一种电动调节阀的功率驱动装置的制作方法

1.本申请涉及阀门控制领域，尤其涉及一种电动调节阀的功率驱动装置。


背景技术：

2.电动调节阀通常由电机拖动和定位，用于工业上控制介质流量、压力或液位等参数。电动调节阀一般由执行部件和阀门本体组成，相关技术中，执行部件包括电机、交流接触器、控制电路。控制电路通过比较输入的阀门控制指令和阀门当前位置，控制交流接触器的通断，从而控制电机旋转，达到控制阀门开度的目的，相关技术依赖交流接触器的控制方式调节周期长，而且定位不够准确。


技术实现要素：

3.本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请提出一种电动调节阀的功率驱动装置，利用igbt模块驱动电机旋转，从而控制阀门开度，调节周期更短；利用lvdt位移传感器测量阀门开度，控制精度更高。
4.本申请一些实施例提供了一种电动调节阀的功率驱动装置，包括电机、lvdt位移传感器、功率驱动电路；所述功率驱动电路包括控制模块、igbt驱动模块、igbt模块和lvdt调理模块；所述lvdt调理模块输入端与所述lvdt位移传感器连接，所述lvdt调理模块输出端与所述控制模块连接；所述igbt驱动模块输入端与所述控制模块连接，所述igbt驱动模块输出端与所述igbt模块连接；所述igbt模块的输入端与所述igbt驱动模块连接，所述igbt模块输出端与所述电机连接。
5.在一些实施例中，所述功率驱动装置还包括epa现场总线，所述epa现场总线的一端连接所述控制模块，所述epa现场总线的另一端连接上位控制系统。
6.在一些实施例中，所述功率驱动装置还包括开关量与模拟量模块，所述开关量与模拟量模块通过第一端口连接所述上位控制系统，所述开关量与模拟量模块通过第二端口连接所述控制模块。
7.在一些实施例中，所述功率驱动装置还包括整流模块，所述整流模块的输入端与电源连接，所述整流模块输出端与所述igbt模块的输入端连接。
8.在一些实施例中，所述功率驱动电路还包括采样模块，所述采样模块的输入端与所述igbt模块连接，所述采样模块输出端与所述控制模块连接。
9.在一些实施例中，所述功率驱动电路还包括监测与报警模块，所述监测与报警模块的输入端与所述采样模块连接，所述监测与报警模块输出端与所述控制模块连接。
10.在一些实施例中，所述功率驱动装置还包括显示器和控制键盘，所述显示器的输入端与所述控制模块连接，所述控制键盘的输出端与所述控制模块连接。
11.在一些实施例中，所述igbt模块安装在电机接线盒的第一方向。
12.在一些实施例中，所述控制模块安装在电机接线盒顶盖的第二方向。
13.本申请实施例有如下有益效果：利用lvdt位移传感器测得阀门当前开度，并将位
移信号发送至lvdt调理模块，由lvdt调理模块将位移信号转变为电压信号。控制模块通过计算得到阀门到达指定开度所需的控制参数，并根据控制参数输出pwm信号至igbt驱动模块，igbt驱动模块控制igbt模块将直流电逆变为频率和幅值可调的三相正弦波，用于驱动电机旋转，从而控制阀门开度，避免了使用交流接触器通断时的迟滞，缩短控制周期；利用无摩擦测量、分辨率高的lvdt位移传感器测量阀门开度，提高了控制精度。
14.本申请实施例的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
15.附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
16.图1是本申请一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置的模块组成图；
17.图2是本申请另一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置的模块组成图；
18.图3是本申请另一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置的部分结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
20.需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
21.下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
22.本申请一些实施例提供了一种电动调节阀功率驱动装置100。
23.参考图1，图1是本申请一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置100的模块组成图，功率驱动装置100包括电机130、lvdt位移传感器110、功率驱动电路120；功率驱动电路120包括控制模块150、igbt驱动模块160、igbt模块170和lvdt调理模块140；lvdt调理模块140输入端与lvdt位移传感器110连接，lvdt调理模块140输出端与控制模块150连接；igbt驱动模块160输入端与控制模块150连接，igbt驱动模块160输出端与igbt模块170连接；igbt模块170的输入端与igbt驱动模块160连接，igbt模块170输出端与电机130连接。
24.具体地，当需要驱动电动调节阀，lvdt位移传感器110检测阀门当前的开度，并将位移信号发送至lvdt调理模块140，由lvdt调理模块140将位移信号转变为电压信号。控制模块150通过计算得到阀门到达指定开度所需的控制参数，并根据控制参数输出pwm信号至igbt驱动模块160，igbt驱动模块160控制igbt模块170将直流电逆变为频率和幅值可调的三相正弦波，用于驱动电机130旋转，从而控制阀门开度。当阀门到达指定开度，由控制模块150向上位控制系统200发送到位信息。通过使用igbt模块170驱动电机130旋转，避免了使用交流接触器通断时的迟滞，缩短控制周期；利用无摩擦测量、分辨率高的lvdt位移传感器110测量阀门开度，提高了控制精度。另外，lvdt位移传感器110的结构较为坚固，有助于提
高本申请实施例中的功率驱动装置100的抗震动能力。
25.在一些实施例中，igbt模块170由6只igbt管组成，可驱动交流异步电机130。
26.在一些实施例中，lvdt调理模块140使用ad698信号调理芯片，用于将位移信号转换为电压信号。
27.在一些实施例中，控制模块150接收阀门控制指令的方式可以是通过总线接收指令，也可以是通过无线方式接收指令，如利用蓝牙或wifi。
28.参考图2，图2是本申请另一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置100的模块组成图，功率驱动装置100还包括epa现场总线210，epa现场总线210一端连接控制模块150，epa现场总线210另一端连接上位控制系统200。
29.具体地，控制模块150的mac通过mii接口与网络驱动器相连，再通过网络变压器接入epa现场总线210。上位控制系统200通过epa现场总线210下发阀门开度设定指令至控制模块150，epa现场总线210具有高速通信、高精度同步、以及高可靠性的优点，通过epa现场总线210下发阀门开度设定指令，给定的值更稳定准确，与lvdt位移传感器110反馈的更加精确的阀门开度信息作比较，有利于实现阀门开度的精细控制。
30.在一些实施例中，参考图2，功率驱动装置100还包括开关量与模拟量模块220，开关量与模拟量模块220通过第一端口连接上位控制系统200，开关量与模拟量模块220通过第二端口连接控制模块150。
31.具体地，由于使用epa现场总线210需要采用epa总线标准进行通讯，当用户的系统不支持epa总线标准，需要通过输入模拟量来控制阀门开度，一般使用4～20ma电流来设定和接收阀门开度。通过功率驱动装置100上的开关量与模拟量模块220的第一端口，上位控制系统200输入控制阀门开度的模拟量，如设定阀门开启75％，开关量控制阀门的开闭，并通过功率驱动装置100上的开关量与模拟量模块220的第二端口，将模拟量及开关量发送至控制模块150。利用设置开关量和模拟量模块来输入阀门开度信息，使本申请实施例中的电动调节阀功率驱动装置100适用于更丰富的工作场景。
32.在一些实施例中，参考图2，功率驱动装置100还包括整流模块240，整流模块240的输入端与电源230连接，整流模块240输出端与igbt模块170的输入端连接。
33.具体地，电源230向整流模块240输送三相交流电，整流电路将三相交流电转变为直流电，并输送至igbt模块170。
34.在一些实施例中，参考图2，功率驱动电路120还包括采样模块250，采样模块250的输入端与igbt模块170连接，采样模块250输出端与控制模块150连接。
35.具体地，采样模块250采集功率驱动电路120中各个模块状态信息，包括电流、电压，并将采集到的模块状态信息发送到控制模块150，从控制模块150的adc输入接口输入。
36.在一些实施例中，参考图2，功率驱动电路120还包括监测与报警模块260，监测与报警模块260的输入端与采样模块250连接，监测与报警模块260输出端与控制模块150连接。
37.具体地，采样模块250采集功率驱动电路120中各个模块状态信息，包括电流、电压，并将采集到的的模块状态信息发送到控制模块150以及监测与报警模块260。监测与报警模块260由cpld和比较器组成，由采样模块250发送的模块状态信息，监测功率驱动电路120中可能发生的故障，包括过流、过压、欠压、igbt模块170过热，当监测与报警模块260监
测到功率驱动电路120中的故障情况，将故障情况发送至控制模块150，由控制模块150进行报警和保护电路。
38.在一些实施例中，监测与报警模块260的输出端还可以与igbt驱动模块160连接，当监测与报警模块260监测到功率驱动电路120中的故障情况，直接禁止igbt驱动模块160的输出，以加快电路保护的速度。
39.在一些实施例中，参考图2，功率驱动装置100还包括显示器270和控制键盘280，显示器270的输入端与控制模块150连接，控制键盘280的输出端与控制模块150连接。
40.具体地，显示器270的输入端与控制模块150连接，当功率驱动装置100处于运行状态，显示器270显示阀门设定位置以及阀门当前位置；当功率驱动装置100处于调试状态，显示器270显示限位信号、采样模块250及监测与报警模块260发送的各模块状态信息，报警信息；当功率驱动装置100处于参数设定状态，显示器270显示控制增益、积分时间和微分时间。
41.控制键盘280包括四个按键，分别为选择键(mode)，增加键(inc)，减少键(dec)，确认键(set)。选择键的含义是：当显示器270光标在最左位，光标左移，进入编辑状态；当光标在最右位，退出编辑状态，原数据不变；当光标在其它位置，光标左移，选择下一位要改变的数字。增加键的含义是：当显示器270光标在最左位，选择显示下一参数；当光标在其他位置，当前数字位递增。减少键的含义是：当显示器270光标在最右位，选择显示上一参数；当光标在其他位置，当前数字位递减。确认键的含义是：当显示器270光标在非最左位，将当前输入的数据写入数据存储器。
42.在本申请一些实施例中，显示器270为点阵型单色液晶显示器270，控制键盘280可以为独立于显示器270以外的有线键盘或无线键盘。参考图3，图3是本申请另一些实施例提供的电动调节阀功率驱动装置100的部分结构示意图，控制键盘280也可以与显示器270一同集成在电机接线盒顶盖310上，并使用覆膜面板保护。
43.在一些实施例中，参考图3，igbt模块170安装在电机接线盒300的第一方向。具体地，igbt模块170安装在电机接线盒300的基板上，利用机壳进行散热。
44.在一些实施例中，参考图3，控制模块150安装在电机接线盒顶盖310的第二方向。具体地，控制模块150安装在电机接线盒顶盖310的下方。
45.在一些实施例中，控制模块150使用stm32f407芯片，stm32f407芯片内置dsp、ad转换器、mac和pwm控制逻辑电路，可满足本申请实施例对控制模块150的需求。
46.在一些实施例中，电机130为鼠笼式异步电机130，成本较低，相比于传统电动调节阀功率驱动装置100中使用的伺服电机130，鼠笼式异步电机130具有更强的抗过载能力，可靠性更高。
47.本申请实施例提供的电动调节阀功率驱动装置100可用于驱动电动调节阀，电动调节阀广泛应用于水厂、化工厂等需要控制介质流量的工作环境，以下结合图2电动调节阀功率驱动装置100的模块组成图，阐述水厂中净水系统的工作过程。
48.具体地，在净水系统中，电动调节阀为流量调节阀，设置在投加消毒剂或者是药剂的管道上。净水系统的供水量容易受季节变换的影响，当供水量发生变化，净水系统使用的消毒剂量或者药剂量也对应要发生变化。当净水系统需要驱动电动调节阀，整流模块240将电源230输送的三相交流电转变为直流电，并发送给控制模块150。上位控制系统200通过
epa现场总线210向控制模块150发出阀门开度设定指令，该指令由控制键盘280输入和修改，由显示器270进行显示。当上位控制系统200不适用于epa通信协议，使用开关量与模拟量模块220向控制模块150发出阀门开度设定指令。lvdt位移传感器110检测阀门当前的开度，并将位移信号发送至lvdt调理模块140，由lvdt调理模块140将位移信号转变为电压信号。控制模块150通过计算得到阀门到达指定开度所需的控制参数，并根据控制参数输出pwm信号至igbt驱动模块160，igbt驱动模块160控制igbt模块170将直流电逆变为频率和幅值可调的三相正弦波，用于驱动电机130旋转，从而控制阀门开度。在功率驱动装置100工作的过程中，采样模块250按照一定频率采集各模块的状态信息，包括电流、电压，将采集到的各模块状态信息发送至控制模块150以及监测与报警模块260。监测与报警模块260根据各模块状态信息，监测电路中可能发生的故障，包括过流、过压、欠压、igbt模块170过热，当监测与报警模块260监测到功率驱动电路120中的故障情况，将故障情况发送至控制模块150，由控制模块150进行报警和保护电路，并直接禁止igbt驱动模块160的输出，以加快电路保护的速度。当阀门到达指定开度，由控制模块150向上位控制系统200发送到位信息。净水系统通过设有电动调节阀的管道，投加定量消毒剂或是药剂到指定区域，如净水池，从而完成净水操作。
49.净水系统中的电动调节阀通过epa现场总线210发送阀门开度设定指令，数据传输速度高且通信可靠性更高，有助于实现阀门开度的精细控制。而功率驱动装置100使用igbt模块170驱动电机130旋转，避免了使用交流接触器通断时的迟滞，缩短控制周期；利用无摩擦测量、分辨率高的lvdt位移传感器110测量阀门开度，提高了控制精度，使净水系统可以更精准地控制消毒剂或药剂的投加量，达到更好的净水效果。另外，lvdt位移传感器110的结构较为坚固，有助于提高本申请实施例中的功率驱动装置100的抗震动能力，使安装有本申请实施例提供功率驱动装置100的电动调节阀更适用于需要大流量供水、供料的净水系统。而设置监测与报警模块260，监测功率驱动装置100工作时的异常情况，有助于及时发现并处理故障，有助于保障净水系统正常运转。
50.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
51.以上是对本申请的一些实施例进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。