CN112113019B - 一种阀门执行器自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阀门执行器自动控制方法，应用于阀门执行器自动控制系统，控制系统包括：控制模组；与控制模组连接的交流变频器；与交流变频器连接的三相交流异步电动机；与三相交流异步电动机连接的传动装置；与传动装置连接的阀门；方法包括：获取阀门的位置和速度信号；对位置和速度信号进行处理，得到目标信号；根据目标信号控制阀门的开/闭。同时，本发明实施例具有采用旋转变压器可实现全行程连续监测阀门位置，提高了位置控制精度的特点。
Description
技术领域
本发明涉及阀门执行器技术领域，具体涉及一种阀门执行器自动控制方法。
背景技术
目前存在大量阀门电动装置采用三相电源直接启动三相交流异步电动机，电动机带动机械传动机构驱动阀门运行，实现开阀/关阀。三相交流异步电动机因结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜且启动力矩较大等优点，在电动装置中应用比较广泛，但在使用过程中出现各种各样的问题，归纳如下：
问题1，阀门在运行过程中三相交流异步电动机的转速固定，开阀/关阀速度不变,关阀到达止点时造成阀座的动载荷过载，导致阀门关严后打不开的问题。
问题2，开阀/关阀的停止方式采用点位式触发停止,即在阀体的开阀/关阀停止点分别设置一个行程开关(或干簧管)，依据行程开关(或干簧管)到位信号停止阀门；由于行程开关(或干簧管)固有的触点机械间隙和重复控制精度误差较大，造成阀门未关严停止或阀门关严后无法停止，导致阀门内漏或三相交流异步电动机无法停止而烧毁。
问题3，采用点位式触发停止方式无法实现全行程高精度位置控制，同时操作者无法获得阀门的实时位置信息。
问题4，无法控制关阀到位时的阀座的受力大小，易造成阀门关不严，导致阀门内漏。
问题5，关阀和开阀的三相异步电动机的扭矩控制精度低，加上介质温度、异物、锈蚀等因素影响，导致开阀时的驱动扭矩无法克服所有阻力矩，造成阀门打不开。
问题6，在紧急时刻无法实现快速开阀/关阀,造成严重的经济损失。
问题7，无法实现可靠性高、抗干扰性能强的网络化集中远程控制。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种阀门执行器自动控制方法，以至少解决现有技术中阀门在运行过程中三相交流异步电动机的转速固定，开阀/关阀速度不变,关阀到达止点时造成阀座的动载荷过载，导致阀门关严后打不开的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种阀门执行器自动控制方法，应用于阀门执行器自动控制系统，所述控制系统包括：控制模组；与所述控制模组连接的交流变频器；与所述交流变频器连接的三相交流异步电动机；与所述三相交流异步电动机连接的传动装置；与所述传动装置连接的阀门；所述方法包括：
获取阀门的位置和速度信号；
对位置和速度信号进行处理，得到目标信号；
根据所述目标信号控制所述阀门的开/闭。
可选的，对位置和速度信号进行处理，得到目标信号，包括：
对位置和速度信号进行数字转换，得到实时信号；
将所述实时信号发送给控制模组，并由所述控制模组根据所述实时信号和输出至所述交流变频器的控制信号，得到目标信号。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门的闭，包括：
根据所述目标信号控制所述阀门加速运行、高速运行、减速运行、变速逼近和弹性变形阶段。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制，速度限幅的控制模式控制所述三相交流异步电动机的运行；设置扭矩值为所述三相交流异步电动机的最大关闭扭矩值设置速度限幅，设置速度限幅为超频速度，以最短时间实现所述阀门加速运行至超频速度。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制；所述控制模组根据所述目标信号控制所述交流变频器的运行进而控制所述阀门高速运行。
可选的，据所述目标信号控制所述阀门减速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断所述阀门是否到达第一减速点，到达第一减速点后，改变所述交流变频器运行频率，控制所述阀门减速运行。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门变速逼近包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第二减速点，到达第二减速点后，改变所述交流变频器运行频率；控制所述阀门变速逼近。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门弹性变形包括：
所述交流变频器为扭矩控制，速度限幅模式，扭矩设置为关阀扭矩；使阀板与阀座保持一定的比压；当所述三相交流异步电动机的转速变为0停止所述三相交流异步电动机，控制所述阀门的闭。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门的开，包括：
根据所述目标信号控制所述阀门加速运行、高速运行、减速运行、低速运行阶段。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制，速度限幅模式控制所述三相异步电动机运行；设置扭矩值为三相交流异步电动机最大打开扭矩值，设置速度限幅为超频速度，以最短时间实现所述阀门加速运行至超频速度。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制；所述控制模组根据所述目标信号控制所述交流变频器的运行，控制所述阀门高速运行。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门减速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第三减速点，到达第三减速点后，将所述交流变频器产生的电能消耗至制动电阻上，控制所述阀门减速运行。
可选的，根据所述目标信号控制所述阀门减速运行包括：
当位置到达阀门全开止点时，停止所述三相交流异步电动机，控制所述阀门的开。
本发明实施例具有如下优点：
本发明的上述技术方案，采用交流变频器和旋转变压器，实现位置、速度双闭环控制，阀门运转速度稳定且实现无级可调，实现关阀/开阀全行程时间可调，并能精确控制阀板以稳定低速关阀到止点位置，避免阀板到达关阀止点时速度过快对阀座造成动载荷冲击，也避免了因动载荷冲击造成的阀门关严后打不开的问题；采用旋转变压器可实现全行程连续监测阀门位置，大大提高了位置控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种阀门执行器自动控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构示意图；
图3为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第一示意图；
图4为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第二示意图；
图5为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第三示意图；
图6为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第四示意图；
图7为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第五示意图；
图8为本发明实施例所述的阀门执行器自动控制方法所应用的系统架构的第六示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提供一种阀门执行器自动控制方法，应用于阀门执行器自动控制系统，控制系统包括：控制模组；与控制模组连接的交流变频器；与交流变频器连接的三相交流异步电动机；与三相交流异步电动机连接的传动装置；与传动装置连接的阀门；所述方法包括：
S1：获取阀门的位置和速度信号；
S2：对位置和速度信号进行处理，得到目标信号；
S3：根据目标信号控制阀门的开/闭。
上述方法，可以通过检测模块执行；上述的控制模组可以为PLC(可编程逻辑控制器)控制模组或者单片机控制模组。当然，该控制模组还可以是其它可以控制阀门开/闭的控制器。
本发明的一可选的实施例中，步骤S2可以包括：
S21，对位置和速度信号进行数字转换，得到实时信号；
将所述实时信号发送给控制模组，并由所述控制模组根据所述实时信号和输出至所述交流变频器的控制信号，得到目标信号；具体地，当所述控制信号和所述实时信号不一致时，调节所述控制信号与所述实时信号一致，得到目标信号。
本发明的一可选的实施例中，步骤S3中，根据目标信号控制阀门的闭包括：
S31，根据所述目标信号控制所述阀门加速运行、高速运行、减速运行、变速逼近和弹性变形个阶段。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制，速度限幅的控制模式控制所述三相交流异步电动机的运行；设置扭矩值为所述三相交流异步电动机的最大关闭扭矩值设置速度限幅，设置速度限幅为超频速度，以最短时间实现所述阀门加速运行至超频速度。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制；所述控制模组根据所述目标信号控制所述交流变频器的运行进而实现所述阀门高速运行。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门减速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断所述阀门是否到达第一减速点，到达第一减速点后，改变所述交流变频器运行频率，实现所述阀门减速运行。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门变速逼近包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第二减速点，到达第二减速点后，改变所述交流变频器运行频率；实现所述阀门变速逼近。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门弹性变形包括：
所述交流变频器为扭矩控制，速度限幅模式，扭矩设置为关阀扭矩；使阀板与阀座保持一定的比压；当所述三相交流异步电动机的转速变为0停止所述三相交流异步电动机，实现阀门的闭。
本发明的一可选的实施例中，步骤S3中，根据所述目标信号控制所述阀门的开，包括：
根据所述目标信号控制所述阀门加速运行、高速运行、减速运行、低速运行中阶段。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制，速度限幅模式控制所述三相异步电动机运行；设置扭矩值为三相交流异步电动机最大打开扭矩值，设置速度限幅为超频速度，以最短时间实现所述阀门加速运行至超频速度。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制；所述控制模组根据所述目标信号控制所述交流变频器的运行，实现所述阀门高速运行。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门减速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第三减速点，到达第三减速点后，交流变频器运行频率设为低速频率，将所述交流变频器产生的电能消耗至制动电阻上，实现所述阀门减速，直至达到低速。
其中，根据所述目标信号控制所述阀门低速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，交流变频器频率为低速频率，阀门以低速运行，当位置到达阀门全开止点时，停止所述三相交流异步电动机，实现所述阀门的开。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，具体的，如图2所示，上述阀门执行器自动控制系统的一种架构中，该实施例通过检测装置获取阀门的位置和速度信号，并对信号进行处理，得到实时信号并输出；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，控制阀门的开/阀；可实现全行程连续监测阀门位置，实现位置、速度双闭环控制，阀门运转速度稳定且实现无级可调，实现关阀/开阀全行程时间可调，并能精确控制阀板以稳定低速关阀到止点位置，避免阀板到达关阀止点时速度过快对阀座造成动载荷冲击，也避免了因动载荷冲击造成的阀门关严后打不开的问题；采用旋转变压器可实现全行程连续监测阀门位置，大大提高了位置控制精度。
作为本发明的一个优选的实施例，检测装置对信号进行处理，得到实时信号，包括：对信号进行数字转换，得到实时信号。检测装置包括旋变解码模块和旋转变压器，旋转变压器获取信号并输入值旋变解码模块，旋转解码模块对信号进行解码处理，得到实时信号。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图3所示，上述阀门执行器自动控制系统的第一种具体架构中，旋转变压器与三相交流异步电动机的输出端连接，旋变解码模块直接与控制模组连接，旋转变压器获取三相交流异步电动机输出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至控制模组；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动旋转变压器旋转，旋转变压器输出的信号到旋变解码模块，旋变解码模块对信号进行解码转换，得到实时信号；实时信号输入到交流变频器，交流变频器将实时信号输出至控制模组，控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，从而实现对阀门的开/闭进行控制，并对阀门的位置和速度进行精确控制。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图4所示，上述阀门执行器自动控制系统的第二种具体架构中，旋转变压器与三相交流异步电动机的输出端连接，旋变解码模块直接与控制模组连接，旋转变压器获取三相交流异步电动机输出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至控制模组；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动旋转变压器旋转，旋转变压器输出信号到旋变解码模块，旋变解码模块对信号进行解码转换，得到目标信号；目标信号输入到控制模组，控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，控制阀门的开/闭，实现阀门位置和速度的双闭环控制。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图5所示，上述阀门执行器自动控制系统的第三种具体架构中，旋转变压器与传动装置的输出端连接，旋变解码模块通过交流变频器和控制模组连接，旋转变压器获取传动装置输出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至控制模组；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动旋转变压器旋转，三相交流异步电动机输出带动传动装置运转，传动装置驱动旋转变压器旋转，旋转变压器输出位置和速度信号到旋变解码模块，旋变解码模块对信号进行解码转换，得到实时信号；实时信号输入到交流变频器，交流变频器将实时信号输出至控制模组，控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，从而实现对阀门的开/闭进行控制，并对阀门的位置和速度进行精确控制。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图6所示，上述阀门执行器自动控制系统的第四种具体架构中，旋转变压器与传动装置的输出端连接，旋变解码模块直接与控制模组连接，旋转变压器获取传动装置输出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至控制模组；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动传动装置旋转；传动装置驱动阀门运动，阀门驱动旋转变压器旋转；
旋转变压器输出信号到旋变解码模块，旋变解码模块对信号进行解码转换，得到实时信号；实时信号输入到控制模组，控制模组控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，控制阀门的开/闭，实现阀门位置和速度的双闭环控制。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图7所示，上述阀门执行器自动控制系统的第五种具体架构中，旋转变压器与阀门的输出端连接，旋变解码模块通过交流变频器和控制模组连接，旋转变压器获取阀门输出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至交流变频器；交流变频器将实时信号输出至控制模组；控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动传动装置旋转；传动装置驱动阀门运动，阀门驱动旋转变压器旋转，旋转变压器输出信号到旋变解码模块，旋变解码模块对信号进行解码转换，得到实时信号；实时信号输入到交流变频器，交流变频器将实时信号输出至控制模组，控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，从而实现对阀门的开/闭进行控制，并对阀门的位置和速度进行精确控制。
上述方法实现时，可以基于上述的阀门执行器自动控制系统实现，如图8所示，上述阀门执行器自动控制系统的第六种具体架构中，旋转变压器与阀门的输出端连接，旋变解码模块直接与控制模组连接，旋转变压器获取阀门出的位置和速度信号，并输出至旋变解码模块；旋变解码模块对位置和速度信号进行处理，得到实时信号，将实时信号输出至控制模组；
控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号通过交流变频器、三相交流异步电动机以及传动装置，控制阀门的开/闭。
这里，三相交流异步电动机驱动传动装置旋转；传动装置驱动阀门运动，阀门驱动旋转变压器旋转，
旋转变压器输出信号到旋变解码模块，旋变解码模块对位置和速度信号进行解码转换，得到目标信号；目标信号输入到控制模组，控制模组控制模组根据实时信号与控制信号通过PI调节得到目标信号，目标信号输出到交流变频器，交流变频器根据目标信号改变三相交流异步电动机运行频率，并通过三相交流异步电动机驱动传动装置，控制阀门的开/闭，实现阀门位置和速度的双闭环控制。
本发明的上述图2至图8中，传动装置包括：减速传动箱以及与减速传动箱连接的驱动装置，检测装置与驱动装置连接。阀门设有阀体，检测装置与阀体连接。
本发明上述实施例应用于的系统，如图3至图8所示，还可以包括以下至少一项：
模拟量输入输出模组；工业现场总线模组；手操器；遥控器；发射器；接收器；触摸屏。
其中，模拟量输入输出模组、工业现场总线模组、手操器、遥控器、发射器、接收器、触摸屏分别与控制模组连接。
另外，控制模组、交流变频器、模拟量输入输出模组、触摸屏集中安装于控制盒内；手操器通过接插件与控制盒连接，并安装于控制盒上；控制盒和三相异步电动机固定在传动装置上。
控制模组采用可编程PLC控制技术(或单片机控制技术)，可靠性高，抗干扰能力强的优点，实现针对不同类型的阀门采用不同的控制策略开阀/关阀。采用触摸屏控制技术，采用触摸屏技术，通过RS485接口，ModBus通讯协议，与可编程控制PLC控制模组(或单片机控制模组)相连并实现数据交互；即能实现现场操作功能、参数设置功能、故障显示功能，而且能够实时显示开阀/关阀过程中的阀门位置、阀门速度、三相异步电动机输出扭矩值的实时曲线，为故障诊断提供关键信息。采用可编程控制PLC控制技术作为开阀/关阀控制策略的逻辑及运算实现，位置闭环控制的PID算法；
遥控器采用红外遥控技术，使用遥控器通过红外传输技术与PLC控制模组(单片机控制模组)实现数据双向通讯，可控制阀门的关阀、开阀、停止，而且有关阀、开阀指示灯，关阀/开阀过程中指示灯闪亮，关阀/开阀完毕,指示灯常亮。
采用三相异步电动机短时超频运行方式，超频范围在50Hz——100Hz之间，调整或缩短开阀/关阀的时间。
采用RS485通讯技术，使用手操器与可编程控制PLC控制模组通过RS485接口实现半双工通讯，手操器可控制阀门的关阀、开阀、停止，而且有关阀、开阀指示灯，关阀/开阀过程中指示灯闪亮，关阀/开阀完毕,指示灯常亮。
采用现场总线通讯技术，使用工业现场总线模组，方便、快捷的实现多台阀门的远程、集中、网络化管理及监控，实现远程状态显示、远程操作控制、远程故障诊断。采用模拟量输入输出模组，接收/发送4～20mA模拟量信号,实现远程模块量开阀/关阀,而且向远程监控管理系统反馈阀位位置信息。
采用输入为三相交流电源的交流变频器驱动三相交流异步电动机，采用旋转变压器作为位置传感器和速度传感器，并采用高性能PID调节算法实现闭环控制；同时采用交流变频器改变三相异步电动机运行频率，实现三相异步电动机的无级调速。
基于上述图2至图8所示的系统架构，本发明的上述方法实施例中，步骤S3的具体实现过程如下包括：
1)控制阀门的关闭过程；
其中，控制阀门关闭的过程包括加速运行阶段、高速运行阶段、减速运行阶段、变速逼近阶段以及弹性变形阶段。
其中，加速运行阶段，用于实现在最短的时间内使三相交流异步电动机运行至超频转速；
实现方法包括：交流变频器采用扭矩控制，速度限幅的控制方式；设置扭矩值为三相交流异步电动机最大关闭扭矩值，设置速度限幅为100Hz；使三相交流异步电动机一直保持最大的加速度至三相交流异步电动机限幅转速，具体的，可通过以下公式使三相交流异步电动机一直保持最大的加速度至三相交流异步电动机限幅转速；
公式(1)：
其中，T：电机输出转矩；TLoad：负载转矩；GD2：飞轮矩
由上述公式(1)可知，T1和GD2为固定值，为了达到最短时间内提升速度的目的，只需要将三相交流异步电动机一直保持最大输出转矩，三相交流异步电动机的最大关闭扭矩的计算公式见公式(2)：
公式(2)：
其中，TM：最大转矩；p：电机极对数；U1：定子绕组相电压；f1：电机的额定频率；X1：定子漏电抗；X2：转子漏电抗；π：圆周率(3.14)，t:时间。
本发明的上述实施例中，三相交流异步电动机在额定频率范围内运行属于恒转矩，恒转矩阶段三相交流异步电动机的最大转矩为定值；在额定频率至超频阶段属于恒功率，恒功率阶段，三相交流异步电动机的最大转矩根据速度的提升而降低，因此需要可编程控制PLC控制模组(单片机控制模组)根据速度提升曲线拟合一条力矩控制曲线，从而保证三相交流异步电动机在恒功率阶段能够保持最大转矩输出。
高速运行阶段，用于实现三相交流异步电动机以超频转速稳定运行，以缩短整个关阀和开阀全行程的时间。
实现方法：当三相交流异步电动机达到超频转速后，将交流变频器由扭矩控制改为速度控制，超频频率设置100Hz；旋转变压器采集的转速信息，通过阀门执行器自动控制系统，保证三相交流异步电动机在超频转速稳定运行。
减速运行阶段，用于实现在最短的时间内使三相交流异步电动机从超频转速降至低速，为可靠关阀提供第一次的降速。
实现方法：交流变频器为速度控制模式。根据阀门的位置信息，判断是否到达第一减速点，到达第一减速点后，设置交流变频器运行频率为10Hz；采用能耗制动的原理，将交流变频器产生的电能消耗至制动电阻上，实现最大的制动能力，缩短减速时间。
变速逼近阶段，用于实现以较低的速度逼近阀门关严的位置，将三相交流异步电动机惯量造成关阀的冲击力降至最小。
实现方法：交流变频器为速度控制模式。根据阀门的位置信息，判断是否到达第二减速点，到达第二减速点后，设置交流变频器运行频率为5Hz；交流变频器为速度控制模式。
弹性变形阶段，用于实现以合理的扭矩将阀门关严，使阀板与阀座接触面充分接触而产生的弹性变形，保证阀门密封面的理想接触比压而不泄露；
实现方法：交流变频器为扭矩控制，速度限幅。扭矩设置为关阀扭矩，速度限幅为5Hz；当三相交流异步电动机的转速变为0，并保持5秒时间，使阀板与阀座间持续保持一定的比压，满足密封要求，停止三相交流异步电动机。
2)控制阀门的打开过程；
控制阀门的打开过程包括加速运行阶段、高速运行阶段、减速运行阶段及低速运行阶段。
其中，加速运行阶段，用于实现以最大的加速度且三相交流异步电动机以最大打开扭矩值克服所有阻力矩顺利打开阀门；
实现方法：交流变频器采用扭矩控制，速度限幅模式；设置扭矩值为三相交流异步电动机最大打开扭矩值(关闭扭矩值的2～3倍)，交流变频器超频频率设置为100Hz；使三相交流异步电动机一直保持最大的扭矩直至阀板脱开变形区，三相交流异步电动机再以最大的加速度运行至超频转速。
高速运行阶段，实现三相交流异步电动机以超频转速稳定运行，以缩短整个开阀过程的时间。
实现方法：当三相交流异步电动机达到超频转速后，将交流变频器由扭矩控制改为速度控制，交流频器超频频率设置为100Hz；旋转变压器采集的转速信息，通过阀门执行器自动控制系统实现速度闭环控制，保证三相交流异步电动机在超频转速稳定运行。
减速运行阶段，实现在最短的时间内使三相交流异步电动机从超频转速降至低速，为开阀提供第一次的降速。
实现方法：交流变频器为速度控制模式。根据阀门的位置信息，判断是否到达第三减速点，到达第三减速点后，设置交流变频器运行频率为5Hz；采用能耗制动的原理，将交流变频器产生的电能消耗至制动电阻上，实现最大的制动能力，缩短减速时间。
低速运行阶段，实现以低速运行至阀门全开位置，以免造成阀门过开。
实现方法：交流变频器为速度控制模式。交流变频器运行频率为5Hz；当位置到达阀门全开止点时，停止三相交流异步电动机。
本发明的上述技术方案，实现三相异步电动机短时超频运行，超频即将三相异步电动机供电电源频率提升至三相交流异步电动机额定频率以上运行，三相异步电动机的转速能够提升一倍，从而开阀/关阀的全行程时间至少降低一倍,最终达到阀门快开/快关的目的，由于电动机在超频下运行的时间很短，而且在使用中开阀/关阀的频率较低，因此三相交流异步电动机短时工作的发热量可忽略不计。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种阀门执行器自动控制方法，其特征在于，应用于阀门执行器自动控制系统，所述控制系统包括：检测装置；与所述检测装置连接的控制模块；与所述控制模块连接的交流变频器；与所述交流变频器连接的三相交流异步电动机；与所述三相交流异步电动机连接的传动装置；与所述传动装置连接的阀门；所述方法包括：
通过检测装置获取阀门的位置和速度信号；
对所述位置和速度信号进行处理，得到目标信号，并根据所述目标信号控制所述阀门的开/闭；
其中，对所述位置和速度信号进行处理，得到所述目标信号进一步包括：
对所述位置和速度信号进行数字转换，得到实时信号；以及
将所述实时信号发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述实时信号和输出至所述交流变频器的控制信号，通过比例积分调节器PI调节得到所述目标信号，将所述目标信号输出到所述交流变频器，所述交流变频器根据所述目标信号改变所述三相交流异步电动机的运行频率，并通过所述传动装置控制所述阀门的开/闭；
其中，根据所述目标信号控制所述阀门的闭进一步包括：
根据所述目标信号控制所述阀门依次进行加速运行、高速运行、减速运行、变速逼近运行和弹性变形运行；
根据所述目标信号控制所述阀门的加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制且速度限幅模式控制所述三相交流异步电动机运行；设置扭矩值为所述三相交流异步电动机的最大关闭扭矩值，设置速度限幅为超频转速，以使所述阀门最短时间加速运行至超频速度；
根据所述目标信号控制所述阀门的高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到所述超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制模式；所述控制模块根据所述目标信号控制所述交流变频器进而控制所述阀门高速运行；
根据所述目标信号控制所述阀门的减速运行包括：
所述交流变频器保持所述速度控制模式，根据所述阀门的位置信息判断所述阀门是否到达第一减速点，到达所述第一减速点后，改变所述交流变频器运行频率，控制所述阀门的减速运行；
根据所述目标信号控制所述阀门的变速逼近运行包括：
所述交流变频器保持所述速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第二减速点，到达所述第二减速点后，改变所述交流变频器运行频率，控制所述阀门的变速逼近运行；
根据所述目标信号控制所述阀门的弹性变形运行包括：
所述交流变频器为所述扭矩控制且速度限幅模式，设置扭矩值为关阀扭矩，并使所述阀门的阀板与阀座保持设定的比压；当所述三相交流异步电动机的转速变为0，停止所述三相交流异步电动机。
2.根据权利要求1所述的阀门执行器自动控制方法，其特征在于，根据所述目标信号控制所述阀门的开，包括：
根据所述目标信号控制所述阀门开的加速运行、高速运行、减速运行和低速运行阶段。
3.根据权利要求2所述的阀门执行器自动控制方法，其特征在于，根据所述目标信号控制所述阀门开的加速运行包括：
所述交流变频器采用扭矩控制且速度限幅模式控制所述三相异步电动机运行；设置扭矩值为所述三相交流异步电动机的最大打开扭矩值，设置速度限幅为所述超频转速，以使所述阀门最短时间加速运行至所述超频速度。
4.根据权利要求2所述的阀门执行器自动控制方法，其特征在于，根据所述目标信号控制所述阀门开的高速运行包括：
当所述三相交流异步电动机达到所述超频转速后，将所述交流变频器由扭矩控制改为速度控制模式；所述控制模块根据所述目标信号控制所述交流变频器的运行，以控制所述阀门的高速运行。
5.根据权利要求2所述的阀门执行器自动控制方法，其特征在于，根据所述目标信号控制所述阀门开的减速运行包括：
所述交流变频器为速度控制模式，根据所述阀门的位置信息，判断是否到达第三减速点，到达所述第三减速点后，将所述交流变频器产生的电能消耗至制动电阻上，以控制所述阀门的减速运行。
6.根据权利要求2所述的阀门执行器自动控制方法，其特征在于，根据所述目标信号控制所述阀门开的低速运行包括：
当所述阀门的位置到达阀门全开止点时，停止所述三相交流异步电动机。
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