专利名称：智能型阀门电动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用传感器检测和微电子技术控制的阀门用电动装置，该装置与阀门配套组成电动阀门，实施对管网系统中输送的介质参数的自动控制与管理。
背景技术：
国家现行的阀门电动装置专业标准JB/T8528-1997规定，适用于“电动机驱动、电触点控制、单一转速式闸阀、截止阀、节流阀、隔膜阀、球阀和碟阀等阀门用普通型电动装置”。这种类型的电动装置都是以电动机驱动的减速机构为主体，主体上置有对阀门开度和阀门转动力矩进行检测和控制的弹簧和机械齿轮、计数器、凸轮、电位计、触点等机构，由机电式控制方式完成对阀门的操作。这类电动装置存在的共同问题是1.结构复杂其主体减速器部分为机械结构，而控制部分是机电式结构，如转矩控制机构DSW和阀门开度控制机构。
2.输出轴转矩检测和阀门开度检测精度低所述检测值是经齿轮传输、计数器放大，再经电位器、凸轮和触点后输出的，经过这样一个复杂的机电过程，其精度会发生很大扭曲，尤其是转矩的检测值，它是在外力作用下依靠弹簧的变形量被放大后输出的，转矩精度仅为±7～10％，无法进一步提高。另外，由于受凸轮上机械触点的数目所限，其输出的检测值只能是间断的模拟信号。而间断的模拟信号无法满足网络化的要求。
3.使用安全性差凸轮、触点的输出是在强电条件下工作的，它极易产生接触不良或打火现象，存在着很大的隐患。
4.工作可靠性低已有阀门电动装置的计数器为仪表齿轮结构，通过人工用改锥调整螺钉(定位)以确定触点信号值，经常出现齿轮啮合不到位和定位不准的情况，致使故障或事故经常发生，严重影响电动阀门工作的可靠性。
5.关闭零点会产生漂移已有阀门电动装置，初期所调定的关闭位置(零点)，在电动阀门使用过程中将随着阀门密封面的变形、磨损以及阀门关死时转矩的变化而发生变化。关闭点会产生零点漂移的问题是机电式控制的电动阀门难以解决的，这将会给长期使用中的电动阀门关闭的密封性带来严重后果。
6.单一的启闭速度易引发水锤现象已有阀门电动装置在工作过程中因是单一速度，这对管网系统中较大口径的阀门在实施关闭时，容易引发“水锤”现象，使管网系统出现爆管危险事故。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述传统技术中存在的问题，提供一种智能型阀门电动装置，该装置安全性好，可靠性高、精度高。
本发明的技术方案如下一种智能型阀门电动装置，包括机械结构部分和电控部分，所述机械结构部分基本保留已有阀门电动装置的结构，即设有电动机，减速机构，驱动机构，减速机构包括齿轮副和蜗杆副，驱动机构包括蜗轮及其输出轴、法兰接盘，还设有与输出轴一端相连的手轮机构，以及设在手轮与输出轴之间的手动一电动切换装置，本发明的结构特征是所述机械结构部分中，取消原有的机电式转矩控制机构和阀门开度控制机构，代之以在减速机构蜗杆轴的一端设置非触点式输出轴转矩值检测机构，在输出轴的末端并于法兰接盘前设置可检测阀门开度的光电传感器，在电动机内设置温度传感器；所述电控部分是模块化的微电脑控制系统，该系统内设置由AVR高速嵌入式单片机为主控电路的控制度器模块和以小功率输入控制大功率输出的功率控制模块，所述控制器模块分别连接功率控制模块、备用电源、多功能控制面板、报警电路、接有用户计算机的模拟信号输入/输出电路或标准通信接口，控制器模块还分别接收由非触点式输出轴转矩值检测器、光电传感器、温度传感器送来的检测信号；驱动电动机工作或停止以及确定其转动方向所需的三相电源经功率控制模块控制输入；控制器模块接收的上述检测器、传感器或用户计算机输入的信号，经过单片机中内存的程序数据进行比对判断，并据此向功率控制度模块发出指令以控制电动机的工作状态，同时提供多功能控制面板显示工况。
所述非触点式输出轴转矩值检测机构分为用于多回转阀门电动装置检测的力值传感器和用于部分回转阀门电动装置检测的磁力耦合器；所述力值传感器安装在多回转阀门电动装置的蜗杆轴的外侧端，该力值传感器是由固定在箱体上的定位法兰端与整体结构的传感器主体构成；所述定位法兰端为圆形矮柱状，其与传感器主体连接的一端为阶梯形凸台；所述传感器主体外部呈圆柱状，其内一端设有与定位法兰端阶梯形凸台相配合并与之固接的前端连接部分，另一端有与蜗杆轴连接的后端接口部分，该后端接口部分上有与蜗杆轴相配合的轴向孔，该轴向孔外侧段的孔径比内侧段的大，两段轴向孔的衔接处有一台阶，在轴向孔外侧段的末端有一卡槽，卡槽内装弹簧卡圈，在传感器主体的前端连接部分与后端接口部分之间是园片状弹性体，弹性体的两侧面各与阶梯形凸台顶面、后端接口部分之间有间距，弹性体中央有同轴线的受力杆，弹性体通过受力杆与后端连接部分连接为一体，在弹性体靠近阶梯形凸台的侧面上固接有应变片，在传感器主体外面有保护罩；所述磁力耦合器安装在部分回转阀门电动装置的蜗杆轴和电动机之间，该磁力耦合器由同轴套接在电机轴上的衔铁和固接在蜗杆轴端套内的永磁体构成，衔铁呈杯状，永磁体为圆筒状，永磁体套在衔铁外，二者为同轴线，衔铁与永磁体之间是滑配合。
所述力值感器上的应变片是桥式连接的电阻线圈，其输出线经传感器主体上的引线孔引出；所述磁力耦合器中的圆筒状永磁体，可以是整体结构，还可以是由彼此有间距的块状组合而成，装在蜗杆轴端套内的永磁体顶部有压紧卡圈。
所述光电传感器设置彼此有间距的两对光电二极管和光明三极管，在所述二极管和三极管之间插入有沿周向间隔开槽的码盘，该间隔开槽的挡光部分、通光部分的宽度大于两个光电二极管之间的距离，所述码盘套装并固定在与输出轴同轴固接的套筒上，光电传感器经底座固定在箱体上；所述温度传感器是热敏电阻，置于电动机的定子内。
所述码盘是圆形金属片，其上的开槽呈矩形，所述光电传感器呈 形，码盘悬空衔入该 形缺口中，光电二极管、光明三极管分别位于该缺口两边突出的部位内，当码盘随输出轴转动时，盘上间隔开槽的挡光部分、通光部分随之顺次先后通过每对光电二极管和光明三极管。
所述电控部分中的控制器模块由控制器模块I和控制器模块II经接插件连接组成；所述标准通信接口是RS-485隔离串行接口；所述控制器模块II中设有AVR高速嵌入式单片机，由光电传感器传来的阀门开度的检测信号，经接插件、码盘方向判别电路送至单片机的输入/出接口；由温度传感器传来的电动机温度检测信号，经接插件、温度信号变换电路送至单片机的A/D转换接口；单片机还分别经接插件连接功率控制模块、经接插件接CPU调试装订接口、经接插件接备用电源，多功能控制面板上的数码管经显示驱动电路接单片机的输入/出接口，单片机还经接口接报警电路，微动按键分别接单片机相关的输入/出接口；所述控制器模块I中设有由滤波器和电源变换器顺次连接构成的电源电路；由力值传感器传来的输出轴转矩检测信号经接插件、力值传感器信号变换电路，再经接插件送至单片机的A/D转换接口；在控制器模块I中还设有阀门开度和流量控制的模拟信号输入电路、脉宽调制信号变换电路，用户计算机送来控制阀门开度的4～20mA模拟量信号经端子、模拟信号输入电路、接插件送至单片机的A/D转换接口；由光电传感器向单片机输入的计数脉冲和转动方向信号，即对应的阀门开度检测信号，经CPU累加处理后变为脉宽调制形式的模拟量信号输出，该信号经接插件送至脉宽调制信号变换电路，经该电路变换成4～20mA标准模拟信号输出；所述电控部分还兼容另一种传输方式是，单片机经接插件、RS-485隔离串行接口电路传输数字信号，并通过该隔离串行接口电路接微机实现数字化联网；上述模拟信号或数字信号的采用，二者同时只取其一。
所述单片机采用型号为ATMEGA163芯片；所述码盘方向判别电路采用芯片型号为ST289A的集成电路；所述温度信号变换电路设有两级连接的运算放大器电路；所述显示驱动电路采用芯片型号为MAX7219的集成电路；所述力值传感器信号变换电路由仪表放大器电路和运算放大器电路顺次连接构成；所述脉宽调制信号变换电路设有顺次连接的运算放大器电路，其后再顺次连接电平变换管、运算放大器、电流变换管；所述RS-485隔离串行接口电路设有提供电源的直流/直流变换器，还设有光电耦合器它们的一端分别连接接插件，另一端分别连接串行接口芯片，该芯片再经隔离串行接口接用户计算机。
所述功率控制模块设有输入控制电路、固态继电器电路、电源保护电路、缺相检测电路；输入控制电路的输入一侧经接插件接单片机，其输出一侧接固态继电器电路，三相动力电源分别接入固态继电器电路，经其控制后向电动机输出可换相的工作电源或无电源输出，在三相动力电源的每一相输入端都分别接有保护电路；向电机输出的三相电源中每一相线都分别接在缺相检测电路上，该电路再经接插件接单片机。
所述输入控制电路的构成是，在该电路与接插件连接的一侧有正、负电源线，输入控制线，换相控制线，在电路中还设有3个开关管，5个限流电阻和5个旁路电阻，其连接关系如下正电源线接控制电源开关管的集电极，输入控制线接其基级，在该开关管发射极的节点上并接各限流电阻的一端，各限流电阻的另一端分别接旁路电阻，构成5条电阻串联支路，即第1个限流电阻串接第1个和第2个旁路电阻、第2个限流电阻串接第个2旁路电阻、第3个限流电阻串接第3个和第2个旁路电阻、第4个限流电阻串接第4个旁路电阻、第5个限流电阻串接第5个旁路电阻，上述各电阻串联支路的另一端接负电源线；换相控制线分别接两个控制换相开关管的基极，其中一个控制换相开关管的集电极接至第2个限流电阻与第2个旁路电阻连接的节点上，另一个控制换相开关管的集电极接至第4个限流电阻与第4个旁路电阻连接的节点上，两个控制换相开关管的发射极接负电源线；所述固态继器电路是由5个小功率可控硅输出的光电耦合器依次分别连接5个大功率双向可控硅构成，各光电耦合器的2个输入端依次分别跨接在各旁路电阻的两端，第1个和第2个可控硅的一个极连接三相动力电源的X相线，第3个和第4个可控硅的一个极连接Y相线，第5个可控硅的一个极连接Z相线，第1个和第4个可控硅的另一个极连接向电机供电的一条输出线，第2个和第3个可控硅的另一个极连接另一条供电输出线，这两条供电输出线的相位可受控互换，第5个可控硅的另一个极连接第3条供电输出线。
所述多功能控制面板设置用于显示工作参数的数码管，还有用于显示电源、报警、显示选择项目和状态选择项目的发光二极管，用于选择项目及参数设定、修订的微动按健；所述备用电源，是外供6V直流电源，用以保证电源突然断电，启用手动开关阀门时，对阀门开度变化的记忆。
本发明的主要优点是该装置是采用微电脑、传感器、多功能控制面板构成的光机电体化的高技术产品，能实现对阀门全部工作的自动检测、监视、控制，其机械结构部分仅作为一种传输机械运动的载体，不参与对阀门的检测、控制，从而有效解决了传统技术中存在的结构复杂、精度低、可靠性差、安全性不好等问题。其中尤为突出的是(1)由三组传感器构成的检测信号装置均为非触点式，所获取的信号是弱电条件下电动阀门工作过程中全程检测的连续电信号，其不仅精度高、可靠性高，而且重复精度高，可直接将信号连续地输入到CPU中；(2)功率控制模块由封装在环氧树脂中的固态继电器等组成，以小功率输入控制大功率输出，在大电流状态下通过实施换相控制电机的正反转动，不会发生打火现象，因此可保证电动阀门在易燃、易爆、振动环境中安全可靠地工作；增加调速电路(TS)后，功率控制模块还可实现对电动阀门在关闭过程中由快速到慢速的减速关闭，因此对大口经或高压力状态下工作的电动阀门，可以极大地减缓或避免阀门在关闭过程中对管网系统所引发的“水锤”现象，从而保护了管网系统；(3)控制器模块对接收的信号实施程序控制，即准确又简捷，还可实施工作过程的连续监控，使该电动装置的运转状况既可满足阀门开阀时的特定要求，又可在一般情况下不出现超负荷工作；微电脑的程序控制，还可以对阀门关闭时开度为“0”的位置实施随机跟踪并及时复零，以消除“零点”飘移；(4)本发明的装置可以为整体式也可为分体式，根据使用情况实施本机控制、远程控制或联网控制；(5)本发明的电控部分，除采用模拟信号外还兼容采用标准通讯接口进行数字信号远程传输的方式，也可进行无线通讯信号或远红外信号的传输，方式多种，灵活方便，满足用户需求；(6)设有报警装置，便于及时了解、排除故障，保护设备；采用多功能控制面板和数字显示屏，操作方便，显示准确直观，也便于及时修订参数。总之，本发明是一种“适用于电动机驱动、传感器检测、微电脑程序控制、定转速或变转速式闸阀、截止阀、节流阀、隔膜阀、球阀和蝶阀等阀门用的电动装置”，其经济效益、社会效益显著。
图1为本发明电动装置与阀门总体结构示意图，图中1为电动装置，2为阀门；图2为本发明检测与控制总体结构框图；图3、图4、图5分别是本发明电动装置结构正视图、俯视图、侧视图；图6是本发明力值传感器安装结构图；图7是本发明力值传感器结构剖视图；图8是本发明磁力耦合器结构剖视图；图9-1、图9-2分别是本发明光电传感器结构及安装剖视图、局部俯视图；图10-1、图10-2是本发明控制器模块I电路原理图；图11-1、图11-2、图11-3是本发明控制器模块II电路原理图；图12是本发明功率控制模块电路原理图。
具体实施例方式
实施例1多回转阀门电动装置，由机械结构部分和电控部分构成，其机械部分保持已有的结构，即仍设有电动机，减速机构，驱动机构，减速机构包括齿轮副和蜗杆副，驱动机构包括蜗轮7及其输出轴4、法兰接盘5和与输出轴一端相连的手轮机构13，以及设在手轮与输出轴之间的手动一电动切换装置14。
本发明的特征是，该机械结构部分仅作为阀门电动装置传输机械运动的载体，并不参与对阀门的检测与控制，它相对于电控部分9独立设置。在机械结构部分中取消了原有的机电式转矩控制机构和阀门开度控制机构(包括计数器机构、控制凸轮机构、电位器组件、位置发送器、位置指示器等)。代之以在减速机构蜗杆轴6的一端设置可检测输出轴转矩值的力值传感器11，在输出轴4的末端并于法兰接盘5前设置可检测输出轴驱动阀门开度的光电传感器8，在电动机内设置温度传感器12(以上参见图2-图5)。
以下参见图6、图7，所述力值传感器是由固定在箱体42上的定位法兰端15与整体结构的传感器主体17固接构成；所述定位法兰端15为圆形矮柱状，其与传感器主体连接的一端为阶梯形凸台，与箱体连接的中央有轴向螺纹孔16；所述传感器主体17外部呈圆柱状，其内一端设有与定位法兰端阶梯形凸台相配合并与之固接的前端连接部分21，另一端有与蜗杆轴6连接的后端接口部分23，该后端接口部分内有与蜗杆轴相配合的轴向孔24，该轴向孔外侧段的孔径比内侧段的大，两段轴向孔的衔接处有一台阶25，在轴向孔外侧段的末端有一卡槽26，卡槽内装弹簧卡圈27，在传感器主体的前端连接部分和后端接口部分之间是园片状弹性体18，弹性体的两侧面各与阶梯形凸台顶面、后端连接部分之间有间距，弹性体中央有同轴线的受力杆20，弹性体通过受力杆与后端接口部分连接为一体，在弹性体靠近阶梯形凸台的侧面上固接有应变片19，在传感器主体外面有保护罩28；所述应变片19是桥式连接的电阻线圈，其输出线经传感器主体上的引线孔22引出。当蜗杆轴6受拉时，蜗杆端头螺母34压迫轴承35的内圈传递到其外圈，再作用在弹簧卡圈27上，将力传递到传感器的弹性体18，通过应变片19将信号传递出去；反之，当蜗杆轴6受压时，通过蜗杆轴台阶36将压力作用在轴承35的内圈上传递到其外圈，再作用在轴向孔的台阶25上将力传递到弹性体18，通过应变片19将相应的信号传递出去。
以下参见图9-1、图9-2、图11-3，所述光电传感器8设置彼此有间距的两对光电二极管和光明三极管，在所述二极管和三极管之间插入有间隔开槽的码盘30，该间隔开槽的挡光部分32、通光部分31的宽度大于两个光电二极管之间的距离；所述码盘30套装并固定在与输出轴同轴固接的套筒29上，光电传感器8经底座37固定在箱体42上；所述码盘30是圆形金属片，其上的开槽呈矩形，所述光电传感器8呈 形，码盘30悬空衔入该 形缺口33中，光电二极管、光明三极管分别位于该缺口两边突出的部位内，当码盘随输出轴转动时，盘上间隔开槽的通光部分31、挡光部分32随之顺次先后通过每对光电二极管和光明三极管。当间隔开槽的挡光部分遮住光电二极管时，光电传感器无输出，反之有信号输出，以此得到计数脉冲信号；当码盘随输出轴正转或反转时，其挡光部分(或通光部分)先后通过两个二极管的次序不同，以此得到输出轴转动方向的信号；如此输出阀门开度的检测信号。本实施例中光电传感器采用的型号为ST256C。
所述温度传感器12是热敏电阻，置于电动机的定子内，当电动机温度出现异常时可通过单片机D11切断电源，并启动报警。
所述电控部分是模块化的微电脑控制系统，该系统内设置由AVR高速嵌入式单片机为主控电路的控制器模块，及以小功率输入控制大功率输出的功率控制模块，所述控制器模块由控制器模块I和控制器模块II经接插件X2连接组成，所述单片机的型号为ATMEGA163。当电动装置运行过程中，检测数据与单片机中的内存程序数据比对，有异常情况时，即发出报警信号并同时切断电机电源，停止工作并显示相应故障代号；当阀门达到关闭位置时，实施复零，以消除零点飘移。
以下参见图2、图12-1、图12-2、图12-3，在控制器模块II中设有AVR高速嵌入式单片机D11，由光电传感器8传来的阀门开度的检测信号，经接插件X4、码盘方向判别电路D15送至单片机D11的输入/出接口；由温度传感器12传来的电动机温度检测信号，经接插件X5、温度信号变换电路WX送至单片机D11的转换接口；单片机D11还分别经接插件X7连接功率控制模块、经接插件X6接CPU调试装订接口、经接插件X8接备用电源，多功能控制而板上的数码管DB1～DB5经显示驱动电路D12接单片机D11的输入/出接口，单片机D11还分别经接口PBO接报警电路BJ，微动按键K1～K5分别接单片机D11相关的输入/出接口；所述码盘方向判别电路D15采用芯片型号为ST289A的集成电路；所述温度信号变换电路WX设有两级连接的运算放大器电路，运放器N5A、N5B为MAX2236芯片，所述显示驱动电路D12采用芯片型号为MAX7219的集成电路；所述备用电源为外供6V直流电源，用以保证电源突然断电，启用手动开关阀门时，对阀门开度变化的记忆。
所述多功能控制面板设置用于显示工作参数的LED数码管DB1～DB5，用于显示电源、报警、显示选择和状态选择等的发光二极管H1～H10，用于选择项目、开关工作及参数设定、修订的微动按键K1～K5。
以下参见图2、图11-1、图11-2，所述控制器模块I中设有由滤波器ZF1和电源变换器G1顺次连接构成的电源电路，为控制电路提供+5V、+15V的电源。由力值传感器11传来的输出轴转矩检测信号经接插件X3力值传感器信号变换电路LB，再经接插件X2送至单片机D11进行比较判断，以控制输出转距；在控制器模块I中还设有阀门开度和流量控制的模拟信号输入电路MR、脉宽调制信号变换电路PWM，用户计算机送来控制阀门开度的4～20mA模拟量信号经端子X1B、模拟信号输入电路MR、接插件X2送至单片机D11进行A/D转换，以实现模拟量的阀门开度或流量控制。由光电传感器向单片机D11输入的脉冲计数和转动方向信号，经CPU累加处理后变为脉宽调制形式的模拟量信号输出，该信号经接插件X2送至脉宽调制信号变换电路PWM，经该电路变换成4～20mA标准模拟信号输出；所述电控部分还兼容另一种信号传输方式是，根据用户需要，采用标准通信接口即RS-485隔离串行接口传输数字信号，单片机D11经接插件X2、RS-485隔离串行接口电路传输数字信号，并通过该隔离串行接口电路接微机实现数字化联网，实施对阀门的精确开度控制、集取运行数据等。上述模拟信号或数字信号的采用，二者同时只能取其一。
所述力值传感器信号变换电路LB由仪表放大器N1电路和运算放大器N2A电路顺次连接构成。其中，芯片N1为MAX122型，N2A为1/2MAX2234。
所述脉宽调制信号变换电路PWM设有顺次连接的运算放大器N2B、N4A电路，其后再顺次连接电平变换管V2、运算放大器N4B、电流变换管V3。其中，芯片N4A、N4B为MAX2234型，N2B为1/2MAX2234芯片。
所述RS-485隔离串行接口电路设有提供电源的直流/直流变换器G2，还设有光电耦合器D1、D2A、D2B，它们的一端分别连接接插件X2，另一端分别连接串行接口芯片D3，芯片D3再经隔离串行接口X1D接用产计算机。
以下参见图2、图12，所述功率控制模块设有输入控制电路SK、固态继电器电路GJ、电源保护电路BH1～BH3、缺相检测电路QX；电路SK的输入一侧经接插件X7接单片机D11，其输出一侧接固态继电器电路GJ，三相动力电源X、Y、Z分别接入固态继电器电路，经其控制后向电动机输出可换相的工作电源X1、Y1、Z1或Y1、X1、Z1或无电源输出，在三相动力电源X、Y、Z的每一相输入端都分别接有保护电路BH1～BH3；向电机输出的三相电源中每一相线都分别接在缺相检测电路QX上，电路QX再经接插件X7接单片机D11。
所述输入控制电路SK的构成是，在该电路与插件X7连接的一侧有正、负电源线1、4，输入控制线2，换相控制线3，在电路中还设有3个开关管V1、V2、V3，5个限流电阻R7～R11和5个旁路电阻R12～R16，其连接关系如下正电源线1接控制电源开关管V1的集电极，输入控制线2接其基级，在该开关管发射极的节点上并接各限流电阻的一端，各限流电阻的另一端分别与旁路电阻相接构成5条电阻串联支路，即电阻R7串接电阻R16、电阻R8串接电阻R15、电阻R9串接电阻R14、R13、电阻R10串接电阻R13、电阻R11串接电阻R12、R13，上述各电阻串联支路的另一端接负电源线4；换相控制线3分别接控制换相开关管V2、V3的基极，开关管V2的集电极接至电阻R10与电阻R13连接的节点上，开关管V3的集电极接至电阻R8与电阻R15连接的节点上，这两个开关管的发射极接负电源线4；所述固态继器电路GJ是由5个小功率可控硅输出的光电耦合器U1～U5依次分别连接5个大功率双向可控硅G1～G5构成；各光电耦合器的2个输入端依次分别跨接在各旁路电阻R12～R16的两端，可控硅G1、G2的一个极连接三相动力电源的X相线，可控硅G3、G4的一个极连接Y相线，可控硅G5的一个极连接Z相线，可控硅G1、G4的另一个极连接向电机供电的一条输出线X1/Y1，可控硅G2、G3的另一个极连接另一条供电输出线Y1/X1，这两条供电输出线的相位可受控互换，可控硅G5的另一个极连接第3条供电输出线Z1。
以下简述功率控制模块电路动作过程，(1)控制电动机停止或启动当输入控制线2为高电位时，开关管V1导通，则光电耦合器U5得电导通，输入控制电路SK的供电回路构成，该电路导通则电动机得电启动；反之当线2为低电位时电路SK不导通，则光电耦合器U5及可控硅G5不导通，向电动机输出工作电源的回路断开，电动机停止。(2)控制电动机正转、反转在电路SK导通的前提下，当换相控制线3为低电位时，开关管V2、V3关闭，则光电耦合器U2、U4导通，使可控硅G2、G4也导通，此时向电动机输出的电源相位为Y1、X1、Z1；反之，当线3为高电位时，开关管V2、V3导通，则光电耦合器U1、U3导通，使可控硅G1、G3也导通，此时向电动机输出的电源相位为X1、Y1、Z1，由此实现控制电动机的正、反转。(3)缺相检测当向电动机输出的三相电源都有时，光电耦合器V10的输出电压达到设定值，电路正常工作；当所述电源缺相时，光电耦合器V10的输出电压低于设定值时，由其输出线5经接插件X7，向单片机D11发出缺相信号，该信号经A/D转换后启动报警电路BJ发出报警信号，同时单片机D11还向功率控制模块的输入控制线2送出低电位，切断电动机电源。
实施例2部分回转阀门电动装置，该装置中输出轴转矩值检测器采用磁力耦合器，其它结构同实施例1。
以下参见图8，所述磁力耦合器安装在蜗杆轴6和电动机3之间，该磁力耦合器由同轴套接在电机轴38上的衔铁43和固接在蜗杆轴端套39内的永磁体40构成，衔铁呈杯状，永磁体为圆筒状，永磁体40套在衔铁43外，二者是同轴线，衔铁与永磁体之间是滑配合，永磁体顶部有压紧卡圈41。
磁力耦合器的工作过程是，当电动机3转动时，电机轴38带动衔铁43转动，在设定的转矩值内永磁体40及蜗杆轴6随同一起转动，并带动其上的码盘转动，则光电传感器有输出；当转动超出设定的转矩值时，电机轴38只带着衔铁43空转，而永磁体40、蜗杆轴6不动，则无转矩输出，码盘也不转，光电传感器无输出。
另外，在本发明阀门电动装置的功率控制模块中还可以设置与单片机D11相连的调速电路TS，该电路的输出端分别接在各大功率可控硅G1～G5的控制极上(如图12中虚线所示电路)，通过控制其导通角的大小，来调节输出功率进而控制电机转速，实现调速功能。
权利要求
1.一种智能型阀门电动装置，包括机械结构部分和电控部分，所述机械结构部分设有电动机，减速机构，驱动机构，减速机构包括齿轮副和蜗杆副，驱动机构包括蜗轮及其输出轴、法兰接盘，还设有与输出轴一端相连的手轮机构，以及设在手轮与输出轴之间的手动—电动切换装置，其特征在于所述机械结构部分中，在减速机构蜗杆轴的一端设置非触点式输出轴转矩值检测机构，在输出轴的末端并于法兰接盘前设置可检测阀门开度的光电传感器，在电动机内设置温度传感器；所述电控部分是模块化的微电脑控制系统，该系统内设置由AVR高速嵌入式单片机为主控电路的控制度器模块和以小功率输入控制大功率输出的功率控制模块，所述控制器模块分别连接功率控制模块、备用电源、多功能控制面板、报警电路、接有用户计算机的模拟信号输入/输出电路或标准通信接口，控制器模块还分别接收由非触点式输出轴转矩值检测器、光电传感器、温度传感器送来的检测信号；驱动电动机工作或停止以及确定其转动方向所需的三相电源经功率控制模块控制输入；控制器模块接收的上述检测器、传感器或用户计算机输入的信号，经过单片机中内存程序数据进行比对判断，并据此向功率控制度模块发出指令以控制电动机的工作状态，同时提供多功能控制面板显示工况。
2.按照权利要求1所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述非触点式输出轴转矩值检测机构分为用于多回转阀门电动装置检测的力值传感器和用于部分回转阀门电动装置检测的磁力耦合器；所述力值传感器安装在多回转阀门电动装置的蜗杆轴的外侧端，该力值传感器是由固定在箱体上的定位法兰端与整体结构的传感器主体构成；所述定位法兰端为圆形矮柱状，其与传感器主体连接的一端为阶梯形凸台；所述传感器主体外部呈圆柱状，其内一端设有与定位法兰端阶梯形凸台相配合并与之固接的前端连接部分，另一端有与蜗杆轴连接的后端接口部分，该后端接口部分上有与蜗杆轴相配合的轴向孔，该轴向孔外侧段的孔径比内侧段的大，两段轴向孔的衔接处有一台阶，在轴向孔外侧段的末端有一卡槽，卡槽内装弹簧卡圈，在传感器主体的前端连接部分和后端接口部分之间是园片状弹性体，弹性体的两侧面各与阶梯形凸台顶面、后端接口部分之间有间距，弹性体中央有同轴线的受力杆，弹性体通过受力杆与后端连接部分连接为一体，在弹性体靠近阶梯形凸台的侧面上固接有应变片，在传感器主体外面有保护罩；所述磁力耦合器安装在部分回转阀门电动装置的蜗杆轴和电动机之间，该磁力耦合器由同轴套接在电机轴上的衔铁和固接在蜗杆轴端套内的永磁体构成，衔铁呈杯状，永磁体为圆筒状，水磁体套在衔铁外，二者为同轴线，衔铁与永磁体之间是滑配合。
3.按照权利要求2所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述力值感器上的应变片是桥式连接的电阻线圈，其输出线经传感器主体上的引线孔引出；所述磁力耦合器中的圆筒状永磁体，可以是整体结构，还可以是由彼此有间距的块状组合而成，装在蜗杆轴端套内的永磁体顶部有压紧卡圈。
4.按照权利要求1所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述光电传感器设置彼此有间距的两对光电二极管和光明三极管，在所述二极管和三极管之间插入有沿周向间隔开槽的码盘，该间隔开槽的挡光部分、通光部分的宽度大于两个光电二极管之间的距离，所述码盘套装并固定在与输出轴同轴固接的套筒上，光电传感器经底座固定在箱体上；所述温度传感器是热敏电阻，置于电动机的定子内。
5.按照权利要求4所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述码盘是圆形金属片，其上的开槽呈矩形，所述光电传感器呈 形，码盘悬空衔入该 形缺口中，光电二极管、光明三极管分别位于该缺口两边突出的部位内，当码盘随输出轴转动时，盘上间隔开槽的挡光部分、通光部分随之顺次先后通过每对光电二极管和光明三极管。
6.按照权利要求1所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述电控部分中的控制器模块由控制器模块(I)和控制器模块(II)经接插件(X2)连接组成；所述标准通信接口是RS-485隔离串行接口；所述控制器模块(II)中设有AVR高速嵌入式单片机(D11)，由光电传感器(8)传来的阀门开度的检测信号，经接插件(X4)、码盘方向判别电路(D15)送至单片机(D11)的输入/出接口；由温度传感器(12)传来的电动机温度检测信号，经接插件(X5)、温度信号变换电路(WX)送至单片机(D11)的A/D转换接口；单片机(D11)还分别经接插件(X7)连接功率控制模块、经接插件(X6)接CPU调试装订接口、经接插件(X8)接备用电源，多功能控制面板上的数码管(DB1～DB5)经显示驱动电路(D12)接单片机(D11)的输入/出接口，单片机(D11)还经接口(PBO)接报警电路(BJ)，微动按键(K1～K5)分别接单片机(D11)相关的输入/出接口；所述控制器模块(I)中设有由滤波器(ZF1)和电源变换器(G1)顺次连接构成的电源电路；由力值传感器(11)传来的输出轴转矩检测信号经接插件(X3)、力值传感器信号变换电路(LB)，再经接插件(X2)送至单片机(D11)的A/D转换接口；在控制器模块(I)中还设有阀门开度和流量控制的模拟信号输入电路(MR)、脉宽调制信号变换电路(PWM)，用户计算机送来控制阀门开度的4～20mA模拟量信号经端子(X1B)、模拟信号输入电路(MR)、接插件(X2)送至单片机(D11)的A/D转换接口；由光电传感器向单片机(D11)输入的计数脉冲和转动方向信号，即对应的阀门开度检测信号，经CPU累加处理后变为脉宽调制形式的模拟量信号输出，该信号经接插件(X2)送至脉宽调制信号变换电路(PWM)，经该电路变换成4～20mA标准模拟信号输出；所述电控部分还兼容另一种传输方式是，单片机(D11)经接插件(X2)、RS-485隔离串行接口电路传输数字信号，并通过该隔离串行接口电路接微机实现数字化联网；上述模拟信号或数字信号的采用，二者同时只取其一。
7.按照权利要求6所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述单片机(D11)采用型号为ATMEGA163芯片；所述码盘方向判别电路(D15)采用芯片型号为ST289A的集成电路；所述温度信号变换电路(WX)设有两级连接的运算放大器电路；所述显示驱动电路(D12)采用芯片型号为MAX7219的集成电路；所述力值传感器信号变换电路(LB)由仪表放大器(N1)电路和运算放大器(N2A)电路顺次连接构成；所述脉宽调制信号变换电路(PWM)设有顺次连接的运算放大器(N2B、N4A)电路，其后再顺次连接电平变换管(V2)、运算放大器(N4B)、电流变换管(V3)；所述RS-485隔离串行接口电路设有提供电源的直流/直流变换器(G2)，还设有光电耦合器(D1、D2A、D2B)它们的一端分别连接接插件(X2)，另一端分别连接串行接口芯片(D3)，该芯片(D3)再经隔离串行接口(X1D)接用户计算机。
8.按照权利要求1所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述功率控制模块设有输入控制电路(SK)、固态继电器电路(GJ)、电源保护电路(BH1～BH3)、缺相检测电路(QX)；电路(SK)的输入一侧经接插件(X7)接单片机(D11)，其输出一侧接固态继电器电路(GJ)，三相动力电源(X、Y、Z)分别接入固态继电器电路，经其控制后向电动机输出可换相的工作电源(X1、Y1、Z1或Y1、X1、Z1)或无电源输出，在三相动力电源(X、Y、Z)的每一相输入端都分别接有保护电路(BH1～BH3)；向电机输出的三相电源中每一相线都分别接在缺相检测电路(QX)上，电路(QX)再经接插件(X7)接单片机(D11)。
9.按照权利要求8所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述输入控制电路(SK)的构成是，在该电路与接插件(X7)连接的一侧有正、负电源线(1、4)，输入控制线(2)，换相控制线(3)，在电路中还设有3个开关管(V1、V2、V3)，5个限流电阻(R7～R11)和5个旁路电阻(R12～R16)，其连接关系如下正电源线(1)接控制电源开关管(V1)的集电极，输入控制线(2)接其基级，在该开关管发射极的节点上并接各限流电阻的一端，各限流电阻的另一端分别接旁路电阻，构成5条电阻串联支路即第1个限流电阻(R11)串接第1个和第2个旁路电阻(R12、R13)、第2个限流电阻(R10)串接第个2旁路电阻(R13)、第3个限流电阻(R9)串接第3个和第2个旁路电阻(R14、R13)、第4个限流电阻(R8)串接第4个旁路电阻(R15)、第5个限流电阻(R7)串接第5个旁路电阻(R16)，上述各电阻串联支路的另一端接负电源线(4)；换相控制线(3)分别接两个控制换相开关管(V2、V3)的基极，其中一个控制换相开关管(V2)的集电极接至第2个限流电阻(R10)与第2个旁路电阻(R13)连接的节点上，另一个控制换相开关管(V3)的集电极接至第4个限流电阻(R8)与第4个旁路电阻(R15)连接的节点上，两个控制换相开关管的发射极接负电源线(4)；所述固态继器电路(GJ)是由5个小功率可控硅输出的光电耦合器(U1～U5)依次分别连接5个大功率双向可控硅(G1～G5)构成，各光电耦合器(U1～U5)的2个输入端依次分别跨接在各旁路电阻(R12～R16)的两端，第1个和第2个可控硅(G1、G2)的一个极连接三相动力电源的X相线，第3个和第4个可控硅(G3、G4)的一个极连接Y相线，第5个可控硅(G5)的一个极连接Z相线，第1个和第4个可控硅(G1、G4)的另一个极连接向电机供电的一条输出线(X1/Y1)，第2个和第3个可控硅(G2、G3)的另一个极连接另一条供电输出线(Y1/X1)，这两条供电输出线的相位可受控互换，第5个可控硅(G5)的另一个极连接第3条供电输出线(Z1)。
10.按照权利要求1所述的智能型阀门电动装置，其特征在于所述多功能控制面板设置用于显示工作参数的数码管(DB1～DB5)，还有用于显示电源、报警、显示选择项目和状态选择项目的发光二极管(H1～H10)，用于选择项目及参数设定、修订的微动按健(K1～K5)；所述备用电源，是外供6V直流电源。
全文摘要
智能型阀门电动装置属于采用传感器检测和微电子技术控制的阀门用电动装置。主要特征是在已有的机械结构部分设置非触点式检测输出轴转矩值的力值传感器和检测阀门开度的光电传感器，电动机内设温度传感器；其电控部分是模块化的微电脑控制系统，内设有AVR高速嵌入式单片机的控制器模块，接收各传感器的检测信号经处理后控制功率控制模块，进而控制电动机的工作状态。本发明解决了传统技术中结构复杂、安全性差、可靠性低等难题，该装置是光机电一体化的高科技产品，其结构简单、安全性好、精度高、可靠性高，能对阀门全工作过程实现自动检测和监控，其社会效益和经济效益显著。
文档编号F16K37/00GK1570440SQ20041003786
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者郭振兴, 蒋照虎, 邸晓华 申请人:郭振兴