[实用新型]一种通用阀门控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通用阀门控制器。

背景技术

阀门是火力发电厂中应用非常广泛的部件，用于对生产过程中的工质进行流量控制。根据阀门驱动力对阀门分类，可分手动阀与自动阀两种：前者通过人力开关阀门，后者由电动力、气动力或液动力驱动。出于安全生产考虑，并随着自动化水平的提高，当前火力发电厂的大部分手动阀已被自动阀取代。

阀门控制器作为自动阀的核心部件，已成为自动化系统与流量控制的中间界面。阀门控制器根据自动化系统发出的指令，控制阀门驱动力动作，使阀门打开、关闭或者停在某个精确位置，在驱动力动作期间，阀门控制器还必须对阀门提供保护，以保证流量控制的安全可靠。

火电厂的生产环境，决定了大多数阀门控制器处于粉尘、振动、高温、室外等恶劣环境下工作，容易损坏失效，需不时地对其进行检修维护。相当多的阀门控制器设计不合理，比如调节型阀门控制器采用机械继电器，调节阀的频繁动作容易导致机械触点拉弧失效。大部分阀门控制器维护不方便，一是不能带电更换控制器的元器件，二是阀门断电后，需重新调试控制器。

另一方面，在火力发电厂中，阀门类型繁多，阀门控制器的品牌多种多样。以某4×300MW 机组为例，不同品牌的阀门控制器有不下30种，品牌之间不能相互通用，这给阀门控制器的检修与备件管理带来不便。比如说，有些品牌的阀门控制器已停产，不再提供备件，万一这种阀门控制器出现故障，就必须更换整个阀门，这很可能导致机组非计划停机，与此同时，其他品牌的阀门控制器备件在仓库内闲置，起不到替换作用。这些状况无疑对火力发电厂的安全与连续运行造成了极大困扰。

实用新型内容

针对火电厂中阀门控制器需要经常维护与更换的现状，为解决阀门控制器的通用性问题，并兼顾产品的可靠性和维护性，本实用新型提出了一种通用性、可靠性与维护性都比较好的阀门控制器。采用了如下技术方案：一种通用阀门控制器，由阀门运动数据采集电路、ARM 处理器、继电器、I/O电路、编码器、联轴器和电源组成。阀门控制器采用模块化设计，除编码器与联轴器外，阀门控制器的以上功能件安装在不同的模块之上。

阀门控制器的工作原理是：阀门运动数据采集电路与阀门的运动传感器相连，将表征阀门位置与力矩的物理量送至ARM处理器；ARM处理器运行阀门控制和保护算法，得到阀门的动作指令，将其输出至接触器；接触器控制电动阀的电机或者气动阀的气动放大器动作，使得阀门打开、关闭或者停止在某一个精确位置。数据采集电路、ARM处理器与接触器形成闭环控制。ARM处理器还通过I/O电路连接至上层的自动化系统，使其能在远方控制阀门。电源的功能是给阀门控制器的上述功能件提供不同等级与规格的直流电源。

上述阀门运动数据采集电路，安装在主控模块上，设计有脉冲、格雷码、毫伏电势、开关量、直流电平等输入接口，能处理来自不同测量原理传感器的输出数据，这些传感器包括编码器、霍尔传感器、接近开关、行程开关、光电开关、力矩感应传感器、力矩机械开关等。

上述ARM处理器，安装在主控模块上，ARM处理器接受阀门运动数据采集电路输出的数据，计算阀门的实时位置和力矩，并运行阀门控制与保护算法，实现阀门的行程与力矩控制。

上述继电器，安装在驱动模块上，用于控制电动阀门的电机与气动阀门的气动放大器，是驱动电机正反转和气动放大器开与关的功率器件。

上述I/O电路，安装在I/O模块上，用于连接阀门上层的自动化系统。I/O电路提供两种连接接口：硬接线和现场总线。硬接线接口包括：开关量状态、故障状态、开关量指令、 FB(4～20mA)与CR(4～20mA)。现场总线接口为标准Profibus DP接口。

上述编码器，安装在阀门位移连接件上，可用来替代原有阀门上的位置与力矩传感器。编码器将连接件的旋转圈数转化成格雷码，并输出至主控模块。

上述联轴器，适用于气动阀，安装在气动放大器的输出轴上，将轴的直行程位移转换成联轴器的旋转圈数。在联轴器上可安装编码器，获得格雷码输出。

与现有阀门控制器相比，本实用新型提供的技术方案具有以下特点：

通用性好。它不仅可控制各类电动型阀门，也可对气动阀门进行控制，取代价格昂贵的气动定位器；既可控制开关动作阀也可控制调节动作阀；可兼容火电厂内几乎所有阀门的行程与力矩传感器；并可通过I/O模块上的Profibus DP接口，接入现场总线网络，使阀门成为现场总线控制系统中的一个从站。目前所知，在已有的工业产品中，尚无此类实用新型出现。