本发明涉及计量表技术领域，尤其涉及计量表步进电机控制阀的开闭控制方法及开闭控制系统。
【背景技术】
随着燃气计量技术的不断发展，工业燃气计量技术也日益革新。工业燃气表以阀门的安装形式可以分为外置阀和内置阀，步进电机内置阀作为最近兴起的一类内置阀，其具有启动力矩大、行程控制精确的优点，从而有效减小甚至避免了堵转时电机输出大力矩对传动结构产生的影响。但由于阀门的结构、尺寸存在一定的差异，导致同一型号的阀门即使在同一程序控制下的开关路程也会存在差异，这样使得工业燃气表实际应用中，会产生部分阀门开关不到位，存在发生漏气的危险，或者是阀门到位后继续行进，导致阀门变形的情况。
现有技术中有公开在上述控制方式基础上增加阀门到位检测技术以改善上述情况的技术方案，这种技术方案在常规应用工况下具有较好的效果，但当工业燃气表应用现场存在静电时，由于静电干扰，会发生阀门未到位又检测到堵转电流的情况，这时阀门就会停止行进，同样会产生上述问题，如果针对静电干扰问题增加滤除静电的功能模块，阀门成本也会相应增加。鉴于此，有必要改进目前的阀门开闭控制技术，以使阀门开闭控制更加稳定可靠。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种计量表步进电机控制阀的开闭控制方法，采用步数控制和堵转电流检测相结合的方式精确控制步进电机控制阀的开闭动作，使阀门控制更加稳定可靠。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
计量表步进电机控制阀的开闭控制方法，所述步进电机控制阀包括阀门和用于驱动所述阀门开闭的步进电机，所述开闭控制方法包括如下步骤：
启动所述步进电机执行所述阀门的开闭程序；
在所述开闭程序中检测所述步进电机的运行步数以及所述步进电机的堵转电流；
根据所述步进电机运行步数的检测结果和所述堵转电流的检测结果进行阀门开闭到位判断：若二者均满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门开闭到位，所述开闭程序结束；若二者均不满足阀门开闭到位的预设条件，或者二者之一不满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门未开闭到位，继续执行所述开闭程序。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述阀门开闭程序包括转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段，所述转速上升阶段控制所述步进电机加速运行，所述转速保持阶段控制所述步进电机匀速运行，所述转速下降阶段控制所述步进电机减速运行。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述转速上升阶段包括逐段加速的多个加速段，所述步进电机在每个加速段设有对应的预设步数a，则完成第n个加速段时的累加步数a加＝a1+a2+a3+……an，判断累加步数a加是否达到所述转速上升阶段的预设总步数a总，如果a加≥a总，则进入转速保持阶段，如果a加＜a总，则进入第n+1个加速段。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述转速保持阶段中，判断所述步进电机实时运行步数b实是否达到所述转速保持阶段的预设总步数b总，如果b实≥b总，则进入所述转速下降阶段，如果b实＜b总，则维持在所述转速保持阶段。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述转速下降阶段包括逐段减速的多个减速段，所述步进电机在每个减速段设有对应的预设步数c，则完成第n个减速段时的累加步数c加＝c1+c2+c3+……cn，判断累加步数c加是否达到所述转速下降阶段的预设总步数c总，如果c加≥c总，则所述转速下降阶段结束，如果c加＜c总，则进入第n+1个减速段。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述步进电机运行步数的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：nmin≤n总≤nmax，其中，n总为所述步进电机的运行步数，nmin为所述开闭程序的步数阈值范围下限，nmax为所述开闭程序的步数阈值范围上限。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制方法中，所述堵转电流的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：i堵＞i阈，并且i堵在设定时间t内的变化量趋于0，其中，i堵为所述堵转电流检测采集的堵转电流，i阈为所述堵转电流检测的电流阈值。
本发明还提出了计量表步进电机控制阀的开闭控制系统，所述步进电机控制阀包括阀门和用于驱动所述阀门开闭的步进电机，所述开闭控制系统包括控制单元、供电单元和阀门驱动单元，所述控制单元控制所述供电单元为所述阀门驱动单元供电，以通过所述阀门驱动单元控制所述步进电机的运行，所述控制单元根据输出的脉冲信号检测所述步进电机的运行步数，所述控制单元根据所述阀门驱动单元反馈的堵转电流信号检测所述步进电机的堵转电流。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制系统中，所述供电单元包括用于供电输入控制的供电控制电路和用于电压转换的电源转换电路，所述供电控制电路的输入端分别连接电源和所述控制单元，所述电源转换电路连接在所述供电控制电路的输出端与所述阀门驱动单元之间。
在上述计量表步进电机控制阀的开闭控制系统中，所述控制单元包括单片机和rc滤波电路，所述单片机的i/o口向所述阀门驱动单元输出脉冲信号，所述堵转电流信号经过所述rc滤波电路的滤波处理反馈到所述单片机。
本发明的有益效果：
本发明的计量表步进电机控制阀的开闭控制方法，所述步进电机控制阀包括阀门和用于驱动所述阀门开闭的步进电机，所述开闭控制方法包括如下步骤：启动所述步进电机执行所述阀门的开闭程序；在所述开闭程序中检测所述步进电机的运行步数以及所述步进电机的堵转电流；根据所述步进电机运行步数的检测结果和所述堵转电流的检测结果进行阀门开闭到位判断：二者均满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门开闭到位，所述开闭程序结束；若二者均不满足阀门开闭到位的预设条件，或者二者之一不满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门未开闭到位，继续执行所述开闭程序。
本发明的开闭控制方法，采用步进电机运行步数检测和堵转电流检测相结合的方式进行阀门开闭到位判断，只有步进电机运行步数的检测结果和堵转电流的检测结果均满足阀门开闭到位的预设条件，才判定阀门开闭到位，其中：对步进电机堵转电流的检测，可以解决步数控制中因不同阀门差异性而导致开闭判断不准确的问题；对于步进电机运行步数的检测，可以避免阀门开闭未到位情况下由于检测到堵转电流而使阀门停止行进的情况，采用步进电机运行步数检测和堵转电流检测相结合的方式可以弥补彼此的检测缺陷，解决了静电干扰，降低了保护成本，从而能够精确控制步进电机控制阀的开闭动作，使阀门控制更加稳定可靠，在常规工况和工业应用现场都能可靠实现阀门的开阀和闭阀，增强了计量表对环境的适应能力。
进一步的，所述阀门开闭程序包括转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段，所述转速上升阶段控制所述步进电机加速运行，所述转速保持阶段控制所述步进电机匀速运行，所述转速下降阶段控制所述步进电机减速运行。其中，在转速上升阶段中控制步进电机加速运行，使步进电机在阀门运行初始提供较大的扭矩，以保证阀门能够启动成功；在转速保持阶段中控制步进电机匀速运行，可以减少阀门运行时间，降低功耗；在转速下降阶段中控制步进电机减速运行，使步进电机在阀门临近到位时提供较大的扭矩，以保证阀门开闭到位时的封闭性；通过转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段中步进电机不同转速的设计控制步进电机输出不同的扭矩，能有效防止阀门因为异物出现卡死的问题，减少了维护成本，延长了使用寿命，并且这样设计的还能缩短阀门的开闭时间，更具实用性。
进一步的，所述转速上升阶段包括逐段加速的多个加速段，所述步进电机在每个加速段设有对应的预设步数a，则完成第n个加速段时的累加步数a加＝a1+a2+a3+……an，判断累加步数a加是否达到所述转速上升阶段的预设总步数a总，如果a加≥a总，则进入转速保持阶段，如果a加＜a总，则进入第n+1个加速段。转速上升阶段采用阶梯式加速方式，使得步进电机转速按照设定方案逐步递增，有效防止堵转电流突变，对控制系统的稳定性起到一定的保护作用。
进一步的，所述转速下降阶段包括逐段减速的多个减速段，所述步进电机在每个减速段设有对应的预设步数c，则完成第n个减速段时的累加步数c加＝c1+c2+c3+……cn，判断累加步数c加是否达到所述转速下降阶段的预设总步数c总，如果c加≥c总，则所述转速下降阶段结束，如果c加＜c总，则进入第n+1个减速段。转速下降阶段采用阶梯式减速方式，使得步进电机转速按照设定方案逐步递减，有效防止堵转电流突变，对控制系统的稳定性起到一定的保护作用。
进一步的，所述步进电机运行步数的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：nmin≤n总≤nmax，其中，n总为所述步进电机的运行步数，nmin为所述开闭程序的步数阈值范围下限，nmax为所述开闭程序的步数阈值范围上限。将步进电机运行步数的到位条件设定为区间范围，这就允许步数控制有一定的容错范围，降低了对步进电机步数控制的精度要求，控制方法的实用性更好。
进一步的，所述堵转电流的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：i堵＞i阈，并且i堵在设定时间t内的变化量趋于0，其中，i堵为所述堵转电流检测采集的堵转电流，i阈为所述堵转电流检测的电流阈值。针对堵转电流检测设定这样的预设条件，可以有效区分阀门启动时和阀门到位时的堵转电流，提高堵转电流检测的准确率，防止堵转电流误检而影响阀门开闭到位判断的可靠性。
在计量表步进电机控制阀的开闭控制系统中，所述控制单元包括单片机和rc滤波电路，所述单片机的i/o口向所述阀门驱动单元输出脉冲信号，所述堵转电流信号经过所述rc滤波电路的滤波处理反馈到所述单片机。单片机仅需1个i/o口即可控制步进电机的正反转、旋转角度以及转速，节省i/o口的使用；设置rc滤波电路，可以增强对干扰信号的过滤效果，提高堵转电流检测的准确性，进而保证阀门开闭到位判断的可靠性。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例中计量表步进电机控制阀的开闭控制系统原理框图；
图2为本发明实施例中计量表步进电机控制阀的开闭控制方法流程图。
附图标记：
100单片机；
200供电单元、210供电控制电路、220电源转换电路；
300阀门驱动单元；
400步进电机。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1，本发明实施例中提出一种计量表步进电机控制阀的开闭控制系统，其中：步进电机控制阀包括阀门和用于驱动阀门开闭的步进电机400；开闭控制系统包括控制单元、供电单元200和阀门驱动单元300，控制单元控制供电单元200为阀门驱动单元300供电，以通过阀门驱动单元300控制步进电机400的运行，控制单元根据输出的脉冲信号检测步进电机400的运行步数，控制单元根据阀门驱动单元300反馈的堵转电流信号检测步进电机400的堵转电流。
根据本实施例的开闭控制系统，供电单元200包括用于供电输入控制的供电控制电路210和用于电压转换的电源转换电路220，供电控制电路210的输入端分别连接电源和控制单元，电源转换电路220连接在供电控制电路210的输出端与阀门驱动单元300之间。电源通常为锂电池，控制单元实现锂电池对供电控制电路210的输入控制，电源转换电路220用于对输入的原电压件降压稳压处理，输出符合阀门驱动单元300的驱动电压。本实施例的控制单元包括单片机100，单片机100的i/o口向阀门驱动单元300输出脉冲信号，步进电机的转速控制是通过调整脉冲个数来实现的，决定步进电机的步进数是脉冲个数，本实施例中，通过单片机100控制输出的脉冲频率，进而控制步进电机400的转速和扭矩，减少对阀门的损伤，并且单片机100仅需1个i/o口即可控制步进电机400的正反转、旋转角度以及转速，节省i/o口的使用。
根据上述的开闭控制系统，单片机100根据输出的脉冲信号检测步进电机400的运行步数，单片机100还根据阀门驱动单元300反馈的堵转电流信号检测步进电机400的堵转电流，进一步的，在开闭控制系统中设置rc滤波电路，堵转电流信号经过rc滤波电路的滤波处理反馈到单片机，rc滤波电路可以增强对干扰信号的过滤效果，提高堵转电流检测的准确性，进而保证阀门开闭到位判断的可靠性。
参照图2，根据本实施例的开闭控制系统，其开闭控制方法包括如下步骤：
启动步进电机执行阀门的开闭程序；
在开闭程序中检测步进电机的运行步数以及步进电机的堵转电流；
根据所述步进电机运行步数的检测结果和所述堵转电流的检测结果进行阀门开闭到位判断：若二者均满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门开闭到位，开闭程序结束；若二者均不满足阀门开闭到位的预设条件，或者二者之一不满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门未开闭到位，继续执行开闭程序。这里所述的开闭程序适用于阀门开阀和闭阀，故上述的开闭控制方法既用于阀门的开阀控制，也用于阀门的闭阀控制。
根据本实施例的开闭控制方法，上述的阀门开闭程序包括转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段，转速上升阶段控制步进电机加速运行，使步进电机在阀门运行初始提供较大的扭矩，以保证阀门能够启动成功；转速保持阶段控制步进电机匀速运行，可以减少阀门运行时间，降低功耗；转速下降阶段控制步进电机减速运行，使步进电机在阀门临近到位时提供较大的扭矩，以保证阀门开闭到位时的封闭性；通过转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段中步进电机不同转速的设计控制步进电机输出不同的扭矩，能有效防止阀门因为异物出现卡死的问题，减少了维护成本，延长了使用寿命，并且这样设计的还能缩短阀门的开闭时间，更具实用性。
优选的：转速上升阶段包括逐段加速的多个加速段，步进电机在每个加速段设有对应的预设步数a，则完成第n个加速段时的累加步数a加＝a1+a2+a3+……an，判断累加步数a加是否达到转速上升阶段的预设总步数a总，如果a加≥a总，则进入转速保持阶段，如果a加＜a总，则进入第n+1个加速段。具体而言：单个加速段内的步进电机转速保持不变，但相邻两个加速段的步进电机转速呈递增变化；根据步进电机的运行特性，设定转速上升阶段的起始转速和最终转速，可以得到转速上升阶段的预设总步数a总，每个加速段的步进电机转速也都是设定好的，相应的，步进电机在每个加速段设有对应的预设步数a，这多个加速段的预设步数a通常是一致，在预设步数a一致且转速递增的条件下，多个加速段的完成时间呈递减变化，这样可以节省转速上升阶段的运行时间。示例性的：转速上升阶段的预设总步数a总为1000步，加速段的预设步数a为100步，那么根据上述阶梯式加速方式，转速上升阶段需要完成10个加速段，且在完成第10个加速段后进入转速保持阶段。这样的设计，能有效防止转速上升阶段的堵转电流突变，对控制系统的稳定性起到一定的保护作用。
优选的：在转速保持阶段中，以上述转速上升阶段的最终转速保持匀速运行，由于转速上升阶段的最终转速较快，使得转速保持阶段的堵转电流较小，这样可以加速阀门运动，减少阀门运行时间，降低功耗。转速保持阶段中，判断步进电机实时运行步数b实是否达到转速保持阶段的预设总步数b总，如果b实≥b总，则进入所述转速下降阶段，如果b实＜b总，则维持在转速保持阶段。
优选的：转速下降阶段包括逐段减速的多个减速段，步进电机在每个减速段设有对应的预设步数c，则完成第n个减速段时的累加步数c加＝c1+c2+c3+……cn，判断累加步数c加是否达到转速下降阶段的预设总步数c总，如果c加≥c总，则转速下降阶段结束，如果c加＜c总，则进入第n+1个减速段。具体而言：单个减速段内的步进电机转速保持不变，但相邻两个减速段的步进电机转速呈递减变化；根据步进电机的运行特性，设定转速下降阶段的起始转速(也即转速保持阶段的电机转速)和最终转速，可以得到转速下降阶段的预设总步数c总，每个减速段的步进电机转速也都是设定好的，相应的，步进电机在每个减速段设有对应的预设步数c，这多个减速段的预设步数c通常是一致，在预设步数a一致且转速递减的条件下，多个减速段的完成时间呈递增变化，这样在临近阀门到位状态可以提供较大且稳定的扭矩来确保阀门的封闭性。示例性的：转速下降阶段的预设总步数c总为500步，减速段的预设步数a为100步，那么根据上述阶梯式减速方式，转速下降阶段需要完成5个减速段，且在完成第5个减速段后，转速下降阶段结束。这样的设计，能有效防止转速下降阶段的堵转电流突变，对控制系统的稳定性起到一定的保护作用。
根据上述转速上升阶段、转速保持阶段和转速下降阶段可知：步进电机在开闭程序中的运行步数n总＝a加+b实+c加，本实施例中，步进电机运行步数的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：nmin≤n总≤nmax，nmin为开闭程序的步数阈值范围下限，nmax为开闭程序的步数阈值范围上限，将步进电机运行步数的到位条件设定为区间范围，只要步进电机在开闭程序中的运行步数n总在nmin～nmax限定的范围内，就判定步进电机运行步数的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件，这就允许步数控制有一定的容错范围，降低了对步进电机步数控制的精度要求，控制方法的实用性更好。
本发明实施例中，堵转电流的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：i堵＞i阈，并且i堵在设定时间t内的变化量趋于0，其中，i堵为堵转电流检测采集的堵转电流，i阈为堵转电流检测的电流阈值。根据前述的开闭控制系统可知：单片机根据阀门驱动单元反馈的堵转电流信号检测步进电机的堵转电流，实际上对堵转电流的检测是通过转换电路将堵转电流转换为堵转电压，单片机实时采集堵转电压值，堵转电压随着步进电机转速的变化而呈现相反的变化趋势，即步进电机转速上升，堵转电压下降；步进电机转速下降，则堵转电压上升，单片机中根据当前采集到的堵转电压值和前n次采集到的堵转电压值进行比对，因此上述堵转电流的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件：i堵＞i阈，并且i堵在设定时间t内的变化量趋于0，也可以理解为：u堵＞u阈，并且u堵在设定时间t内的变化量趋于0，虽然阀门启动时的堵转电流较大，但随着步进电机转速加快，堵转电流会逐渐减小，因此，上述预设条件所述情况只会出现在转速下降阶段后期，针对堵转电流检测设定这样的预设条件，可以有效区分阀门启动时和阀门到位时的堵转电流，提高堵转电流检测的准确率，防止堵转电流误检而影响阀门开闭到位判断的可靠性。
综上，步进电机运行步数的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：nmin≤n总≤nmax；堵转电流的检测结果满足阀门开闭到位的预设条件为：i堵＞i阈，并且i堵在设定时间t内的变化量趋于0，那么，根据本发明实施例的开闭控制方法，如果nmin≤n总≤nmax，并且i堵＞i阈，i堵在设定时间t内的变化量趋于0，即二者均满足各自的预设条件，则判定阀门开闭到位，开闭程序结束；如果二者均不满足阀门开闭到位的预设条件，或者二者之一不满足阀门开闭到位的预设条件，则判定阀门未开闭到位，继续执行开闭程序，直至二者均满足各自的预设条件。当开闭程序结束后，开闭控制系统可进入低功耗模式，以降低能耗。
本发明实施例所提出的开闭控制方法中，对步进电机堵转电流的检测，可以解决步数控制中因不同阀门差异性而导致开闭判断不准确的问题；而对于步进电机运行步数的检测，可以避免阀门开闭未到位情况下由于检测到堵转电流而使阀门停止行进的情况，采用步进电机运行步数检测和堵转电流检测相结合的方式可以弥补彼此的检测缺陷，解决了静电干扰，降低了保护成本，从而能够精确控制步进电机控制阀的开闭动作，使阀门控制更加稳定可靠，在常规工况和工业应用现场都能可靠实现阀门的开阀和闭阀，增强了计量表对环境的适应能力。
本发明所述实施例主要应用于燃气表，也可以应用在水表等其他流体计量表。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。