控制阀门的设计研究

2024-10-04

控制阀门的设计研究（共5篇）

控制阀门的设计研究篇1

伴随着中国市场经济的迅速发展与经济全球化趋势的进一步拓展, 企业能否在激烈的市场竞争中占据有利的竞争地位也显得日益重要。而核电阀门质量管理以及控制水平的提高直接关系到相关企业竞争地位能否实现有效提升, 可见, 科学合理的质量控制体系对其可持续发展目标的实现具有独特的功效。本文尝试通过对核电阀门的质量管理及控制进行研究, 并就如何改进核电阀门的设计做出科学性的剖析。

1 核电阀门设计的特点

核电阀门是核电站流体管路的控制装置, 其基本功能是接通或切断管路介质的流通, 改变介质的流动方向, 调节介质的压力和流量, 保护管路和设备的正常运行, 核电站用的阀门具有对介质流体管路的隔离屏障、阻隔放射性载热剂的作用, 因此, 对核电站的安全运行至关重要[1]。概括来讲, 核电阀门具有如下特点:

1.1 设计标准高。

由于核电阀门是组成核电站的不可或缺的设备, 因而在其安全运行的过程中占据关键性地位。高标准的设计要求表现为核电阀门必须在具备普通阀门设计理念的基础之上, 同时能够在核电泄露时进行及时有效的制约, 这就为要求其不断提升自身的质量控制水平 (见图1) 。

1.2 质量要求高。

核电阀门是核电站流体管路的控制装置, 具有数量多、品种多、可靠性高的特点, 对核电站的安全运行至关重要, 如果核电站阀门系统出现问题, 将影响核电站的安全运行[2]。高度的质量标准需要核电阀门不仅仅在材料选取上使用环保型材料, 还要求对其的质量控制能够不断满足核电阀门未来发展的高技术、可持续方向。

2 实现质量控制的建议

虽然我国技术管理的发展取得了显著成就, 但是不可否认的是, 当前在核电阀门设计领域仍存在一些技术性难题等待相关技术人员攻克。作为主要的质量控制环节, 广泛探讨质量控制技术设计具有很强的技术性, 创新控制办法对于促进核电阀门的发展具有巨大的促进贡献。当前我国核电阀门的总体水平仍然落后于世界先进水平, 重要的配套装置自动化程度低、可靠性差, 制造工艺比较落后, 管理水平也比较薄弱[3]。要针对当前核电阀门质量控制中所存在的各类型难题, 借助质量控制原理来分析问题产生的原因, 作出正确行为选择的判断, 实现有效控制, 具体举措如下所述。

2.1 多种标准相结合。

伴随着核电阀门设计中的技术更新换代速率的增快, 质量控制者要不断学习相关理论知识, 熟悉核电阀门选择与使用方法, 在了解的基础上对其进行合理利用。将传统的核电阀门设计方法与新型的设计手段相结合, 着力发挥核电阀门在促进工业发展、减少成本投入中的作用, 不断提升质量控制的管理水平。为有力推动核电阀门设计与使用的优化调整, 还要密切关注各种核电阀门制成材料, 采取节能减排的运转渠道、环保先进的使用技术、循环迅速的设备配置等。一方面最大限度的晋升核电阀门设计对于核电行业发展的进阶功效。另一方面, 更好的实现科学技术为提升环境生态效益的水准, 这就需要在技术的支持下, 将核电阀门设计进行成本的压缩, 进而在寻找安全保障与经济最大化的契合点的基础上, 保证核电事业的可持续发展。在设计核电阀门时, 要考虑到影响核电阀门质量的多类型指标, 依据实际操作需要的标准来选择适合指标要求的核电阀门, 更好地保证核电阀门的质量。

2.2 拓展质量控制综合体系。

在新时期, 伴随着核电行业管理体系的完善, 也需要核电阀门的质量控制体系及时适应环境变化的需要, 在传统质量控制的基础工作之上加入更多的创新管理内容, 构造包含完善的设计规划目标管理、跟踪反馈管理、质量的监督保障管理等内容在内的系统化的管理体系。具体而言, 完整可行的质量体系应该包括如下三个组成部分。首先, 要根据核电阀门的发展制定切实可行的质量控制规划, 因为完善管理规划能够促进阀门设计与行业发展相统一, 结合多元化与差异化的设计理念, 形成富有质量控制价值与实际发展情况相适应的独特质量控制方法。其次, 要在质量控制各个环节中贯穿能动性管理, 将质量管理作为一个系统性工程来实施, 既发挥自上而下的指导作用又发挥自下而上的能动作用, 协调好对各类型资源的设计与使用权利, 发挥整体的能动性, 通过设立相关规范并严格执行来提高资源的利用率, 最大限度地利用资本。最后, 还要在可靠性的质量控制平台基础上致力于优化各个阀门设计环节的构成, 借助灵活科学的人员配置与组织规划建设有利于企业可持续发展的管理流程与决策方式。适当增加应急管理, 在整个阀门设计的实施过程当中, 要将安全设计、核电阀门的质量责任落实到每个技术控制领域中。由于核电阀门的质量控制与有效的质量管理之间具有密切的共生关系, 所以企业质量控制体系的设立要包含可行性高的质量控制危机管理制度。危机管理体系的构造一方面要通过强化整体的质量控制危机管理意识来提升对核电阀门质量处理的关注度, 从而为建立创新的质量问题处理体系提供坚实的基础, 真正做到防微杜渐。另一方面, 还要巧妙地运用多种形式的危机管理方法来构造全方位、多层次的质量监控模式, 即在质量控制处理的前期设立及时的预警制度, 以便有效的发现核电阀门设计进程中存在的弊端予以及时有力的调整, 避免危机的出现。在质量问题发生的时刻, 要借助及时的质量控制反馈体制来处理危机, 依据不同质量问题的性质与可能造成的后果启动多样化的应急方案, 防止质量问题的蔓延与扩散。

2.3 重视质量管理。

一方面要对核电阀门设计中的设备进行定期的检验与维修, 借助定期维护来提高阀门的使用寿命。另一方面, 还要加强对技术操作人员的培训, 使其掌握规范化的操作, 积极推动以智能型试验为基础的新式信息收集方式, 将核电阀门设计的数据诊断与问题的探究作为一个系统性工程处理, 在大量数据的支撑下提出可行性的质量控制方法。利用智能手段与新式方法实现核电阀门设计的质量控制及联网控制, 在切实改善当前我国核电阀门行业现状的同时, 大力发展多元化的质量控制技术, 实现对核电阀门安全的有效控制。

总而言之, 伴随着世界经济贸易的急速发展, 我国核电行业也融入到经济全球化的潮流之中, 为了更好地应对挑战, 及时有效的适应发展的需要, 实行质量管理需要进行管理体制的创新与更替。构建科学合理的质量控制体制对于应对我国核电阀门设计所面临的复杂多样的局势具有不可替代的作用, 要实现整体质量控制体制的提升就要明确质量控制理念, 将质量控制上升到企业的长久战略规划中, 把行业发展多元化需求的满足与企业质量控制目标的规划统一起来;依据自身特点制定符合实际的策略, 制定合理的发展目标, 实行灵活多变、多元化多渠道的质量控制模式;科学搭配全面的质量控制体制与危机管理对于企业健康稳定发展的保障性效用, 最大限度的提升核电阀门设计中各个参与主体对企业的认同感、幸福感和归属感。通过多元化质量控制体制的和谐统一构建, 最终实现为推动企业可持续发展助力的目标。

摘要：能否切实实现核电阀门的质量控制, 不仅仅直接关系到我国社会主义经济能否永续发展, 更间接的影响到居民的生命财产安全。本文通过分析核电阀门设计中存在的问题, 结合质量控制的相关理论提出可行的政策建议, 扩展核电阀门对我国经济发展的贡献作用。

关键词：核电阀门,质量控制,设计管理

参考文献

[1]张勇.核电阀门制造质量控制分析[J].设备监理, 2014 (2) :60-61.

[2]王忠诚.核电阀门的技术现状及发展方向[J].科技创新与应用, 2013 (19) :89-90.

[3]冯继生.控制阀门制造质量确保电站设备安全运行[J].设备管理与维修, 2014 (6) :20-21.

输油管道控制阀门设计与实现篇2

1 阀门外壁材料

要想保证输油管道中的控制阀门在油气运输过程中发挥自身最大的作用, 就要对其自身阀门外壁的结构和制造材料进行全面研究, 借以保证油气运输更好的进行。在对阀门外壁材料进行选取的时候需要从四个方面进行考虑, 在这里笔者针对阀门外壁材料选取过程中涉及的四个方面进行详细的论述。

第一, 要想保证阀门在整个输油管道中发挥自身最大的作用, 还需要对其自身的导热性进行全面考虑, 其根本原因在于整个阀门材料的导热性对阀门的正常使用还会产生一些影响。在对阀门进行制作的过程中需要通过焊接、铸造和热处理这几个工序, 在这个过程中就需要对整个阀门的导热性高度重视, 借以减少阀门在使用过程中发生开裂的现象[2]。

第二, 总的来说油气在运输的过程中, 经常会发生输油管内部压强大于外部压强的现象, 这种情况就很有可能导致输油管发生膨胀。因此在对输油管内部阀门进行设计的时候还需要对其自身涉及的膨胀系数有一个全面的了解, 使其在管道发生膨胀的时候进行有效控制, 这样对于提升整个输油管道的安全性起到非常重要的作用[3]。

第三, 在对输油管道进行深入研究的过程中, 还经常会因为输油管道内部物质自身特性, 造成输油管道发生腐蚀, 这就需要在对阀门外壁材料选取的时候对其自身的抗腐蚀性也进行全面考虑, 尽量选取抗腐蚀性符合相应要求的外壁材料, 这样对于保证输油管道和相应阀门的使用寿命起到不可忽视的作用。

第四, 在进行输油管道内部控制阀门制造的过程中, 其制造过程和顺序对整个阀门的质量都有一定影响, 因此在进行阀门制造的时候还需要对其自身工艺性能进行全面考虑, 这样对于保证阀门自身质量起到非常重要的作用。在这里涉及的工艺性能主要包括四个方面, 即铸造性能、流动性、收缩性和偏析。在进行阀门设计的时候还要保证这四个方面能够符合相应数据和规定, 这样不仅仅能够提升阀门自身性能特点, 对于促使输油的顺利进行也起到非常重要的作用。

2 输油阀门受力分析

阀门的可靠性和安全性对整个油料运输过程中均起到至关重要的作用, 因此在设计阀门的过程中, 必须充分考虑到传输过程中压力的动态变化、甚至包括输油管道承受到一定的挤压、变形和震动后对控制阀门的影响。为了实现这一目标, 在阀门设计过程中需要将阀门材质、外壳厚度以及受力情况做综合地分析, 才能得出最终的设计方案。

前面也清楚说明输油管道阀门自身主要作用, 就是对管道内部油气流量进行有效的控制, 因此在这个过程中就需要对整个输油管道内部的阀门受力控制进行有效的分析, 这样对于提升输油管道内部阀门的应用范围起到非常重要的作用。目前在进行输油管道内部阀门受力分析过程中采取的技术手段主要是三强度理论, 这种理论在实施的过程中需要对输油管内部相应因素进行数据分析, 保证其能够全面符合社会发展需求[4]。

另外在这个过程中还需要对筒体失效的原因进行深入研究, 研究中发现筒体失效的原因主要有三个方面, 在这里笔者就根据这三个方面进行全面论述。第一, 在控制阀门发生弹性失效的情况下, 其筒体内部所承受的压力超过规定的屈服极限, 在这个过程中就会导致整个筒体自身弹性失效。第二, 当阀内外材料在长时间使用过程中发生变形的情况时, 就会导致整个筒体自身失去原有的作用, 因此在发生这种情况的时候就需要对阀门内外材料进行全面更换, 保证阀门在整个输油管道中发挥自身最大的作用。第三, 筒壁在使用的过程中也会因为资源条件和外界原因发生爆破的现象, 在发生这种现象的时候会导致阀门内部相应韧性材料出现硬化, 一旦出现阀门材料硬化势必影响整个筒体的正常使用。

3 结束语

在阀体内部的两法兰连接处存在最大应力和最大应变。出现最大应力的原因是由于在模型制作时, 将两法兰面粘结在一起, 使在该处形状变化最为剧烈、同时内壁存在着图一组合应变云图尖角的原因所形成。根据分析, 阀体在正常运行条件的应力均小于对应的极限应力值, 并有一定的安全裕度, 说明阀体的结构强度安全, 能满足设计要求。

参考文献

[1]张清明.高温阀门的设计与计算[J].通用机械, 2008, (2) .

[2]戴宁生, 陆文龙, 周桂生.三维CAD技术的推广与应用[J].机械制造与自动化, 2007, (6) .

[3]鲍晓兵.船闸闸阀门液压启闭系统[J].液压气动与密封, 2007, (6) .

控制阀门的设计研究篇3

关键词：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。

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4~20m A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4~20m A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4~20m A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。

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。

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。

参考文献

[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) .

控制阀门的设计研究篇4

阀门广泛应用于工业、农业、国防、航天、交通运输、城市建设等行业。在对阀门实行远程控制、集中控制、自动控制的过程中,电动执行器是一种必不可少的执行部件。为适应实际应用需求,笔者结合电子技术、嵌入式控制技术和网络技术,设计了一种由STC89C51微控制器控制的流体阀门电动执行器,重点介绍该执行器控制系统的设计方案。该控制系统增加了自诊断和网络操作控制功能,进一步提高了流体阀门的综合性能和抗干扰能力。

1 电动执行器结构及功能描述

阀门电动执行器由控制系统和执行装置组成,具体结构如图1所示。控制系统的核心是微控制器STC89C51,执行装置采用步进电动机。电动执行器通过上位机或者现场控制面板来设定数值,微控制器根据设定值控制步进电动机的速度、旋转角度等,步进电动机的输出再通过减速机构控制阀杆,从而利用阀杆控制阀门的开口度。在阀门的输出侧采用传感器采集流量或压力数据,然后将这些数据经A/D模块转换后送入微控制器,微控制器将这些参数与设定值进行比较,根据比较结果调整阀门的开口精度,实现自动控制[1,2,3]。

从图1可看出,电动执行器的控制系统主要包括微控制器、步进电动机驱动模块、参数检测模块、人机交互模块、网络通信模块。

(1)微控制器

系统选用STC89C5l单片机作为微控制器,它具有高速(最高时钟频率为90 MHz)、低功耗、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等特点。

(2)步进电动机驱动模块

步进电动机驱动模块实现步进电动机的速度控制和转角控制。为提高控制精度和可靠性,选用PMM8713PT环形分配器,结合光电耦合电路及功率放大电路来控制步进电动机动作。

(3)参数检测模块

为了实现闭环控制及便于实现自动化,需要采集流体的参数信号,信号经AD转换后由微控制器进行比较,进而通过控制电动机旋转来控制流体参数的改变。参数检测模块由流量和压力传感器、信号放大电路、AD转换电路等组成。

(4)人机交互模块

人机交互模块包括参数显示和参数设定两部分。需要显示的参数包括流量、流量特性、压力、阀门的工作方式、阀门工作状态指示等,显示器件使用LCD。参数设定包括流量、故障处理方式、对阀门操作速度等的设定,参数设定使用3个按键来完成。

(5)网络通信模块

为适应网络化控制的需求,控制系统应具有网络接口。CAN总线是目前工业控制普遍使用的现场总线技术,因此,系统采用CAN接口实现上位机和下位机之间的通信。

2 系统硬件电路设计

2.1 步进电动机驱动电路

市场上的通用步进电动机驱动器成本比较高。为降低成本,减小体积,将步进电动机驱动电路与微控制器做在同一块PCB板上。步进电动机驱动电路的核心有两部分,一个是功率部分,另一个是环形分配器。环形分配器可以用硬件实现,也可以用软件实现。硬件实现方式可以减少微控制器的软件工作负担,减少微控制器口线的占用,可靠性较高,且环形分配器有许多专用集成电路可供选用。本控制系统选用PMM8713PT专用步进电动机控制器作为环形分配器,该控制器可用于2相(4相)步进电动机的控制,控制功能较为丰富。由于步进电动机的驱动电流较大,所以微控制器与步进电动机之间的连接需要有功率放大电路。由于步进电动机的大功率、高电平会对微控制器产生比较严重的干扰,因此,不能将微控制器产生的控制信号直接连在步进电动机上,需要进行强弱电隔离。

步进电动机驱动电路如图2所示。STC89C51PMM8713PT的接口共使用6个口线,分别是P0.0、P0.l、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5。PMM8713PT的Cu、Cd接地,Ck收到STC89C51发来的脉冲,当脉冲处于下降沿、P0.4引脚为高电平时,步进电动机正转,P0.4引脚为低电平时,步进电动机反转,即输入模式和旋转方向采用了输入模式1。R、c通过上拉电阻接高电平,当P0.2、P0.3引脚同为高电平时,步进电动机通电模式是双4相4拍;当P0.2、P0.3引脚同为低电平时,步进电动机通电模式为4相8拍;当P0.2为高电平、P0.3为低电平时,步进电动机通电模式为4相4拍。引脚P0.0用于检测环形分配器是否通电,引脚P0.1用于检测环形分配器是否收到STC89C51发出的脉冲信号。1、2、3、4用于输出控制步进电动机四相绕组的信号,然后经光耦电路和功率放大电路来控制绕组,图2中只画出了1驱动L1绕组的电路,其它三相绕组的驱动方式与之相同。

2.2 CAN总线电路

CAN即控制器局域网络,由于其具有较强的抗干扰能力、通信中没有地址概念及节点数不受限制等优点,已经被广泛应用于汽车、数控机床、仪器仪表、现场总线控制等领域[5,6]。CAN总线节点包括微控制器STC89C51、CAN控制器和CAN收发器。CAN控制器主要完成CAN总线的通信协议,实现报文的装配和拆分、接收信息的过滤和校验等,此处选用SJA1000。CAN收发器选用82C250驱动器,其具备瞬间抗干扰、降低射频干扰(RFI)以及实现热防护的能力。为了增强通信的抗干扰能力,在SJA1000和82C250之间采用光耦进行光电隔离,同时为了减轻光耦对信号的延迟,选用高速光耦6N137。具体电路如图3所示。

2.3 人机交互模块

人机交互模块包括按键输入电路和LCD显示电路,如图4所示。按键采用3个按钮,控制阀门的开停以及设定一些参数。LCD显示器选用LCD1602小型液晶屏,用来显示阀门开度、流量、压力、故障等重要参数数值,以及对应参数类型的文字说明。该液晶屏重量轻,体积小,显示清晰,显示容量为16×2个字符,工作电压为4.5~5.5 V。

2.4 数据采集电路

选用LUGB型涡街流量传感器。该流量传感器由一个与公称直径相同的表体和一个断面为三角形的柱体组成。三角柱两侧交替产生旋涡,在柱体下游交替排列的旋涡称为涡街,涡街的频率与流体的流速成正比。由于涡街分离在柱体两侧产生压力脉动,探头体产生交变应力,埋设在探头体内的压电晶体元件受交变应力作用而产生交变电荷。检测放大器将交变电荷进行变换处理后,输出0~5 V标准电压信号。该电压信号经A/D元件ADC0832转成数字量后传入微控制器STC89C51。

压力采集选用PTJ204型压力传感器,其量程为0~150 MPa,综合精度为0.1%FS(FS表示全量程)、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS,供电电压为DC9~36 V。该压力传感器输出0~5 V电压信号,该电压信号经ADC0832转换成数字量后传送给STC89C51。

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道ADC芯片,输入输出电平与TTL/CMOS相兼容,5 V电源供电时输入电压在0~5 V之间,工作频率为250 kHz,转换时间为32μs,具有体积小、功耗低、兼容性强、性价比高等特点。正常情况下,ADC0832与微控制器的接口应为4条数据线,分别为CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与微控制器的接口是双向的,所以设计电路时可将DO和DI并联在一根数据线上使用。具体电路如图5所示。

3 系统软件设计

系统软件程序的主要任务有系统自检、初始化、处理键盘命令、读取远程设定信号、显示、故障处理等,程序流程如图6所示。

4 结语

该阀门电动执行器控制系统采用液晶屏显示,不仅可以显示阀门的开、关状态和正常运行时阀门的开度,还可以通过菜单设定运行参数,当系统出现故障时能显示出故障信息。该系统具有结构简单灵活、成本低、性能稳定等优点,可满足工业场合较高的精度要求,对其它控制系统的设计具有一定的参考和应用价值。

参考文献

[1]黄春英.新型阀门电动执行机构的研究与开发[D].大连:大连理工大学,2003:6-12.

[2]徐耀良,石锦翔,孔璐,等.智能型直行程电动执行机构原理及应用[J].华东电力,2010(3):354-355.

[3]席培刚,谢剑英,陈应麟.新型智能阀门电动执行装置的硬件设计和实现[J].微计算机信息,2006(8):1-3.

[4]谢维成,杨加国,董秀成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京:清华大学出版社,2007:169-243.

[5]孙英科.基于CAN总线通信的电动执行机构的研究[D].天津:河北工业大学,2000:20-25.

控制阀门的设计研究篇5

气动薄膜控制阀的安全性、精确度已经成为化工生产过程自动化控制仪表的主流,电/气阀门定位器作为控制阀控制系统的重要组成部分,性能的优劣对化工企业安全经济生产具有极其重要的作用。本文首先介绍了气动薄膜控制阀的结构、性能参数及工作原理,并针对电/气阀门定位器性能及工作原理进行了研究,设计研发了专用于定位器调校的实训台架,重点介绍了实训台架的气路、控制电路及组态信号输出部分的设计及其组态调校原理,通过使用该实训台,对控制阀的定位器性能进行测试,证明该实训台具有自动化程度高、测试精度精确等优点。

1 气动薄膜控制阀结构原理简介

气动薄膜控制阀主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。气动执行机构是气动执行器的推动装置,它按信号压力的大小产生相应的输出力,并使执行机构的推杆产生相应的位移,从而带动控制阀的阀芯动作。控制阀是气动执行器的调节部分,内腔与被调介质直接接触,在气动执行机构输出力的作用下,执行机构推杆位移带动阀芯移动,改变阀芯与阀座间的流通面积,达到控制介质流量的目的。

2 电/气阀门定位器的调校原理

控制阀在调节系统中是执行机构,阀门的动作受控制器控制,同时阀门的动作也直线影响工艺参数的变化,所以除了现场装有副线的控制阀可以经副线将控制阀切出状态进行校准外,其余都只能在停运状态下才能校准。为了提高调节性能,控制阀往往装有电/气阀门定位器,在一般情况下调节阀都是连同电/气阀门定位器一起校准的。具体的调校方法如下:1)先送入4 m A输入信号,观察数字压力计是否为20 k Pa,阀门行程是否在起始位置(最大行程位置)。再将输入信号调整到20 m A,观察数字压力计是否为100 k Pa,阀门行程是否达到最大(起始位置)。2)数据组态:选输入信号压力4 m A、8 m A、12 m A、16 m A、20 m A 5个点进行校准。对应阀位指示应为0、25%、50%、75%、100%。正、反两个方向进行校准。阀位指示如以全行程(mm)乘上刻度百分数,即能得到行程的毫米数。

在对控制阀校准中,因是现场校准,阀门已经装在使用位置,所以有的项目如气密性试验等无法进行。在定位器和控制阀联动校准过程中,如发现定位器工作不正常,则应将定位器取下单独校准。在各个院校,现场校准的可能比较小,根据具体的教学实现与企业现场的对接,控制阀与定位器的调校实训台就显得十分重要。

3 气动薄膜控制阀与电/气阀门定位器调校实训台的设计

3.1 设计方案

实训平台的设计框架有以下几点:气源采集统一由实训室空压机提供;实训台由储气罐、压力输出面板、信号输出模块、设备安装台架组成;储气罐保证280 k Pa的压力;压力输出面板上有精密压力表、定值器开关;信号输出部分装有电源转换模块和DFQ5000系列的操作器;行程25 mm的气动薄膜控制阀正确安装在台架上;辅助测量装置有百分表和支架,监测阀的行程。

本实训台可以进行控制阀的拆装练习与考核,可以帮助学生提升各种实践能力和认识设备的结构原理;同时可以实现控制阀与电/气阀门定位器的联调,培养学生系统组态的调校技能,完美结合企业现场的实践环节。

3.2 电路部分设计

调校实训台电路连接如图1所示。

3.3 气路部分设计

调校实训台气路连接如图2所示。

3.4 实训台的使用

整个实训台的设计能体现出仪表自动化的专业知识与技能,学生根据实训任务可以练习气动薄膜控制阀的拆装,熟悉其结构原理;同时进一步练习控制阀与电/气阀门定位器的联调,让操作人员体会现场调校的情景。

本设计采用常规的五点校验法,即在所选量程范围内取0、25%、50%、75%、100%五个点,记录相关数据,并进行计算最后得出结论。

4 结语

文章论述了整个设计依据及方案,随着技术的更新和进步,以上实训台的设计为合格的仪表从业人员掌握基本专业技能提供了很好的平台。

参考文献

[1]刘巨良.过程控制仪表[M].北京:化学工业出版社,2010.