基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種閥門控制【技術領域】的基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)。本發(fā)明包括：微差壓閥門的硬件控制系統(tǒng)和基于虛擬儀器編程的軟件控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)作為虛擬儀器軟件的載體和執(zhí)行部件，完成壓差傳感器采集數(shù)據(jù)、步進電機驅動閥門運動等動作。軟件系統(tǒng)采用基于虛擬儀器的編程模式，用于實現(xiàn)壓差數(shù)據(jù)的采集、壓差數(shù)據(jù)信號的二次采樣處理、微差壓閥門快速定位控制模型的加載和實時計算以及步進電機的驅動。通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作，實現(xiàn)微差壓閥門的自動和快速定位。
【專利說明】 基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種閥門控制【技術領域】的定位系統(tǒng)，具體地說，是一種基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]微差壓閥門能夠在兩個空間之間或一個空間與外界之間形成微小的壓力差，可以達到防止相互交叉污染的目的，因此在食品制造、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境工程等領域得到了廣泛的應用。微差壓控制閥是實現(xiàn)微差壓控制的主要手段之一。目前得以普遍使用的微差壓控制閥多采用閥門連續(xù)啟閉方式控制，雖然可以把控制壓差在一定范圍內，但存在著壓力波動大、閥瓣動作過于頻繁等問題；國外引進或國內新近研制的智能型微差壓控制閥能夠較好地解決了壓力波動大的問題，同時壓差控制的精度也較高，但由于其控制系統(tǒng)均采用的是比例微積分調節(jié)方法，閥瓣通過往復運動逼近的方法進行定位，因此不可避免地會產生一定程度的震蕩，同時亦使得定位時間延長。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?200910265304.X，專利名稱為:利用永磁同步電機進行閥門微步調節(jié)的裝置及其實現(xiàn)方法。根據(jù)該發(fā)明提供的閥門微步控制裝置的結構和原理來看，主要論述了一種采用DSP控制器和永磁同步電機進行閥門微步調節(jié)的控制裝置的構架和方案。該裝置基于DSP作為電動閥門控制器的中心，結構上采用函數(shù)發(fā)生器和高頻功率放大器實現(xiàn)永磁同步電機的運動執(zhí)行控制；采用旋轉變壓器和數(shù)字轉換器實現(xiàn)旋轉角度的讀取。由于微差壓閥門的實際控制要受到介質、流阻、壓力等多種因素的綜合影響，采用DSP模式的閥門定位系統(tǒng)難以建立復雜的數(shù)學模型來適應閥門使用的綜合外部條件；該裝置的定位方式采用的是旋轉變壓器和數(shù)字轉換器的模式，容易受到干擾，定位精度不高；而且其僅僅采用的是閥門位置的微步調節(jié)模式，并沒有以閥門的壓差作為反饋環(huán)節(jié)，因為無法達到微差壓控制的效果。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微差壓閥門定位系統(tǒng)的不足，提供了一種根據(jù)微差壓要求，能夠快速高精度定位的微差壓閥門快速定位控制系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:
[0006]本發(fā)明包括:微差壓閥門的硬件控制系統(tǒng)和基于虛擬儀器編程的軟件控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)作為虛擬儀器軟件的載體和執(zhí)行部件，完成壓差傳感器采集數(shù)據(jù)、步進電機驅動閥門運動等動作。軟件系統(tǒng)采用基于虛擬儀器的編程模式，用于實現(xiàn)壓差數(shù)據(jù)的采集、壓差數(shù)據(jù)信號的二次采樣處理、微差壓閥門快速定位控制模型的加載和實時計算以及步進電機的驅動。通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作，實現(xiàn)微差壓閥門的自動和快速定位。
[0007]所述的微差壓閥門的硬件控制系統(tǒng)主要包括計算機、運動控制和數(shù)據(jù)采集卡、壓差傳感器、步進電機及驅動器、滑臺絲杠機構、接近開關、閥室和閥瓣。計算機通過USB線與運動控制和數(shù)據(jù)采集卡連接；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的脈沖輸出口連接步進電機驅動器的脈沖信號驅動端口，而運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出口連接步進電機驅動器的方向驅動端口，可控制步進電機的啟停和運轉方向；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入口連接接近開關，用于接收來自接近開關的回零點信號；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入口連接壓差傳感器的信號輸入，用于接收實時壓差信號；步進電機驅動器連接步進電機，實現(xiàn)對電機的運行驅動；壓差傳感器連接外部的閥前、閥后氣路，用于測量壓差數(shù)據(jù)；步進電機連接在滑臺絲杠機構一端，另一端連接閥瓣，可驅動閥瓣進行前后動作；接近開關安裝在滑臺絲杠機構靠近電機一端，用于檢測滑臺絲杠機構是否回到零位；閥瓣位于閥室內，可在閥室內的有效行程上前后滑動。
[0008]所述的基于虛擬儀器的編程模式，是指:采用LabVlEW圖形化編程語言作為編程工具，構建基于虛擬儀器的微差壓閥門快速定位軟件控制系統(tǒng)，可實時采集壓差數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)預處理、并通過內置的微差壓閥門自動定位控制模型，實現(xiàn)閥瓣的快速、無振蕩定位。
[0009]所述的壓差數(shù)據(jù)信號的二次采樣處理是指通過軟件控制系統(tǒng)驅動數(shù)據(jù)采集卡實時讀取當前閥瓣左右的壓差值，并采用自定義的二次采樣算法子程序進行后處理，對測試數(shù)據(jù)進行均值化和平穩(wěn)化處理，消除壓差測試的零漂和溫漂，并消除隨機噪聲和系統(tǒng)噪聲引起的誤差。
[0010]所述的微差壓閥門自動定位控制模型，其方法為:
[0011]首先，利用閥門開度、壓差和流量之間的關系，自動定位控制模型自動讀取設定的壓差控制設定值，并根據(jù)閥瓣當前位置(或開度)和壓差值，通過內置的數(shù)學模型公式，計算出滿足微差壓要求的閥門目標位置，并將計算值保存在緩存中；
[0012]其次，自動定位控制模型自動計算出閥瓣的運動方向和相對運行距離，并通過運動控制和數(shù)據(jù)采集卡驅動步進電機按照設定方向和距離運動，控制閥門快速運動至目標位置。
[0013]最后，自動定位控制模型在控制閥瓣的運動過程中，同時在繼續(xù)讀取當前的閥瓣開度和壓差值，并修正運行目標位置和方向，從而達到自動調節(jié)閥瓣位置，使壓差始終穩(wěn)定在設定范圍內。
[0014]本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明的控制方式是將閥瓣從當前位置直接且等速運動至目標位置(即一步到位)，明顯縮短了定位時間，從而使得快速定位成為可能，提高了微差壓的控制精度；2、本發(fā)明由于利用閥門開度、壓差和流量之間的關系(可從閥門檢測試驗結果中獲得)，計算出滿足微差壓要求的閥門目標位置，保證了定位的準確性和可靠性，也有利于提高微差壓控制精度；3、本發(fā)明在控制過程中閥瓣為單向運動，避免了震蕩現(xiàn)象的發(fā)生，提高了閥體本身的安全性能；4、本發(fā)明具有良好的通用性和開放性。調整部分參數(shù)，可作為流量控制閥的快速定位系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結構示意圖【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。本實施例在以發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體過程，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術方案的基礎上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
[0017]本發(fā)明的微差壓閥門快速定位系統(tǒng)的結構如圖1所示，包括:閥室1、閥瓣2、步進電機3、滑臺絲杠機構4、接近開關5、運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6、壓差傳感器7、軟件控制系統(tǒng)
8、測控電器柜9、計算機10。
[0018]本實施例的具體實施過程如下:
[0019]1.計算機10通過USB線與運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6連接；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6連接測控電器柜9內的步進電機驅動器，可控制步進電機3的啟停和運轉方向；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6的數(shù)字量輸入口連到接近開關5，用于接收來自接近開關5的回零點信號；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6的模擬量輸入口連接壓差傳感器7，用于接收實時壓差信號；測控電器柜9內的步進電機驅動器連接步進電機3，實現(xiàn)對步進電機3的運行驅動；壓差傳感器7連接到閥室I上的閥前、閥后氣路，用于測量壓差數(shù)據(jù)；步進電機3連接在滑臺絲杠機構4的一端，滑臺絲杠機構4的另一端連接閥瓣2，可驅動閥瓣2進行前后動作；接近開關5安裝在滑臺絲杠機構4靠近步進電機3的一側，用于檢測滑臺絲杠機構4是否回到零位；閥瓣2位于閥室I內，可在閥室內I的有效行程內前后滑動；軟件控制系統(tǒng)8裝載在計算機10的平臺上，對微差壓閥門的位置進行定位控制。
[0020]2.微差壓閥門快速定位控制的步驟:
[0021]首先，通過軟件控制系統(tǒng)8設定微差壓閥門前后壓差值及控制精度。
[0022]其次，軟件控制系統(tǒng)8調用數(shù)據(jù)采集功能，通過壓差傳感器7讀取并計算當前壓差，同時讀取計算機10緩存中的當前閥瓣2的開度大??；
[0023]再次，軟件控制系統(tǒng)8調用微差壓閥門自動定位控制模型，快速計算出閥門目標位置，然后按照當前開度位置自動計算出閥瓣2的運動方向和相對運行距離；
[0024]然后，通過運動控制和數(shù)據(jù)采集卡6驅動測控電器柜9中的步進電機驅動器，帶動步進電機3驅動滑臺絲杠機構4，帶動閥瓣2按照設定的方向和距離迅速運動，使得閥瓣2快速到達指定位置；
[0025]最后，自動定位控制模型在控制閥瓣2的運動過程中，同時在繼續(xù)讀取當前的閥瓣2的開度和壓差值，并修正運行目標位置和方向，從而達到自動調節(jié)閥瓣2位置，使壓差始終穩(wěn)定在設定范圍內，實現(xiàn)微差壓閥門的快速定位控制。
【權利要求】
1.一種基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)，包括微差壓閥門的硬件控制系統(tǒng)和基于虛擬儀器編程的軟件控制系統(tǒng)；硬件控制系統(tǒng)作為虛擬儀器軟件的載體和執(zhí)行部件，完成壓差傳感器采集數(shù)據(jù)、步進電機驅動閥門運動等動作；軟件控制系統(tǒng)采用基于虛擬儀器的編程模式，用于實現(xiàn)壓差數(shù)據(jù)的采集、壓差數(shù)據(jù)信號的二次采樣處理、微差壓閥門快速定位控制模型的加載和實時計算以及步進電機的驅動；通過硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，實現(xiàn)微差壓閥門的自動和快速定位； 其特征在于所述的微差壓閥門的硬件控制系統(tǒng)主要包括計算機、運動控制和數(shù)據(jù)采集卡、壓差傳感器、步進電機及驅動器、滑臺絲杠機構、接近開關、閥室和閥瓣；計算機通過USB線與運動控制和數(shù)據(jù)采集卡連接；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的脈沖輸出口連接步進電機驅動器的脈沖信號驅動端口，而運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出口連接步進電機驅動器的方向驅動端口，可控制步進電機的啟停和運轉方向；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入口連接接近開關，用于接收來自接近開關的回零點信號；運動控制和數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入口連接壓差傳感器的信號輸入，用于接收實時壓差信號；步進電機驅動器連接步進電機，實現(xiàn)對電機的運行驅動；壓差傳感器連接外部的閥前、閥后氣路，用于測量壓差數(shù)據(jù)；步進電機連接在滑臺絲杠機構一端，另一端連接閥瓣，可驅動閥瓣進行前后動作；接近開關安裝在滑臺絲杠機構靠近電機一端，用于檢測滑臺絲杠機構是否回到零位；閥瓣位于閥室內，可在閥室內的有效行程上前后滑動。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于微差壓控制的閥門快速定位系統(tǒng)，其特征在于所述壓差數(shù)據(jù)信號的二次采樣處理是指通過軟件控制系統(tǒng)驅動數(shù)據(jù)采集卡實時讀取當前閥瓣左右的壓差值，并采用自定義的二次采樣算法子程序進行后處理，對測試數(shù)據(jù)進行均值化和平穩(wěn)化處理，消除壓差測試的零漂和溫漂，并消除隨機噪聲和系統(tǒng)噪聲引起的誤差。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于微差壓控制的閥門快速定位模型，其特征在于所述微差壓閥門自動定位控制模型是利用閥門開度、壓差和流量之間的關系，自動讀取設定的壓差控制設定值，并根據(jù)閥瓣當前位置(或開度)和壓差值，通過內置的數(shù)學模型公式，計算出滿足微差壓要求的閥門目標位置，并將計算值保存在緩存中；其次，自動定位控制模型自動計算出閥瓣的運動方向和相對運行距離，并通過運動控制和數(shù)據(jù)采集卡驅動步進電機按照設定方向和距離運動，控制閥門快速運動至目標位置；最后，自動定位控制模型在控制閥瓣的運動過程中，同時在繼續(xù)讀取當前的閥瓣開度和壓差值，并修正運行目標位置和方向，從而達到自動調節(jié)閥瓣位置，使壓差始終穩(wěn)定在初始設定的壓差閾值范圍內。
【文檔編號】F16K31/04GK103574127SQ201210256238
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優(yōu)先權日:2012年7月20日
【發(fā)明者】胡天群, 尤云祥, 馬一鳴, 陳岱晗 申請人:蘇州富洛克流體控制科技有限公司