一种基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统及方法

文档序号:26054949发布日期:2021-07-27 15:32阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统,包括基于位移量的阀门开度传感器(1)、信号处理平台(2)以及计算机系统(7),其特征在于:

所述基于位移量的阀门开度传感器(1)和信号处理平台(2)之间使用多芯电缆连接,采用三线制4-20ma电流信号通信及供电;所述计算机系统(7)和信号处理平台(2)之间采用光纤连接,采用以太网通信方式;所述信号处理平台(2)和电动闸板阀门本体之间采用多芯电缆连接,使用三相五线制供电方式。

2.根据权利要求1所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统,其特征在于:所述信号处理平台(2)中包括信号接入模块(3)、主控制器模块(4)、网络通信接口模块(5)以及电机驱动器模块(6);所述信号接入模块(3),通过模数转换电路将基于位移量的阀门开度传感器(1)接入的4-20ma电流信号转换成数字量,用于主控制器模块(4)进行处理;所述主控制器模块(4)采用单片机控制器为核心,以串口通信作为交互方式;所述网络通信接口模块(5)的作用在于将主控制器模块(4)输出的串口信号转换为网络信号,与计算机系统(7)进行通信;电机驱动模块(6)和主控制器模块(4)使用继电器信号作为交互方式,主控制器模块(4)控制中间继电器动作,使电机驱动模块(6)给电动闸板阀门的三相异步电动机供电。

3.根据权利要求1所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统,其特征在于:所述计算机系统(7)包含用户交互系统,该用户交互系统包括电动闸板阀门开度控制界面、电动闸板阀门故障报警界面以及电动闸板阀门工作日志收集界面;其中,电动闸板阀门开度控制界面主要负责:和信号处理平台(2)中的网络通信接口模块(5)建立网络链接、从信号处理平台(2)中读取当前电动闸板阀门的开度信息以及电动闸板阀门运行时的电流数据、向信号处理平台(2)发送当前需要设定的电动闸板阀门的开度百分比;当电动闸板阀门的电流数值超出警戒值时,则认定为需要报警,并将报警信号传递给电动闸板阀门故障报警界面,向电动闸板阀门工作日志收集界面发送每一步的操作记录;电动闸板阀门故障报警界面负责和电动闸板阀门开度控制界面进行通信,并将其发送出的故障报警信息予以展示,为岗位司机对设备的运行状态进行评估提供有效手段;电动闸板阀门工作日志收集界面负责和电动闸板阀门开度控制界面进行通信,并通过钩子函数将其每一步动作进行记录,通过报表的形式进行展示。

4.一种基于位移量的电动闸板阀门开度控制方法,采用权利要求1所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统来实现,用于对电动闸板阀门的开度进行检测,并通过给定值对对电动闸板阀门的开度进行控制,同时对电动闸板阀门的故障报警信息以及操作日志进行记录,其特征在于,操作步骤如下:

步骤1、根据电动闸板阀门的实际工作情况,确定如权利要求1所述系统的安装位置;

步骤2、对基于位移量的阀门开度传感器(1)的输出信号进行校准,使其输出范围满足4-20ma电流信号的要求,并对实际的电动闸板阀门的开度值进行计算;

步骤3、对基于位移量的阀门开度传感器(1)的输出信号进行过滤,利用滤波算法去除由于信号突变带来的错误数值;

步骤4、根据电动闸板阀门的实际工作范围确定电动闸板阀门的工作时间阈值ttop以及三相异步电动机堵转时的最大电流itop,当工作时间超出阈值ttop或者工作电流大于itop时,系统需要进行保护动作,并发出故障报警。

5.根据权利要求要求4所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制方法,其特征在于,所述步骤1具体包含以下步骤:

步骤1.1、根据电动闸板阀门的实际安装位置,确定基于位移量的阀门开度传感器(1)的安装位置,保证基于位移量的阀门开度传感器(1)位移的最大值和最小值在阀门的动作范围内;

步骤1.2、根据电动闸板阀门所在的车间情况,确定信号处理平台(2)的安装位置;在安装过程中,信号处理平台(2)做好保护地措施以及信号屏蔽措施,信号处理平台(2)和基于位移量的阀门开度传感器(1)之间的信号线走线位置要尽量避免高压、电磁干扰;

步骤1.3、对信号处理平台(2)中的各个模块进行功能验证、校准。

6.根据权利要求4所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制方法,其特征在于,所述步骤2具体包含以下步骤:

步骤2.1、基于位移量的阀门开度传感器(1)的测量范围为0-l;此时对应的电流输出是4-20ma,测量范围是:[lmin,lmax],并且满足根据测得的lmin和lmax获得基于位移量的阀门开度传感器(1)的输出电流范围[imin,imax];

步骤2.2、根据信号接入模块(3)的模数采样位数n来确定系统的模数采样精度2n,最终,信号接入模块(3)输出给主控制器模块(4)的数字量out为:

outnew为:

步骤2.3、主控制器模块(4)根据输入outnew,计算出电动闸板阀门当前的开度值p实际位移l:

l=p×(lmax-lmin)。

7.根据权利要求4所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制方法,其特征在于,所述步骤3具体包含以下步骤:

步骤3.1、根据电流的输入范围去除明显不符合实际情况的电流输入,当输入电流i>imax或者i<imin时,直接丢弃输入电流值;

步骤3.2、由于电动闸板阀门的闸板运行位移近似认为是对时间的一次函数,基于位移量的阀门开度传感器(1)输出的电流值也应该是均匀变化的,根据两者的时间特性设计出以下滤波算法:

a.设定固定的采样时间ti;

b.根据采样时间ti采样多组电流输出值:i1,i2,i3......in;

c.将多组电流输出值和采样时间进行一次函数拟合,最终可以获得斜率k;

d.根据现场实际工作环境,确定补偿常量d;

e.确定允许的斜率范围:k-d≤kreal≤k+d;

步骤3.3、调试阶段确定标准斜率k和补偿常量d,并将其设定到在主控制器模块(4),运行过程中,记录当前值的上一个历史值,每一次有新的值进入之后,首先计算实际斜率kreal,当实际斜率kreal满足要求后,更新历史值,并用于计算,否则丢弃当前值。

8.根据权利要求4所述基于位移量的电动闸板阀门开度控制方法,其特征在于,所述步骤4具体包含以下步骤:

步骤4.1、在电动闸板阀门开度控制系统中设定保护措施;在调试时,确定电动闸板阀门从全开到全闭所耗费的时间,确定其为时间阈值ttop,并在调试时,检测电动闸板阀门的三相异步电动机堵转时的电枢电流,将其设定为电流阈值itop;

步骤4.2、用户通过计算机系统(7)中的电动闸板阀门开度控制界面设定完电动闸板阀门的开度值之后,信号处理平台(2)驱使电机驱动器模块(6)动作,实现电动闸板阀门的开度变化;再运行过程中,当信号处理平台(2)检测到实际运行时间超出时间阈值ttop或者电动闸板阀门的三相异步电动机的电枢电流超出电流阈值itop时,则进行保护,断开电路,并进行报警。


技术总结
本发明涉及自动控制技术领域,具体为一种基于位移量的电动闸板阀门开度控制系统及方法。解决了现有电动闸板阀门控制方式落后、开度控制精度低的问题。本发明所述系统包括基于位移量的阀门开度传感器、信号处理平台以及计算机系统。所述信号处理平台中包括信号接入模块、主控制器模块、网络通信接口模块和电机驱动器模块。所述计算机系统为用户提供控制入口,具体包括电动闸板阀门开度控制界面、电动闸板阀门故障报警界面和电动闸板阀门工作日志收集界面。所述信号处理平台和基于位移量的阀门开度传感器间采用4‑20mA电流信号通信,和计算机系统间使用以太网通信。本发明所述系统优化了电动闸板阀门的控制方式,实现了开度的精确控制。

技术研发人员:彭晨;朱帅;杨陈;毛宁
受保护的技术使用者:上海大学
技术研发日:2021.04.08
技术公布日:2021.07.27
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