[發明專利]一種管道閥門控制系統和方法

有效

• 申請號: 201610302144.1
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN105972284B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 朱云凱;呂欣欣;劉倪宣;費峻濤;倪建軍
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: F16K31/02
• 分類號: F16K31/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及組態控制、閥門控制技術領域，特別是一種運用組態控制技術實現對閥門進行控制的管道閥門控制系統和方法。

背景技術

閥門作為管道的重要執行機構，廣泛用于水利、工業等領域。最初的閥門控制采用手動方式，即：通過手動調節閥門機械臂來調節閥門的開度，這種方式簡單，成本低。但是其弊端也很明顯，開度不好控制且浪費人力，且水下、高空等場合操作困難。

隨著工業的不斷進步，智能化概念漸漸深入人心，閥門的控制也朝著集成化、數字化、智能化的方向發展。原始的機械式現場手動控制方式已不能滿足當前多數領域日新月異的要求，取而代之的是以微電子技術為核心的新型智能控制方法。

目前閥門控制方法很多，控制系統機構紛繁雜類，不過多數并無遠程控制的功能，且造價較高。

MCGS(Monitor and Control Generated System，監視與控制通用系統)是基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，主要完成現場數據的采集與監測、前端數據的處理與控制。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，用戶無需具備計算機編程知識，就可以在短時間內輕而易舉的完成一個運行穩定，功能全面，維護量小，且具備專業水準的監控系統開發工作。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：利用組態控制技術實現對閥門的控制，可工作于現場或遠程控制方式，系統成本低，可靠性高，控制難度低。

本發明采取的技術方案具體為：一種管道閥門控制系統，包括下位機和上位機；

下位機包括控制器以及分別連接控制器的開度采集單元、模式選擇單元、閥門開度現場設定單元和開度控制單元；模式選擇單元中設有可切換現場控制模式與遠程控制模式的模式切換開關；開度控制單元包括輸出軸連接閥門的驅動電機；

上位機中設有MCGS平臺，MCGS平臺的設備工具箱中設有控制器驅動構件；所述控制器驅動構件包括當前開度采集單元和開度設定單元；開度設定單元中預設有開度設定值；

下位機中，控制器通過開度采集單元采集閥門當前開度信號，通過模式選擇單元獲取用戶的模式選擇信號，通過閥門開度現場設定單元獲取用戶在現場設定的閥門開度設定值；

上位機連接控制器，利用當前開度采集單元從控制器獲取閥門當前開度信號，利用開度設定單元向控制器發送用戶遠程設定的閥門開度設定值；

當控制器獲取到的模式選擇信號對應現場控制模式時，控制器將閥門當前開度信號與用戶現場設定的閥門開度設定值進行比較，并根據兩者之間的差值，控制開度控制單元中驅動電機的運行，從而改變閥門的開度，使得閥門開度與用戶現場設定的閥門開度設定值相符；

當控制器獲取到的模式選擇信號對應遠程控制模式時，控制器將閥門當前開度信號與用戶遠程設定的閥門開度設定值進行比較，并根據兩者之間的差值，控制開度控制單元中驅動電機的運行，從而改變閥門的開度，使得閥門開度與用戶遠程設定的閥門開度設定值相符。

本發明中下位機控制器通過RS232串口連接上位機，實現與MCGS平臺的數據通信。上位機采用PC計算機。

進一步的，本發明中，下位機還包括顯示單元，顯示單元的輸入端連接控制器。控制器可將當前閥門開度值、閥門開度設定值，及驅動電機運行過程中采集到的動態變化的閥門開度值數據傳輸至顯示模塊中，以便現場工作人員更直觀獲知。顯示單元可采用現有的液晶顯示器如LCD1602集成模塊，其直接與單片機的I/O口連接。

優選的，本發明開度控制單元還包括電機驅動模塊，控制器通過電機驅動模塊控制驅動電機的運行；電機驅動模塊采用ULN2003復合晶體管，開度控制單元的驅動電機為步進電機。步進電機控制方式與其他電機不同，它以脈沖控制方式工作，給它一個脈沖，電機就轉動一定角度，控制脈沖個數即可控制電機轉動角度，而電機轉動速度則由脈沖頻率決定。由于單片機輸出端口輸出電流低，無法直接驅動步進電機，故采用ULN2003高耐壓、大電流復合晶體管以提供足以讓步進電機正常工作的電流。

優選的，本發明下位機中開度采集單元與閥門開度現場設定單元還包括A/D采集器，閥門開度現場設定單元采用電位器，A/D采集器的輸入端分別連接閥門開度現場設定單元的輸出端，以及被控閥門的電位器輸出端，A/D采集器的輸出端連接控制器。電位器輸出的為電壓信號，不同電壓信號對應不同的開度數值。本發明為了簡化系統結構將兩路閥門開度信號采集集成于一個AD采集器中。