微電無線遠程閥門控制器的製造方法
2023-04-22 23:44:01
微電無線遠程閥門控制器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種實現城市帶壓管網衡壓衡流的微電無線閥門控制器設備，其特徵是：閥門控制器主體單元與執行單元相連，主體單元通過GPRS通訊模塊和外接天線來接收上位系統發送的控制指令和配置參數，通過微功耗單片機進行解析並存儲到FlashROM模塊，閥門控制器內功率電氣組件控制模塊連接流量計串口模塊和閥門控制器執行單元上的兩路壓力變送器模數轉換接口，把採集的管網運行數據回傳給微功耗單片機，由微功耗單片機進行解析並與FlashROM模塊內存儲的控制參數作對比，對比結果產生後由微功耗單片機發送執行指令並由功率電氣組件控制模塊來完成對控制器執行單元DC12V電磁閥的開啟進行功能閥門上腔水量的調節，從而完成整個衡流和/或衡壓過程。
【專利說明】微電無線遠程閥門控制器
所屬【技術領域】
[0001]本發明涉及自來水帶壓管網和市政中水帶壓管網閥門控制領域中閥門開啟度控制、流量控制和壓力控制過程的應用功能研究。本發明所提到的微電無線遠程閥門控制器是一款應用於帶壓管網功能閥上的閥門驅動裝置。該裝置採用GPRS無線遠程通訊方式來接收上位發送來的流量和壓力控制參數，通過管網上安裝的壓力和流量傳感器實現管網運行數據採集，用實時運行數據和控制參數進行對比。對比的結果作為控制閥門開啟度的依據，從而達到壓力和流量控制目的。微電無線遠程閥門控制器可以接收上位系統發送的壓力或者流量控制曲線，並使用此曲線來實時的控制管網的壓力和流量，從而達到管網自動穩壓和限時定量供水的目的。
【背景技術】
[0002]城市自來水管線和市政帶壓管網是城市基礎設施的重要組成部分，是城市賴以生存和發展的物質基礎，是維護城市正常運轉的「生命線」。隨著我國經濟的發展及城市化步伐的加快，城市規模的擴大和現代化程度的不斷提高，作為城市重要基礎設施的城市供水管線也越來越龐大、密集，如何保證管網的正常穩定運行是目前擺在全國各地供水公司面前的重要問題。供水管網壓力穩定則是減少城市管網滲漏和爆管率的有效途徑。面對日益繁雜的供水管線和日益增加的用戶數量，必須採取更有效的機制和手段來進行管網壓力的穩定。選擇閥門控制器對城市供水管線進行地適當的壓力控制，則是減少管網滲漏和爆管對國家水資源造成損失和人民生活水平造成影響的唯一辦法。
[0003]目前國內的閥門控制器多使用大型電機來控制閥門的壓力和流量，並且每個閥門控制器必須在其周圍增加控制室引入220V或者380V高電壓才能保證設備的正常運行。由於國內管線多處於地下，所以在地下井室裡引入220V或者380V強電大大增加了用戶操作的危險性。強電控制往往象徵著必須保證其通訊的穩定性和可靠性，目前最好的解決方式是通過建立有線連接來達到指揮中心與閥門控制室之間的通信，或者採取每個井室專人負責的模式來管理閥門控制器設備，由於城市管網往往分布較廣，這樣就意味著閥門控制器的施工成本和管理成本的大量投入。
【發明內容】
[0004]本發明主要用於城市帶壓管線的壓力穩定、流量控制和遠程應急關閥。微電無線遠程閥門控制器的使用解決了目前國內市場微電無線閥門控制器只靠國外進口的歷史。與此同時新產品的市場投放也解決了國外閥門控制器無法適合國內客戶需求的問題。微電無線閥門控制器使用12V蓄電池供電，在電源供應上，蓄電池可以接太陽能電池板和風力發電機等設備，無需再接入220V或者380V電源。電壓範圍的降低減少了高壓電入井室的危險性。GPRS通訊模塊增加了信號放大功能，即使把閥門控制器放在井室內也不會影響設備的正常通訊。閥門控制器在封裝過程中充分考慮到了地下井室的惡劣環境會對閥門控制器的影響，所以在外殼的設計中採用IP68防水等級和防爆功能。改現有閥門控制器的有線數據通信為無線GPRS通訊，減少布線施工成本。閥門控制器閥門開啟度執行單位採用管網自身壓力，無需外部機械力作用，所以在運行過程中功耗很低，是一款真正的低功耗產品。
[0005]本發明涉及的微電無線遠程閥門控制器開發解決了國內閥門控制的高安裝成本及閥門控制安全性低的問題。微電無線遠程閥門控制器由控制器主體單元、兩路外置壓力變送器、兩個DC12V先導式電磁閥、外接電源模塊和外接天線五部分組成。其中控制器主體單元包括基於微功耗的單片機及相關外圍器件的處理平臺，實現無線GPRS數傳模塊、基本工業通信模塊、功率電氣組件控制模塊、多路模擬數字轉換模塊、4M字節Flash ROM存儲模塊、LED顯示屏和按鍵的輸入輸出電路模塊、電源處理模塊。控制器通過可編程的微功耗單片機接收用戶的控制命令完成各執行單元的協調工作，實現對電磁閥的控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為微電無線遠程閥門控制器的主體單元組成結構
[0007]【9】電源管理模塊【10】GPRS通訊模塊【11】微功耗單片機
[0008]【12】FlashROM模塊【13】功率電氣組件控制模塊【14】電源模塊
[0009]【15】液晶顯示屏【16】流量計設備串口模塊【17】壓力變送器模數轉換接口
[0010]【18】壓力變送器模數轉換接口【19】電磁閥驅動埠 I
[0011]【20】電磁閥驅動埠 2【21】切換按鈕【22】調節閥門開關量按鈕
[0012]【23】調節閥門開關量按鈕【24】外接天線【25】防護外殼
[0013]圖2為微電無線遠程閥門控制器的執行單元組成結構
[0014]【I】進水口 DC12V電磁閥【2】出水口 DC12V電磁閥【3】進水口針閥
[0015]【4】出水口針閥【5】介質過濾閥【6】球閥【7】閥前壓力傳感器
[0016]【8】閥後壓力傳感器
[0017]圖3為微電無線遠程閥門控制器的總體組成結構
【具體實施方式】
[0018]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合實施方式和附圖，對本發明做進一步詳細說明，在此，本發明的示意性實施方式及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0019]用於進行命令處理、通信管理和閥門控制的控制器主體單元，控制器主體單元包括用於數據處理的微功耗單片機【11】，兩路用於連接壓力變送器進行壓力數據採集的模數轉換接口【17】【18】、一路用於連接流量設備串口模塊【16】和GPRS通訊模塊【10】、一路用於數據存儲的Flash ROM模塊【12】、兩個用於驅動電磁閥的埠 I【19】和埠 2【20】、功率電氣組件控制模塊【13】、用於為控制器主體單元提供電源的電源模塊【14】、用於外接電源控制的電源管理模塊【9】、一個切換遠程控制和本地控制的切換按鈕【21】、兩個手動調節閥門開關量的按鈕【22】【23】、用於狀態顯示的液晶顯示屏【15】、具有IP68防水等級的防護外殼【25】和外接天線【24】。
[0020]用於執行閥門控制器主體單元控制指令的閥門控制器執行單元。閥門控制器執行單元包括用於控制進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】、調節進水量和出水量的針閥【3】【4】、關閉閥前進水口的球閥【6】、過濾水介質的過濾閥【5】、用於接入閥前閥後感知管網壓力的壓力傳感器【7】【8】。
[0021]結合附圖進一步描述本發明具體實施過程，本發明包括閥門控制器主體單元和控制器執行單元兩大部分，閥門控制器主體單元主要負責閥門控制指令的執行、管網壓力流量數據的採集處理以及周邊電器設備的管理和控制。閥門控制器主體單元供電由電源模塊【14】進行，電源模塊【14】是一塊12V100Ah的蓄電池，通過與電源管理模塊【9】相連來獲取電源供應。電源管理模塊【9】則用於外接太陽能電池板、風力發電機或者管道發電機，對外接發電設備進行電源穩定和輸入管理。GPRS通訊模塊【10】與外接天線【24】相連，其主要負責接收由用戶上位機發送的控制參數和控制曲線指令。GPRS通訊模塊【10】把收到的控制參數和控制指令傳輸給微功耗單片機【11】，由微功耗單片機【11】進行解析，並把解析的結果存儲到Flash ROM模塊【12】。然後由微功耗單片機【11】調用Flash ROM模塊【12】內的控制參數和控制指令通過功率電氣組件控制模塊【13】對周邊的設備進行管理和控制。在實際的控制控制中，閥門控制器主體單元會通過流量設備串口模塊【16】按照Flash ROM模塊【12】內存儲的流量讀取頻率參數來讀取管網的實時流量信息，並通過流量設備串口模塊【16】進行回傳至微功耗單片機【11】，由微功耗單片機【11】進行解析和判斷，如果流量沒有達到用戶上位發送的控制目標，微功耗單片機【11】則會通過功率電氣組件控制模塊【13】由驅動電磁閥的埠 I【19】和埠 2【20】對控制進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度，通過開啟度的控制來達到管網衡流的目的。進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】後面分別安裝有針閥【3】和針閥【4】用來控制每次進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】開啟時的進水量和出水量的大小，控制閥門平衡的開啟或者關閉。安裝在控制進水的DC12V電磁閥【I】前面分別有一個過濾水介質的過濾閥【5】和球閥【6】，過濾水介質的過濾閥【5】安裝在球閥【6】之上，球閥【6】由接通閥前管網。介質的過濾閥【5】的功能是過濾管網水介質中的雜質成份，以免雜質成份進入閥門執行單元，對執行單元內的部件造成堵塞，影響閥門控制效果。球閥【6】則是在需要對閥門控制器執行單元進行設備件的更換時進行水流的切斷。閥門前和閥門後分別裝有壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】，在實際的控制中，閥門控制器主體單元會通過壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】按照Flash ROM模塊【12】內存儲的壓力採集頻率參數來採集管網的實時壓力信息，並通過壓力數據採集的模數轉換接口【17】【18】進行回傳至微功耗單片機【11】，由微功耗單片機【11】進行解析和判斷，如果壓力沒有達到用戶上位發送的控制目標，微功耗單片機【11】則會通過功率電氣組件控制模塊【13】由驅動電磁閥的埠 I【19】和埠 2【20】對控制進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度，通過開啟度的控制來達到管網衡壓的目的。由於本閥門控制器設備安裝的對象是功能閥，功能閥門在正常工作情況下必須保證閥前和閥後具有一定的壓差值，所以壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】通過對閥前閥後壓力的採集，通過壓差值的計算也可以避免在執行閥門控制過程中由於執行過度使閥門失去基礎功能的情況出現。微電無線遠程閥門控制器在設計過程中充分考慮到了實際使用環境和用戶需求，微電無線遠程閥門控制器在控制過程中可以通過切換遠程控制和本地控制的切換按鈕【21】來實現本地和遠程控制的切換過程，在切換到本地控制後，操作人員可以使用調節閥門開關量的按鈕【22】【23】，調節閥門開關量的按鈕【22】【23】與功率電氣組件控制模塊【13】相連，功率電氣組件控制模塊【13】接收用戶手動操作的閥門開、關指令，並把指令通過驅動電磁閥的埠 I【19】和埠 2【20】對控制進水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度。液晶顯示屏【15】通過與微功耗單片機【11】的連接接收微功耗單片機【11】的實時控制參數和實時壓力或者實時流量輸出，使用戶實現對現場閥門控制器控制情況的實時掌握。通過具有IP68防水等級的防護外殼【25】的封裝，實現微電無線遠程閥門控制器在惡劣環境下的正常運行。
【權利要求】
1.一種用於城市帶壓管網衡壓衡流的微電無線遠程閥門控制器，主要包括閥門控制器主體單元和閥門執行單元兩部分組成。閥門控制器主體單元包括用於數據接收的外接天線和通信處理的GPRS模塊、用於數據解析及指令執行的微功耗單片機、用於參數、指令和數據存儲的Flash ROM模塊、用於管理外接電氣元件的功率電氣組件控制模塊、用於連接管網流量計量設備的流量計設備串口模塊、兩路用於驅動電磁閥的驅動埠、兩路用於連接壓力傳感器的模數轉換接口、用於外接電源轉換的電源管理模塊、用於為設備各功能部件提供電源的電源模塊、一塊用於設備參數顯示的液晶顯示屏幕、一個用於切換本地和遠程控制的切換按鈕和兩個調節開啟度的調節按鈕、用於封裝以上部件的防護外殼。其特徵是:夕卜接天線與GPRS模塊相連，GPRS模塊與微功耗單片機相連，微功耗單片機分別與功率電氣組件控制模塊、Flash ROM模塊和液晶顯示屏幕相連，電源管理模塊與電源模塊相連，電源模塊則通過主板的對應電源線路為各模塊供電，防護外殼把以上部件進行內部的封裝，切換按鈕和調節閥門量按鈕則分別通過嵌入防護外殼與功率電氣組件控制模塊相連。閥門控制器執行單元包括用於控制閥門上腔進水量的DC12V電磁閥、控制閥門上腔出水量的DC12V電磁閥、進水口針閥、出水口針閥、介質過濾閥、球閥、閥前壓力傳感器和閥後壓力傳感器。其特徵是:兩路壓力傳感器分別連接功能閥門的進水口和出水口並且通過數據線與閥門控制器主體單元的兩個壓力變送器模數轉換埠相連，進水口 DC12V電磁閥和出水口 DC12V電磁閥則通過數據線與閥門控制器主體單元的電磁閥驅動埠 I和電磁閥驅動埠 2相連。
2.根據權利要求1所述的一種微電無線遠程閥門控制器，其特徵在於執行單元的組裝方式按照管網介質流向依次為球閥、介質過濾閥、進水口 DC12V電磁閥、進水口針閥、出水口 DC12V電磁閥、出水口針閥。
3.根據權利要求1所述的一種微電無線遠程閥門控制器，其特徵在於進水口和出水口所使用的DC12V電磁閥為直動式常閉電磁閥。
4.根據權利要求1所述的一種微電無線遠程閥門控制器，其特徵在閥門控制器主體單元內電源模塊為12V100Ah鉛酸蓄電池。
5.根據權利要求1所述的一種微電無線遠程閥門控制器，其特徵在於閥門控制器主體單元的防護外殼具有IP68防水等級且其材料為合金材質。
【文檔編號】F16K31/04GK104235467SQ201310239289
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】戴性照, 宗海俠, 司徒博為, 王昂, 段金剛 申請人:北京創洋森科科技發展有限公司