主軸通過減 速裝置與多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5的主軸相連，智能功率器件IPM的三路輸出端經(jīng)接插件 JMOTOR與異步電動機3相連，減速裝置和手輪分別連接驅(qū)動裝置，異步電動機3采用執(zhí)行 機構(gòu)專用低溫升變頻式異步電動機。
本實用新型采用可輸入單相或三相交流電源的矢量變頻控制模塊驅(qū)動異步電動機，采用 多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器作為位置傳感器，并采用高性能位置控制算法?？刂品绞接斜镜剡b控操 作，手持式操作器，遠程模擬量控制以及總線控制多種控制模態(tài)。同時采用變頻方式驅(qū)動異 步電動機，簡化了執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)，電機運行速度連續(xù)可調(diào)，具有"伺服控制"特性，極大的提 高了閥門的定位精度。本實用新型與閥門配套組成電動閥門，實施對管網(wǎng)系統(tǒng)中輸送的介質(zhì) 參數(shù)的自動控制與管理。另外，手持式操作器7與主控制器模塊1通過串行485接口實現(xiàn)雙 向通訊，手持式操作器7可控制閥門開啟、關(guān)閉、停止，給定閥門開度，對運行速度、遠程 模擬量輸入通道、閥門定位靈敏度設(shè)置。同時接收主控制器模塊1上傳的閥門狀態(tài)信號并于 主頁面顯示，包括閥門當(dāng)前位置、打開閥門中、關(guān)閉閥門中、閥門停止中、系統(tǒng)故障中。異 步電動機3采用執(zhí)行機構(gòu)專用低溫升變頻式異步電動機，具有低啟動電流、高啟動轉(zhuǎn)矩、可 頻繁啟動及長時間連續(xù)運行等優(yōu)點。閥門位置控制采用全數(shù)字式比例調(diào)節(jié)控制方式，釆用軟 件方法在主控制器模塊1中實現(xiàn)。
本實用新型所具有的優(yōu)點采用高性能中央處理器，實現(xiàn)了復(fù)雜的高精度位置閉環(huán)控制 算法，高精度的位置連續(xù)檢測方式，提高了檢測和控制精度；采用矢量變頻控制方式驅(qū)動異 步電動機，使電動執(zhí)行裝置具有"伺服控制"特性，實現(xiàn)速度無差控制；采用變頻專用異步電 動機，保證了裝置的長時間低溫升穩(wěn)定運行；包括遙控操作控制方式、遠程模擬量控制方式、 手持式操作器以及遠程總線控制方式在內(nèi)的多種控制模態(tài)大大增強了裝置的適應(yīng)性，更加符合網(wǎng)絡(luò)化自動控制的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。


圖1為變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置整體框圖2為主控制器模塊原理框圖3為矢量變頻控制模塊原理框圖4為實施例的主控制模塊電路原理圖5-圖7為實施例的矢量變頻控制模塊電路原理圖，其中圖5為功率部分主電路原理圖， 圖6為中央處理器ICM1及其外圍電路，圖7為交流電流檢測電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一歩的說明-
結(jié)合圖l，本實施例包括主控制器模塊l、矢量變頻控制模塊2、異步電動機3、機械傳 動裝置4、多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5、顯示模塊6和手持式操作器7，矢量變頻控制模塊2輸入 端與交流電網(wǎng)相連，輸出端與異步電動機3相連，異步電動機3軸端與機械傳動裝置4相連， 機械傳動裝置4輸出端連接閥門，多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5軸端與機械傳動裝置4相連。
矢量變頻控制模塊2與主控制器模塊1相連，以接收運行信號和發(fā)送故障信號。多圈精 密旋轉(zhuǎn)電位器5輸出信號與主控制器模塊1相連。顯示模塊6和手持式操作器7分別與主控 制器模塊l相連。主控制器1和矢量變頻控制模塊2安放在同一個箱體內(nèi)，顯示模塊安放于 另一箱體內(nèi)，兩個箱體和異步電動機共同固定在機械傳動裝置的外殼上。
結(jié)合圖2，主控制器模塊1包括主處理器IC6 (本實施例采用PIC單片機16F877A)，串 行通訊接口電路，遙控信號接收電路，干結(jié)點輸出電路，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，4—20mA輸出 電路和PROFIBUS通信接口電路。結(jié)合圖4，串行通訊接口電路提供主控制器1與手持式操 作器7的雙向異歩通訊通道，包括高速光電耦合芯片IC1、 IC2及串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片 IC3，后經(jīng)接線端子J1與手持式操作器7連接；遙控信號接收電路包括譯碼芯片IC4振蕩電 阻R4和差分輸入芯片IC5A，差分輸入芯片IC5A將位于顯示模塊6上的紅外接收器傳送來 的差分信號還原并送入譯碼芯片IC4將其譯碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，通過相應(yīng)的輸出管腳連接至 主處理器IC6;干結(jié)點輸出電路通過繼電器Kl完成與主電路的電氣隔離并經(jīng)接線端子Jl輸 出，二極管Dl對繼電器Kl繞組提供放電回路以保證繼電器Kl快速響應(yīng)能力，三極管Ql 將主處理器IC6的I/O端口輸出信號放大為繼電器Kl繞組驅(qū)動信號完成對繼電器Kl的控制; 4一20mA輸出電路由電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片IC8和線性光電耦合器IC7組成，電阻R7、電容C8 組成的阻容濾波器將主處理器IC6輸出的脈寬信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號經(jīng)由線性光電耦合器IC7電氣隔離及電阻R1K電容C10組成的低通濾波器后送入電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片IC8，電壓/ 電流轉(zhuǎn)換芯片IC8將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為4—20mA電流信號經(jīng)接線端子輸出；電流/電壓 轉(zhuǎn)換電路，采樣電阻R12將輸入電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng)電阻R13、電容C11組成的濾波 電路和射極跟隨器IC9后輸入線性光電耦合器ICIO，電氣隔離后輸入主處理器IC6的A/D端 口，其中限幅二極管D3、限幅二極管D4限幅輸入電壓，防止電壓超出輸入量程。
結(jié)合圖3，矢量變頻控制模塊2包括交流輸入整流橋，直流濾波電容，智能功率器件 IPM，直流母線電壓檢測電路，光電隔離電路，輸出電流檢測電路以及中央處理器ICM1和 電源轉(zhuǎn)換模塊。三相交流輸入整流橋的輸入端與電網(wǎng)輸出端相連，輸出端與直流濾波電容相 連，將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并與智能功率器件IPM的輸入端相連，智能功率器件IPM 的輸出端與異歩電動機相連。結(jié)合圖5-圖7所示，單相或三相交流電壓經(jīng)接插件JAC1接入 到電路板中，再由交流輸入整流橋(由二極管DP01-6組成)和濾波電容CPOl轉(zhuǎn)換為直流 電壓，接入到智能功率器件IPM的輸入端，智能功率器件IPM的控制信號端與中央處理器 ICM1的PWM信號輸出端口相連，智能功率器件IPM的三路輸出端經(jīng)接插件JMOTOR與異 歩電動機3相連。圖6為中央處理器ICM1及其外圍電路，中央處理器ICM1采用DSP芯片 TMS320LF2407A，通過MAX488及接插件JDR1與主控制模塊1相連，中央處理器ICM1主 要負責(zé)和主控制器模塊1通訊，以接收啟、停信號和相應(yīng)的運行速度值，以及電流環(huán)的計算。 圖7為交流電流檢測電路，由電流檢測霍爾器件HA，采樣電阻RIA1、采樣電阻RIAO，電阻 RIA2和電容CIA1 (構(gòu)成了低通濾波電路)，射極跟隨器ICH1A，偏置電路(包括電阻RIA5、 R1A3、 RIA4和R1A6)，以及由電阻RIA7和鍺二極管DIA1組成的限幅電路組成一相交流電 流檢測電路，另一相電路相同。交流電流經(jīng)電流檢測霍爾器件HA轉(zhuǎn)換為小的電流信號，經(jīng) 采樣電阻RIA1、 RIAO，低通濾波電路，射極跟隨器以及偏置電路轉(zhuǎn)換為大于零的JH弦電壓 信號，再經(jīng)限幅電路被限制在0-3.3伏后連接到中央處理器ICM1的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入接口上。本 實施例中變頻驅(qū)動模塊電路的直流母線電壓檢測電路由接插件JUDC，電壓檢測霍爾器件 HVDC，限流電阻R1、限流電阻R5，采樣電阻RDCO、采樣電阻RDC1，由電阻RDC2和電 容CD1組成的低通濾波電路，射極跟隨器ICSA以及由電阻RDC3和鍺二極管DUDC1組成 的限幅電路構(gòu)成，直流電壓電信號連接接插件JUDC與電壓檢測霍爾器件HVDC，電壓檢測 霍爾器件HVDC和限流電阻R1、限流電阻R5相連，限流電阻R1、限流電阻R5連接采樣電 阻RDCO、采樣電阻RDC1和低通濾波電路，低通濾波電路連接射極跟隨器IC8A和限幅電路 后連接中央處理器ICM1的另一個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口。
下面介紹本實施例閥門運行信息的顯示部分
顯示模塊6具備兩種選擇即數(shù)字指針式儀表或LED數(shù)碼管顯示。數(shù)字指針式儀表顯示包括微型步進電動機及其專用驅(qū)動芯片、耐高溫塑料磨砂表面儀表盤、高亮LED背景燈、塑料 儀表指針。步進電機驅(qū)動芯片接收主控制器1發(fā)送來的控制指令，包括轉(zhuǎn)動角度及轉(zhuǎn)動方向， 來控制步進電機帶動塑料指針轉(zhuǎn)動，指針指向的表盤刻度即為閥門開度，另外通過表盤下方 的四個LED指示燈的點亮分別代表系統(tǒng)帶電、接收到遙控器信號、閥門運行中、系統(tǒng)故障。 LED數(shù)碼管顯示采用三位一體LED數(shù)碼管、十位條形LED數(shù)碼管、PIC單片機16F877A、 耐高溫塑料磨砂表面儀表盤。單片機接收主控制器模塊1發(fā)送的并行數(shù)據(jù)，譯碼后分別轉(zhuǎn)換 為閥門開度百分比送入三位一體LED數(shù)碼管顯示、力矩保護上限檔位送條形LED數(shù)碼管顯 示、運行速度設(shè)置檔位送另一條形LED數(shù)碼管顯示，另外通過表盤下方的四個LED指示燈 的點亮分別代表系統(tǒng)帶電、接收到遙控器信號、閥門運行中、系統(tǒng)故障。顯示模塊6安裝于 裝置上一獨立箱體內(nèi)。
閥門位置的檢測與閉環(huán)控制部分為
閥門位置的連續(xù)精密檢測采用多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器，多圈精密電位器5可實現(xiàn)多圈旋轉(zhuǎn)， 而輸出電阻值不重復(fù)。其輸出軸與執(zhí)行裝置的主軸相連，執(zhí)行裝置運行時，主軸帶動電位器 一同旋轉(zhuǎn)，這樣電位器的阻值亦發(fā)生變化，在電位器上施加直流電壓，則阻值的變化轉(zhuǎn)化為 電壓信號的變化。閥門位置的閉環(huán)控制算法在主控制模塊的主處理器中由軟件實現(xiàn)，首先將 閥門位置的電信號用該主處理器自帶的十位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，閥門位置的給定形式 有很多種，假設(shè)已獲得閥門位置給定信息，則將閥門位置給定量減去閥門實際位置反饋的數(shù) 字量，二者的差值輸入到位置閉環(huán)比例調(diào)節(jié)算法模塊，其輸出作為矢量變頻控制模塊的速度 給定，由比例調(diào)節(jié)的算法原理可知，在位置誤差為零時，調(diào)節(jié)器輸出為零，亦即矢量變頻控 制模塊的速度給定為零，此時電機停止轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)了閥門的高精度位置閉環(huán)控制。
下面詳細說明本實施例變頻式閥門執(zhí)行裝置的運行過程。本實施例向用戶提供了所有與
閥門運行狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)設(shè)置，包括開、關(guān)閥速度設(shè)置，上限輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置，閥門兩個極限
位置的設(shè)置，閥位調(diào)節(jié)靈敏度設(shè)置，模擬量控制通道選擇以及本地控制方式、模擬量控制及
手持式操作器方式的選擇。主控制器模塊主要實現(xiàn)執(zhí)行裝置的啟閉控制、定位控制，以及各
種狀態(tài)的監(jiān)測，同時將開度以及閥門運行狀態(tài)和故障狀態(tài)傳送給顯示模塊和手持式。在用戶
設(shè)定閥門運行必備的重要參數(shù)(主要包括開關(guān)閥轉(zhuǎn)矩和開關(guān)閥速度等)后，主控制器模塊中
的主處理器通過接口電路與矢量變頻控制模塊聯(lián)接，將上述參數(shù)值傳送給矢量變頻控制模塊。
閥門開度計算和行程控制由主控制器模塊中的主處理器完成。本地控制方式時即遙控控制，
主控制器模塊接收到開閥或關(guān)閥指令后，首先判斷閥門是否處于兩個極限位置，若處于全開
位置，則不響應(yīng)開閥操作，若處于全關(guān)位置，則不響應(yīng)關(guān)閥操作。若閥門處于中間位置，主
控制器將發(fā)送相應(yīng)的速度值給矢量變頻控制模塊，矢量變頻控制模塊將按照該速度運行，隨著閥門位置與給定位置的差值逐漸減小，運行速度同時減小，矢量變頻控制模塊自動降低轉(zhuǎn) 速，在閥門運行到極限位置時，異步電動機運行速度變?yōu)榱悖y門停止動作，即完成了一次 啟、停操作。對于遠程模擬量控制，首先將4-20mA電流轉(zhuǎn)換為l-5V電壓信號，再接入到主 處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口。主處理器將其換算成相應(yīng)的開度值，并作為開度給定， 再和當(dāng)前閥門開度值比較，若當(dāng)前開度大于給定開度，則執(zhí)行關(guān)閥操作，在閥門接近給定位 置時，減速運行，到達給定位置時，閥門速度為零，完成一次自動控制操作。若當(dāng)前開度小 于給定開度，則執(zhí)行開閥操作。對于手持式操作器，首先可于手持式操作器給定開度一欄中 輸入理想開度，手持式操作器將給定開度通過RS485端口傳送給主控制器，主控制器將給定 開度和當(dāng)前開度進行比較，判斷闊門應(yīng)處于的開啟、關(guān)閉或停止?fàn)顟B(tài)，通過按動手持式啟動 按鈕控制裝置運行，通過按動手持式上的停止按鈕可即時中止裝置運行，否則裝置將自動運 行至給定開度位置后停機。對于PROFIBUS總線通訊操作，需要設(shè)置本機地址，奇偶校驗方 式，數(shù)據(jù)傳送格式等。在主控制器模塊接收到閥門開度給定后，其執(zhí)行過程和模擬量控制過 程相一致。以上為變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置的所有控制方式下的運行過程。
權(quán)利要求1、 一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，它包括主控制器模塊(1)、異步電動機(3)和顯示模塊(6)，其特征在于它還包括機械傳動裝置(4)、矢量變頻控制模塊(2)、多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器(5)和手持式操作器(7)，矢量變頻控制模塊(2)輸入端與交流電網(wǎng)相連，輸出端與異步電動機(3)相連，異步電動機(3)軸端與機械傳動裝置(4)相連，機械傳動裝置(4)輸出端連接閥門，精密電位器(5)軸端與機械傳動裝置(4)相連，矢量變頻控制模塊(2)與主控制器模塊(1)相連，精密電位器(5)輸出端與主控制器模塊(1)相連，顯示模塊(6)和手持式操作器(7)分別與主控制器模塊(1)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的主控制 器模塊(l)包括主處理器IC6、連接主處理器IC6的串行通訊接口電路、遙控信號接收電路、 干結(jié)點輸出電路、4一20mA輸出電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路和PROFIBUS通信接口電路，多 圈精密旋轉(zhuǎn)電位器(5)輸出端連接主處理器IC6，串行通訊接口電路連接手持式操作器(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的串行通 訊接口電路包括高速光電耦合芯片IC1、 IC2及串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，高速光電耦 合芯片IC1連接電阻R1接電源VCC，連接電容C1接地，同時連接電阻R2連接串行485通 訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，高速光電耦合芯片IC1連接電阻R3接電源VCC，連接電容C6接地， 同時連接串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3，串行485通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片IC3經(jīng)接線端子Jl與 手持式操作器(7)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的遙控信 號接收電路包括譯碼芯片IC4、連接譯碼芯片IC4的振蕩電阻R4和差分輸入芯片IC5A，差 分輸入芯片IC5A接收位于顯示模塊(6)上的紅外接收器傳送來的差分信號并連接譯碼芯片 IC4，差分輸入芯片IC5A的第4引腳連接電阻R5接電源VCC，譯碼芯片IC4連接至主處理 器IC6。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的干結(jié)點 輸出電路包括繼電器K1、 二極管D1和三極管Q1，主處理器IC6的I/0端口連接電阻R6連 接三極管Q1基極，三極管Q1集電極連接繼電器K1和二極管D1，繼電器K1和二極管D1 并聯(lián)連接，繼電器K1的輸出端連接接線端子J1。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于:所述的4一20mA 輸出電路由電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片IC8和線性光電耦合器IC7組成，主處理器IC6的輸出端經(jīng)電 阻R7、電阻R9、電容C8、電容C9和二極管D2連接線性光電耦合器IC7，線性光電耦合器 IC7的輸出端經(jīng)電阻R10、電阻R11和電容C10連接電壓池流轉(zhuǎn)換芯片IC8，電壓池流轉(zhuǎn)換 芯片IC8的輸出端連接接線端子Jl。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的電流/ 電壓轉(zhuǎn)換電路包括采樣電阻R12、射極跟隨器IC9和線性光電耦合器IC10，采樣電阻R12連 接電阻R13、電容Cll，電阻R13、電容Cll連接射極跟隨器IC9的同相輸入端，射極跟隨 器IC9的輸出端經(jīng)限幅二極管D3、限幅二極管D4、穩(wěn)壓管D5、電阻R14、電容C12連接線 性光電耦合器ICIO，線性光電耦合器ICIO的輸出端經(jīng)電阻R15-R16、電容C13連接主處理 器IC6的A/D端口。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的矢量變 頻控制模塊(2)包括交流輸入整流橋，直流濾波電容，智能功率器件IPM，直流母線電壓檢測 電路，光電隔離電路，輸出電流檢測電路以及中央處理器ICM1和電源轉(zhuǎn)換模塊，交流輸入 整流橋的輸入端與電網(wǎng)輸出端相連，輸出端與直流濾波電容相連，并與智能功率器件IPM的 輸入端相連，智能功率器件IPM的輸出端與異步電動機(3)相連，直流濾波電容的兩端并聯(lián)電 壓檢測電路，電壓檢測電路連接中央處理器ICM1，中央處理器ICM1經(jīng)光電隔離電路連接智 能功率器件IPM，智能功率器件IPM的輸出端連接異步電動機(3)，同時經(jīng)輸出電流檢測電路 連接中央處理器ICM1，中央處理器ICM1連接主控制器模塊(l);輸出電流檢測電路包括電流檢測霍爾器件HA，采樣電阻RIA1、采樣電阻RIAO，電阻 RIA2和電容CIA1構(gòu)成的低通濾波電路，射極跟隨器ICH1A，電阻RIA3-RIA6構(gòu)成的偏置 電路，以及由電阻RIA7和鍺二極管DIA1構(gòu)成的限幅電路，交流電源連接霍爾器件，霍爾器 件連接采樣電阻，采樣電阻連接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端連接射極跟 隨器ICH1A的輸入端，偏置電路連接運放ICH1B，運放ICH1B的輸出經(jīng)限幅電路連接中央 處理器ICM1的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入接口 ；直流母線電壓檢測電路由接插件JUDC，電壓檢測霍爾器件HVDC，限流電阻R1、限流 電阻R5，采樣電阻RDCO、采樣電阻RDC1，由電阻RDC2和電容CD1組成的低通濾波電路， 射極跟隨器IC8A以及由電阻RDC3和鍺二極管DUDC1組成的限幅電路構(gòu)成，直流電壓電信 號連接接插件JUDC與電壓檢測霍爾器件HVDC，電壓檢測霍爾器件HVDC和限流電阻Rl、 限流電阻R5相連，限流電阻R1、限流電阻R5連接采樣電阻RDC0、采樣電阻RDC1和低通 濾波電路，低通濾波電路連接射極跟隨器IC8A和限幅電路后連接中央處理器ICM1的另一個 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的顯示模 塊6包括數(shù)字指針式儀表或LED數(shù)碼管顯示。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置，其特征在于所述的機械傳動裝置(4)包括減速裝置、驅(qū)動裝置和手輪，異步電動機(3)主軸通過減速裝置與多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器(5)的主軸相連，智能功率器件IPM的三路輸出端經(jīng)接插件JMOTOR與異步電動機 (3)相連，減速裝置和手輪分別連接驅(qū)動裝置，異步電動機(3)采用執(zhí)行機構(gòu)專用低溫升變頻式異步電動機。
專利摘要本實用新型涉及一種變頻式智能型閥門執(zhí)行裝置。它包括主控制器模塊1、矢量變頻控制模塊2、異步電動機3、機械傳動裝置4、多圈精密旋轉(zhuǎn)電位器5、顯示模塊6和手持式操作器7，其主要特征是用矢量變頻控制模塊驅(qū)動異步電動機，并用精密旋轉(zhuǎn)電位器作為位置傳感器，采用全數(shù)字比例閉環(huán)調(diào)節(jié)方式進行閥門位置控制，控制方式有本地遙控操作，手持式操作器控制，遠程模擬量控制以及總線控制等多種控制模態(tài)，并采用低溫升專用變頻電機。本實用新型具有體積小，可靠性高，定位精度高，具有“伺服控制”特性，易于網(wǎng)絡(luò)化控制等優(yōu)點。相比傳統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)本實用新型極大地提高了定位精度，并可長時間連續(xù)運行，自動適應(yīng)單相或三相交流電源工況。
文檔編號H02P27/06GK201133508SQ200720116630
公開日2008年10月15日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者劉大為, 吳鳳江, 力 孫, 克 趙 申請人:力 孫