CN108520670A - 一种阀门操作的模拟实训考核装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阀门操作及实训考核领域，具体涉及一种阀门操作的模拟实训考核装置，在阀门标准件的基础上，增加检测模块等，通过钢丝、单圈电位计将阀芯位移量转化为电信号，便于检测和调整阀门操作情况，用于对操作人员进行培训；通过设置中央服务器和显示模块，可以对操作人员进行考核；本发明能够在保证原有阀门操作方法和操作手感不变的前提下，对操作人员等进行培训和考核，使培训人员在短时间获得相关技术经验，提高操作人员工作技能。
Description
技术领域
本发明涉及阀门操作及实训考核领域，具体涉及一种阀门操作的模拟实训考核装置。
背景技术
随着石油、化工等过程工业生产工艺水平的不断提高，许多新技术、新工艺层出不穷，对生产人员、管理人员的操作技能、应急能力都有了更高的要求。在此背景下，对阀门操作的模拟实训及考核进行研究具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种阀门操作的模拟实训考核装置，能够在保证原有阀门操作方法和操作手感不变的前提下，对操作人员等进行培训和考核，使培训人员在短时间获得相关技术经验，提高操作人员工作技能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案的基本构思是：通过在真实阀门增加相关的检测模块，对操作人员的阀门操作技能进行训练和考核；即通过在相应应用环境中的阀门的标准件的基础上，对部分部件（阀芯等）的结构进行调整，并将阀门操作情况转化为容易检测的电信号，经检测单元检测后反馈给中央服务器，从而了解实际操作情况，便于对阀门操作进行调整；通过设置显示模块来显示考核内容，以对操作人员在面临不同工况时的阀门操作的处理情况。
在以上构思的基础上，本发明提供一种阀门操作的模拟实训考核装置，包括阀门，阀门包括阀座、阀盖、阀杆、阀芯和手轮，阀盖与阀座固定连接，阀杆***阀盖内并与阀盖螺纹连接，阀杆上端位于阀盖外部并与手轮固定连接，阀杆下端位于阀盖内部并与阀芯上端铰接，使阀杆能够相对阀芯转动并带动阀芯上下移动，通过阀芯的上下移动实现对阀门开启程度的控制；在此基础上，所述的模拟实训考核装置还包括导向管、钢丝、单圈电位计、阀门操作检测单元和中央服务器，导向管固定在阀座内，钢丝穿设在导向管内，且钢丝两端自导向管两端穿出，钢丝一端固定连接在阀芯上，钢丝自其被固定在阀芯上的一端到导向管之间的部分与阀杆轴心线平行，钢丝另一端与单圈电位计的检测端相连接，单圈电位计检测钢丝位移信息，单圈电位计的信号输出端连接至阀门操作检测单元；所述的阀门操作检测单元包括微处理器模块、电源模块、显示模块和时钟模块；微处理器模块分别与单圈电位计信号输出端、显示模块、时钟模块和中央服务器相连接；微处理器模块采集单圈电位计信号输出端的信号，输出给中央服务器；微处理器模块接收中央服务器考核指令，输出给显示模块；微处理器模块采集时钟模块信号；单圈电位计、微处理器模块、显示模块和时钟模块分别由电源模块供电。
阀芯一侧开设有能够容纳钢丝并对钢丝导向的导向槽，导向槽下部膨大用于容纳导向管端部，导向管一端伸入导向槽下部膨大部分。
单圈电位计包括电位计壳体和电位计转轴，电位计转轴与阀座固定连接，电位计壳体上固定安装有转盘，转盘轴心线与电位计转轴轴心线重合，转盘外周面设有环形凹槽，钢丝远离阀芯的一端固定连接在转盘上且部分钢丝缠绕在环形凹槽内。
电位计转轴外套设有用于使电位计壳体复位的扭力弹簧，扭力弹簧两端分别与阀座和转盘固定连接。
单圈电位计设置于一个位移检测盒内，位移检测盒固定安装在阀座上，电位计转轴以及扭力弹簧的一端固定连接在位移检测盒内壁上从而间接与阀座固定连接。
单圈电位计设有电压输入端VCC、接地端GND和信号输出端SOUT；微处理器模块设有电压输入端VCC、接地端GND、信号输入端AIN0、时钟输入端CLK、PC0端口、PB5端口和PB7端口；电源模块设有电压输出端VCC和接地端GND；显示模块设有电压输入端VCC、接地端GND、片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1和串行/并行选择端PSB；时钟模块设有电压输入端VCC、接地端GND、时钟输出端CLK；单圈电位计的电压输入端VCC、微处理器模块的电压输入端VCC、显示模块的电压输入端VCC、时钟模块的电压输入端VCC分别与电源模块的电压输出端VCC连接；单圈电位计的接地端GND、微处理器模块的接地端GND、显示模块的接地端GND、时钟模块的接地端GND分别与电源模块的接地端GND连接；单圈电位计的信号输出端SOUT与微处理器模块的信号输入端AIN0相连；显示模块的片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1分别与微处理器模块的PC0端口、PB5端口、PB7端口连接；显示模块的串行/并行选择端PSB与电源模块的接地端GND连接；时钟模块的时钟输出端CLK与微处理器模块的时钟输入端CLK连接。
微处理器模块通过无线模块与中央处理器通讯，无线模块由电源模块供电。
微处理器模块还设有I/O端口PA0、PA1、PA2、PA3；无线模块设有电压输入端VCC、接地端GND、数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、片选端CS0；无线模块的电压输入端VCC、接地端GND分别与电源模块的电压输出端VCC、接地端GND相连接；无线模块的数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、无线模块片选端CS0分别与微处理器模块的I/O端口PA0、PA1、PA2、PA3连接。
所述的阀门操作检测单元还包括设定按钮模块，设定按钮模块与微处理器模块通讯，设定按钮模块由电源模块供电。
微处理器模块还设有I/O端口PC2、PC3、PC4、PC5和复位端Reset；设定按钮模块设有电压输入端VCC、接地端GND、SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮和***复位按钮Reset；设定按钮模块的电压输入端VCC、接地端GND分别与电源模块的电压输出端VCC、接地端GND相连接；设定按钮模块的SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮分别与微处理器模块的I/O端口PC2、PC3、PC4、PC5连接；设定按钮模块的***复位按钮Reset与微处理器模块的复位端Reset连接。
有益效果：本发明在阀门标准件的基础上，进行设计，不改变操作方法和操作手感；通过检测阀门的阀芯的上下位移，判断阀门操作是否满足工况需求，进而对阀门操作进行调整，能够对操作人员的操作技能进行训练，结合中央服务器和显示模块等，能够对操作人员进行考核；从而使培训人员在短时间内获得相关技术经验，提高工作技能、增强安全意识；采用无线模块，可以简化阀门操作模拟实训及考核装置的布线，也可以灵活布置阀门操作模拟实训及考核装置的考核位置，能够满足不同工况下的操作和应急培训要求；本发明适宜于石油、化工领域内阀门操作、应急处理等操作培训。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图；
图2是本发明的位移检测盒及其连接关系示意图；
图3是本发明中阀门操作检测单元的电路原理图；
图4是本发明的控制流程图；
图中标记：1、手轮，2、阀杆，3、阀盖，4、阀座，5、阀芯，6、导向槽，7、钢丝，8、导向管，9、位移检测盒，10、压紧螺母（将钢丝一端压紧在阀芯上），11、支架，12、阀门操作检测单元，13、扭力弹簧，14、转盘，15、电位计壳体，16、环形凹槽，17、电位计转轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，以下未详述部分均为现有技术或采用现有技术能够实现的。
参考图1-图4，一种阀门操作的模拟实训考核装置，包括阀门、导向管8、钢丝7、单圈电位计、阀门操作检测单元12和中央服务器；其中：
参考图1，阀门采用阀门标准件（阀芯5上有少量结构改变，下文有相关叙述），其包括阀座4、阀盖3、阀杆2、阀芯5和手轮1，阀盖3与阀座4固定连接，阀杆2***阀盖3内并与阀盖3螺纹连接，阀杆2上端位于阀盖3外部并与手轮1固定连接，阀杆2下端位于阀盖3内部并与阀芯5上端铰接，使阀杆2能够相对阀芯5转动并带动阀芯5上下移动，通过阀芯5的上下移动实现对阀门开启程度的控制；
参考图1，导向管8固定在阀座4的流通孔径内，钢丝7穿设在导向管8内，且钢丝7两端自导向管8两端穿出，钢丝7一端通过压紧螺母10压紧在阀芯5上表面（阀芯5上表面设有一根螺柱，压紧螺母10与螺柱相配合将钢丝7压紧在阀芯5上表面），在阀门标准件的阀芯5的一侧开设能够容纳钢丝7并对钢丝7导向的导向槽6，导向槽6主体部分的宽度等于钢丝7直径，保证在钢丝7在导向槽6内的部分与阀杆2轴心线平行（钢丝7自其被固定在阀芯5上的一端到导向管8之间的部分与阀杆2轴心线平行），从而将阀芯5位移转化为钢丝7位移（钢丝7沿自身长度方向移动），导向槽6下端膨大用于容纳导向管8端部，导向管8一端伸入导向槽6下部膨大部分，钢丝7另一端与单圈电位计的检测端相连接；
参考图2，单圈电位计设置于一个位移检测盒9内，位移检测盒9固定安装在阀座4上，导向管8另一端伸入位移检测盒9中；单圈电位计包括电位计壳体15和电位计转轴17，电位计转轴17与位移检测盒9内壁固定连接，电位计壳体15上固定安装有转盘14，转盘14轴心线与电位计转轴17轴心线重合，转盘14外周面设有环形凹槽16，钢丝7远离阀芯5的一端固定连接在转盘14上且部分钢丝7缠绕在环形凹槽16内，单圈电位计检测钢丝7位移信息，单圈电位计的信号输出端连接至阀门操作检测单元12；阀门操作检测模块通过对单圈电位计电阻值的变化的检测，以实现对操作人员阀门操作圈数实时检测的功能；电位计转轴17外套设有用于使电位计壳体15复位的扭力弹簧13，扭力弹簧13两端分别与位移检测盒9内壁和转盘14固定连接；位移检测盒9上固定连接（焊接）有支架11，支架11内设有穿线孔，以便于布线（单圈电位计的电源线和信号线）；
参考图3，阀门操作检测单元12包括微处理器模块、电源模块、无线模块、LCD显示模块、时钟模块和设定按钮模块；微处理器模块、无线模块、LCD显示模块、时钟模块和设定按钮模块均由电源模块供电（微处理器模块、无线模块、LCD显示模块、时钟模块和设定按钮模块这些模块的电压输入端VCC分别与电源模块的电压输出端VCC相连，微处理器模块、无线模块、LCD显示模块、时钟模块和设定按钮模块这些模块的接地端GND分别与电源模块的接地端GND相连）；
微处理器模块采集单圈电位计信号输出端的信号，通过无线模块输出给中央服务器；微处理器模块接收中央服务器考核指令，输出给显示模块；微处理器模块采集时钟模块信号；设定按钮模块与微处理器模块通讯；
单圈电位计设有电压输入端VCC、接地端GND和信号输出端SOUT；微处理器模块设有信号输入端AIN0、时钟输入端CLK、PC0端口、PB5端口、PB7端口、I/O端口PA0、I/O端口PA1、I/O端口PA2、I/O端口PA3、I/O端口PC2、I/O端口PC3、I/O端口PC4、I/O端口PC5和复位端Reset；无线模块设有数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、片选端CS0；LCD显示模块设有片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1和串行/并行选择端PSB；时钟模块设有时钟输出端CLK；设定按钮模块设有SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮和***复位按钮Reset；
单圈电位计的电压输入端VCC、接地端GND分别与电源模块的电压输出端VCC、接地端GND连接；单圈电位计的信号输出端SOUT与微处理器模块的信号输入端AIN0相连；
无线模块的数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、无线模块片选端CS0分别与微处理器模块的I/O端口PA0、PA1、PA2、PA3连接；
LCD显示模块的片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1分别与微处理器模块的PC0端口、PB5端口、PB7端口连接；显示模块的串行/并行选择端PSB与电源模块的接地端GND连接；
时钟模块的时钟输出端CLK与微处理器模块的时钟输入端CLK连接；
设定按钮模块的SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮分别与微处理器模块的I/O端口PC2、PC3、PC4、PC5连接；设定按钮模块的***复位按钮Reset与微处理器模块的复位端Reset连接；
参考图4，该阀门操作模拟实训及考核装置的控制过程包括以下内容：
内容一，阀门操作模拟实训及考核装置上电启动，首先***进行初始化；然后设定阀门操作模拟实训及考核装置的工作模式：
（1）阀门操作模拟实训及考核装置的启动默认工作模式为培训模式；
（2）如果中心服务器下达了考核指令，阀门操作模拟实训及考核装置自动切换到考核模式；如果中心服务器下达考核结束指令，阀门操作模拟实训及考核装置自动切换到培训模式；
内容二，在培训模式下，操作人员通过设定按钮SET进入阀门操作模拟实训及考核装置的设定菜单，分别实现培训操作数据的清理、重新开始培训操作、校正零点和量程；阀门操作检测模块对阀门的旋转圈数进行实时检测，并在LCD显示模块上实时显示操作数据，和存储相关的操作数据；
内容三，在考核模式下，无线模块实时接受中心服务器发出的考核指令，并在显示模块上实时显示考核内容；阀门操作检测模块对阀门的操作进行实时检测，并将检测的数据实时发送到中心服务器，以判定该名操作人员的操作是否符合工艺操作要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种阀门操作的模拟实训考核装置，包括阀门，阀门包括阀座、阀盖、阀杆、阀芯和手轮，阀盖与阀座固定连接，阀杆***阀盖内并与阀盖螺纹连接，阀杆上端位于阀盖外部并与手轮固定连接，阀杆下端位于阀盖内部并与阀芯上端铰接，使阀杆能够相对阀芯转动并带动阀芯上下移动，通过阀芯的上下移动实现对阀门开启程度的控制；其特征在于：所述的模拟实训考核装置还包括导向管、钢丝、单圈电位计、阀门操作检测单元和中央服务器，导向管固定在阀座内，钢丝穿设在导向管内，且钢丝两端自导向管两端穿出，钢丝一端固定连接在阀芯上，钢丝自其被固定在阀芯上的一端到导向管之间的部分与阀杆轴心线平行，钢丝另一端与单圈电位计的检测端相连接，单圈电位计检测钢丝位移信息，单圈电位计的信号输出端连接至阀门操作检测单元；所述的阀门操作检测单元包括微处理器模块、电源模块、显示模块和时钟模块；微处理器模块采集单圈电位计信号输出端的信号，输出给中央服务器；微处理器模块接收中央服务器考核指令，输出给显示模块；微处理器模块采集时钟模块信号；单圈电位计、微处理器模块、显示模块和时钟模块分别由电源模块供电。
2.如权利要求1所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：阀芯一侧开设有能够容纳钢丝并对钢丝导向的导向槽，导向槽下部膨大用于容纳导向管端部，导向管一端伸入导向槽下部膨大部分。
3.如权利要求1所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：单圈电位计包括电位计壳体和电位计转轴，电位计转轴与阀座固定连接，电位计壳体上固定安装有转盘，转盘轴心线与电位计转轴轴心线重合，转盘外周面设有环形凹槽，钢丝远离阀芯的一端固定连接在转盘上且部分钢丝缠绕在环形凹槽内。
4.如权利要求3所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：电位计转轴外套设有用于使电位计壳体复位的扭力弹簧，扭力弹簧两端分别与阀座和转盘固定连接。
5.如权利要求4所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：单圈电位计设置于一个位移检测盒内，位移检测盒固定安装在阀座上，电位计转轴以及扭力弹簧的一端固定连接在位移检测盒内壁上从而间接与阀座固定连接。
6.如权利要求1所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：
单圈电位计设有电压输入端VCC、接地端GND和信号输出端SOUT；
微处理器模块设有电压输入端VCC、接地端GND、信号输入端AIN0、时钟输入端CLK、PC0端口、PB5端口和PB7端口；
电源模块设有电压输出端VCC和接地端GND；
显示模块设有电压输入端VCC、接地端GND、片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1和串行/并行选择端PSB；
时钟模块设有电压输入端VCC、接地端GND、时钟输出端CLK；
单圈电位计的电压输入端VCC、微处理器模块的电压输入端VCC、显示模块的电压输入端VCC、时钟模块的电压输入端VCC分别与电源模块的电压输出端VCC连接；单圈电位计的接地端GND、微处理器模块的接地端GND、显示模块的接地端GND、时钟模块的接地端GND分别与电源模块的接地端GND连接；单圈电位计的信号输出端SOUT与微处理器模块的信号输入端AIN0相连；
显示模块的片选端CS1、数据端SIO、时钟端CLK1分别与微处理器模块的PC0端口、PB5端口、PB7端口连接；显示模块的串行/并行选择端PSB与电源模块的接地端GND连接；
时钟模块的时钟输出端CLK与微处理器模块的时钟输入端CLK连接。
7.如权利要求1所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：微处理器模块通过无线模块与中央处理器通讯，无线模块由电源模块供电。
8.如权利要求7所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：
微处理器模块还设有I/O端口PA0、PA1、PA2、PA3；
无线模块设有电压输入端VCC、接地端GND、数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、片选端CS0；
无线模块的电压输入端VCC、接地端GND分别与电源模块的电压输出端VCC、接地端GND相连接；无线模块的数据输入端SI、时钟输入端CLK0、数据输出端SO、无线模块片选端CS0分别与微处理器模块的I/O端口PA0、PA1、PA2、PA3连接。
9.如权利要求1所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：所述的阀门操作检测单元还包括设定按钮模块，设定按钮模块与微处理器模块通讯，设定按钮模块由电源模块供电。
10.如权利要求9所述的一种阀门操作的模拟实训考核装置，其特征在于：
微处理器模块还设有I/O端口PC2、PC3、PC4、PC5和复位端Reset；
设定按钮模块设有电压输入端VCC、接地端GND、SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮和***复位按钮Reset；
设定按钮模块的电压输入端VCC、接地端GND分别与电源模块的电压输出端VCC、接地端GND相连接；设定按钮模块的SET设定按钮、CHOOSE选择按钮、+增加按钮、-减小按钮分别与微处理器模块的I/O端口PC2、PC3、PC4、PC5连接；设定按钮模块的***复位按钮Reset与微处理器模块的复位端Reset连接。
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