CN110345305A

CN110345305A - 一种轨道阀门开度回讯器

Info

Publication number: CN110345305A
Application number: CN201910752752.6A
Authority: CN
Inventors: 刘瑶; 陈涛涛; 谭松玲; 苏峥; 钱迪
Original assignee: Beijing Gas Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Gas Group Co Ltd
Priority date: 2019-08-15
Filing date: 2019-08-15
Publication date: 2019-10-18

Abstract

本发明涉及阀门开度回讯器领域，具体是一种轨道阀门开度回讯器，它包括阀位指示杆、传动机构、阀位检测元件和接收模块，传动机构包括上连杆、下连杆、固定环和滑环，固定环固定套装在阀位指示杆的顶部，滑环滑动地套装在阀位指示杆上，固定环、上连杆、下连杆和滑环的一端依次铰接，上连杆、下连杆与阀位指示杆形成角度可调的三角形结构，阀位检测元件固定安装在上连杆上，阀位检测元件与接收模块信号连接，本发明的开度回讯器，结构简单安装拆卸方便，续航时间长，通过调整固定环和滑环在阀门最大开度与最小开度时对应的距离值，提高了回讯器检测结果的准确性，配合本发明中的回讯器运行步骤使检测结果的准确性进一步提升。

Description

一种轨道阀门开度回讯器

技术领域

本发明涉及阀门开度回讯器领域，具体是一种轨道阀门开度回讯器。

背景技术

阀门是燃气管道建设中的主要元件之一，作为一种连接部件，它能有效的控制燃气的流向、流量和压力,对管路实现调节保护。随着工业自动化水平不断提高，自动化控制更加被人们重视，阀门开度的开度反馈是控制***的基础数据，需要实时监控。

目前，国内外阀门开度检测装置，大多是与阀门一体结构的自动控制阀门，可分为两个种类，一种是开关位阀门，一种是连续变化类控制阀门，而并没有一种针对已有的手动阀门进行阀门开度检测的装置，手动阀门应用广泛并且使用不受环境条件限制，如何提供一种适用于手动轨道阀阀门开度检测，并且安装方便检测结果可靠的检测装置亟待解决。

发明内容

一种轨道阀门开度回讯器，它包括阀位指示杆、传动机构、阀位检测元件和接收模块，所述传动机构包括上连杆、下连杆、固定环和滑环，所述固定环、上连杆、下连杆和滑环依次铰接，所述固定环固定套装在阀位指示杆的顶部，且阀位指示杆与滑环滑动套接，所述上连杆、下连杆与阀位指示杆形成角度可调的三角形结构，所述阀位检测元件固定安装在上连杆或下连杆上，阀位检测元件与接收模块信号连接。

进一步的，所述上连杆和下连杆长度相等。

进一步的，所述阀位检测元件包括电路板一、加速度传感器、单片机一、通讯模块一和电源一，所述加速度传感器、单片机一、通讯模块一均安装在电路板一上并与电路板一电连接，且单片机一分别与加速度传感器和通讯模块一信号连接，所述电源一与电路板一电连接。

进一步的，所述阀位检测元件与上连杆或下连杆的长度方向平行设置。

进一步的，一种采用权利要上述所述的轨道阀门开度回讯器的阀位检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：预设极值，开闭轨道阀并通过阀位检测元件设定阀门开度的上限位和下限位；

步骤二：信息采集，阀位检测元件的加速度传感器检测，并将X、Y、Z三个轴加速度数据传递给单片机一；

步骤三：开度计算，单片机一接收加速度传感器传出的数据并处理得到阀门开度值，对阀门开度值进行数据处理，得到处理后的阀门开度值并计算阀门开度变化值，将阀门开度变化值与预设值比较，当开度变化小于2％时，单片机一判定此数据为无效数据，不做处理；

步骤四：信息发送，当步骤三中的开度变化超过2％时，单片机一(33)启动通讯模块一(34)将阀门开度值发送给接收模块(4)；

步骤五：信息接收，接收模块(4)通过通信模块二(43)将接收到的数据传输给单片机二(45)；

步骤六：数据处理，单片机二(45)通过配合时钟芯片(44)发送的时间信息对接收到的数据进行解码；

步骤七：信息上传，单片机二(45)将解码后的信息通过RS232接口(46)上传至远程终端控制***。

进一步的，所述步骤三中得到阀门开度值与计算阀门开度变化之间还包括数据处理，数据处理方法包括如下步骤：

步骤一：数据收集：第一次积累100个的连续阀门开度值数据；

步骤二：数据整理：将步骤一中收集的数据中最大10个数据和最小的10个数据去掉；

步骤三：数据处理：计算步骤二中剩余的80个数据的平均值，输出阀门开度平均值；

步骤四：再次收集：第二次收集数据以上一次收集数据的第11个作为起始点并连续收集100个数据；

步骤五：重复步骤二至四。

进一步的，步骤一中上限位与下限位分别对应的固定环随阀位指示杆升降的上限位和下限位，固定环在上限位和下限位位置与滑环之间的距离分别为L_Amin和L_Amax，L_Amin：L_Amax≤4:1。

优点效果

本发明公开了一种轨道阀门开度回讯器，采用本发明的开度回讯器可以精准测量轨道式阀门开度，结构简单并且检测结果可靠稳定，安装拆卸方便，并且本发明的回讯器续航时间长，并且对回讯器的结构进行了优化，调整了固定环和滑环在阀门最大开度与最小开度时对应的距离值，进一步提高了回讯器检测结果的准确性，采用本发明的回讯器配合本发明中的回讯器运行步骤能够使检测结果的准确性进一步提升。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的安装状态下的结构示意图；

图3为本发明的阀位检测元件结构示意图；

图4为本发明的接收模块结构示意图；

图5为本发明的固定环位于上限位时的结构示意图；

图6为本发明的固定环位于下限位时的结构示意图；

图7为本发明的阀位检测元件工作过程的逻辑图；

图8为本发明的图7中设定最大及最小值步骤的逻辑图；

图9为本发明的图8中按键A/B持续按压过程中内部处理的逻辑图。

图例：1.阀位指示杆；2.传动机构；21.上连杆；22.下连杆；23.固定环；24.滑环；3.阀位检测元件；31.电路板一；32.加速度传感器；33.单片机一；34.通讯模块一；35.电源一；36.NB通信模块；37.按钮一；38.按钮二；4.接收模块；41.电路板二；42.显示屏；43.通信模块二；44.时钟芯片；45.单片机二；46.RS232接口；47.电源二；48.存储芯片；49.4-20mA信号输出端口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

实施例1

参见图1和图2，本发明公开了一种轨道阀门开度回讯器，它包括阀位指示杆1、传动机构2、阀位检测元件3也可称为AM模块和接收模块4也可称为BM模块，其中轨道阀指示杆1为指示轨道阀开度的杆状部件，传动机构2包括上连杆21、下连杆22、固定环23和滑环24，固定环23固定套装在阀位指示杆1的顶部，滑环24与阀位指示杆1滑动套接，固定环23、上连杆21、下连杆22和滑环24依次铰接，上连杆21、下连杆22与阀位指示杆1形成角度可调的三角形结构，阀位检测元件3固定安装在上连杆21上，轨道阀开度变化会引起轨道阀指示杆1高程改变，轨道阀指示杆1与上连杆21、下连杆22组成的三角形结构会发生形变，进而带动阀位检测元件3的位置发生改变，阀位检测元件3与接收模块4信号连接。

参见图3，阀位检测元件3包括电路板一31、加速度传感器32、单片机一33、通讯模块一34和电源一35，加速度传感器32、单片机一33、通讯模块一34均安装在电路板一31上，电源一35与电路板一31电连接，加速度传感器32、通讯模块一34分别通过电路板一31和单片机一33的I/O端连接。

阀位检测元件3内的加速度传感器32采用ADXL362加速度传感器实时记录阀位检测元件3在Ax轴向实时坐标数据并传递给单片机一33，单片机一33采用型号为MSP430f249的低功耗MCU芯片，单片机一33通过检测坐标数据的变化判断出阀门开度发生改变，并根据预设在单片机一33内的计算程序得出开度变化详值。

为了装置有更好的检测效果将上连杆与下连杆设置为等长，且固定环23和滑环24形状尺寸也一致，并且将固定环23、上连杆21、下连杆22和滑环24依次铰接之后，并且滑环24与阀位指示杆1间隙配合，且应保证这样设置可使围成的三角形为等腰三角形，这样可以使上连杆21、下连杆22之间的夹角从0至最大开度范围内连续变化，也就能够检测阀门在最小开度至最大开度的连续变化，并且也简化了角度的计算公式，进一步的将阀位检测元件3沿着长度方向安装在上连杆或下连杆上，这样才能正确的检测上连杆或下连杆与水平面的夹角。

如图5和6所示，加速度传感器32在斜边的上的加速度分量为Ax轴的测试数值Ax，跟垂直加速度g的夹角刚好等于角A，此时应保证加速度传感器32沿上连杆或下连杆的长度H方向设置。

参见图5和6，下面以型号为ADXL 362的加速度传感器32为例，说明开度计算过程。

COS(A)＝Ax/g Ax的单位为0.001g

COS(A)＝Ax*0.001g/g＝Ax/1000

Ax/1000＝COS(A)

Ax是ADXL 362在Ax轴上的加速度输出，输出的单位是mg。

当前开度＝{100％开度位置-当前位置}/最大可位移长度

当前位置 L＝COS(A)*2H；

100％开度位置 L_Amin＝COS(Amin)*2H；

0％开度位置 L_Amax＝COS(Amax)*2H；

最大可位移长度＝L_Amin-L_Amax＝COS(Amin)*2H–COS(Amax)*2H；

当前开度＝{COS(Amin)*2H-COS(A)*2H}/{COS(Amin)*2H-COS(Amax)*2H}＝{COS(Amin)-C OS(A)}/{COS(Amin)-COS(Amax)}；

开度＝{Ax(Amin)-Ax}/{Ax(Amin)–Ax(Amax)}；

Ax是ADXL362输出的当前Ax轴上的值，Ax(Amax)就是100％时Ax轴上的值Ax(Amin)就是开度为0％的时候X轴上的值。

参见图8和9本产品设计了定位按钮，A按钮和B按钮，当阀门开到最小时按A按钮3秒钟，***将这点采集到的数值设定为0点；当阀门开到最大时按B按钮3秒钟，***将这点采集到的数值设定为100％。这样输出的值就是0-100％的开度指示了。

单片机一33将开度变化值与预设值比较，当开度变化超过2％时，单片机一33启动通讯模块一34将实时数据发送给接收模块4，通讯模块一34采用LORA模块，便于数据信号的远距离无线传输；阀位检测元件3从元器件的选择到***的设置均采用低功耗设计，电源一35选用普通锂电池即可支持阀位检测元件3续航3年以上，通讯模块一34与通信模块二43采用的是LORA无线近距离通讯模块。通过对LORA模块组网及通讯协议的调整，达到稳定的通讯效果。同时对LORA通讯模块进行电源管理，在阀口开度变化值小于2％是LORA模块断电进入休眠状态，只有加速度传感器不断的采集重力加速度信息，当采集到的阀口开度值变化大于2％时，LORA模块上电，同时向接收模块发送阀门位置数据。这样在阀门没有操作的时候阀位检测元件3能够以低功耗模式工作，且不影响阀门开度变化时的正常数据上传。

阀位检测元件3还包括NB通信模块36，NB通信模块36安装在阀位检测元件3的电路板一31上，通过电路板一31与单片机33的I/O端连接。

随着物联网技术的迅速发展，将最新发展的技术利用到监控***是发展趋势，本发明提供了一种备用的NB通信模块36，做为LORA通信模块的技术补充。

阀位检测元件3还包括按钮一37(B按钮)、按钮二38(A按钮)，所述按钮一37和按钮二34并排安装在电路板一31上，并通过电路板一31与单片机一33I/O端连接，参见图8和9，在轨道阀门完全打开时按动按钮一37，设置开度最大值，设置完成后，单片机可控制连接在单片机上的LED指示灯一闪烁，表示设置成功，按钮二38安装在电路板一31上，通过电路板一31与单片机一33的I/O端连接，在轨道完全关闭时按动按钮二38，设置开度最小值，设置完成后，单片机一33可控制连接在单片机一33上的LED指示灯二闪烁，表示设置成功。

参见图4，接收模块4包括：电路板二41、显示屏42、通信模块二43、时钟芯片44、单片机二45、RS232接口46、电源二47，显示屏42、通信模块二43、时钟芯片44、单片机二45、RS232接口46均安装在电路板二41上，电源二47与电路板二41电连接，显示屏42、通信模块二43、时钟芯片44、和RS232接口46通过电路板二41与单片机二45的I/O端连接。

接收模块4通过通信模块二43将接收到的数据传递给单片机二45，单片机二45通过配合时钟芯片44发送的时间信息解码接收到的数据后，将开度信息发送给显示屏42显示，同时将数据由RS232接口46上传至远程终端控制***，接收模块4依靠LORA模块组网，即一个接收模块4可以接收多个阀位检测元件3数据，数据整合后通过RS232通讯接口46上传，电源二47选用24V电源供电。

接收模块4还包括存储芯片48，存储芯片48安装在电路板二41上，通过电路板二41与单片机二45I/O端连接。本发明对采集到的数据实时传送，不做存储，在这里本发明提供了一种可以实现数据存储的优选方案。

接收模块4还包括4-20mA信号输出端口49，4-20mA信号输出端口49安装在电路板二41上，通过电路板二41与单片机二45的I/O端连接。本发明采用RS232通讯接口46上传数据，在这里本发明提供了传输数据的优选方案。

参见图7上述轨道阀门开度回讯器的阀位检测方法，它包括如下步骤：

步骤一：预设极值，开闭轨道阀并通过阀位检测元件3设定阀门开度的上限位和下限位；

步骤二：信息采集，阀位检测元件3的加速度传感器32检测，并将X、Y、Z三个轴加速度数据传递给单片机一33；

步骤三：开度计算，单片机一33接收加速度传感器32传出的数据并处理得到阀门开度值和阀门开度变化值，对阀门开度值进行数据处理，得到处理后的阀门开度值并计算阀门开度变化值，将阀门开度变化值与预设值比较，当开度变化小于2％时，单片机一33判定此数据为无效数据，不做处理；

步骤四：信息发送，当步骤三中的开度变化超过2％时，单片机一开度33开度启动通讯模块一34将阀门开度值发送给接收模块4；

步骤五：信息接收，接收模块4通过通信模块二43将接收到的数据传输给单片机二45；

步骤六：数据处理，单片机二45通过配合时钟芯片开度44开度发送的时间信息对接收到的数据进行解码；

步骤七：信息上传，单片机二45将解码后的信息通过RS232接口46上传至远程终端控制***。

采用上述的阀位检测方法能够有效的避免错报误报阀门开度，并且能够提到阀门开度检测结果的准确性。

采用本实施例中的轨道阀回讯器能够检测轨道阀的开度值，且能够保证检测准确度在5％，采用本实施例中的方案能够较为准确的检测开度值。

实施例2

本实施例与实施例1相比，轨道阀门开度回讯器的阀位检测方法中的步骤三中还包括数据处理，数据处理方法包括如下步骤：

步骤二：数据整理：将步骤一中收集的数据中最大10个数据和最小的10个数据去掉；具体的例如连续采集100个数据，并编号依次为1-100，然后将这100个数据由小到大进行排序，然后分别去掉排序在前的10个数据与排序在最后的10个数据，将剩余的80个数据计算平均值；

步骤四：再次收集：第二次收集数据以上一次收集数据的第11个作为起始点并连续收集100个数据；具体的，例如，步骤二的100个数据编号为1-100，那么本次步骤采集数据的其实为编号为11的数据为第一个，也就是采集编号为11-110的100个数据；

步骤五：重复步骤二至四。

采用本实施例中的轨道阀回讯器能够检测轨道阀的开度值，且能够保证检测准确度在1.8％，采用本实施例中的方案能够检测开度值，同时发现在开度值小于等于20％时，检测结果会出现不稳定并且偏差较大的情况，通过分析原因主要是因为加速度传感器在阀门全部关闭的时候和在开度20％以下输出值变化率很小，不能准确分辨出20％以下的开度变化。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于，为了进一步的增加回讯器的使用范围，对回讯器的检测方法进行了进一步的优化，具体的是调整了阀位检测元件检测步骤一中的上、下限位时与阀门实际开度最大值和最小值之间的对应关系，具体可以通过调整阀门开度最大值与最小值时对应的固定环23和滑环24之间的距离设置，具体的可以选择调整阀位指示杆1的高度，具体的如图5和6所示，将阀门最大开度对应的固定环23和滑环24之间的距离设为L_Amin，将阀门最小开度对应的固定环23和滑环24之间的距离设为L_Amax，L_Amin：L_Amax≤4:1，这样的设置可保证在阀门最小开度时，回讯器还有实际测量范围大于等于20％的输出，避免在实际开度20％以下时出现检测结果不准的情况。此时阀门实际开度为0％对应阀位检测元件3检测值20％，阀门实际开度100％对应阀位检测元件3检测值100％。能够保证检测准确度在0.05％。

实施例1、实施例2中的回讯器与本实施例的回讯器的检测结果比对如表1所示：

表1

由表1可以看出，实施例3和实施例2中的经过调整检测方法后，在阀门开度小于等于20％时阀位检测的准确度有很大提升，尤其是在实际开度在10％以下时，提升尤为明显，例如在实际开度10％时，实施例2中的阀门检测结果相比实施例1的结果，准确度提升约20％，实施例3相比实施例2提高约10，当小于10％更加明显，甚至在5％开度时，实施例1中显示开度为0实施例2的显示值为3.7％，而实施例3中为4.95％，由此可见经过对阀门开度检测元件检测方法的调整极大的提升了阀门开度检测的准确性，这在实际生产过程中会严重影响操作者对于装置实际情况的判断，因此，经过调整检测方法后，通过调整实际检测值与实际开度值之间的对应关系，有效的提升了检测结果的准确度，对生产十分重要。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种轨道阀门开度回讯器，其特征在于，它包括阀位指示杆(1)、传动机构(2)、阀位检测元件(3)和接收模块(4)，所述传动机构(2)包括上连杆(21)、下连杆(22)、固定环(23)和滑环(24)，所述固定环(23)、上连杆(21)、下连杆(22)和滑环(24)依次铰接，所述固定环(23)固定套装在阀位指示杆(1)的顶部，且阀位指示杆(1)与滑环(24)滑动套接，所述上连杆(21)、下连杆(22)与阀位指示杆(1)形成角度可调的三角形结构，所述阀位检测元件(3)固定安装在上连杆(21)或下连杆(22)上，阀位检测元件(3)与接收模块(4)信号连接。

2.根据权利要求2所述的一种轨道阀门开度回讯器，其特征在于，所述上连杆(21)和下连杆(22)长度相等。

3.根据权利要求1所述的一种轨道阀门开度回讯器，其特征在于，所述阀位检测元件(3)包括电路板一(31)、加速度传感器(32)、单片机一(34)、通讯模块一(34)和电源一(35)，所述加速度传感器(32)、单片机一(33)、通讯模块一(34)均安装在电路板一(31)上并与电路板一(31)电连接，且单片机一(33)分别与加速度传感器(32)和通讯模块一(34)信号连接，所述电源一(35)与电路板一(31)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种轨道阀门开度回讯器，其特征在于，所述阀位检测元件(3)与上连杆(20)或下连杆(22)的长度方向平行设置。

5.一种采用权利要求1-5任一所述的轨道阀门开度回讯器的阀位检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：预设极值，开闭轨道阀并通过阀位检测元件(3)设定阀门开度的上限位和下限位；

步骤二：信息采集，阀位检测元件(3)的加速度传感器(32)检测，并将X、Y、Z三个轴加速度数据传递给单片机一(33)；

步骤三：开度计算，单片机一(33)接收加速度传感器(32)传出的数据并处理得到阀门开度值，并计算阀门开度变化值，将阀门开度变化值与预设值比较，当开度变化小于2％时，单片机一(33)判定此数据为无效数据，不做处理；

6.根据权利要求5所述的阀位检测方法，其特征在于，所述步骤三中得到阀门开度值与计算阀门开度变化之间还包括数据处理，数据处理方法包括如下步骤：

步骤二：数据整理：将步骤一种收集的数据中最大10个数据和最小的10个数据去掉；

步骤五：重复步骤二至四。

7.根据权利要求5所述的阀位检测方法，其特征在于，所述步骤一中上限位与下限位分别对应的固定环(23)随阀位指示杆(1)升降的上限位和下限位，固定环(23)在上限位和下限位位置与滑环(24)之间的距离分别为L_Amin和L_Amax，L_Amin：L_Amax≤4:1。