电动阀门控制系统的设计方式及系统结构

德国利

（河北光德流体控制有限公司，沧州 061100）

电动阀门控制系统的设计方式及系统结构

德国利

（河北光德流体控制有限公司，沧州 061100）

电动阀门控制系统是现代控制系统中一种十分重要的控制执行机构，被广泛应用于人们的生产生活中。本文简要阐述我国电动阀门概况，分析电动阀门控制系统设计方式及系统结构，以期为我国的电动阀门控制系统发展提供一定的参考。

电动阀门 控制系统 设计方式 系统结构

1　电动阀门概况

1.1电动阀门简介

阀门电动装置大多由90°（特殊情况为90°～180°）回转的球阀、旋塞阀、蝶阀以及一些其他类型的配套设备所组成。它与阀门配套成为电动阀门，用来控制阀门的开启与关闭。它既可以手动操作，又可电动操作。加之其结构简单易懂，价格较为便宜，性能也比较安全可靠，因此被广泛应用于人们的生产生活中。例如，在承钢新建或者改造项目中，风、汽、水、煤气等系统，高炉布袋除尘系统以及焦化煤气管网系统等，都会大量应用电动阀门。

1.2电动阀门的分类

根据电动阀门动力源的不同，可以将其大体分为液压传动、电动以及气压传动三种。

液压传动阀门在使用中相对较为稳定。即使在十分高速的情况下，它也能够正常启动、制动及转向，并且可以通过体积很小的传动介质来获得较大的力矩。但液压传动阀门的体积相对较大，所以在安装、使用以及后期的维修中相对繁琐。此外，在功率较小的地方也很难使用。所以，它的发展受到了一定的限制。

气压传动阀门的工作介质是压缩气体，即借助压缩气体来完成动力传递工作，实现对信号的控制。由于气压传动阀门的工作介质是空气，所以相对于其他的传动阀门，具有更高的防爆防火性能。因此，它得到了较大的发展空间。但是，由于压缩空气的获取较为困难，因此气压传动阀门的发展十分缓慢。随着机电一体化建设的不断深入，我国的微电子技术也得到了飞速发展，给电动阀门的使用带来了许多问题。不仅现场调试的难度不断增加，而且其故障检修与诊断也很难确保足够的准确率。电动阀门的发展跟不上现代工业发展步伐，导致工业生产效率降低，一定程度上阻碍了我国工业的发展进步。

2　电动阀门控制系统设计方式

电动阀门的工作方式主要有就地控制、阀门控制以及远程控制三种。其地址拨码开关总共有7位，可以完成127个地址的选择；波特率拨码开关总共有2位，可以完成2400bit/s、1200bit/s、9600bit/s、4800bit/s四种波特率的选择。它的总体设计方案如图1所示。

图1　电动阀门总体设计方案

2.1电动阀门控制系统软件设置

电动阀门控制器的软件主要利用MCS-51汇编语言完成编程，利用C++高级语言进行现场总线通讯部分的编程。

具体软件设计内容有：

（1）主程序，主程序主要负责协调和调用各功能子程序的系统。

（2）采样、滤波子程序，主要利用该程序完成数字滤波以及电动阀门各项参数的实时采样，并将其转化为+5V的标准电压信号以及4～20mA的标准电流信号。

（3）初始化子程序，该程序可以完成系统内部各项资源的分配以及系统自检测。

（4）数/模转换子程序，利用该程序可以将+5V的标准电压信号以及4～20mA的标准电流信号转化成为数字信号，并输送至中央处理单元（CPU）。

（5）通讯子程序，主要是遵循现场总线PROFIBUS协议，实现现场各电动阀门与上位机间的实时通讯，传到上位机的远程控制命令，并向上位机反馈下位机转送的各项运行参数。

（6）控制子程序，利用该程序完成模/数转换，并发出控制指令，驱动各类执行机构，驱动电机转动。

（7）显示子程序，通过该程序显示的各项电动阀门实际开度值，可以对电动阀门的实际运行状态进行实时显示监控。

（8）键盘输入子程序，利用该程序键入电动阀门的初试参数，并在现场对其发出各项控制指令。

（9）故障报警子程序，该程序主要是在电动阀门出现运行故障时，及时发出光、声报警，以确保电动阀门故障被及时发现。

2.2电动阀门控制系统硬件设置

2.2.1电动阀门控制器的主要功能

以KD-1型阀门控制器为例。该阀门的主要功能有：（1）远程控制。该系统可以利用上位机发出控制指令，再经由通讯接口传达执行远程控制电动阀门的开启或停止；（2）自动控制。主要是通过仪表面板上的数字电位器来设置电动阀门的开度值，并通过检测反馈电动阀门的开度信号，完成电动阀门开度的实时控制，还可在故障时及时自动报警；（3）就地控制。控制人员可以利用仪表面板上的开、停按钮来控制电动阀门的开启或停止。

2.2.2硬件电路设计

电动阀门的硬件电路设计主要有：（1）前向采样通道。该通道主要负责对电动阀门的开度信号进行采样，并把开度信号转化成为+5V的标准电压信号以及4～20mA的标准电流信号，并将其输入至中央处理单元（CPU）；（2）中央处理单元（CPU）。该单元主要负责将前向采样通道输送过来的电动阀门实际开度值与阀门的设定值进行对比，以此来决定驱动电机的控制策略：（3）后向控制通道。该通道主要是接受来自中央处理单元（CPU）的各项控制命令，执行各项控制机构，以此配合电机转动的驱动；（4）人机交互通道。主要利用该通道键入电动阀门的初始参数以及各项控制命令，并显示电动阀门的实际开度值；（5）通讯接口。主要是利用现场的总线接受来自上位机的各项控制命令，并将电动阀门的各项运行参数反馈给上位机。它的具体硬件电路如图2所示。

图2　电动阀门硬件控制电路

3　电动阀门控制系统结构

电动执行装置基础工作仅需给控制器设置过转距信号及控制器开、关极限即可。另外，还可根据需要加设滑动变阻器、闪光显示集中装置以及按钮等。根据控制器信号显示回路与操作回路的电压，可以将控制器分为两种：一种是控制器显示回路电压与操作回路电压不同；一种是控制器显示回路电压与操作回路电压相同。出现两种差别的主要原因就是变压器的有无。以市面上两种类型的电动阀门控制系统为例，其具体控制系统设计原理如下图3、图4所示。

图3与图4是两种非常典型的不同形式的控制原理图。由图可以看出，开、关极限以及信号显示两种不同变化。这种变化常常会导致执行装置与控制器不匹配，需要更改线路加以调整。假设图4中的开、关极限仅仅只设置了一个公共点微动开关，那么想要将图4更改成图3的样式就不可能实现。而要想将图4更改成图3的形式，不仅需要改动电动装置的内部接线，还需要在主控制器的连线中再增设一条线。这样变动不仅效率不高，还会给安装者带来许多麻烦。

图3　控制系统原理

4　总结

综上所述，电动阀门控制系统关系着我国人民生产生活。因此，需要各电动阀门生产单位及专业研发人员不断学习创新，及时发现改进电动阀门控制问题，提升电动阀门的智能化，提高电动阀门控制效率，从而为我国工业发展奠定良好基础。

[1]何勋.电动阀门的智能化及其发展现状[J].城市建设理论研究：电子版，2013，（27）.

[2]袁媛.基于现场总线的电动执行控制系统的研制[D].武汉：华中科技大学，2007.

Electric Valve Control System Design Method and the Analysis of System Structur

DE Guoli
(Grande-tek flow control co.ltd,Cangzhou 061100)

Electric valve control system is a very important control system in the m odern control system, the valve control system is widely used in people's life, but relatively speaking, the intelligent development of electric valve is still relatively backward, China's valve electric device is st ill in use in sixty, five years of traditional technology, the product structure is more complex, can not meet the needs of remote centralized control, it is difficult to keep up with the development of automation production process. This paper briefly describes the general si tuation of the electric valve in China, analyzes the design method and system structure of the electric valve control syst em. Hope to provide a reference for the development of electric valve control system in China.

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