閥門電動執行器及控制方法與流程

本發明涉及電動執行器技術領域，尤其涉及一種閥門電動執行器及控制方法。

背景技術：

電動執行器是一種利用某種驅動能源并在某種控制信號作用下提供直線或者旋轉運動的驅動裝置，因為其具有能源取用方便、信號傳輸速度快、傳輸距離遠、便于集中控制的優點，常用于配套各種閥門構成電動閥門或者電動調節閥。目前現有的用于配套閥門的電動執行器，通常采用的控制裝置中電機與單片機之間僅通過溫度傳感器進行連接，功能單一，不能保證電動執行器的精度，也不能根據用戶的需求進行相應的控制，并且不能夠自由控制閥門的開度大小，在使用過程中遇到特殊情況時，不能夠主動復位，存在控制精度較低、智能化程度不高的缺陷與問題。

技術實現要素：

本發明所解決的技術問題在于提供一種可自由控制閥門的開度大小、自動復位的閥門電動執行器及控制方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種閥門電動執行器，包括閥門電動執行器及控制裝置，所述控制裝置包括：單片機、控制輸入模塊、控制界面模塊、供電模塊、自復位供電模塊、驅動模塊、步進電機、數模轉換模塊、rs485通信模塊，其中，所述單片機的輸入端連接所述控制輸入模塊，所述單片機的輸出端連接所述數模轉換模塊、驅動模塊，所述單片機與控制界面模塊、自復位供電模塊、rs485通信模塊連接，所述控制輸入模塊包括溫度傳感器、電流采集模塊、電壓采集模塊、壓力變送器，所述單片機通過所述控制輸入模塊采集溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號以及通過自復位供電模塊采集復位控制信號，所述控制界面模塊用于顯示閥門狀態并輸出用戶控制信號給所述單片機，所述單片機根據接收到的各個信號輸出控制指令給所述驅動模塊，以及輸出電流輸出信號、電壓輸出信號給數模轉換模塊，所述控制指令包括控制驅動指令和復位指令，所述控制驅動指令用于使所述驅動模塊控制所述步進電機電源的通斷以及步進電機的正反轉、轉動角度，所述數模轉換模塊用于輸出電流輸出信號、電壓輸出信號給閥門電動執行器中的閥門開度反饋模塊，所述自復位供電模塊用于接收來自所述單片機的復位指令并控制閥門關閉，以及當所述電源的電流輸入信號和/或電壓輸入信號失真時，輸出復位控制信號，所述供電模塊用于給所述單片機、驅動模塊供電。

所述的閥門電動執行器包括機架，所述的機架設置有輸出軸及驅動輸出軸升降的電動驅動組件，所述的輸出軸沿豎向設置，所述的電動驅動組件包括與輸出軸外周呈螺紋配合且相對轉動的配合件及驅動配合件旋轉的電機，該電機由控制裝置所控制，所述的機架位于輸出軸上方設置有可相對機架轉動的操作盤，所述的操作盤轉軸與輸出軸轉軸位于同一直線上，所述的輸出軸外周固定設置有與呈多邊形的聯動塊，所述的操作盤同軸設置有內周與聯動塊形狀相適配的聯動套。

更進一步的，所述的聯動套與操作盤對應的端部與操作盤之間設置有穿過操作盤并與聯動套螺紋配合的安裝螺栓。

更進一步的，所述的機架上設置有滑塊及供滑塊往復滑移的滑道，所述的滑道沿靠近及遠離操作盤的方向設置，所述的操作盤邊緣設置有功能缺口，所述的滑塊設置有與功能缺口卡配構成操作盤的周向限位的功能限制部。

更進一步的，所述的機架位于輸出軸兩側設置有與輸出軸平行的穩定導軌，所述的輸出軸上套設有與輸出軸同步升降的穩定導向塊，所述的穩定導向塊的兩側分別設置有滑移于穩定導軌的導向缺口。

更進一步的，所述的電動驅動組件還包括主動齒輪，所述的驅動電機驅動主動齒輪轉動，所述的機架位于主動齒輪與配合件之間設置有一個以上依次聯動的傳動齒輪。

更進一步的，所述控制裝置還包括與所述步進電機、單片機連接的光電編碼器，所述光電編碼器用于采集所述步進電機的轉動角速度并輸出給所述單片機。

更進一步的，所述電流輸入信號為0ma-20ma，電壓輸入信號為0v-10v。

更進一步的，所述電流輸入信號為4ma-20ma，電壓輸入信號為2v-10v。

更進一步的，所述供電模塊的供電電壓為24v。

本案還提供了一種閥門電動執行器的控制方法，所述控制方法包括：

通過控制輸入模塊采集溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號；

通過控制界面模塊采集用戶控制信號；

采集自復位供電模塊當所述電源的電流輸入信號和/或電壓輸入信號失真時，發出的復位控制信號；

根據接收到的所述溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號、用戶控制信號、復位控制信號，發出控制指令、輸出電流輸出信號、電壓輸出信號，所述控制指令包括復位指令和控制驅動指令；

采用驅動模塊根據所述控制驅動指令控制步進電機電源的通斷以及步進電機的正反轉、轉動角度；

采用數模轉換模塊輸出所述電流輸出信號、電壓輸出信號給閥門電動執行器中的閥門開度反饋模塊；

采用所述自復位供電模塊接收所述復位指令并控制閥門關閉；

還包括采用rs485通信模塊與計算機通信；

上述過程中，通過所述控制界面模塊顯示閥門狀態。

本發明的閥門電動執行器的控制裝置，使得閥門電動執行器的行程開關按電壓、電流、溫度、電壓的輸入改變而改變，使驅動模塊控制步進電機電源的通斷以及步進電機的正反轉、轉動角度，使閥門開度大小能夠自由控制，當電流輸入信號或電壓輸入信號失真時，控制閥門關閉，從而達到所需的要求，具有自復位功能，配合件作為輸出軸的螺紋軌道，在操作盤通過聯動套帶動輸出軸轉動時，輸出軸可沿聯動套內部進行升降，從而實現手動驅動輸出軸升降的功能，配合電動驅動組件，使單一閥門電動執行器同時具有手動和電動的驅動方式，可按需進行選擇，擴展閥門電動執行器的實用功能，安裝螺栓使聯動套與操作盤之間為可拆卸的安裝配合，增加可更換部件可延長使用壽命，也降低維修難度，在不使用操作盤時，將功能限制部移動至功能缺口與其卡配，使操作盤無法轉動，避免產生誤操作或被輸出軸反向帶動轉動，在使用操作時，將功能限制部遠離功能缺口與取消卡配，操作盤可自由轉動，滑塊作為手動驅動方式的鎖定件，輸出軸位于下方的部分由于長度較長，在輸出過程中存在振動，增設穩定導向塊增加輸出軌道的導向位，配合兩側的穩定導軌與輸出軸同步穩定升降，多個傳動齒輪用于銜接主動齒輪與配合件，保證穩定傳動，此外，安裝不同的傳動齒輪使執行器具有不同的輸出轉速及扭矩，可調功能更多。

附圖說明

圖1為本發明的閥門電動執行器的控制裝置的結構示意圖；

圖2為為本發明具體實施方式中閥門電動執行器的立體圖；

圖3為本發明具體實施方式中閥門電動執行器去除部分殼體的結構圖；

圖4為本發明具體實施方式中閥門電動執行器的輸出軸和操作盤的爆炸圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

如圖1所示，一種閥門電動執行器的控制裝置，所述控制裝置包括：單片機10、控制輸入模塊20、控制界面模塊30、供電模塊40、自復位供電模塊50、驅動模塊60、步進電機70、數模轉換模塊80、rs485通信模塊100。

其中，單片機10的輸入端連接控制輸入模塊20，單片機10的輸出端連接數模轉換模塊80、驅動模塊60，單片機10與控制界面模塊30、自復位供電模塊50、rs485通信模塊100連接，rs485/modbus是現在流行的一種布網方式，其特點是實施簡單方便。控制輸入模塊20包括溫度傳感器1、電流采集模塊2、電壓采集模塊3、壓力變送器4，壓力變送器4是一種接受壓力變量,經傳感轉換后,將壓力變化量按一定比例轉換為標準輸出信號的儀表。單片機10通過控制輸入模塊20采集溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號以及通過自復位供電模塊50采集復位控制信號，控制界面模塊30用于顯示閥門狀態并輸出用戶控制信號給單片機10，單片機10根據接收到的各個信號輸出控制指令給驅動模塊60，以及輸出電流輸出信號、電壓輸出信號給數模轉換模塊80，控制指令包括控制驅動指令和復位指令，步進電機70是閥門電動執行器的一部分，用于提供驅動動力，控制驅動指令用于使驅動模塊60控制步進電機70電源的通斷以及步進電機70的正反轉、轉動角度，數模轉換模塊80用于輸出電流輸出信號、電壓輸出信號給閥門電動執行器中的閥門開度反饋模塊200，閥門電動執行器中的閥門開度反饋模塊200反饋的是開度信號，自復位供電模塊50用于接收來自單片機10的復位指令并控制閥門關閉，以及當電源的電流輸入信號和/或電壓輸入信號失真時，輸出復位控制信號，供電模塊40用于給單片機10、驅動模塊60供電。電流輸出信號為0ma-20ma，電壓輸出信號為0v-10v；或者電流輸出信號為4ma-20ma，電壓輸出信號為2v-10v。

作為優選，溫度傳感器型號可以為ntc10k。電流輸入信號為0ma-20ma，電壓輸入信號為0v-10v；或者電流輸入信號為4ma-20ma，電壓輸入信號為2v-10v。本案的閥門電動執行器的控制裝置為智能比例控制器，當輸入2v-10v直流電壓信號/4ma-20ma電流或0v-10v直流電壓信號/0ma-20ma電流時，閥門電動執行器的行程開關按電壓、電流、溫度、電壓的輸入改變而改變，使驅動模塊60控制步進電機70電源的通斷以及步進電機70的正反轉、轉動角度，使閥門開度大小能夠自由控制，當電流輸入信號或電壓輸入信號失真時，控制閥門關閉。可以接收溫度傳感器1的信號，能夠接收任何壓力變送器傳輸的信號，從而達到所需的要求，rs485通信模塊100使其能夠接收rs485（modbus,rtu模式）信號，即使用rtu(remoteterminalunit)模式在modbus串行鏈路通信，具有自復位功能。

控制裝置還包括與步進電機70、單片機10連接的光電編碼器90，光電編碼器90用于采集步進電機70的轉動角速度并輸出給所述單片機10。

供電模塊40的供電電壓為24v。

本案還提供了一種閥門電動執行器的控制方法，所述控制方法包括：

通過控制輸入模塊20采集溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號；

通過控制界面模塊30采集用戶控制信號；

采集自復位供電模塊50當所述電源的電流輸入信號和/或電壓輸入信號失真時，發出的復位控制信號；

根據接收到的溫度信號、電流輸入信號、電壓輸入信號、壓力變送器信號、用戶控制信號、復位控制信號，發出控制指令、輸出電流輸出信號、電壓輸出信號，所述控制指令包括復位指令和控制驅動指令；

采用驅動模塊60根據控制驅動指令控制步進電機70電源的通斷以及步進電機70的正反轉、轉動角度；

采用數模轉換模塊80輸出電流輸出信號、電壓輸出信號給閥門電動執行器中的閥門開度反饋模塊200；

采用所述自復位供電模塊50接收復位指令并控制閥門關閉；

還包括采用rs485通信模塊100與計算機通信；

上述過程中，通過控制界面模塊30顯示閥門狀態。

下面對閥門電動執行器具體結構進行描述，如圖2至圖4所示，閥門電動執行器包括機架1，機架1設置有輸出軸2及驅動輸出軸2升降的電動驅動組件，機架1設置有控制裝置的電路板7，輸出軸2沿豎向設置，電動驅動組件包括與輸出軸2外周呈螺紋配合且相對轉動的配合件3及驅動配合件3轉動的電機6，配合件3為轉動設置于機架1的環形構件，內周與輸出軸2外周呈螺紋配合，外周與下文的傳動齒輪相嚙合，機架1位于輸出軸2上方設置有可相對機架1轉動的操作盤4，操作盤4轉軸與輸出軸2轉軸位于同一直線上，輸出軸2外周固定設置有與呈多邊形的聯動塊21，操作盤4同軸設置有內周與聯動塊21形狀相適配的聯動套41，配合件3作為輸出軸2的螺紋軌道，在操作盤4通過聯動套41帶動輸出軸2轉動時，輸出軸2可沿聯動套41內部進行升降，從而實現手動驅動輸出軸2升降的功能，配合電動驅動組件，使單一閥門執行器同時具有手動和電動的驅動方式，可按需進行選擇，擴展閥門執行器的實用功能。

聯動套41與操作盤4對應的端部與操作盤4之間設置有穿過操作盤4并與聯動套41螺紋配合的安裝螺栓42，安裝螺栓42使聯動套41與操作盤4之間為可拆卸的安裝配合，增加可更換部件可延長使用壽命，也降低維修難度。

機架1上設置有滑塊11及供滑塊11往復滑移的滑道12，滑道12沿靠近及遠離操作盤4的方向設置，操作盤4邊緣設置有功能缺口43，滑塊11設置有與功能缺口43卡配構成操作盤4的周向限位的功能限制部13，在不使用操作盤4時，將功能限制部13移動至功能缺口43與其卡配，使操作盤4無法轉動，避免產生誤操作或被輸出軸2反向帶動轉動，在使用操作時，將功能限制部13遠離功能缺口43與取消卡配，操作盤4可自由轉動，滑塊11作為手動驅動方式的鎖定件。

機架1位于輸出軸2兩側設置有與輸出軸2平行的穩定導軌14，輸出軸2上套設有與輸出軸2同步升降的穩定導向塊5，穩定導向塊5的兩側分別設置有滑移于穩定導軌14的導向缺口51，輸出軸2位于下方的部分由于長度較長，在輸出過程中存在振動，增設穩定導向塊5增加輸出軌道的導向位，配合兩側的穩定導軌14與輸出軸2同步穩定升降，可在穩定導軌側面設置刻度，用于指示升降位置。

電動驅動組件還包括主動齒輪61，驅動電機6驅動主動齒輪61轉動，機架1位于主動齒輪61與配合件3之間設置有一個以上依次聯動的傳動齒輪62，多個傳動齒輪62用于銜接主動齒輪61與配合件3，保證穩定傳動，此外，安裝不同的傳動齒輪62使執行器具有不同的輸出轉速及扭矩，可調功能更多。

以上所述，僅是本發明的最佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，均屬于權利要求保護的范圍。