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阀门知识

智能电动阀门控制系统

2020-05-30

电动阀门


智能电动阀门概述

随着工业自动化的发展,传统的手工机械调节方式在很多应用场合中已暴露出弊端,要实现管网系统的工业自动化,了解智能电动阀门这个管网系统中的执行机构很有必要。在某些应用场合,对阀门的控制不仅仅时简单的开关控制,还涉及到智能电动阀门控制系统框图阀门开度等多变量的控制,对阀门控制系统也提出了更高的要求。本文正是基于这一思路而设计出了一种智能电动阀门控制系统。

智能电动阀门的基本构想

智能电动阀门控制系统要实现手动、自动及遥控手动、遥控自动等多种控制,并可实现手自动无扰切换(即当操作方式由“自动”转为“手动”时,阀门开度并不会因为操作方式的改变而受到干扰),要求给定的4~20mA电流信号与阀位反馈装置输出的4~20mA电流信号比较后,经智能电动阀门控制器、执行机构来达到控制阀门开度的目的。图1为智能电动阀门控制系统的方框图。

智能电动阀门的控制电路设计电动阀门控制器电路原理图

1、智能电动阀门控制器设计

①智能电动阀门电路原理介绍

智能电动阀门控制器的电路原理图如图2所示。

其工作过程为:手自动信号(4~20mA)经磁保持继电器可以实现两种控制方式下的无扰切换。若采用自动控制方式,来自调节器或现场DCS的4~20mA电流信号即为iin,若采用手动控制方式,手动4~20mA电流信号(该信号的产生原理如图3所示)即作为iin。任选两种电流信号的一种方式作为iin,它与来自阀位反馈装置的iwf,经模数转换后变为数字信号进入89C2051-1的端口P1.0~P1.7,两信号在CPU中相减,若iin-iwf>a(a为死区信号),则说明给定信号大于阀位反馈信号,表明阀门没有开够,由89C2051-1的P3.2送出一高电平经反向驱动后控制固态继电器使电机正转;反之,若iin-iwf<(a为死区信号),则说明给定信号小于阀位反馈信号,表明阀门开过头了,则由89C2051-1的iin-iwf>a送出一高电平经反向驱动后控制固态继电器使电机反转。手控信号发生电路原理图

单片机89C2051-2可以实现三个功能(1)输入断路保护,当给定输入电流或阀位反馈装置电流的值小于3mA或断线时,操作面板上的报警指示会黄灯亮,同时系统切断总电源并送出抱闸信号和报警接点信号。(2)输出短路保护,当固态继电器输出发生故障短路时,报警指示红灯亮,系统切断总电源并送出抱闸信号。(3)输出开路保护,当固态继电器输出发生故障开路时,绿灯闪烁报警。

②手动信号发生电路原理介绍

在手动操作状态下电流的大小主要通过操作面板上的手动增加或手动减小按键来实现,手控信号发生电路原理图如图3所示。当手动增加键AN1按下时,CLK脉冲上升沿到来,4029将进行二进制加计数;反之,当手动减小键AN2按下时,可逆计数器4029将进行二进制减计数。在此设计中有两个计数器即4029-1和4029-2的CI,使4029-2计数,当4029-2计数满时,CO2变低,通过二极管将CLK拉低,避免计数器重复计数。计数值的大小决定于AN1、AN2按键所按的时间长短。4029经电阻网络输出一跟踪电压Vout,此电压经如图4所示的电压/电流转换电路后变为电流信号iin。

智能电动阀门的阀位反馈装置电路设计电压/电流转换电路图

阀位反馈装置电路原理图如图5所示,其实质是一个电压/电流转换电路。1ΚΩ的电位器是和执行电动机同轴的特制塑料导电电位器,阀门开度不同时其电阻值就会不同,相应的工作电压就会发生改变。该电位器经200ΚΩ的电阻加到运算放大器的反向输入端,其同向输入端为5ΚΩ微调电位器和50ΚΩ粗调电位器。调试时使阀门停在其起始位置,调节调零电位器输出电流为4mA。500Ω电阻为调满电位器,调试时使阀门停在终点位置,调节满度点,使其输出电流为20mA。

智能电动阀门的执行机构

执行机构主要是由220V交流异步电动机和减速机构组成。

智能电动阀门的无扰切换阀位反馈装置电路原理图

手自动方式的切换是通过磁保持继电器来实现的。磁保持继电器有两组线圈,当采用一种控制方式时(如改为手动),必须通过另一点动按键使另一组线圈得电,此时继电器触点返回(手动信号送出)。

无扰切换的实现过程为:当智能电动阀门控制器处于自动控制状态下时,由调节器或来自现场的DCS的4~20mA信号经100Ω取样电阻后变为0.4~2V电压,此电压通过图3中ADC0804模数转换为8位数字量,然后经4029计数器和电阻网络、电压/电流转换电路转变为4~20mA的手动信号。由于此手动信号由实时跟踪自动信号而来,阀门开度并没有因为控制方式的改变而受到干扰,所以系统由自动切换到手动时为无扰切换。

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