電動閥門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

德國利

（河北光德流體控制有限公司，滄州 061100）

電動閥門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

德國利

（河北光德流體控制有限公司，滄州 061100）

電動閥門控制系統(tǒng)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)中一種十分重要的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中。本文簡要闡述我國電動閥門概況，分析電動閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以期為我國的電動閥門控制系統(tǒng)發(fā)展提供一定的參考。

電動閥門 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方式 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1　電動閥門概況

1.1電動閥門簡介

閥門電動裝置大多由90°（特殊情況為90°～180°）回轉(zhuǎn)的球閥、旋塞閥、蝶閥以及一些其他類型的配套設(shè)備所組成。它與閥門配套成為電動閥門，用來控制閥門的開啟與關(guān)閉。它既可以手動操作，又可電動操作。加之其結(jié)構(gòu)簡單易懂，價(jià)格較為便宜，性能也比較安全可靠，因此被廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中。例如，在承鋼新建或者改造項(xiàng)目中，風(fēng)、汽、水、煤氣等系統(tǒng)，高爐布袋除塵系統(tǒng)以及焦化煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)等，都會大量應(yīng)用電動閥門。

1.2電動閥門的分類

根據(jù)電動閥門動力源的不同，可以將其大體分為液壓傳動、電動以及氣壓傳動三種。

液壓傳動閥門在使用中相對較為穩(wěn)定。即使在十分高速的情況下，它也能夠正常啟動、制動及轉(zhuǎn)向，并且可以通過體積很小的傳動介質(zhì)來獲得較大的力矩。但液壓傳動閥門的體積相對較大，所以在安裝、使用以及后期的維修中相對繁瑣。此外，在功率較小的地方也很難使用。所以，它的發(fā)展受到了一定的限制。

氣壓傳動閥門的工作介質(zhì)是壓縮氣體，即借助壓縮氣體來完成動力傳遞工作，實(shí)現(xiàn)對信號的控制。由于氣壓傳動閥門的工作介質(zhì)是空氣，所以相對于其他的傳動閥門，具有更高的防爆防火性能。因此，它得到了較大的發(fā)展空間。但是，由于壓縮空氣的獲取較為困難，因此氣壓傳動閥門的發(fā)展十分緩慢。隨著機(jī)電一體化建設(shè)的不斷深入，我國的微電子技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，給電動閥門的使用帶來了許多問題。不僅現(xiàn)場調(diào)試的難度不斷增加，而且其故障檢修與診斷也很難確保足夠的準(zhǔn)確率。電動閥門的發(fā)展跟不上現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展步伐，導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)效率降低，一定程度上阻礙了我國工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

2　電動閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

電動閥門的工作方式主要有就地控制、閥門控制以及遠(yuǎn)程控制三種。其地址撥碼開關(guān)總共有7位，可以完成127個(gè)地址的選擇；波特率撥碼開關(guān)總共有2位，可以完成2400bit/s、1200bit/s、9600bit/s、4800bit/s四種波特率的選擇。它的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1　電動閥門總體設(shè)計(jì)方案

2.1電動閥門控制系統(tǒng)軟件設(shè)置

電動閥門控制器的軟件主要利用MCS-51匯編語言完成編程，利用C++高級語言進(jìn)行現(xiàn)場總線通訊部分的編程。

具體軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容有：

（1）主程序，主程序主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和調(diào)用各功能子程序的系統(tǒng)。

（2）采樣、濾波子程序，主要利用該程序完成數(shù)字濾波以及電動閥門各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)采樣，并將其轉(zhuǎn)化為+5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號以及4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。

（3）初始化子程序，該程序可以完成系統(tǒng)內(nèi)部各項(xiàng)資源的分配以及系統(tǒng)自檢測。

（4）數(shù)/模轉(zhuǎn)換子程序，利用該程序可以將+5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號以及4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，并輸送至中央處理單元（CPU）。

（5）通訊子程序，主要是遵循現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場各電動閥門與上位機(jī)間的實(shí)時(shí)通訊，傳到上位機(jī)的遠(yuǎn)程控制命令，并向上位機(jī)反饋下位機(jī)轉(zhuǎn)送的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

（6）控制子程序，利用該程序完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并發(fā)出控制指令，驅(qū)動各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。

（7）顯示子程序，通過該程序顯示的各項(xiàng)電動閥門實(shí)際開度值，可以對電動閥門的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控。

（8）鍵盤輸入子程序，利用該程序鍵入電動閥門的初試參數(shù)，并在現(xiàn)場對其發(fā)出各項(xiàng)控制指令。

（9）故障報(bào)警子程序，該程序主要是在電動閥門出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出光、聲報(bào)警，以確保電動閥門故障被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2.2電動閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)置

2.2.1電動閥門控制器的主要功能

以KD-1型閥門控制器為例。該閥門的主要功能有：（1）遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)可以利用上位機(jī)發(fā)出控制指令，再經(jīng)由通訊接口傳達(dá)執(zhí)行遠(yuǎn)程控制電動閥門的開啟或停止；（2）自動控制。主要是通過儀表面板上的數(shù)字電位器來設(shè)置電動閥門的開度值，并通過檢測反饋電動閥門的開度信號，完成電動閥門開度的實(shí)時(shí)控制，還可在故障時(shí)及時(shí)自動報(bào)警；（3）就地控制。控制人員可以利用儀表面板上的開、停按鈕來控制電動閥門的開啟或停止。

2.2.2硬件電路設(shè)計(jì)

電動閥門的硬件電路設(shè)計(jì)主要有：（1）前向采樣通道。該通道主要負(fù)責(zé)對電動閥門的開度信號進(jìn)行采樣，并把開度信號轉(zhuǎn)化成為+5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號以及4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，并將其輸入至中央處理單元（CPU）；（2）中央處理單元（CPU）。該單元主要負(fù)責(zé)將前向采樣通道輸送過來的電動閥門實(shí)際開度值與閥門的設(shè)定值進(jìn)行對比，以此來決定驅(qū)動電機(jī)的控制策略：（3）后向控制通道。該通道主要是接受來自中央處理單元（CPU）的各項(xiàng)控制命令，執(zhí)行各項(xiàng)控制機(jī)構(gòu)，以此配合電機(jī)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動；（4）人機(jī)交互通道。主要利用該通道鍵入電動閥門的初始參數(shù)以及各項(xiàng)控制命令，并顯示電動閥門的實(shí)際開度值；（5）通訊接口。主要是利用現(xiàn)場的總線接受來自上位機(jī)的各項(xiàng)控制命令，并將電動閥門的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)反饋給上位機(jī)。它的具體硬件電路如圖2所示。

圖2　電動閥門硬件控制電路

3　電動閥門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電動執(zhí)行裝置基礎(chǔ)工作僅需給控制器設(shè)置過轉(zhuǎn)距信號及控制器開、關(guān)極限即可。另外，還可根據(jù)需要加設(shè)滑動變阻器、閃光顯示集中裝置以及按鈕等。根據(jù)控制器信號顯示回路與操作回路的電壓，可以將控制器分為兩種：一種是控制器顯示回路電壓與操作回路電壓不同；一種是控制器顯示回路電壓與操作回路電壓相同。出現(xiàn)兩種差別的主要原因就是變壓器的有無。以市面上兩種類型的電動閥門控制系統(tǒng)為例，其具體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如下圖3、圖4所示。

圖3與圖4是兩種非常典型的不同形式的控制原理圖。由圖可以看出，開、關(guān)極限以及信號顯示兩種不同變化。這種變化常常會導(dǎo)致執(zhí)行裝置與控制器不匹配，需要更改線路加以調(diào)整。假設(shè)圖4中的開、關(guān)極限僅僅只設(shè)置了一個(gè)公共點(diǎn)微動開關(guān)，那么想要將圖4更改成圖3的樣式就不可能實(shí)現(xiàn)。而要想將圖4更改成圖3的形式，不僅需要改動電動裝置的內(nèi)部接線，還需要在主控制器的連線中再增設(shè)一條線。這樣變動不僅效率不高，還會給安裝者帶來許多麻煩。

圖3　控制系統(tǒng)原理

4　總結(jié)

綜上所述，電動閥門控制系統(tǒng)關(guān)系著我國人民生產(chǎn)生活。因此，需要各電動閥門生產(chǎn)單位及專業(yè)研發(fā)人員不斷學(xué)習(xí)創(chuàng)新，及時(shí)發(fā)現(xiàn)改進(jìn)電動閥門控制問題，提升電動閥門的智能化，提高電動閥門控制效率，從而為我國工業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

[1]何勛.電動閥門的智能化及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013，（27）.

[2]袁媛.基于現(xiàn)場總線的電動執(zhí)行控制系統(tǒng)的研制[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

Electric Valve Control System Design Method and the Analysis of System Structur

DE Guoli
(Grande-tek flow control co.ltd,Cangzhou 061100)

Electric valve control system is a very important control system in the m odern control system, the valve control system is widely used in people's life, but relatively speaking, the intelligent development of electric valve is still relatively backward, China's valve electric device is st ill in use in sixty, five years of traditional technology, the product structure is more complex, can not meet the needs of remote centralized control, it is difficult to keep up with the development of automation production process. This paper briefly describes the general si tuation of the electric valve in China, analyzes the design method and system structure of the electric valve control syst em. Hope to provide a reference for the development of electric valve control system in China.

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