一种控制系统以及控制方法与流程

【技术领域】

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种控制电动球阀的控制系统以及控制方法。

背景技术：

电动球阀存在因发生异常情况导致被卡住的可能或者电动球阀因为与机械限位结构发生机械限位而止动，不同的情况，系统需要采取不同的应对措施，因此，如何准确的判断电动球阀的运动状态，以便采取相应的应对措施，提高控制的可靠性，是电动球阀设计过程中需要考虑的一个技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种控制电动球阀的控制系统以及控制方法，能够判断电动球阀的运动状态，以便采取相应的应对措施，有利于提高控制的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种控制系统，所述控制系统能够控制电动球阀沿开阀方向或沿闭阀方向运行，定义电动球阀沿开阀方向运行的行程为开阀行程，定义电动球阀沿闭阀方向运行的行程为闭阀行程；所述控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块，所述中心处理模块能够读取并传递控制信号或者发出控制信号，所述驱动控制模块能够接收所述控制信号并生成驱动信号控制所述电动球阀运行，所述中心处理模块根据所述电动球阀运行的微步值将所述开阀行程和所述闭阀行程分为第一区间和第二区间，其中，第一区间包括稳定运行区间，在所述稳定运行区间内，控制所述电动球阀按照预定转速转动，对应所述稳定运行区间设置第一预设阈值；所述第二区间对应所述电动球阀的关阀状态或闭阀状态，对应所述第二区间设置第二预设阈值；所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；所述中心处理模块能够获取所述电动球阀所处的所述稳定运行区间以及运行参数并将所述运行参数与所述第一预设阈值进行比较判定所述电动球阀的处于正常运行状态或者异常状态；或者所述中心处理模块能够获取所述电动球阀所处的第二区间以及运行参数，所述中心处理模块能够将运行参数与所述第二预设阈值进行比较判定所述电动球阀的处于闭阀状态或者开阀状态；其中获得所述运行参数的步骤包括：采集电动球阀的反电动势，并将采集到的反电动势根据异常与正常的比例关系转换为转换值，并将采集到的预设数量的所述转换值进行求和得到所述运行参数。

一种控制方法，所述控制方法能够用于控制电动球阀动作，所述控制方法包括以下步骤：

步骤s01：中心处理模块接收控制命令，该控制命令为开阀命令或者闭阀命令；

步骤s02：所述中心处理模块判断接收到的命令为开阀命令还是闭阀命令；如果判定接收到的命令为开阀命令，进入步骤s03；

步骤s03：所述中心处理模块控制所述电动球阀向开阀方向动作；

步骤s04：所述中心处理模块判断电动球阀所处的微步区间，确定预设阈值；根据当前的微步值判断电动球阀所处的运行区间，判定处于稳定运行区间，所述预设阈值赋值为第一预设阈值；判定处于所述电动球阀所处的第二区间，所述第二区间对应所述电动球阀的关阀状态或闭阀状态，所述预设阈值赋值为第二预设阈值；其中第一预设阈值大于第二预设阈值；并连续获取设定数量的反电动势的转换值的和得到运行参数，比较预设阈值和运行参数，并根据比较的结果采取相应的应对措施。

该控制系统将电动球阀的开阀行程和闭阀行程根据微步值分为第一区间和第二区间，其中第一区间包括稳定运行区间，对应稳定运行区间设置第一预设阈值，所述第二区间对应所述电动球阀的关阀状态或闭阀状态，对应第二区间设置第二预设阈值；第一预设阈值大于第二预设阈值；由于稳定运行区间和第二区间设定不同的阈值，并且稳定运行区间的阈值大于第二区间的阈值，使得第二区间对应的工作状态更容易触发，进而提高了第二区间判断的精度，使得稳定运行区间不容易触发，有利于减少误报，保证电动球阀的运行。

【附图说明】

图1是本发明提供控制系统的一种实施方式的示意图；

图2是电动球阀的开阀行程和闭阀行程的反电动势对应的数字信号的波形示意图；

图3是电动球阀的开阀行程的反电动势对应的数字信号的波形示意图；

图4是电动球阀的闭阀行程的反电动势对应的数字信号的波形示意图；

图5是开阀行程的微步区间与预设阈值对应的示意图；

图6是控制系统的第二中实施例的闭阀行程的微步区间与预设阈值对应的示意图；

图7是闭阀行程的微步区间与预设阈值对应的示意图；

图8是本发明提供的控制方法的一种实施例的流程示意图；

图9是本发明提供的控制方法的一种具体实施例的流程示意图；

图10是本发明提供的控制方法的另一种具体实施例的流程示意图；

图11是控制系统中预存的与电动球阀的参数对应的表格。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

控制系统2能够控制电动球阀3沿开阀方向或沿闭阀方向运行，定义电动球阀沿开阀方向运行的行程为开阀行程，定义电动球阀沿闭阀方向运行的行程为闭阀行程；控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块，中心处理模块能够读取并传递控制信号或者发出控制信号，驱动控制模块能够接收控制信号并生成驱动信号控制电动球阀运行中心处理模块根据电动球阀运行的微步值将开阀行程和闭阀行程分为第一区间和第二区间，其中，第一区间包括稳定运行区间，在稳定运行区间内，控制电动球阀按照预定转速转动，对应稳定运行区间设置第一预设阈值；第二区间对应电动球阀的关阀状态或闭阀状态，对应第二区间设置第二预设阈值；第一预设阈值大于第二预设阈值；中心处理模块能够获取电动球阀所处的稳定运行区间以及运行参数并将运行参数与第一预设阈值进行比较判定电动球阀的处于正常运行状态或者异常状态；或者中心处理模块能够获取电动球阀所处的第二区间以及运行参数，中心处理模块能够将运行参数与第二预设阈值进行比较判定电动球阀的处于闭阀状态或者开阀状态；其中获得运行参数的步骤包括：采集电动球阀的反电动势，并将采集到的反电动势根据异常与正常的比例关系转换为转换值，并将采集到的预设数量的转换值进行求和得到运行参数。

第一区间还包括启动区间，启动区间位于稳定运行区间前，在启动区间内，电动球阀加速到一预定速度后进入稳定运行区间，对应启动区间设置第三预设阈值，第三预设阈值大于第一预设阈值，中心处理模块能够获取电动球阀所处的启动区间以及运行参数，中心处理模块能够将运行参数与第三预设阈值进行比较判定电动球阀的处于正常运行状态或者异常状态。

参见图1，控制系统2能够控制电动球阀3的运行，控制系统2包括中心处理模块22、驱动控制模块23，电动球阀包括电机31和阀体32，电机包括线圈和转子，控制系统还包括总线收发模块21，总线收发模块21用于接收总线1发送的控制信号并发送至中心处理模块22，驱动控制模块23能够读取并传递控制信号或者发出控制信号，驱动控制模块23能够接收控制信号并生成驱动信号，控制电动球阀的运行，具体的，中心处理模块22还包括驱动模块24，驱动模块24用于接收驱动控制模块23发送的驱动信号，并控制电机31电流供电与关断。驱动控制模块23还包括微步寄存器，微步寄存器保存并更新微步步数，通过读取该微步寄存器中的值即可判断当前电动球阀所处的微步位置。

电动球阀具有机械限位结构，机械限位结构包括第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构对应电动球阀的全闭位置，第二限位结构对应电动球阀的全开位置，其中，电动球阀沿第一限位结构向第二限位结构方向运行为开阀行程，电动球阀沿第二限位结构向第一限位结构方向运行为闭阀行程，第一区间为电动球阀在机械限位结构之间运行需要运行的理论微步步数，第二区间为电动球阀与机械限位结构发生机械限位的理论微步值之后预留的一定微步步数。

如果判定电动球阀发生异常状态，则控制系统控制电动球阀停止运转，这里的异常状态包括电动球阀因发生异常情况导致被卡住；如果判定电动球阀处于闭阀状态或者开阀状态，则控制系统控制电动球阀停止运转，这里判定电动球阀处于闭阀状态或者开阀状态是指系统判定电动球阀与机械限位结构发生机械限位，电动球阀抵达全闭位置或者全开位置。

参见图11，控制系统中预存有与电动球阀的参数相对应的表格，表格内包括反电动势对应的数字信号、堵转概率、正常概率以及转换值的对应关系，控制系统根据获取的反电动势获取转换值，连续获取五组转换值并求和得到运行参数。将采集到的反电动势根据异常与正常的比例关系转换为转换值，即电动球阀使用时，可以根据表格内预设好的堵转概率与正常概率的比值关系对应的转换值得到采集到的反电动势对应的转换值。表格可以通过反复对电动球阀的开阀行程和闭阀行程测试得到，并预存到控制系统。

参见图11，本实施例中，最小的转换值的绝对值对应的反电动势的数字信号随着电动球阀的额定转速的增加而增加，电动球阀的力矩波动越大，反电动势的取值范围越大，对应的转换值的个数越多。

规定额定转速对应的反电动势的转换值为0，额定转速对应的反电动势的数字信号的两侧的转换值的绝对值大于0，转换值的绝对值随着电动球阀的异常概率的增加而增加，异常概率包括堵转概率。在一种实施例中，转换值为0时，反电动势对应的数字信号为30，额定转速等于预定转速。当然在其他实施例中，预定转速可以不等于额定转速。

参见图2-图7，具体说明微步区间的划分。参见图2，机械限位结构的第一限位结构对应电动球阀的全闭位置，第二限位结构对应电动球阀的全开位置，电动球阀从全闭位置运行到全开位置或从全开位置运行到全闭位置，并且电动球阀与机械限位结构发生碰撞时，不控制电动球阀立刻停止运行，直到电动球阀执行设定的全部微步步数，得到图2所示的波形示意图。参见图2、图3，电动球阀向开阀方向运行时，从微步值n1开始执行，执行到微步值n3结束行程，微步值n2为电动球阀与第二限位结构发生碰撞的理论微步值，由于电动球阀加工时存在机械公差，所以微步值n2之后预留一定的微步步数，确保电动球阀开阀到位；参见图2、图4，电动球阀向闭阀方向运行时，从微步值m1开始执行，执行到微步值m3结束行程，微步值m2为电动球阀与第一限位结构发生碰撞的理论微步值，由于电动球阀加工时存在机械公差，所以微步值m2之后预留一定的微步步数，确保电动球阀闭阀到位。参见图2、图3以及图5，以电动球阀向开阀方向进行具体说明，电动球阀从微步值n1执行到微步值n3，设定微步值n1到微步值n2为电动球阀的第一区间，设定微步值n2到微步值n3为电动球阀的第二区间；在起步阶段，电动球阀需要加速到一预定速度，因此在起步阶段电动球阀的力矩波动较大，反电动势波形会有一定的波动，反电动势对应的数字信号普遍偏离c值，因此将微步值n1到微步值n11的微步区间设置为电动球阀的启动区间，微步值n1为电动球阀的初始值，微步值n11为电动球阀到达一预定速度的理论微步值，当然，在其他实施例中，微步值n11可以为电动球阀到达一预定速度的理论微步值前后小范围内的一个微步值。电动球阀到达一预定速度后，电动球阀以预定速度运行，直到与第二限位结构发生碰撞，电动球阀以预定速度运行时，电动球阀的力矩波动较小，反电动势波动较小，反电动势对应的数字信号基本在c值附近。电动球阀与第二限位结构发生碰撞后，电动球阀与机械限位结构反复发生碰撞，电动球阀的力矩波动较大，反电动势波动较为剧烈，反电动势对应的数字信号普遍偏离c值，因此设定微步值n2为电动球阀与第二限位结构发生碰撞的理论微步值，设定微步值n11到微步值n2为电动球阀的稳定运行区间，设置微步值n2到微步值n3为电动球阀的第二区间；参见图2、图4以及图7，电动球阀向闭阀方向运行时，设定微步值m1到微步值m2为电动球阀的第一区间，微步值m2到微步值m3为电动球阀的第二区间，设定微步值m1到微步值m11为电动球阀的启动区间，设定微步值m11到微步值m2为电动球阀的稳定运行区间。

参见图5，结合图2、图3，在电动球阀实际应用时，系统检测到电动球阀发生异常情况被卡住或者与机械限位结构发生碰撞后，控制电动球阀停止运转。参见图5，以电动球阀向开阀方向运行进行具体说明，分别在不同的区间对应设置不同的预设阈值，稳定运行区间对应设置第一预设阈值，第二区间对应设置第二预设阈值，启动区间对应设置第三预设阈值。本实施例中，第一预设阈值大于第二预设阈值，在稳定运行区间，电动球阀以预定速度运行时，电动球阀的力矩波动较小，反电动势波动较小，因此设置第一预设阈值相对较大，可以减少系统误判；在第二区间，电动球阀与机械限位结构发生碰撞后，电动球阀的力矩波动较大，反电动势波动较小，因此设置第二预设阈值相对第一预设阈值大，使得第二区间对应的工作状态更容易触发，稳定运行区间不容易触发，当电动球阀与机械限位结构发生碰撞，能够更容易的识别出来，可以提高系统的灵敏度，减少误报，同时也减少漏报。第三预设阈值大于第一预设阈值，在启动区间，电动球阀加速到一预定速度后进入启动区间，在启动区间电动球阀的力矩波动较大，反电动势波动较大，因此设置第三预设阈值相对较大，不容易触发，可以减少误判。系统检测到发生机械限位后，电动球阀停止运行，如果此时还有微步数没有执行完，可以停止执行剩余的微步数；如果电动球阀执行完预留的微步数任然没有检测到机械限位，则系统认为机械限位结构损坏，报机械故障，并采取一定的应对措施。

参见图6，在控制系统的第二种实施例中，电动球阀的第一区间还包括接近区间，在微步值n2前预留一定的微步步数，设定微步值n12到微步值n2为电动球阀的接近区间，因为电动球阀可能在执行到与第二限位结构发生碰撞的理论微步值前就与机械限位结构发生碰撞，设置接近区间可以减少电动球阀制造时的产生的机械公差或者其他因素的影响。在接近区间设置对应设置第四预设阈值，第四预设阈值与第二预设阈值相等，这样可以进一步提高系统精度，减少漏判。

参见图7，电动球阀向闭阀方向运行时微步区间与预设阈值的设置与电动球阀向开阀方向运行时的设置相同，在此不再赘述。

参见图8，一种控制方法，控制方法能够用于控制电动球阀动作，控制方法包括以下步骤：

步骤s01：中心处理模块接收控制命令，该控制命令为开阀命令或者闭阀命令；

步骤s02：中心处理模块判断接收到的命令为开阀命令还是闭阀命令；如果判定接收到的命令为开阀命令，进入步骤s03；

步骤s03：中心处理模块控制电动球阀向开阀方向动作；

步骤s04：中心处理模块判断电动球阀所处的微步区间，确定预设阈值；根据当前的微步值判断电动球阀所处的运行区间，判定处于稳定运行区间，预设阈值赋值为第一预设阈值；判定处于电动球阀所处的第二区间，第二区间对应电动球阀的关阀状态或闭阀状态，预设阈值赋值为第二预设阈值；其中第一预设阈值大于第二预设阈值；并连续获取设定数量的反电动势的转换值的和得到运行参数，比较预设阈值和运行参数，并根据比较的结果采取相应的应对措施；

步骤s02中判定接收到的命令为闭阀命令进入步骤s05；

步骤s05：中心处理模块控制电动球阀向闭阀方向动作；然后进入步骤s06；

步骤s06：中心处理模块判断电动球阀所处的微步区间，确定预设阈值；根据当前的微步值判断电动球阀所处的运行区间，判定处于稳定运行区间，预设阈值赋值为第一预设阈值；判定处于电动球阀所处的第二区间，第二区间对应电动球阀的关阀状态或闭阀状态，预设阈值赋值为第二预设阈值；第一预设阈值大于第二预设阈值；并连续获取设定数量的反电动势的转换值的和得到运行参数，比较预设阈值和运行参数，并根据比较的结果采取相应的应对措施。

步骤s04、s06中的步骤“判断电动球阀所处的运行区间”还包括：判定电动球阀处于启动区间，对应启动区间设置第三预设阈值，第三预设阈值大于第一预设阈值，获取电动球阀所处的启动区间以及运行参数并将运行参数与第三预设阈值进行比较判定电动球阀的处于正常运行状态或者异常状态。

参见图9，提供一种控制方法的实施例，控制方法能够用于上述的控制系统，控制方法能够控制电动球阀动作，具体的，以电动球阀向开阀方向动作进行具体说明，控制方法包括以下步骤：

步骤s10：系统初始化；

系统初始化时，根据系统的运行工况或者微步寄存器存储的微步信息，中心处理模块22控制电动球阀运行到全开位置或者全闭位置，或者控制电动球阀运行到全开位置再运行到全闭位置或者控制电动球阀运行到全闭位置再运行到全开位置，本实施例中，系统初始化时，先控制电动球阀运行到全开位置，再运行到全闭位置；

步骤s11：中心处理模块接收开阀命令；

上位机根据系统的运行工况或者微步寄存器存储的微步值信息，确认电动球阀的位置，并发送开阀命令给中心处理模块；

步骤s12：中心处理模块22确认接收到的命令为开阀命令，并控制电动球阀执行向开阀方向运行的动作；

步骤s13：控制系统不断采集电动球阀的反电动势，并将反电动势转换为对应的数字信号，并进一步将反电动势对应的数字信号转换为转换值；

步骤s14：中心处理模块22根据微步寄存器当前存储的微步值信息判断电动球阀处于哪个微步区间；如果处于启动区间，进入步骤s15；如果处于稳定运行区间，进入步骤s16；如果处于第二区间，进入步骤s17；如果处于这三个区间之外，进入步骤s20，判定机械限位结构发生故障，并采取相应的应对措施，控制电动球阀停止运转；

步骤s15：中心处理模块判定电动球阀处于启动区间；

步骤s151：中心处理模块判定连续获取的设定数量的反电动势的转换值的和得到的运行参数的小于或等于第三预设阈值；如果是，进入步骤s18，判定电动球阀发生异常情况被卡住，并采取相应的措施；如果否，返回步骤s13；

结合系统的运行工况或微步寄存器存储的微步值信息，判定电动球阀发生异常情况，被卡住，并控制电动球阀停止运转，这里的异常情况包括因异物进入而卡住或者传动机构损坏而卡住，可以进一步控制电动球阀进行一次或多次初始化动作，尝试摆脱异物。

步骤s16：中心处理模块判定电动球阀处于稳定运行区间；

步骤s161：中心处理模块判定连续获取的设定数量的反电动势的转换值的和得到的运行参数的小于或等于第一预设阈值；如果是，进入步骤s18，判定电动球阀发生异常情况被卡住，并采取相应的措施；如果否，返回步骤s13；

结合系统的运行工况或微步寄存器存储的微步值信息，判定电动球阀发生异常情况，被卡住，并控制电动球阀停止运转，这里的异常情况包括因异物进入而卡住或者传动机构损坏而卡住，可以进一步控制电动球阀进行一次或多次初始化动作，尝试摆脱异物。

步骤s17：中心处理模块判定电动球阀处于第二区间；

步骤s171：中心处理模块判定连续获取的设定数量的反电动势的转换值的和得到的运行参数的小于或等于第二预设阈值；如果是，进入步骤s19，判定电动球阀与机械限位结构发生机械限位，并采取相应的措施；如果否，返回步骤s13。

结合系统的运行工况或微步寄存器存储的微步值信息，判定电动球阀发生机械限位，与机械限位结构发生碰撞，并控制电动球阀停止运转。可以及时控制电动球阀停止运转，防止与机械限位结构反复发生碰撞，减少磨损，提高系统寿命。

步骤s20：判定机械限位结构发生故障，并采取相应的措施，控制电动球阀停止运转。

参见图10，在控制方法的另一种实施例中，在上述控制方法中增加以下步骤：

步骤s18：中心处理模块判定电动球阀处于接近区间；

步骤s181：心处理模块判定连续获取的设定数量的反电动势的转换值的和得到的运行参数的小于或等于第四预设阈值；如果是，进入步骤s20，判定电动球阀与机械限位结构发生机械限位，并采取相应的措施；如果否，返回步骤s13；

结合系统的运行工况或微步寄存器存储的微步值信息，判定电动球阀发生机械限位，与机械限位结构发生碰撞，并控制电动球阀停止运转。可以及时控制电动球阀停止运转，防止与机械限位结构反复发生碰撞，减少磨损，提高系统寿命。

本发明提供的控制方法，通过反电动势检测电动球阀是否发生机械限位，可以确认电动球阀是否处于全开或者全闭位置，确认电动球阀处于全开位置，可以确保电动球阀能以最大流量工作；确认电动球阀处于全闭位置，可以确保全闭时电动球阀减少流量泄露。

电动球阀执行完向开阀方向运行的动作后，可以根据系统的运行工况或者微步寄存器存储的微步值信息，确认电动球阀的位置，并发送闭阀命令给中心处理模块，中心处理模块确认接收到的命令为闭阀命令，并控制电动球阀执行向开阀方向运行的动作。电动球阀执行向闭阀方向运行时的控制方法与电动球阀执行向开阀方向运行时的控制方法相同，在此不再赘述。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。