專利名稱：一種電動(dòng)閥門控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)電和控制領(lǐng)域，具體地講是一種基于嵌入式技術(shù)的電動(dòng)閥門控制裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)控制閥門中使用電動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)閥門開啟或閉合，電動(dòng)裝置內(nèi)包含三相交流電機(jī)、機(jī)械減速裝置、電機(jī)正/反向過力矩檢測(cè)裝置、電機(jī)過熱檢測(cè)裝置、閥門開/關(guān)到位狀態(tài)檢測(cè)裝置等，電動(dòng)閥門的工作原理如圖1所示。工業(yè)閥門往往作為工業(yè)系統(tǒng)中的一個(gè)可控子系統(tǒng)，因此，對(duì)閥門的控制要求隨工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的不同一般有所不同。閥門控制動(dòng)力主要采用電動(dòng)和液壓兩種方式，而控制系統(tǒng)的邏輯部分則主要是對(duì)于簡(jiǎn)單需求場(chǎng)合采用繼電器開關(guān)邏輯；對(duì)于邏輯較為復(fù)雜的需求場(chǎng)合則采用工業(yè)PLC(可編程邏輯控制器)。
以上兩種邏輯控制系統(tǒng)也是通用的、傳統(tǒng)的、多年來一直在工業(yè)界被廣泛使用的方式，它們技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工作可靠、技術(shù)支持保證。但是，分析發(fā)現(xiàn)(1)采用繼電器開關(guān)邏輯，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制，很難實(shí)現(xiàn)諸如延時(shí)、通信、數(shù)字化設(shè)置和顯示等，功能已不能滿足自動(dòng)化程度的日趨發(fā)展對(duì)閥門控制子系統(tǒng)要求；再就是，采用繼電器開關(guān)邏輯的控制系統(tǒng)體積大，一般需要做成一個(gè)控制柜，體積大、功耗大、成本并不低。盡管繼電器開關(guān)邏輯的控制柜在工業(yè)界已有幾十年成功使用的歷史，但它是一種技術(shù)已陳舊的控制方法，種種跡象顯示，它早已不再是工業(yè)界使用的控制技術(shù)主流，有被用其它方法完全取代的可能。
(2)PLC是近年來發(fā)展迅速、技術(shù)成熟、工業(yè)界廣泛采用的一種控制方法。PLC結(jié)構(gòu)配置靈活，配套供應(yīng)的模塊選擇多，很容易構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制器。而且，PLC容易使用、現(xiàn)場(chǎng)可編程，方便使用。這些便利使得用戶在構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)化的工業(yè)設(shè)備時(shí)，可將注意力放在設(shè)備的其它方面，而控制邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)成、制造等幾乎可以不用考慮，只是到時(shí)如何選配PLC和現(xiàn)場(chǎng)使用既可。PLC的這些優(yōu)點(diǎn)的確給工業(yè)控制界帶來了很多便利，尤其對(duì)于時(shí)間緊、使用數(shù)量少、產(chǎn)品研究開發(fā)不定過程等領(lǐng)域的應(yīng)用，深受到工業(yè)界的青睞，在工業(yè)界得到了非常廣泛的應(yīng)用，甚至在一些人的概念中已形成了最佳的工業(yè)控制就是用PLC。
但細(xì)心思考不難發(fā)現(xiàn)，PLC實(shí)際上是設(shè)計(jì)的一類通用控制器，方便不同應(yīng)用場(chǎng)合的人們，在即使不懂得如何去設(shè)計(jì)制造控制器的情況下，而能快速得到和應(yīng)用一個(gè)性能先進(jìn)的控制器，去解決自己的設(shè)備控制問題。由于PLC是通用的，而不是針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用專門設(shè)計(jì)制造，所以，針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用所選配的PLC及其模塊構(gòu)成的系統(tǒng)總會(huì)存在一些資源、指標(biāo)上的冗余或不足，造成浪費(fèi)或欠缺；再由于PLC是融合著別人技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，PLC價(jià)格中包含著別人的技術(shù)和額外利潤(rùn)，所用，選用PLC普遍會(huì)使產(chǎn)品成本增加，造成產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力下降或利潤(rùn)降低。
對(duì)于控制數(shù)量大、且需要長(zhǎng)期生產(chǎn)和發(fā)展的產(chǎn)品，如果依賴PLC作控制器，則其不利更是顯然易見。
(3)無論采用繼電器開關(guān)邏輯，還是采用PLC，所形成的產(chǎn)品其控制部分很難形成自己的個(gè)性、風(fēng)格，建立自己的產(chǎn)品品牌。繼電器開關(guān)邏輯受到其運(yùn)算能力的限制，所能實(shí)現(xiàn)的功能是有限的，即使對(duì)自己的產(chǎn)品其設(shè)備控制有新的想法和創(chuàng)意，繼電器開關(guān)邏輯也很難勝任對(duì)其實(shí)現(xiàn)，或開銷更大。這也是繼電器開關(guān)邏輯的限制和面臨淘汰的原因之一。雖然PLC在這些方面不存在問題，不斷提供的新產(chǎn)品幾乎可以滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的各種不同和新的需求。但是，PLC是一個(gè)通用的現(xiàn)成產(chǎn)品，用來構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)的核心后，其形式和結(jié)構(gòu)其本固定了，剩下只是一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC使用問題。在方便簡(jiǎn)單背后的實(shí)質(zhì)是，產(chǎn)品控制系統(tǒng)中真正屬于自己的技術(shù)成分減少，別人也能同樣方便容易地做到。其結(jié)果是，在自己的產(chǎn)品中還是不能夠通過對(duì)自己產(chǎn)品的長(zhǎng)期認(rèn)識(shí)、積累、完善、改進(jìn)，在產(chǎn)品中充分使用自己的原創(chuàng)性知識(shí)，形成有個(gè)性、有風(fēng)格的產(chǎn)品，樹立產(chǎn)品品牌。
在這一點(diǎn)上，對(duì)一個(gè)在戰(zhàn)略上需要尋求長(zhǎng)期發(fā)展的產(chǎn)品和企業(yè)來說尤為重要。否則的話，最少在產(chǎn)品的控制器這個(gè)方面，意味著其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力越來越低，與先進(jìn)、發(fā)展無緣。從國(guó)外知名企業(yè)和產(chǎn)品的戰(zhàn)略發(fā)展方向看也能證實(shí)這一點(diǎn)，真正成熟和有發(fā)展前途的產(chǎn)品，并不依賴PLC。反過來說，如果一個(gè)企業(yè)或一個(gè)產(chǎn)品必須依賴于PLC才能完成其控制系統(tǒng)的構(gòu)成，只能說明，這個(gè)產(chǎn)品還有技術(shù)發(fā)展的空間，或這個(gè)企業(yè)的技術(shù)能力有限。
嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、通信、電子、自動(dòng)控制等技術(shù)領(lǐng)域近年來共同發(fā)展的產(chǎn)物。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，往往是一個(gè)嵌入在設(shè)備，或商品中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為設(shè)備或商品所應(yīng)完成的功能提供控制和服務(wù)，是設(shè)備或商品的組成部分。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是面向應(yīng)用，在滿足具體每個(gè)應(yīng)用要求的前提下，設(shè)計(jì)硬件、軟件等結(jié)構(gòu)方面最簡(jiǎn)明的應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該說是針對(duì)不同的每一個(gè)具體應(yīng)用，“量體裁衣”地從硬件、軟件為其設(shè)計(jì)制造專用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)這個(gè)最基本性質(zhì)和特點(diǎn)，為具體每一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建性能最佳，而成本最低的專用控制器成為可能。同時(shí)，很容易形成和實(shí)現(xiàn)有自己特長(zhǎng)、風(fēng)格、個(gè)性的產(chǎn)品，保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也有利于積累、創(chuàng)建自己的品牌。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于控制領(lǐng)域已有無數(shù)成功的例子，智能設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備的普及和廣泛應(yīng)用深刻地說明了這一點(diǎn)。事實(shí)上，PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，只不過因?yàn)镻LC不是針對(duì)具體某個(gè)應(yīng)用，而是將一般的控制系統(tǒng)抽象出來，找出它們的共性，做成盡可能通用的產(chǎn)品，讓更多的應(yīng)用場(chǎng)合能夠套用，以分享更多的市場(chǎng)份額。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種逐步取代現(xiàn)正在使用繼電器開關(guān)控制邏輯和基于PLC為核心的控制系統(tǒng)，并逐步形成系列化產(chǎn)品的基于嵌入式技術(shù)的電動(dòng)閥門控制裝置，以克服上述的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型由系統(tǒng)電源、嵌入式中心控制單元MCU、非易失存儲(chǔ)器及外圍電路構(gòu)成，其特點(diǎn)是MCU控制輸出線通過閥門控制電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線通過相序、缺相檢測(cè)電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線還通過狀態(tài)、故障檢測(cè)電路與與所控閥門中電動(dòng)裝置相連接；上述MCU還通過本地人機(jī)接口電路與本地操作、顯示裝置相連接；上述MCU還通過通訊接口電路與主系統(tǒng)控制器相連接；上述MCU還通過遠(yuǎn)程接口電路與遠(yuǎn)程操作、顯示裝置相連接。
由于本實(shí)用新型采用嵌入式技術(shù)的電動(dòng)閥門控制裝置，使得本實(shí)用新型嵌入式系統(tǒng)以“量體裁衣”，為應(yīng)用定制系統(tǒng)的特點(diǎn)，在針對(duì)一個(gè)具體產(chǎn)品應(yīng)用，特別是針對(duì)一個(gè)大量生產(chǎn)和值得長(zhǎng)期發(fā)展的產(chǎn)品，無疑有與PLC不可比擬的優(yōu)勢(shì)和前景。本實(shí)用新型能與現(xiàn)行的各類閥門控制用電動(dòng)裝置連接，代替由繼電器開關(guān)邏輯或PLC組成的控制器；能夠監(jiān)測(cè)三相交流電源相序，并自動(dòng)作出相應(yīng)的控制調(diào)整；能夠?qū)^力矩、鎖死、電機(jī)過熱、電源缺相、閥門開到位、閥門關(guān)到位等故障和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并作出相應(yīng)的保護(hù)控制；支持就地、遠(yuǎn)程和通信三種控制方式和信息狀態(tài)指示。


圖1為電動(dòng)閥門的工作原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型的原理框圖。
圖3為本實(shí)用新型輸入電路原理圖。
圖4為本實(shí)用新型輸出電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
本實(shí)用新型控制部分共有12個(gè)通用輸入(其中8個(gè)來自電動(dòng)裝置或遠(yuǎn)程控制信號(hào)，4個(gè)用于本地操作)，11個(gè)繼電器輸出，以及1個(gè)通信接口。選擇將整個(gè)控制系統(tǒng)，包括邏輯控制、本地操作、本地狀態(tài)信息顯示、系統(tǒng)供電電源、系統(tǒng)物理連線用接線端子等，全部集成在一塊電路板上。所構(gòu)建的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本實(shí)用新型由于將本地操作與本地顯示、物理接線端子均集成在同一塊電路板上，其電路板正面布局設(shè)計(jì)決定本地操作與本地狀態(tài)指示的布局安排，也即控制器的最終產(chǎn)品形式；其電路板反面布局設(shè)計(jì)決定控制器物理連線端子的排列順序。
本實(shí)用新型開關(guān)量輸入信號(hào)(見圖3)經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)加到光電耦合器的輸入端，經(jīng)光電耦合器隔離后的信號(hào)送至微控器的相應(yīng)輸入端口。選擇NPN電阻網(wǎng)絡(luò)，則允許接入NPN輸入信號(hào)；而選擇PNP電阻網(wǎng)絡(luò)，則允許接入NPN輸入信號(hào)。LED用于指示輸入信號(hào)的狀態(tài)。
本實(shí)用新型MCU輸出的控制信號(hào)(見圖4)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大，直接驅(qū)動(dòng)繼電器J和LED。LED用于本地指示所輸出控制信號(hào)的狀態(tài)，繼電器J根據(jù)輸出負(fù)荷要求選配不同的類型和型號(hào)。
本實(shí)用新型三相電源的相序與缺相故障檢測(cè)硬件電路是簡(jiǎn)單的三路光電隔離信號(hào)傳送電路。送到MCU輸入端口反映三相電源的原始信號(hào)需要由相應(yīng)的算法和軟件判別才能完成相序和缺相故障的檢測(cè)。這樣的方案雖然增加了軟件的復(fù)雜性，但能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)硬件的故障源，降低系統(tǒng)成本。
本實(shí)用新型同樣可以控制液控閥門，液控閥門與電動(dòng)閥門控制之間雖然存在一定的需求差別，控制器的最終形式也根據(jù)實(shí)際應(yīng)用提出不同要求，可以根據(jù)各自特點(diǎn)和需求，只需改變輸出控制硬件即可。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)閥門控制裝置，由系統(tǒng)電源、嵌入式中心控制單元MCU、非易失存儲(chǔ)器及外圍電路構(gòu)成，其特征在于MCU控制輸出線通過閥門控制電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線通過相序、缺相檢測(cè)電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線還通過狀態(tài)、故障檢測(cè)電路與與所控閥門中電動(dòng)裝置相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)閥門控制裝置，其特征在于MCU還通過本地人機(jī)接口電路與本地操作、顯示裝置相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)閥門控制裝置，其特征在于MCU還通過通訊接口電路與主系統(tǒng)控制器相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)閥門控制裝置，其特征在于MCU還通過遠(yuǎn)程接口電路與遠(yuǎn)程操作、顯示裝置相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于嵌入式技術(shù)的電動(dòng)閥門控制裝置，由系統(tǒng)電源、嵌入式中心控制單元MCU、非易失存儲(chǔ)器及外圍電路構(gòu)成，其特點(diǎn)是MCU控制輸出線通過閥門控制電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線通過相序、缺相檢測(cè)電路與所控閥門中開關(guān)、換相裝置相連接，MCU數(shù)據(jù)線還通過狀態(tài)、故障檢測(cè)電路與所控閥門中電動(dòng)裝置相連接。由于本實(shí)用新型采用嵌入式技術(shù)的電動(dòng)閥門控制裝置，使得本實(shí)用新型嵌入式系統(tǒng)以“量體裁衣”，為應(yīng)用定制系統(tǒng)的特點(diǎn)，在針對(duì)一個(gè)具體產(chǎn)品應(yīng)用，特別是針對(duì)一個(gè)大量生產(chǎn)和值得長(zhǎng)期發(fā)展的產(chǎn)品，無疑有與PLC不可比擬的優(yōu)勢(shì)和前景。
文檔編號(hào)G05D3/00GK2844985SQ200520098340
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者周祖德, 李方敏, 徐成, 劉泉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)