本實用新型涉及一種適用于石油化工行業(yè)裝置現(xiàn)場，閥門電動執(zhí)行機構在丟失主電源情況下，為了確保將閥門置于安全位置的一種可行性方案，屬于流體過程自動化領域。

背景技術：

電動執(zhí)行機構作為開關閥門的動力源，廣泛應用于石油、化工、電站、污水處理等行業(yè)。

在我國石油化工行業(yè)中，閥門管道配套執(zhí)行機構廣泛應用于過程反應裝置上，由于石油化工行業(yè)裝置涉及大量的化學反應，而這些化工原料中存在易燃，易爆，易揮發(fā)的成分，故而裝置現(xiàn)場如果易燃，易爆，易揮發(fā)的化學介質(zhì)出現(xiàn)大量逸散，就有可能導致重大的責任事故，進而導致重大財產(chǎn)的損失。特別近些年，隨著工業(yè)的快速大力發(fā)展，因為某些安全隱患的疏忽導致的化工事故也屢見報端，所以，有關預防安全隱患的措施顯得極其重要；只有在生產(chǎn)過程中，對工況相關的安全指標嚴苛要求和控制，才能確保裝置的安全生產(chǎn)，預防事故的發(fā)生；然而，在裝置現(xiàn)場，由于設備的老化，或者管道閥門的泄漏等因素，都有可能導致危險源的擴散，從而為安全生產(chǎn)埋下隱患；除了加強對現(xiàn)場工況的巡檢之外，規(guī)范安全作業(yè)等措施外，合理地改進產(chǎn)品結構設計方案，從產(chǎn)品本身也可以提高安全性能；為此，有關合理防止反應介質(zhì)逸散的措施就顯得極為具有實用價值。

由于現(xiàn)今有關國家標準中對閥門電動裝置的要求規(guī)格中，機械結構上主要采用電機輸出傳動蝸輪，通過蝸輪與蝸桿的嚙合，從而輸出推力驅(qū)動閥門開關動作。電氣結構上，一般是單相220V/三相380V 作為動力電源，即采用交流感應式電動機作為動力輸出源，以及常規(guī)9V干電池用于液晶屏幕參數(shù)的顯示；正常情況下，閥門電動裝置接受外部動作指令，將閥門置于指定的位置。當主電源丟失異常情況時，由于閥門電動裝置失去動力電源，所以閥門電動裝置未能有推力輸出，從而導致閥門處于非安全位置，使得安全隱患的產(chǎn)生。

無刷直流電機是一種新型的無極變速電動機，其采用方波自控式永磁同步電動機，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，相比于傳統(tǒng)直流有刷電機或交流變頻調(diào)速電機，其具有良好的調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性，良好的動態(tài)響應特性，以及高效能，體積小，空間結構簡單的特征。無刷直流電機可由直流電源供電，允許高頻度快速激活，電機不發(fā)燙。

超級電容不同于傳統(tǒng)的化學電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，由于其功率密度高，大電流放電能力超強，能量轉(zhuǎn)換效率高，循環(huán)使用壽命長等特性，故可適宜作為動力存儲器，即在主電源丟失情況下，可直接代替外接220VAC，直接驅(qū)動直流無刷電機的動作。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種掉電可自恢復的閥門電動裝置，針對主電源丟失情況，電動執(zhí)行機構自動將閥門驅(qū)動到預設的安全位置的可行性方案。采用超級電容組作為輔助備用電力驅(qū)動源，配合直流無刷電機，當電動執(zhí)行機構主電源丟失情況時，將閥門驅(qū)動到系統(tǒng)預設的安全位置。本實用新型采用的技術方案是：

一種掉電可自恢復的閥門電動裝置，包括：

微控制器，用于接收閥門控制指令，并通過直流無刷電機驅(qū)動模塊，控制直流無刷電機帶動齒輪傳動機構，從而帶動閥門的開啟和關閉；

與微控制器連接的直流無刷電機驅(qū)動模塊，接收微控制器的直流無刷驅(qū)動信號，用于驅(qū)動直流無刷電機正/反轉(zhuǎn)動作；

直流無刷電機，用于驅(qū)動齒輪傳動機構；

電源轉(zhuǎn)換模塊，用于將外接交流電進行降壓直流轉(zhuǎn)換為第一供電電壓，第二供電電壓雙通道電源，分別給微控制器和直流無刷電機驅(qū)動模塊供電；

與電源轉(zhuǎn)換模塊相連的超級電容，用于存儲電能，作為備用動力源，主電源正常接入情況下，電源轉(zhuǎn)換模塊給超級電容充電；當主電源丟失情況時，通過繼電器切換到超級電容供電；

與微控制器相連的力矩監(jiān)測模塊，用于將閥門負載的力矩量轉(zhuǎn)換為線性可測的電壓信號提供給微控制器；

與微控制器相連的位置檢測模塊，用于記錄閥門開閉過程的物理位置；

與微控制器連接的開關面板，用于設定閥門電動裝置的工作狀態(tài)，以及發(fā)出用于驅(qū)動直流無刷電機的開關量；

與微控制器相連的顯示單元。

進一步地，所述的掉電可自恢復的閥門電動裝置，還包括與微控制器連接的遙控接收單元，用于接收來自遙控器發(fā)出的指令，完成相關參數(shù)的設定，以及接收閥門控制指令。

進一步地，微控制器還通過通信接口連接遠程中控室，能夠接收遠程中控室發(fā)出的閥門控制指令。

具體地，

直流無刷電機驅(qū)動模塊包括控制電路和功率驅(qū)動電路；控制電路包括DSP芯片和與DSP芯片相連的PWM驅(qū)動芯片；功率驅(qū)動電路包括六個功率開關管Q1～Q6，組成三相橋式功率電路，各功率管的控制端連接PWM驅(qū)動芯片，受微處理器輸出的PWM信號控制。

本實用新型的優(yōu)點在于：

1）確保閥門電動裝置在主電源丟失情況下，能夠及時將閥門置于用戶預設安全（全關/全開/中間）位置，防止管道內(nèi)介質(zhì)的泄漏。

2）結合直流無刷電機高效率、高轉(zhuǎn)矩、高精度的特性，使得該閥門電動裝置工作效率遠高于普通交流感應式異步電機結構型的電動裝置。

3）結構緊湊，控制靈活，自動化程度高。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理框圖。

圖2為本實用新型的直流無刷電機驅(qū)動模塊電原理圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型提供的掉電可自恢復的閥門電動裝置，如圖1所示，包括：

微控制器，用于接收閥門控制指令，并通過直流無刷電機驅(qū)動模塊，控制直流無刷電機帶動齒輪傳動機構，從而帶動閥門的開啟和關閉；

閥門控制指令有三個來源，在閥門電動裝置處于手動工作狀態(tài)下，可通過開關面板發(fā)出用于驅(qū)動電機的開關量作為閥門控制指令；在閥門電動裝置處于遠程工作狀態(tài)下，微控制器通過通信接口接收遠程中控室發(fā)出的4—20mA電流信號對應的閥門控制指令，比如開閥和關閥指令；在閥門電動裝置處于遙控工作狀態(tài)下，微控制器接收遙控器發(fā)出的閥門控制指令。

與微控制器連接的直流無刷電機驅(qū)動模塊，接收微控制器的直流無刷驅(qū)動信號，用于驅(qū)動直流無刷電機正/反轉(zhuǎn)動作；直流無刷電機驅(qū)動模塊為三相逆變模塊，母線電壓由電源轉(zhuǎn)換模塊中的第二供電電壓24v直接驅(qū)動；

直流無刷電機，用于驅(qū)動齒輪傳動機構；

電源轉(zhuǎn)換模塊，用于將外接220V交流電進行降壓直流轉(zhuǎn)換為第一供電電壓5v，第二供電電壓24V雙通道電源，分別給微控制器和直流無刷電機驅(qū)動模塊供電；

與電源轉(zhuǎn)換模塊相連的超級電容，用于存儲電能，作為備用動力源，主電源220V正常接入情況下，電源轉(zhuǎn)換模塊給超級電容充電；當主電源丟失情況，通過繼電器切換到超級電容供電，此時超級電容作為備用動力源，完成將閥門置于用戶預設安全狀態(tài)位置（比如說，全關位置，全開位置，或者任意中間位置）的動作；

與微控制器相連的力矩監(jiān)測模塊，用于將閥門負載的力矩量轉(zhuǎn)換為線性可測的電壓信號提供給微控制器，從而實現(xiàn)閥門電動裝置運行過程對閥門的保護；比如閥門負載的力矩量過大時，微控制器發(fā)出停止指令，使得無刷電機不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動；

與微控制器相連的位置檢測模塊，用于記錄閥門開閉過程的物理位置，從而確保閥門在開啟和閉合過程位置信息不丟失；

與微控制器連接的開關面板，用于設定閥門電動裝置的三個不同工作狀態(tài)（手動/遠程/遙控），以及發(fā)出用于驅(qū)動直流無刷電機的開關量；

與微控制器相連的液晶顯示單元，用于直觀顯示閥門當前位置，力矩參數(shù)，報警信息等；

與微控制器連接的遙控接收單元，用于接收來自遙控器發(fā)出的指令，完成相關參數(shù)的設定，以及接收閥門控制指令；

直流無刷電機驅(qū)動模塊的原理如圖2所示，包括控制電路和功率驅(qū)動電路；控制電路包括DSP芯片和與DSP芯片相連的PWM驅(qū)動芯片；功率驅(qū)動電路包括六個功率開關管Q1～Q6，組成三相橋式功率電路，各功率管的控制端連接PWM驅(qū)動芯片，受微處理器輸出的PWM信號控制。

由于無刷直流電機沒有電刷，其換相采用電子機構完成，即根據(jù)霍爾元件檢測轉(zhuǎn)子位置所產(chǎn)生的電平信號，就可確定相應的正/反轉(zhuǎn)換相次序。為了靈活控制電動機轉(zhuǎn)速，采用脈寬調(diào)制技術（PWM），即將控制電動機正反轉(zhuǎn)的信號調(diào)制到高頻率載波上，改變PWM調(diào)制信號的占空比時，電動機定子的平均電壓也隨之改變，從而使電動機的轉(zhuǎn)速改變。

本實用新型可使得閥門電動裝置在任何情況下，都能按照工藝現(xiàn)場生產(chǎn)要求，接受中控室遠程開/關閥動作指令，確保閥門處于預設的安全位置，從而防止易燃易爆，腐蝕性物質(zhì)的揮發(fā)泄漏，確保生產(chǎn)過程的安全。