一种步进电机控制阀门、阀门控制系统及方法与流程

本发明涉及一种步进电机控制阀门、阀门控制系统及方法。

背景技术：

1、电控阀门广泛应用于石油、化工、水处理等多个行业进行管道中液体/气体的流量调节，开关控制等，现有的电控阀门类型多样，如电动球阀和电磁阀。然而，这些阀门在实际使用中存在一些显著缺陷。例如，常见的电动球阀在高压管道中应用时，其体积和重量过大，限制了其在空间有限的场合使用。此外，电动球阀的控制精度较低，难以实现流量的精准控制和联机操作。

2、而电磁阀虽然结构简单，但往往仅有开关两档，难以满足流量调节的要求，通常仅适用于一些对精度要求不高的场合。而在轻量化、精准控制和联机控制需求日益增加的现代工业中，现有电动球阀无法满足控制需求。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种步进电机控制阀门、阀门控制系统及方法，实现高精度的流量控制，并具有良好的联机控制和联网能力，以适应多种工业环境中的复杂要求。

2、第一方面，本申请提供一种步进电机控制阀门，包括：阀门主体、步进电机、传动机构、编码器、驱动器；

3、所述步进电机的输出轴通过传动机构连接阀门主体；所述传动机构用于调整扭矩和/或控制阀门主体开度的转动精度；

4、所述编码器套设于步进电机远离阀门主体一端，用于实时监测反馈数据；

5、所述驱动器连接步进电机，所述驱动器根据上位机发出的控制指令驱动步进电机带动阀门主体转动至所述控制指令所对应预设开度的位置；所述控制指令包括旋转方向、转动角度和\或转动精度。

6、在一些实施方式中，所述编码器连接所述步进电机的输出轴，所述反馈数据包括编码器数值；所述编码器数值用于确定步进电机的转动角度，计算阀门主体的当前开度。

7、在一些实施方式中，所述传动机构包括减速机，所述减速机连接步进电机的输出轴，通过所述减速机调整扭矩和/或控制阀门主体开度的转动精度。

8、在一些实施方式中，还包括设置于阀门主体上方的步进电机安装座，所述步进电机通过减速机固定于所述步进电机安装座远离阀门主体一端；所述传动机构还包括联轴器，所述联轴器用于步进电机的输出轴和减速机的输入轴之间。

9、在一些实施方式中，所述编码器采用绝对值多圈编码器；所述阀门主体采用球阀。

10、第二方面，本申请提供一种阀门控制系统，包括如上所述的一种步进电机控制阀门及上位机；所述上位机用于接收开度调节指令及反馈数据，根据所述开度调节指令及反馈数据输出控制指令至驱动器；所述控制指令包括步进电机的旋转方向及转动角度、转动精度。

11、在一些实施方式中，包括多个并联的驱动器；每个驱动器、编码器均有唯一的通讯地址；每个所述驱动器驱动对应的步进电机控制阀门主体的开度；所述上位机通过包括通讯地址的控制指令控制所述通讯地址对应的驱动器，通过包括通讯地址的反馈数据确定对应阀门主体的当前开度。

12、第三方面，本申请提供一种阀门控制方法，应用于如上所述一种阀门控制系统的上位机中，包括以下步骤：

13、接收开度调节指令；根据所述开度调节指令输出控制指令；所述控制指令用于控制驱动器驱动步进电机，带动阀门主体转动；

14、获取编码器的反馈数据，计算所述反馈数据所对应的步进电机转动角度，确定所述阀门主体的当前开度；

15、根据所述阀门主体的当前开度输出控制指令，使得所述驱动器根据所述控制指令驱动步进电机带动阀门主体转动至所述开度调节指令所对应的预设开度。

16、在一些实施方式中，所述反馈数据包括编码器数值、编码器零点；计算所述反馈数据所对应的步进电机转动角度，确定所述阀门主体的当前开度，包括：

17、根据所述编码器数值及编码器零点确定所述步进电机的转动角度；

18、结合减速机的减速比计算阀门主体的转动角度，确定所述阀门主体的当前开度。

19、在一些实施方式中，根据所述阀门主体的当前开度输出控制指令，使得所述驱动器根据所述控制指令，驱动步进电机带动阀门主体转动至所述开度调节指令所对应预设开度的位置，包括：

20、判断所述当前开度是否等于所述开度调节指令所对应的预设开度，若不相等，则计算当前开度与预设开度的差值，根据所述差值输出控制指令，使得驱动器控制步进电机带动阀门主体转动；直至阀门主体的当前开度等于预设开度。

21、本申请提供了一种步进电机控制阀门、阀门控制系统及方法，驱动器根据控制指令驱动步进电机转动，在步进电机及传动机构的控制下阀门主体转动。编码器实时监测反馈数据，上位机根据反馈数据调整控制指令至驱动器，直至阀门主体精准转动至预设开度的位置。本申请的集成设计不仅优化阀门控制精确性和响应速度，还显著提升可靠性和稳定性，特别适用于那些需要精细调节的复杂工业应用。

技术特征：

1.一种步进电机控制阀门，其特征在于，包括：阀门主体、步进电机、传动机构、编码器、驱动器；

2.根据权利要求1所述的一种步进电机控制阀门，其特征在于，所述编码器连接所述步进电机的输出轴，所述反馈数据包括编码器数值；所述编码器数值用于确定步进电机的转动角度，计算阀门主体的当前开度。

3.根据权利要求2所述的一种步进电机控制阀门，其特征在于，所述传动机构包括减速机，所述减速机连接步进电机的输出轴，通过所述减速机调整扭矩和/或控制阀门主体开度的转动精度。

4.根据权利要求3所述的一种步进电机控制阀门，其特征在于，还包括设置于阀门主体上方的步进电机安装座，所述步进电机通过减速机固定于所述步进电机安装座远离阀门主体一端；所述传动机构还包括联轴器，所述联轴器用于步进电机的输出轴和减速机的输入轴之间。

5.根据权利要求1所述的一种步进电机控制阀门，其特征在于，所述编码器采用绝对值多圈编码器；所述阀门主体采用球阀。

6.一种阀门控制系统，其特征在于，包括如权利要求1～5任一所述的一种步进电机控制阀门及上位机；所述上位机用于接收开度调节指令及反馈数据，根据所述开度调节指令及反馈数据输出控制指令至驱动器；所述控制指令包括步进电机的旋转方向及转动角度、转动精度。

7.根据权利要求6所述的一种阀门控制系统，其特征在于，包括多个并联的驱动器；每个驱动器、编码器均有唯一的通讯地址；每个所述驱动器驱动对应的步进电机控制阀门主体的开度；所述上位机通过包括通讯地址的控制指令控制所述通讯地址对应的驱动器，通过包括通讯地址的反馈数据确定对应阀门主体的当前开度。

8.一种阀门控制方法，其特征在于，应用于如权利要求6或7任意一项所述一种阀门控制系统的上位机中，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的一种阀门控制方法，其特征在于，所述反馈数据包括编码器数值、编码器零点；计算所述反馈数据所对应的步进电机转动角度，确定所述阀门主体的当前开度，包括：

10.如权利要求8所述的一种阀门控制方法，其特征在于，根据所述阀门主体的当前开度输出控制指令，使得所述驱动器根据所述控制指令，驱动步进电机带动阀门主体转动至所述开度调节指令所对应预设开度的位置，包括：

技术总结本发明公开一种步进电机控制阀门、阀门控制系统及方法，包括：阀门主体、步进电机、传动机构、编码器、驱动器；所述步进电机的输出轴通过传动机构连接阀门主体；所述传动机构用于调整扭矩和/或控制阀门主体开度的转动精度；所述编码器套设于步进电机远离阀门主体一端，用于实时监测反馈数据；所述驱动器连接步进电机，所述驱动器根据上位机发出的控制指令驱动步进电机带动阀门主体转动至所述控制指令所对应预设开度的位置；所述控制指令包括旋转方向及转动角度、转动精度。本发明实现高精度的流量控制，具有良好的联机控制和联网能力，以适应多种工业环境中的复杂要求。技术研发人员：许俊斌,沈友弟,黄钧,蓝曦白受保护的技术使用者：广东省计量科学研究院（华南国家计量测试中心）技术研发日：技术公布日：2024/11/14