一种气动阀门控制系统

1.本发明涉及阀门控制技术领域，尤其涉及一种气动阀门控制系统。


背景技术：

2.气动阀门是工业化气动控制环节中重要的控制终端，多用于外部环境复杂和流量精度要求高的工业化场，相较于电动控制和液压控制方式，气动控制则更加安全、可靠和环保的优点，然而，现有的气动阀门控制机构由于受到损伤或者采集数据不够精确，使得气动阀门的定位精度和稳定性受到严重影响，容易造成较大的损失。
3.因此，提供一种新的技术方案改善上述问题，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种气动阀门控制系统，以解决上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种气动阀门控制系统，包括：阀门定位器模块、主控制器模块、人机交互模块、无线传输模块和上位机模块。
7.在上述的方案中，所述阀门定位器模块对气动阀门的状态数据、阀门指示盘数据以及气动执行机构的气压数据进行采集。
8.在上述的方案中，所述主控制器模块与所述阀门定位器模块相连接，所述人机交互模块与所述主控制器模块相互通信，所述上位机模块通过所述无线传输模块与所述执行模块相互通信，所述上位机模块发送指令信号至所述主控制器模块，所述主控制器模块用于根据指令信号以及所述阀门定位器模块采集的数据发送执行控制信号至所述阀门定位器模块，驱动气动阀门进行动作，所述主控制器模块根据气动阀门的状态数据、阀门指示盘数据和气动执行机构的气压数据控制人机交互模块进行相关信息的显示和报警。
9.在上述的方案中，所述阀门定位器模块包括阀门状态采集单元，所述阀门状态采集单元包括位置传感器和状态采集电路，所述位置传感器用于采集气动阀门的开度数据，所述状态采集电路与所述位置传感器电连接，所述状态采集电路用于将位置传感器的输出数据信号进行调理，并发送至所述主控制器模块。
10.在上述的方案中，所述状态采集电路包括电阻r1、电阻r2、二极管d1、放大器op1、电阻r3、三极管q1、电阻r4、电阻r5、电阻r6、放大器op2、三极管q2、电阻r7、电阻r8、电阻r9、三极管q2、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电容c，所述电阻r1的第一端与所述位置传感器的信号输出端电连接，所述电阻r2的第一端与直流电源vcc电连接，所述二极管d1的阳极与所述电阻r2的第二端电连接，所述二极管d1的阴极与所述电阻r1的第二端电连接，所述放大器op1的正向输入端与所述二极管d1的阴极电连接，所述电阻r3的第一端与所述放大器op1的反向输入端电连接，所述电阻r3的第二端接至地，所述三极管q1的基极与所述放大器op1的输出端电连接，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r4连接至直流电源vcc，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r5接至地，所述放大器op2的正向输入端通过所述电阻r6连接至
所述三极管q1的集电极，所述放大器op2的反向输入端通过所述电阻r7接至地，所述放大器op2的输出端通过所述电阻r8与所述放大器op2的反向输入端连接，所述三极管q2的基极通过所述电阻r9与所述放大器op2的输出端电连接，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r10连接至直流电源vcc，所述三极管q2的发射极通过所述电阻r11接至地，所述电阻r12的第一端与所述三极管q2的发射极电连接，所述电阻r12的第二端连接至所述主控制器模块的输入端，所述电容c连接至所述电阻r12的第二端与地之间。
11.在上述的方案中，所述阀门定位器模块还包括压电阀驱动单元和气动执行器单元，所述压电阀驱动单元包括压电阀驱动电路、第一压电阀和第二压电阀，所述第一压电阀和所述第二压电阀均与所述压电阀驱动电路电连接，所述压电阀驱动电路用于在所述主控制器模块的控制下驱动所述第一压电阀和所述第二压电阀进行开启和关闭，所述气动执行器单元包括气动阀门和压力传感器，所述气动阀门与所述第一压电阀和所述第二压电阀连接，所述气动阀门用于在所述第一压电阀和所述第二压电阀的控制下进行进气和排气，所述压力传感器用于采集气源输出到气动阀门的气压数据和气动阀门气室内的气压数据。
12.在上述的方案中，所述压电阀驱动电路包括电阻r13、电阻r14、光电耦合器u1、光电耦合器u2、电阻r15、电阻r16、二极管d2、mos管n1、电阻r17、电阻r18、mos管n2、电阻r19、电阻r20、二极管d3、mos管n3、电阻r21、电阻r22、mos管n4、电阻r23和电阻r24，所述光电耦合器u1的第一输入端通过所述电阻r13与所述主控制器模块的第一输出端电连接，所述光电耦合器u2的第一输入端通过所述电阻r14与所述主控制器模块的第二输出端电连接，所述光电耦合器u1的第二输入端和所述光电耦合器u2的第二输入端均接至地，所述光电耦合器u1的第一输出端与所述光电耦合器u2的第一输出端通过所述电阻r15电连接，所述光电耦合器u1的第二输出端与所述光电耦合器u2的第二输出端通过所述电阻r16电连接，并接至地，所述mos管n1的栅极通过所述二极管d2与所述光电耦合器u1的第一输出端电连接，所述mos管n1的源极与所述mos管n1的栅极通过所述电阻r17电连接，所述mos管n1的漏极通过所述电阻r18连接至直流电源vcc，所述mos管n2的栅极与所述mos管n1的漏极电连接，所述mos管n2的源极与所述mos管n2的栅极通过所述电阻r19电连接，所述mos管n2的源极通过所述电阻r20连接至所述第一压电阀的输入端，所述mos管n2的栅极通过所述二极管d3与所述光电耦合器u2的第二输出端电连接，所述mos管n1的源极与所述mos管n1的栅极通过所述电阻r17电连接，所述mos管n1的漏极通过所述电阻r18连接至直流电源vcc，所述mos管n2的栅极与所述mos管n1的漏极电连接，所述mos管n2的源极与所述mos管n2的栅极通过所述电阻r19电连接，所述mos管n2的源极通过所述电阻r20连接至所述第二压电阀的输入端。
13.在上述的方案中，所述阀门定位器模块还包括指示盘数据采集单元，所述指示盘数据采集单元包括安装在气动阀门指示盘临界位置处的开关型霍尔传感器，所述开关型霍尔传感器用于采集阀门的全开和全关状态信号。
14.在上述的方案中，所述主控制器模块包括数据存储单元和控制量计算单元，所述数据存储单元用于对用户通过所述上位机模块设置的各项预设值数据进行存储，所述控制量计算单元与所述数据存储单元相连接，所述控制量计算单元用于根据所述上位机模块发送指令信号以及所述数据存储单元存储的预设值数据计算输入至所述阀门定位器模块的控制量数据。
15.在上述的方案中，所述控制量计算单元包括灰色预测模块和模糊计算模块，所述
灰色预测模块用于将获取的气动阀门的开度数据进行处理得到固定步数长度的阀门开度位置预测值，所述模糊计算模块与所述灰色预测模块相连接，所述模糊计算模块用于根据阀门开度位置预测值与所述上位机模块发送的阀门开度设置值的差值获取预测偏差值，并对预测偏差值与偏差变化率进行模糊化、模糊推理和解模糊化处理得到控制量数据。
16.在上述的方案中，所述主控制器模块还包括报警判断单元，所述报警判断单元与所述数据存储单元相连接，所述报警判断单元用于对所述阀门定位器模块采集的阀门开度数据、阀门指示盘数据以及气压数据与对应的预设值进行比较，并根据比较结果发送报警信号至所述人机交互模块。
17.在上述的方案中，所述人机交互模块包括显示屏单元、按键单元和报警单元，所述显示屏单元通过lcd显示屏对所述阀门定位器模块采集的数据进行显示；所述按键单元包括启动按键、停止按键、第一按键指示灯和第二按键指示灯，所述第一按键指示灯与所述启动按键电连接，所述第二按键指示灯与所述停止按键电连接；所述报警单元包括多个报警指示灯和蜂鸣器。
18.综上所述，本发明的有益效果是：通过阀门定位器模块对气动阀门的状态数据、阀门指示盘数据以及气动执行机构的气压数据进行采集，通过主控制器模块对指令信号以及阀门定位器模块采集的数据进行分析处理，可获取精度较高的气动阀门控制数据，也可防止应采集数据不准确或者相关机构损坏造成气动阀门控制不精准的问题。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明中气动阀门控制系统的组成示意图。
21.图2为本发明中阀门定位器模块的组成示意图。
22.图3为本发明中阀门状态采集单元的组成示意图。
23.图4为本发明中压电阀驱动电路的电路图。
24.图5为本发明中主控制器模块的组成示意图。
25.图6为本发明中人机交互模块的组成示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
27.如图1所示，本发明的一种气动阀门控制系统，包括：阀门定位器模块、主控制器模块、人机交互模块、无线传输模块和上位机模块。
28.下面结合附图对本发明上述各模块间的连接关系做进一步详细说明。所述阀门定位器模块对气动阀门的状态数据、阀门指示盘数据以及气动执行机构的气压数据进行采集；所述主控制器模块与所述阀门定位器模块相连接，所述人机交互模块与所述主控制器模块相互通信，所述上位机模块通过所述无线传输模块与所述执行模块相互通信，所述上位机模块发送指令信号至所述主控制器模块，所述主控制器模块用于根据指令信号以及所
述阀门定位器模块采集的数据发送执行控制信号至所述阀门定位器模块，驱动气动阀门进行动作，所述主控制器模块根据气动阀门的状态数据、阀门指示盘数据和气动执行机构的气压数据控制人机交互模块进行相关信息的显示和报警。
29.在本实施例中，所述无线传输模块包括4g通信单元、5g通信单元以及wifi通信单元中的一种或多种，所述上位机模块采用电脑、智能手机等设备。
30.如图2和图3所示，所述阀门定位器模块包括阀门状态采集单元，所述阀门状态采集单元包括位置传感器和状态采集电路，所述位置传感器用于采集气动阀门的开度数据，所述状态采集电路与所述位置传感器电连接，所述状态采集电路用于将位置传感器的输出数据信号进行调理，并发送至所述主控制器模块。
31.进一步地，所述状态采集电路包括电阻r1、电阻r2、二极管d1、放大器op1、电阻r3、三极管q1、电阻r4、电阻r5、电阻r6、放大器op2、三极管q2、电阻r7、电阻r8、电阻r9、三极管q2、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电容c，所述电阻r1的第一端与所述位置传感器的信号输出端电连接，所述电阻r2的第一端与直流电源vcc电连接，所述二极管d1的阳极与所述电阻r2的第二端电连接，所述二极管d1的阴极与所述电阻r1的第二端电连接，所述放大器op1的正向输入端与所述二极管d1的阴极电连接，所述电阻r3的第一端与所述放大器op1的反向输入端电连接，所述电阻r3的第二端接至地，所述三极管q1的基极与所述放大器op1的输出端电连接，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r4连接至直流电源vcc，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r5接至地，所述放大器op2的正向输入端通过所述电阻r6连接至所述三极管q1的集电极，所述放大器op2的反向输入端通过所述电阻r7接至地，所述放大器op2的输出端通过所述电阻r8与所述放大器op2的反向输入端连接，所述三极管q2的基极通过所述电阻r9与所述放大器op2的输出端电连接，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r10连接至直流电源vcc，所述三极管q2的发射极通过所述电阻r11接至地，所述电阻r12的第一端与所述三极管q2的发射极电连接，所述电阻r12的第二端连接至所述主控制器模块的输入端，所述电容c连接至所述电阻r12的第二端与地之间。
32.在本实施例中，所述放大器op1和所述三极管q1组成第一射极跟随器，所述放大器op2和所述三极管q2组成第一射极跟随器，可对所述位置传感器采集的信号进行功率放大，所述电阻r12和所述电容c组成rc滤波器，可对经过功率放大的传感信号进行滤波处理。
33.如图2和图4所示，所述阀门定位器模块还包括压电阀驱动单元和气动执行器单元，所述压电阀驱动单元包括压电阀驱动电路、第一压电阀和第二压电阀，所述第一压电阀和所述第二压电阀均与所述压电阀驱动电路电连接，所述压电阀驱动电路用于在所述主控制器模块的控制下驱动所述第一压电阀和所述第二压电阀进行开启和关闭，所述气动执行器单元包括气动阀门和压力传感器，所述气动阀门与所述第一压电阀和所述第二压电阀连接，所述气动阀门用于在所述第一压电阀和所述第二压电阀的控制下进行进气和排气，所述压力传感器用于采集气源输出到气动阀门的气压数据和气动阀门气室内的气压数据。
34.在本实施例中，压电阀是利用功能陶瓷片在电压作用下产生弯曲变形原理制成的一种两位式控制阀，其中第一压电阀为进气阀，第二压电阀为排气阀，所述第一压电阀和所述第二压电阀接收所述压电阀驱动电路发送的驱动信号，第一压电阀为气开型,第二压电阀为气关型,所述压电阀驱动电路通过控制进入先导腔的气压从而控制所述第一压电阀和所述第二压电阀初始状态，所述第一压电阀上无电压，所述第二压电阀加电压控制，气源经
可调节流器和过滤减压阀形成气压力进入所述第一压电阀的先导腔室中，所述第二压电阀关闭，当所述压电阀驱动电路的第一输入端接通电源，所述第一压电阀则保持上电状态，所述第一压电阀加控制电压，功能陶瓷片向上弯曲，气源通过喷嘴口进人压电阀导压腔室，形成气压力，推动第一压电阀阀芯向下移动，气源通过进气口进入到气动阀门的气室中,驱动气动阀门进行位置调节，当到达设定位置时，第一压电阀的电压变为零,其导压腔室气压变为okpa。
35.进一步地，所述压电阀驱动电路包括电阻r13、电阻r14、光电耦合器u1、光电耦合器u2、电阻r15、电阻r16、二极管d2、mos管n1、电阻r17、电阻r18、mos管n2、电阻r19、电阻r20、二极管d3、mos管n3、电阻r21、电阻r22、mos管n4、电阻r23和电阻r24，所述光电耦合器u1的第一输入端通过所述电阻r13与所述主控制器模块的第一输出端电连接，所述光电耦合器u2的第一输入端通过所述电阻r14与所述主控制器模块的第二输出端电连接，所述光电耦合器u1的第二输入端和所述光电耦合器u2的第二输入端均接至地，所述光电耦合器u1的第一输出端与所述光电耦合器u2的第一输出端通过所述电阻r15电连接，所述光电耦合器u1的第二输出端与所述光电耦合器u2的第二输出端通过所述电阻r16电连接，并接至地，所述mos管n1的栅极通过所述二极管d2与所述光电耦合器u1的第一输出端电连接，所述mos管n1的源极与所述mos管n1的栅极通过所述电阻r17电连接，所述mos管n1的漏极通过所述电阻r18连接至直流电源vcc，所述mos管n2的栅极与所述mos管n1的漏极电连接，所述mos管n2的源极与所述mos管n2的栅极通过所述电阻r19电连接，所述mos管n2的源极通过所述电阻r20连接至所述第一压电阀的输入端，所述mos管n2的栅极通过所述二极管d3与所述光电耦合器u2的第二输出端电连接，所述mos管n1的源极与所述mos管n1的栅极通过所述电阻r17电连接，所述mos管n1的漏极通过所述电阻r18连接至直流电源vcc，所述mos管n2的栅极与所述mos管n1的漏极电连接，所述mos管n2的源极与所述mos管n2的栅极通过所述电阻r19电连接，所述mos管n2的源极通过所述电阻r20连接至所述第二压电阀的输入端。
36.在本实施例中，所述光电耦合器u1的第一输出端与所述光电耦合器u2的第一输出端组成同相电路，所述光电耦合器u1的第一输出端与所述光电耦合器u2的第一输出端组成反相电路，在所述主控制器模块不输出信号时，所述第一压电阀和所述第二压电阀能处于保持状态，在所述主控制器模块的第一输出端输出高电平信号、第二输出端输出低电平信号时，与其连接的第一压电阀关闭，第二压电阀开启并进行排气，在所述主控制器模块的第一输出端输出低电平信号、第二输出端输出高电平信号时，与其连接的第二压电阀开启并进行进气，第二压电阀关闭。
37.进一步地，所述阀门定位器模块还包括指示盘数据采集单元，所述指示盘数据采集单元包括安装在气动阀门指示盘临界位置处的开关型霍尔传感器，所述开关型霍尔传感器用于采集阀门的全开和全关状态信号。
38.在本实施例中，当所述开关型霍尔传感器在临界位置发生电平信号翻转时，所述主控制器模块的外部中断即被触发，随后输出控制电信号使气动执行器单元保持稳定状态，所述开关型霍尔传感器限位保护功能可以减少阀门终端因碰撞挤压造成的磨损和破坏，增强了安全
39.性和稳定性，同时也避免了不必要的功耗浪费。
40.如图5所示，所述主控制器模块包括数据存储单元和控制量计算单元，所述数据存
储单元用于对用户通过所述上位机模块设置的各项预设值数据进行存储，所述控制量计算单元与所述数据存储单元相连接，所述控制量计算单元用于根据所述上位机模块发送指令信号以及所述数据存储单元存储的预设值数据计算输入至所述阀门定位器模块的控制量数据。
41.进一步地，所述控制量计算单元包括灰色预测模块和模糊计算模块，所述灰色预测模块用于将获取的气动阀门的开度数据进行处理得到固定步数长度的阀门开度位置预测值，所述模糊计算模块与所述灰色预测模块相连接，所述模糊计算模块用于根据阀门开度位置预测值与所述上位机模块发送的阀门开度设置值的差值获取预测偏差值，并对预测偏差值与偏差变化率进行模糊化、模糊推理和解模糊化处理得到控制量数据。
42.进一步地，所述主控制器模块还包括报警判断单元，所述报警判断单元与所述数据存储单元相连接，所述报警判断单元用于对所述阀门定位器模块采集的阀门开度数据、阀门指示盘数据以及气压数据与对应的预设值进行比较，并根据比较结果发送报警信号至所述人机交互模块。
43.如图6所示，所述人机交互模块包括显示屏单元、按键单元和报警单元，所述显示屏单元通过lcd显示屏对所述阀门定位器模块采集的数据进行显示；所述按键单元包括启动按键、停止按键、第一按键指示灯和第二按键指示灯，所述第一按键指示灯与所述启动按键电连接，所述第二按键指示灯与所述停止按键电连接；所述报警单元包括多个报警指示灯和蜂鸣器。
44.在本实施例中，所述启动按键用于开启所述主控制器模块的工作，所述第一按键指示灯用于指示所述启动按键的按下状态，所述停止按键用于关闭所述主控制器模块的工作进程，所述第二按键指示灯用于指示所述停止按键的按下状态；在所述主控制器模块判定所述指示盘数据采集单元采集的数据超过预设值、所述压力传感器采集的气压数据超过预设值或者阀门开度值超过预设值时，控制相应的报警指示灯和蜂鸣器进行响应。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。