基于电磁阀的流量比例控制装置及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阀门开度的比例控制原理和实现装置，具体涉及一种通过控制 电磁阀在单位时间内的开启时间实现阀门开度的比例控制装置及其实现方法。
【背景技术】
[0002] 在化工、波峰焊、回流焊、燃烧风量调节等行业，常常需要对气体流量进行控制，以 节约资源及用气成本。目前，对气体流量的控制分为开关控制和连续控制，二者主要存在的 缺陷如下： 开关控制要么全开、要么全关，没有中间状态，如电磁阀、节流阀；开关控制的缺点是所 需元件多，成本高，构成系统复杂，智能性低，需要人工调节。连续控制是阀门可以根据需要 打开任意一个开度，可以实现流量的连续控制。连续控制的输出量随输入量（电流值或电压 值）的变化而变化，输出量与输入量之间存在一定的比例关系，具有智能性高、反应快等优 点，与开关控制相比，其使用元件少，构造简单，成本低。这类阀有电磁比例阀、气动比例阀、 电动球阀等。
[0003] 电动球阀构造简单，只由少数几个零件组成，具有良好的流量调节功效。但是电动 球阀反应慢，精度低，仅适用于大中口径、中低压力的应用范畴。
[0004] 电磁比例阀在任何线圈电流下，使弹簧力与电磁力之间产生平衡。线圈电流的大 小或电磁力的大小将影响阀门开度。但是电磁比例阀存在死区，而且当气压太低或太高 时将失去功能：当气压太低时，电磁力不足以打开阀门；当气压太高时，弹簧力不能关闭阀 门。
[0005] 气动调节阀就是以压缩气体为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转 换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤器等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节。 它与电磁比例阀一样存在死区，而且当气压太低或太高时将失去功能。
[0006] 综上所述，应用于气流量控制行业的现有技术和产品，都难以满足市场对控制精 度、可靠性的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种无死区、控制精度高、可靠性好，完全 无需人工调节，可实现最小流量到最大流量连续控制的基于电磁阀的流量比例控制装置和 方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 基于电磁阀的流量比例控制装置，包括具有进气口和出气口的流量比例控制装置主 体，以及用于控制流量比例控制装置主体的电路控制系统；所述流量比例控制装置主体由 至少一个电磁阀构成；所述电路控制系统包括供电的电源电路、驱动电路以及微控制器，所 述微控制器通过所述驱动电路控制所述电磁阀的开关。
[0009] 所述流量比例控制装置主体包括有一个以上的电磁阀，当电磁阀个数为两个及以 上时，所有电磁阀的气路相互并联：所述电磁阀的气路入口相互连通并与所述进气口连通， 所述电磁阀的气路出口相互连通并与所述出气口连通；所述驱动电路数量与所述电磁阀数 量相同，并与所述电磁阀 对应。
[0010] 优选的，所述流量比例控制装置主体的电磁阀个数为10个，与之对应的驱动电路 数量为10组。
[0011] 所述驱动电路包括光耦IC1和IC2,场效应管IC3和IC4,二极管D1，发光二极管 D2, TVS 管 D3,电阻 Rl、R2、R3、R4、R5 和 R6 ; 电阻R1的第一端为控制信号VCP的输入端，与所述微控制器的VCP输出端连接；电阻 R1的第二端与IC1的信号输入端正极连接；电势U1与电阻R2的第一端、场效应管IC3的漏 极连接；电阻R2的第二端与光耦IC1的电源端和场效应管IC3的栅极连接；场效应管IC3 的源极与二极管D1的负极、电阻R3的第一端、TVS管D3的第一端、电磁阀线圈的正极连接； 电阻R3的第二端与发光二极管D2的正极连接，发光二极管D2的负极与TVS管D3的第二 端、场效应管IC4的漏极、电磁阀线圈的负极连接；电阻R4的第一端为控制信号VCN的输入 端，与所述微控制器的VCN输出端连接；电阻R4的第二端与光耦IC2的信号输入端正极连 接；电势U2与光耦IC2电源端、二极管D1的正极连接；光耦IC2的信号输出端与电阻R5的 第一端连接，电阻R5的第二端与电阻R6的第一端、场效应管IC4的栅极连接；电阻R6的第 二端与场效应管IC4的源极连接后接地；光耦IC1和IC2的信号输入端负极接地与地GND2 连接，IC1的信号电源负极接地与地GND连接，电磁阀线圈的地线与大地FG连接。
[0012] 在所述流量比例控制装置主体的进气口处还设置有过滤装置。
[0013] 优选的，所述过滤装置为粉末冶金头。
[0014] 所述流量比例控制装置在单位时间内的开度值满足以下关系：
【主权项】
1. 基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在于，包括具有进气口（ 1 )和出气口（ 2 ) 的流量比例控制装置主体（4 )，W及用于控制流量比例控制装置主体（4 )的电路控制系 统；所述流量比例控制装置主体（4 )由至少一个电磁阀构成；所述电路控制系统包括供电 的电源电路、驱动电路W及微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路控制所述电磁阀的 开关。
2. 根据权利要求1所述的基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在于，所述流量比 例控制装置主体（4)包括有一个W上的电磁阀，当电磁阀个数为两个及W上时，所有电磁 阀的气路相互并联；所述电磁阀的气路入口相互连通并与所述进气口连通，所述电磁阀的 气路出口相互连通并与所述出气口连通；所述驱动电路数量与所述电磁阀数量相同，并与 所述电磁阀 对应。
3. 根据权利要求2所述的基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在于，所述驱动电 路包括光禪IC1和IC2,场效应管IC3和IC4,二极管D1，发光二极管D2,TVS管D3,电阻R1、 R2、R3、R4、贴和R6 ; 电阻R1的第一端为控制信号VCP的输入端，与所述微控制器的VCP输出端连接；电阻R1的第二端与IC1的信号输入端正极连接；电势U1与电阻R2的第一端、场效应管IC3的漏 极连接；电阻R2的第二端与光禪IC1的电源端和场效应管IC3的栅极连接；场效应管IC3 的源极与二极管D1的负极、电阻R3的第一端、TVS管D3的第一端、电磁阀线圈的正极连接； 电阻R3的第二端与发光二极管D2的正极连接，发光二极管D2的负极与TVS管D3的第二 端、场效应管IC4的漏极、电磁阀线圈的负极连接；电阻R4的第一端为控制信号VCN的输入 端，与所述微控制器的VCN输出端连接；电阻R4的第二端与光禪IC2的信号输入端正极连 接；电势U2与光禪IC2电源端、二极管D1的正极连接；光禪IC2的信号输出端与电阻R5的 第一端连接，电阻R5的第二端与电阻R6的第一端、场效应管IC4的栅极连接；电阻R6的第 二端与场效应管IC4的源极连接后接地；光禪IC1和IC2的信号输入端负极接地与地GND2 连接，IC1的信号电源负极接地与地GND连接，电磁阀线圈的地线与大地FG连接。
4. 根据权利要求1至3任意一项所述的基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在 于，在所述流量比例控制装置主体（4 )的进气口（ 1 )处还设置有过滤装置。
5. 根据权利要求1至3任意一项所述的基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在 于，所述流量比例控制装置在单位时间内的开度值满足W下关系：
(1) 式中： 巧一流量比例控制装置在单位时间内的开度值； 一第个电磁阀在单位时间内的开度值； H-并联电磁阀的总个数，n> 1。
6. 根据权利要求5所述的基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在于，所述电磁阀 在单位时间内的开度值满足W下关系： (2) 式中：
t一电磁阀在单位时间内的开度值； ^1-电磁阀在单位时间内的开启时间； ^0一单位时间。
7. 如根据权利要求1至6任一项所述的基于电磁阀的流量比例控制装置的实现方法， 其特征在于，通过电路控制系统调节一个W上的电磁阀在单位时间内的开启时间和关闭时 间，实现所述流量比例控制装置开度值的调节。
8. 根据权利要求7所述的基于电磁阀的流量比例控制装置的实现方法，其特征在于， 包括W下步骤： (1) 由一个电磁阀构成流量比例控制装置主体或由两个及W上的电磁阀通过气路并联 构成流量比例控制装置主体； (2) 微控制器控制开度计算单位时间内打开电磁阀的数量和动态占空比信号； (3) 微控制器根据计算结果，输出控制信号并通过驱动电路打开或关闭对应的电磁阀， 或停止输出控制信号来关闭电磁阀； (4 )气体从进气口进入流量比例控制装置主体，并通过被打开的电磁阀，再从流量比例 控制装置主体的出气口流出，从而实现流量控制； 其中，动态占空比信号为开启时间所占单位时间的比例。
9. 根据权利要求8所述的基于电磁阀的流量比例控制装置的实现方法，其特征在于， 打开电磁阀W后，所述微控制器停止输出VCP信号，仅输出VCN信号，此时，二极管D1导通 并通过电势U2来保持电磁阀的开启状态；微控制器不输出VCN信号和VCP信号时，关闭对 应的电磁阀。
10. 根据权利要求9所述的基于电磁阀的流量比例控制装置的实现方法，其特征在于， 所述步骤（2)通过式（1 )和式（2 )求得计算结果；
式中： I? 一流量比例控制装置在单位时间内的开度值； 一第f个电磁阀在单位时间内的开度值； a-并联电磁阀的总个数，n> 1 ; i： 一电磁阀在单位时间内的开度值； 一电磁阀在单位时间内的开启时间； -单位时间。
【专利摘要】本发明公开了一种基于电磁阀的流量比例控制装置，解决了现有技术中开关控制和连续控制方式精度低、可靠性差等问题。该基于电磁阀的流量比例控制装置，其特征在于，包括具有进气口（１）和出气口（２）的流量比例控制装置主体（４），以及用于控制流量比例控制装置主体（４）的电路控制系统；所述流量比例控制装置主体（４）由至少一个电磁阀构成；所述电路控制系统包括供电的电源电路、驱动电路以及微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路控制所述电磁阀的开关。本发明控制精度高、可靠性好，智能性高，获取开度值后自动控制电磁阀，完全无需人工调节。
【IPC分类】F16K31-06, G05D7-06
【公开号】CN104850143
【申请号】CN201510302512
【发明人】陈亚平, 蒲友强, 伍户淘, 刘立, 罗旋, 颜怀智
【申请人】成都昶艾电子科技有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月4日