掉电可自恢复的阀门电动装置的制作方法

本实用新型涉及一种适用于石油化工行业装置现场，阀门电动执行机构在丢失主电源情况下，为了确保将阀门置于安全位置的一种可行性方案，属于流体过程自动化领域。

背景技术：

电动执行机构作为开关阀门的动力源，广泛应用于石油、化工、电站、污水处理等行业。

在我国石油化工行业中，阀门管道配套执行机构广泛应用于过程反应装置上，由于石油化工行业装置涉及大量的化学反应，而这些化工原料中存在易燃，易爆，易挥发的成分，故而装置现场如果易燃，易爆，易挥发的化学介质出现大量逸散，就有可能导致重大的责任事故，进而导致重大财产的损失。特别近些年，随着工业的快速大力发展，因为某些安全隐患的疏忽导致的化工事故也屡见报端，所以，有关预防安全隐患的措施显得极其重要；只有在生产过程中，对工况相关的安全指标严苛要求和控制，才能确保装置的安全生产，预防事故的发生；然而，在装置现场，由于设备的老化，或者管道阀门的泄漏等因素，都有可能导致危险源的扩散，从而为安全生产埋下隐患；除了加强对现场工况的巡检之外，规范安全作业等措施外，合理地改进产品结构设计方案，从产品本身也可以提高安全性能；为此，有关合理防止反应介质逸散的措施就显得极为具有实用价值。

由于现今有关国家标准中对阀门电动装置的要求规格中，机械结构上主要采用电机输出传动蜗轮，通过蜗轮与蜗杆的啮合，从而输出推力驱动阀门开关动作。电气结构上，一般是单相220V/三相380V 作为动力电源，即采用交流感应式电动机作为动力输出源，以及常规9V干电池用于液晶屏幕参数的显示；正常情况下，阀门电动装置接受外部动作指令，将阀门置于指定的位置。当主电源丢失异常情况时，由于阀门电动装置失去动力电源，所以阀门电动装置未能有推力输出，从而导致阀门处于非安全位置，使得安全隐患的产生。

无刷直流电机是一种新型的无极变速电动机，其采用方波自控式永磁同步电动机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以铁硼作为转子的永磁材料，相比于传统直流有刷电机或交流变频调速电机，其具有良好的调速转矩特性，良好的动态响应特性，以及高效能，体积小，空间结构简单的特征。无刷直流电机可由直流电源供电，允许高频度快速激活，电机不发烫。

超级电容不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，由于其功率密度高，大电流放电能力超强，能量转换效率高，循环使用寿命长等特性，故可适宜作为动力存储器，即在主电源丢失情况下，可直接代替外接220VAC，直接驱动直流无刷电机的动作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种掉电可自恢复的阀门电动装置，针对主电源丢失情况，电动执行机构自动将阀门驱动到预设的安全位置的可行性方案。采用超级电容组作为辅助备用电力驱动源，配合直流无刷电机，当电动执行机构主电源丢失情况时，将阀门驱动到系统预设的安全位置。本实用新型采用的技术方案是：

一种掉电可自恢复的阀门电动装置，包括：

微控制器，用于接收阀门控制指令，并通过直流无刷电机驱动模块，控制直流无刷电机带动齿轮传动机构，从而带动阀门的开启和关闭；

与微控制器连接的直流无刷电机驱动模块，接收微控制器的直流无刷驱动信号，用于驱动直流无刷电机正/反转动作；

直流无刷电机，用于驱动齿轮传动机构；

电源转换模块，用于将外接交流电进行降压直流转换为第一供电电压，第二供电电压双通道电源，分别给微控制器和直流无刷电机驱动模块供电；

与电源转换模块相连的超级电容，用于存储电能，作为备用动力源，主电源正常接入情况下，电源转换模块给超级电容充电；当主电源丢失情况时，通过继电器切换到超级电容供电；

与微控制器相连的力矩监测模块，用于将阀门负载的力矩量转换为线性可测的电压信号提供给微控制器；

与微控制器相连的位置检测模块，用于记录阀门开闭过程的物理位置；

与微控制器连接的开关面板，用于设定阀门电动装置的工作状态，以及发出用于驱动直流无刷电机的开关量；

与微控制器相连的显示单元。

进一步地，所述的掉电可自恢复的阀门电动装置，还包括与微控制器连接的遥控接收单元，用于接收来自遥控器发出的指令，完成相关参数的设定，以及接收阀门控制指令。

进一步地，微控制器还通过通信接口连接远程中控室，能够接收远程中控室发出的阀门控制指令。

具体地，

直流无刷电机驱动模块包括控制电路和功率驱动电路；控制电路包括DSP芯片和与DSP芯片相连的PWM驱动芯片；功率驱动电路包括六个功率开关管Q1～Q6，组成三相桥式功率电路，各功率管的控制端连接PWM驱动芯片，受微处理器输出的PWM信号控制。

本实用新型的优点在于：

1）确保阀门电动装置在主电源丢失情况下，能够及时将阀门置于用户预设安全（全关/全开/中间）位置，防止管道内介质的泄漏。

2）结合直流无刷电机高效率、高转矩、高精度的特性，使得该阀门电动装置工作效率远高于普通交流感应式异步电机结构型的电动装置。

3）结构紧凑，控制灵活，自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的直流无刷电机驱动模块电原理图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供的掉电可自恢复的阀门电动装置，如图1所示，包括：

微控制器，用于接收阀门控制指令，并通过直流无刷电机驱动模块，控制直流无刷电机带动齿轮传动机构，从而带动阀门的开启和关闭；

阀门控制指令有三个来源，在阀门电动装置处于手动工作状态下，可通过开关面板发出用于驱动电机的开关量作为阀门控制指令；在阀门电动装置处于远程工作状态下，微控制器通过通信接口接收远程中控室发出的4—20mA电流信号对应的阀门控制指令，比如开阀和关阀指令；在阀门电动装置处于遥控工作状态下，微控制器接收遥控器发出的阀门控制指令。

与微控制器连接的直流无刷电机驱动模块，接收微控制器的直流无刷驱动信号，用于驱动直流无刷电机正/反转动作；直流无刷电机驱动模块为三相逆变模块，母线电压由电源转换模块中的第二供电电压24v直接驱动；

直流无刷电机，用于驱动齿轮传动机构；

电源转换模块，用于将外接220V交流电进行降压直流转换为第一供电电压5v，第二供电电压24V双通道电源，分别给微控制器和直流无刷电机驱动模块供电；

与电源转换模块相连的超级电容，用于存储电能，作为备用动力源，主电源220V正常接入情况下，电源转换模块给超级电容充电；当主电源丢失情况，通过继电器切换到超级电容供电，此时超级电容作为备用动力源，完成将阀门置于用户预设安全状态位置（比如说，全关位置，全开位置，或者任意中间位置）的动作；

与微控制器相连的力矩监测模块，用于将阀门负载的力矩量转换为线性可测的电压信号提供给微控制器，从而实现阀门电动装置运行过程对阀门的保护；比如阀门负载的力矩量过大时，微控制器发出停止指令，使得无刷电机不再继续转动；

与微控制器相连的位置检测模块，用于记录阀门开闭过程的物理位置，从而确保阀门在开启和闭合过程位置信息不丢失；

与微控制器连接的开关面板，用于设定阀门电动装置的三个不同工作状态（手动/远程/遥控），以及发出用于驱动直流无刷电机的开关量；

与微控制器相连的液晶显示单元，用于直观显示阀门当前位置，力矩参数，报警信息等；

与微控制器连接的遥控接收单元，用于接收来自遥控器发出的指令，完成相关参数的设定，以及接收阀门控制指令；

直流无刷电机驱动模块的原理如图2所示，包括控制电路和功率驱动电路；控制电路包括DSP芯片和与DSP芯片相连的PWM驱动芯片；功率驱动电路包括六个功率开关管Q1～Q6，组成三相桥式功率电路，各功率管的控制端连接PWM驱动芯片，受微处理器输出的PWM信号控制。

由于无刷直流电机没有电刷，其换相采用电子机构完成，即根据霍尔元件检测转子位置所产生的电平信号，就可确定相应的正/反转换相次序。为了灵活控制电动机转速，采用脉宽调制技术（PWM），即将控制电动机正反转的信号调制到高频率载波上，改变PWM调制信号的占空比时，电动机定子的平均电压也随之改变，从而使电动机的转速改变。

本实用新型可使得阀门电动装置在任何情况下，都能按照工艺现场生产要求，接受中控室远程开/关阀动作指令，确保阀门处于预设的安全位置，从而防止易燃易爆，腐蚀性物质的挥发泄漏，确保生产过程的安全。