[发明专利]电动阀门工作状态监控系统

说明书

本发明公开了电动阀门工作状态监控系统，涉及阀门监控技术领域，为流程工业的生产过程提供保障。该系统主要由控制单元、驱动单元、显示单元和电动阀门的本体结构组成。控制单元包括处理器、通讯端口、信号输入/输出端口、电源端口等；驱动单元由24V开关电源、电机驱动板、通讯转换器组成；显示单元由液晶显示屏和薄膜键盘组成；电动阀门由直流无刷电机、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆、限位开关、阀杆、阀芯和阀体组成；各个硬件单元之间通过导线连接构成完整的电动阀门驱动控制系统。本发明的优势在于能够实时掌握电动阀门的运行状态，在出现异常现象的情况下快速找出成因以降低物料损失。

技术领域

本发明涉及阀门监控技术领域，特别是涉及电动阀门工作状态监控系统。

背景技术

电动阀门是流程工业中负责流量调节的重要设备，以应用最为广泛的国产ZJKV型电动阀门为例，该款电动阀门属于DCS系统的一种执行器，就电动阀门本身而言不具有监控系统。ZJKV型电动阀门的操作步数为100步，对于0～90°的角行程每一个操作步长使阀芯转动0.9°，对应某一个流量增值。电动阀门的定位精度决定着流体流量的准确性，当电动阀门的定位过程存在波动现象时，必然导致流量值波动。通常根据流量调节质量来衡量电动阀门的精度，但是，由于没有专门用于电动阀门的监控系统，不能实时掌握电动阀门的工作状态，更不能对其定位情况进行优化。

与之相比，BTG公司的VBW系列电动阀门具有5000步以上的定位精度，采用高精度谐波传动变速箱实现力矩的转换输送，具有精密的阀位检测电位计，阀门本身自带微处理器，构成了一个完整的阀芯状态监控系统。但是，该类高精度电动阀门的价格十分昂贵，不适合普及应用，例如单台DN150的高精度阀门的市场售价为18万元左右，令国内诸多企业望而却步。

目前，市场上尚无经济指标合适的技术产品，流程工业对电动阀门的选择不得不徘徊于ZJKV和VBW两种产品之间，因此，开发一套用于电动阀门的小型状态监控系统具有一定的意义。

发明内容

在国产ZJKV型电动阀门的基础上，本发明采用直流无刷电机作为电动阀门的驱动源，配置了电动阀门的驱动控制单元，在微处理器中设计了五段S形速度曲线，开发出了兼具误差补偿、闭环控制、状态显示功能于一体的用于电动阀门的小型监控系统。

一种用于监控电动阀门工作状态的系统，由控制单元、驱动单元、显示单元和电动阀门的本体结构四个部分组成。其特征是：所述控制单元由微处理器、通讯端口、输入端口、输出端口、电源端口组成；所述驱动单元由24V开关电源、电机驱动板、通讯转换器组成；所述显示单元由液晶显示屏和2×2薄膜键盘组成；所述电动阀门由直流无刷电机、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆、全开限位开关、全关限位开关、阀杆、阀芯和阀体组成；所述直流无刷电机的输出轴与圆柱齿轮的首端同轴固接，3个以上圆柱齿轮啮合在一起构成减速箱，圆柱齿轮的尾端与蜗杆同轴固接，蜗轮蜗杆啮合构成换向器，由蜗轮带动阀杆旋转，进而带动阀芯开启或关闭；所述各个硬件单元之间通过导线连接，构成完整的驱动控制电路，并在微处理器中嵌入执行程序；所述执行程序在Arduino IDE的集成编译环境中进行设计，经过通讯端口将程序烧写至微处理器中。

进一步地，所述微处理器的通讯兼电源端口与计算机的COM3端口在驱动程序CH341下进行相连，所述微处理器的DI端口分别与全开限位开关、全关限位开关、2×2薄膜键盘相连，所述微处理器的DO端口与电机驱动板的正转控制端口和反转控制端口相连，所述微处理器的AI端口与直流无刷电机内置的霍尔元件的输出端口HU、HV、HW相连，所述微处理器的PWM端口与电机驱动板的调速控制端口相连，所述微处理器通过端口SDA、SCL、GND、VCC与液晶显示屏的相应端口相连。

进一步地，所述电机驱动板的A、B通讯端口经通讯转换器与计算机的COM2端口相连，所述电机驱动板由24V开关电源供电，所述电机驱动板的电源控制端口U、V、W输出直流24V给直流无刷电机的三相定子绕组供电，所述电机驱动板输出直流5V给霍尔元件供电。