CZ20004205A3 - Electronic motorized zone valve - Google Patents
Electronic motorized zone valve Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20004205A3 CZ20004205A3 CZ20004205A CZ20004205A CZ20004205A3 CZ 20004205 A3 CZ20004205 A3 CZ 20004205A3 CZ 20004205 A CZ20004205 A CZ 20004205A CZ 20004205 A CZ20004205 A CZ 20004205A CZ 20004205 A3 CZ20004205 A3 CZ 20004205A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- valve
- electric motor
- actuator
- sensor
- activator
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 32
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 15
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 13
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000012858 resilient material Substances 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Abstract
Aktivátor ventilu sestává z elektromotoru (40) k otáčení ventilu (10), přepínače přívodu elektrického proudu do elektromotoru a čidlo (U2)k otočení ventilu do požadované polohy a k zastavení elektromotoru. Součástí dalšího provedení je kulový ventil (18), sedlo ventilu (20a) a zvlněná pružina (30), která působí axiální silou na sedlo ventilu. Součástí dalšího provedení aktivátoru ventiluje elektromotor (40), ozubené soukolí (31), spojka (38) a knoflík (70) k manuální aktivaci ventilu (10).The valve actuator consists of an electric motor (40) for rotation valve (10); electric motor and sensor (U2) to rotate valve to desired position and to stop the electric motor. Part of the next the embodiment is a ball valve (18), a valve seat (20a) and a corrugated one a spring (30) that acts axially on the valve seat. In another embodiment of the actuator, an electric motor is vented (40), a gearing (31), a clutch (38) and a knob (70) k manually actuating the valve (10).
Description
Oblast techniky
Tento vynález se vztahuje k aktivátorům a pásmovým ventilům výhřevných a chladících systémů.
Dosavadní stav techniky
Pásmové ventily jsou často používány ve vodních výhřevných a chladících systémech, kde oddělují určité oblasti anebo „pásma“. Jsou obvykle řízeny termostaty, tak aby se otevíraly a zavíraly optimálním způsobem k dosažení požadovaných teplotních změn.
Běžné pásmové ventily jsou obvykle aktivovány zahřívačem anebo elektromotorem. Ve ventilech, kde je aktivátorem zahřívač, způsobí elektricky zahřátý prvek lineární pohyb aktivačního prvku, který následně otevře ventil. Ve ventilech s elektromotorem je pohyb funkčního prvku ventilu mezi uzavřenou a otevřenou polohou řízen elektromotorem a s ním spojeným soukolím (tímto prvkem ventilu je např. ze sedla odkláněná gumová záklopka anebo kulový prvek, otáčející se o 90°).
Běžné aktivátory pásmových ventilů jsou vybaveny prvkem, kterému je dodána z jednoho směru energie a který je poté držen v předurčené poloze mechanickým anebo elektrickým přerušovačem. Poté se vrací do své původní polohy pomocí pružiny.
V amerických patentech US 5.131.623 a US 5.540.414 jsou popsány pásmové ventily vodních výhřevných a chladících systémů, vybavené elektromotorem pro pohon aktivátoru, který způsobuje otáčení kulového ventilu o 90° mezi uzavřenou a otevřenou polohou. Elektromotor otočí ventil z obvyklé polohy, která je buď uzavřená anebo otevřená, do polohy opačné (tzn. je-li např. ventil obvykle uzavřen, dojde k jeho otočení do polohy otevřené). Po přerušení činnosti elektromotoru se ventil vrátí do své původní polohy pomocí pružiny, • · • ·
-2uzpůsobené k vyvinutí dostatečného točivého momentu, kteiý překoná kluzné třem kulového ventilu.
V americkém patentu US 3.974.427 je popsáno zařízení vybavené elektromotorem, které je z jednoho směru poháněno ze zdroje střídavého proudu a z protilehlého směru pružinou. Pohon je udržován anebo přerušován použitím zdroje stejnosměrného proudu ke zmagnetizování prvku pohonu, tak aby mohl být udržen v předurčené poloze po přerušení zdroje střídavého proudu. Tuto akci udržování anebo přerušování pohonu lze nahradit odejmutím zdroje stejnosměrného proudu a použitím střídavého proudu, čímž dojde k demagnetizaci, takže uvedené zařízeni se může vrátit silou pružiny do své původní polohy.
V patentu US 4.621.789 je popsán mechanizmus ventilu vybaveného fyzickou zátkou, která brání ventilu v dalším pohybu poté, co dosáhl otevřené anebo uzavřené polohy.
V patentu US 5.085.401 je popsán aktivátor ventilu, který vytváří elektrický kontakt k přerušení přívodu elektrického proudu po pootočení ventilu o určitou předem danou vzdálenost.
V patentu US 4.754.949 je popsán aktivátor ventilu, kde pootočením ventilu o předem danou vzdálenost dojde k přerušení přívodu elektrického proudu, čímž dojde k přerušení činnosti aktivátoru.
Některé systémy pohonu aktivátoru ventilu používají nouzový zdroj energie v případě, že dojde k přerušení přívodu proudu z hlavního zdroje energie. V patentu US 5.278.454 je popsán nouzový kondenzátorový zdroj s obvodem, používaný k napájení aktivátoru vzduchového tlumiče anebo aktivátoru ventilu. Úbytek energie v obvodu anebo v pohonu aktivátoru ventilu je zaznamenán čidlem, které k pohonu aktivátoru připojí sestavu kondenzátorů s příslušnou polaritou k uvedení aktivátoru do polohy zabezpečení proti poruše. Tento systém není vybaven žádným prostředkem k přerušení spojení kondenzátorů a pohonu aktivátoru po uvedení aktivátoru do aktivní polohy, takže pohon zřejmě působí proti mechanické zarážce, kterou je vymezena poloha zabezpečeni proti poruše.
• · • ·
-3 Podstata vynálezu
Tento vynález představuje aktivátor s čidlem, které zaznamená dosažení určité polohy ventilu a vypne přepínačem pohon ventilu. Zařízení podle tohoto vynálezu nespoléhá na mechanickou zarážku anebo na návratovou pružinu k otočení ventilu do požadované polohy. To znamená, že k otočení ventilu z otevřené do uzavřené polohy a naopak není nutné spoléhat na mechanickou zarážku anebo návratovou pružinu. Otočení ventilu z polohy normální otevření do polohy normální uzavření lze provést pouhým přepnutím jediného přepínače.
V jednom aspektu představuje tento vynález aktivátor k aktivaci ventilu vodního systému, přičemž v jedné poloze ventilu může tekutina protékat jednou dráhou a v druhé poloze ventilu je průtok buď uzavřen anebo tekutina protéká jinou dráhou. K aktivátoru patří: elektromotor napojený na ventil, přičemž otáčkami elektromotoru je měněna poloha ventilu z první anebo druhé polohy do poloh dalších; přepínač dodávky elektrického proudu do elektromotoru, přičemž v uzavřené poloze přepínače je proud do elektromotoru dodáván a v otevřené poloze přepínače je dodávka proudu přerušena; čidlo uzpůsobené k detekci dosažení první anebo druhé polohy ventilem; a systém elektrických obvodů mezi čidlem a přepínačem, přičemž tento obvod je nastaven na to, aby byla otevřením přepínače přerušena dodávka elektrického proudu do elektromotoru v důsledku detekce dosažení první anebo druhé polohy ventilu.
Součástí přednostních provedení tohoto vynálezu může být jeden anebo více z následujících rysů. Čidlo může být nastaveno tak, že po dosažení požadované polohy ventilu se stav výstupu čidla změní. Čidlo může být ve dvou stavech a ke změně stavu výstupu čidla dochází zhruba v tom okamžiku, kdy se ventil, kteiý se otáčí z některé (první anebo druhé) polohy do polohy jiné, do této jiné polohy dostane. Elektromotor může ventilem otáčet v jediném směru. Součástí aktivátoru může být prvek zachycení elektrické energie (např. kondenzátor) pro dodání elektrické energie pro provoz elektromotoru, čidla a elektrických obvodů (např. při přerušení přívodu proudu do aktivátoru). Obvod řízem aktivátoru může mít podobu integrovaného obvodového čipu. Ventilem může být kulový ventil. Čidlem může být čidlo optické. Aktivátor může být vybaven výstupky na prvku, který se otáčí spolu s otáčením
• ·
-4ventilu, a těmito výstupky může být zprostředkováno zablokování anebo odblokování čidla. Součástí aktivátoru může být ovládací mechanizmus manuálního otočení ventilu, přičemž poloha ovládacího mechanizmu ukazuje úhlové nastavení ventilu. Součástí aktivátoru mezi elektromotorem a ventilem může být šnekové soukolí. Součástí aktivátoru může být přepínač volby výchozí polohy k umožnění otočení ventilu z polohy normální otevření do polohy normální uzavření přepnutím přepínače.
Ve druhém aspektu představuje tento vynález pásmový ventil vodního systému, k němuž patří: kulový prvek; kiyt ventilu uzavírající kulový prvek; sedlo ventilu, které se dotýká kulového prvku a krytu ventilu, v sedle ventilu je zářez k usazení kroužku; kroužek vsazený do vrubu; pružný kovový opěrný kroužek, který je ve stlačeném stavu umístěn v krytu ventilu a působí přibližně stejnou silou na sedlo ventilu; přičemž zářez je upraven tak, aby axiální síla stlačovala kroužek vsazený do zářezu z důvodu lepšího usazení sedla ventilu k otvoru krytu.
Ve třetím aspektu tento vynález představuje metodu spouštění aktivátoru, a to tak, že před uvedením ventilu do pohybu je určen náboj kondenzátoru a množství energie, nutné k dokončení předepsaného otočení ventilu, a poté je vydán signál k zahájení otáčení ventilu, ale pouze je-li kondenzátor dostatečně nabit k dodání množství energie nutné k dokončení pohybu ventilu.
Ve čtvrtém aspektu představuje tento vynález aktivátor ventilu vodního systému včetně elektromotoru k otáčení ventilu, přičemž otáčení elektromotoru způsobuje změny polohy ventilu z jedné polohy (první anebo druhé) do polohy jiné; další součástí aktivátoru je sestava soukolí, spojující elektromotor s ventilem, přičemž k sestavě soukolí patří ozubený šnek; a otočný knoflík, tvarovaný tak, aby mohl být ovládán manuálně anebo s použitím nástroje; spojkový mechanizmus, který spojuje otočný knoflík s čepem ventilu a se soukolím, přičemž je možný pohyb spojkového mechanizmu mezi zapojeným a rozpojeným stavem, v zapojeném stavu spojkového mechanizmu je sestava soukolí a ozubený šnek spojen s čepem ventilu, takže elektromotor může otáčet ventilem, v rozpojeném stavu spojkového mechanizmu je sestava soukolí a ozubený šnek odpojen od čepu ventilu, takže ventilem lze otáčet s použitím otočného knoflíku.
Součástí přednostních provedení tohoto aspektu vynálezu může být jeden anebo více následujících rysů. Spojkový mechanizmus lze rozpojit axiálním stlačením otočného knoflíku.
Součástí spojkového mechanizmu mohou být dva otáčející se prvky, vybavené zuby, které lze rozpojit axiálním pohybem otočného knoflíku s následným rozpojením spojkového mechanizmu. Na otočném knoflíku může být značka k označení polohy ventilu.
Další lysy tohoto vynálezu budou zřejmé z následujícího popisu přednostních provedení včetně výkresů a z nároků.
Stručný přehled zobrazení na výkresech
Na výkresu 1 je znázorněn ventil a aktivátor podle tohoto vynálezu.
Výkres 2 je izometrickým pohledem na vnitřek aktivátoru.
Výkrese 3 je rozloženým izometrickým pohledem na díly spojkového mechanizmu aktivátoru.
Výkresy 4A - 4D schematicky znázorňují optické čidlo a ovládací prvek aktivátoru ve čtyřech odlišných polohách.
Výkres 5 schematicky znázorňuje elektronické vybavení aktivátoru.
Na výkresech 6-13 jsou znázorněny vývojové diagramy činnosti mikroprocesoru při řízení aktivátoru.
Příklady provedení vynálezu
Na výkresu 1 je znázorněno přednostní provedení pásmového ventilu 10. Kulový ventil 12 je spouštěn aktivátorem 14. Aktivátor je spojen s tělesem 26 ventilu upínacím mechanizmem k zachycení otočením 23. Z kulového prvku 18 je proveden čep s plochými boky 16 do tvarově odpovídajícího otvoru 19 v aktivátoru. Aktivátor je elektricky ovládán a je vybaven vodiči ke spojení s běžnými napájecími a řídícími obvody.
-62ooo-ý20š
Tekutina protéká kulovým ventilem běžným způsobem. Je-li koule v otevřené poloze, protéká tekutina kulovým prvkem 18 z portu 37a do portu 37b. Ventil je obousměrný a tak kterýkoli z portů 37a a 37b může mít funkci vstupu anebo výstupu.
Kulový prvek 18 (mosaz) je uložen v sedlech 20a a 20b (Teflon), které jsou dále pomocí kroužků 22a a 22b, usazených v kruhových zářezech 21a a 21b, těsně přitlačeny k vnitřnímu otvoru 25 kování ventilu. Zvlněná pružina 30 (z nerezavějící oceli) tlačí axiální silou na sedla 20a a 20b (zvlnění pružiny je na výkrese přehnáno). Kruhové zářezy 21a a 21b mají takový tvar, aby axiální síla tlačila na kroužky 22a a 22b, které následně vyvíjejí tlak dále směrem k otvoru v krytu ventilu, čímž je dosaženo těsného přisednutí sedel k otvoru ventilu. Zvlněná pružina vyvíjí tlak na opěrný kroužek 24 (z nerezavějící oceli), který vyvíjí dále tlak na kroužky 22a. Tím, že zvlněná pružina je vyrobena z kovového pružného materiálu (nerezavějící ocel), je zajištěna její pružnost na velmi dlouhou dobu. V důsledku určitého stlačení kroužků 22a a 22b v průběhu času dochází k roztažení zvlněné pružiny, která si zachovává odpovídající pružnost v axiálním směru, tzn. axiální síla zůstává zachována. Po dobu celé životností ventilu bude touto zvlněnou pružinou snižována tendence teflonových sedel k ochlazování protékající tekutiny anebo k jejich opotřebování. Bude docházet k postupnému roztažení zvlněné pružiny a sedla budou těsně přitlačena ke kulovému prvku.
Na výkresu 2 je znázorněn elektromotor 40, který otáčí pastorkem 42. Ten dále pohání soukolí 44, skládající se z velkého a malého ozubeného kolečka, vylisovaných do podoby jednoho celku z plastické hmoty. Soukolí 44 pohání druhé soukolí 45, které se skládá z kola 47 a z ozubeného mechanického šneku 34, také vylisovaných do podoby jednoho celku z plastické hmoty. Do zubů mechanického šneku 34 zapadá ozubené pohonné kolo 31, které dále pohybuje prvkem otáčení 47 a ten dále otáčí čepem ventilu 16. Celé soukolí (od pastorku 42 až po pohonné kolo 31) má rychlý převod 960 : 1. Rychlý převod z ozubeného šneku 34 na pohonné kolo 31 je 80 : 1.
Na výkresu 3 je znázorněn otočný knoflík 70, který vyčnívá z kiytu (neznázoměno) aktivátoru a jehož stlačením a otočením je možné manuálně otevírat a zavírat kulový ventil
12. Otočný knoflík 70 je prostřednictvím prvku otáčení 47 spojen s čepem 16 kulového ventilu a lze ho manuálně odpojit od kola pohonu 31 spojkovým mechanizmem 38. V běžné situaci zapadají zuby 48 spojky prvku otáčení do zubů 50 ozubeného kola pohonu 31. Kolem hřídele 49 (výkres 1) je navinuta tlaková pružina 32, která vyvíjí tlak směrem vzhůru na prvek • · • ·
-7otáčem 47, tak aby zuby obou systémů zůstaly zaklesnuty do sebe. S takto spojenými zuby není možné manuální pootočení ventilu, protože k tomu by bylo nutné, aby ozubené kolo otáčení 31 otočilo ozubený šnek 34 v opačném směru (tomu brání převod šneku na kolo otáčení, daný poměrem 80 : 1). Při manuálním otočení ventilu dojde stlačením otočného knoflíku 70 (výkres 3) a pootočením prvku otáčení 47 k rozpojení zubů 48 spojky ventilu a zubů 50 ventilu. Protože prvek otáčení je přímo spojen s čepem ventilu 16, má otáčení knoflíku 70 za následek otáčení kulového ventilu. Jakmile je spojka rozpojena, lze ventilem otáčet v obou směrech. Po manuálním pootočení ventilu do požadované polohy přestaneme vyvíjet tlak na otočný knoflík, což má za následek opětovné spojení zubů spojky vlivem tlakové pružiny 32. Do otočného knoflíku 70 je vlisován ukazatel polohy ventilu 54, který umožňuje vizuální kontrolu polohy ventilu. V otočném knoflíku 70 je vrub 56 pro vložení šroubováku anebo jiného tenkého předmětu při otáčení ventilu.
Činnost elektrického obvodu lze řídit pomocí optického čidla U2 (výkresy 3 a 4A 4D), které ukazuje polohu ventilu. Optické čidlo je umístěno tak, že otáčením prvku otáčení 47 dochází k střídavému přerušování a uvolňování dráhy paprsku čidla výstupky 72 a 74, vystupujícím z tělesa prvku pohonu.
Na výkresech 4 A - 4D je znázorněna činnost optického čidla. Výstupky 72 a 74 jsou na prvku pohonu 47 umístěny tak, že optické čidlo je při otáčení prvku otáčení blokováno dvěma čtvrtinami jeho obvodu. Oba výstupky 72 a 74 blokují optické čidlo při otáčení prvku pohonu o 90°, přičemž při otáčení o dalších 90° optické čidlo výstupky blokováno není. V praxi to bude vypadat tak, že elektromotor 40 bude zapnut elektrickým obvodem a bude ponechán v činnosti, dokud nedojde ke změně stavu optického čidla. Například má-li pohyb ventilu začít v okamžiku, kdy je prvek pohonu v poloze na výkresu 4 A, tzn. optické čidlo je blokováno výstupkem 72, bude otáčení prvku otáčení pokračovat o dalších zhruba 90°, dokud se prvek pohonu neotočí do polohy na výkresu 4B, tzn. že optické čidlo přestane být blokováno výstupkem 72. (Přirozené zpoždění mezi okamžikem, kdy čidlo zjistí změnu stavu, a okamžikem skutečného přerušení pohybu prvku otáčení je zárukou toho, že vibrace nezpůsobí opětovné přerušení dráhy paprsků čidla a restartování aktivátoru.) Tímto otočením prvku otáčení o 90° bude kulový ventil otevírán anebo uzavírán. Při dalším povelu k uvedení kulového ventilu do pohybu (např. při povelu elektrického obvodu k uzavření nyní otevřeného
· ventilu) bude elektromotor zapnut a otáčeni ventilu bude pokračovat o dalších zhruba 90° až do polohy na výkresu 4C, kdy dojde k opětovnému přerušení dráhy optického paprsku, tentokrát výstupkem 74.
Na výkresu 5 jsou schematicky znázorněny elektronické obvody aktivátoru. Hlavní částí elektronického vybavení je mikroprocesor U1 s programovatelnými vývody GPO, GP1, GP2, GP3, GP4 a GP5. napájecí zdroj Vdd a vývod uzemnění Vss. Napájení (střídavý proud o napětí 24 V) je zprostředkováno dvoukolíkovým konektorem CONN1. Transformátor střídavého proudu je ke konektoru CONN1 obvykle napojen prostřednictvím termostatu. Při zapnutí termostatu proudí střídavý proud o napětí 24 V do obvodu napájení (dioda Dl, odpory R1 a R2 a tranzistor Ql), kde je nastaveno napájecí napětí Vcc.
Mezi Vcc a zemí je zapojen kondenzátor Cl s kapacitou 3,3 F. Při normálním provozu se kondenzátor nabíjí napětím do 2,5 V, tak aby mohl pohánět elektromotor 40, jak je popsáno dále. K nastavení pásmového ventilu 12 do polohy normální uzavření anebo do polohy normální otevření je používán přepínač SW1. Polohu přepínače lze měnit manuálně pomocí posuvného knoflíku 58, který je umístěn na povrchu sestavy aktivátoru 14 (výkres 2).
Do optického čidla U2 je proud přiváděn vývodem GPO mikroprocesoru Ul. Při zablokování dráhy paprsku do optického čidla U2 je na výstupu 4 čidla stav LO. Není-li dráha paprsku blokována, je na vývodu 4 stav HL
Elektromotor 40 je napájen z dvoukolíkového konektoru JI. Jedním kolíkem je přiváděno napájecí napětí Vcc. Druhý kolík je spojen s hradlovým tranzistorem 02, který je navíc řízen mikroprocesorem. Je-li vývod GP4 mikroprocesoru ve stavu ΙΠ, tranzistor Q2 se zapíná a přivádí proud do elektromotoru 40. Jinak je přívod proudu do elektromotoru 40 přerušen.
Systém elektrických obvodů na výkresu 5 může být napájen střídavým proudem z konektoru CONN1 o napětí v rozmezí od zhruba 8V do zhruba 40V. Střídavý proud je měněn v diodě Dl na proud stejnosměrný. Je-li tranzistor Ql otevřený, je kondenzátor Cl nabíjen hodnotou z napětí na konektoru CONN1 mínus pokles napětí na obvodu, skládajícím se z diody Dl, odporu R1 a tranzistoru Ql. Kondenzátor Cl bude nabit, bude-li mít napájecí napětí Vcc hodnotu přinejmenším 2,5V. Vezmeme-li v úvahu pokles napětí v obvodu Dl, R1 a Ql a proud nezbytný pro provoz mikroprocesoru Ul a elektromotoru 40, může být obvod na • · • ·
-9výkresu 5 funkční při minimálním napětí střídavého proudu zhruba 8V. Při zvýšení napájecího napětí bude pokračovat nabíjení kondenzátoru Cl a do mikroprocesoru U1 a elektromotoru 40 bude přiváděno dostatečné množství elektrického proudu.
Na výkresu 6 je vývojový diagram činnosti mikroprocesoru U1 při řízení elektromotoru 40. Po zapnutí napájení mikroprocesoru U1 (krok 310) jsou inicializovány stavové proměnné a další parametry (krok 315). Poté vstoupí do hlavní řídící smyčky, smyčka začíná zjištěním napětí na vstupu Vdd mikoprocesoru a vyhodnocením, zda-li je napětí dostatečné pro provoz elektromotoru 40 (krok 320). Poté je zkontrolováním výstupu optického čidla U2 zjištěno, zda pásmový ventil 10 prochází před optickým čidlem (krok 325). Mikroprocesor U1 zjistí aktuální stav přepínače SW1 (krok 330) a zjistí, je-li ve vývodu GP5 přítomen signál střídavého proudu (krok 335). Poté mikroprocesor U1 rozhodne, zda pokračovat anebo nepokračovat v nabíjení kondenzátoru Cl (krok 340).
V průběhu kroků 345 - 365 mikroprocesor U1 rozhodne, zda spustit anebo nespustit elektromotor 40. Při poloze normální uzavření pásmového ventilu 10 (krok 345) dojde v registru výsledku Result k přiřazení hodnoty OPTO XOR AC (krok 355). Při poloze normální otevření pásmového ventilu 10 (tzn. přepínač SW1 je v poloze 1) (krok 345) dojde před přiřazením hodnoty OPTO XOR AC (krok 355) do registru výsledku Result k přepnutí příznaku (flag) OPTO (krok 350). Hodnota TRUE registru výsledku Result indikuje, že má být při dostatečném napětí zapnut elektromotor 40. Hodnota FALŠE registru výsledku Result indikuje, že elektromotor 40 má být vypnut.
Postup 300 na výkresu 6 nyní popíšeme podrobněji na výkresu 7.
Inicializace (krok 315) proběhla uvedeným způsobem. Nejdříve je pomocí vývodu GP0 (krok 410) vypnuto optické čidlo U2, aby došlo k šetření elektrické energie. Dále dojde k inicializaci indikátoru, který indikuje plné nabití kondenzátoru Cl příznakem VREADY na hodnotu FALŠE (krok 415). Stavová proměnná ACPREVIOUS, která je použita ve vývojovém diagramu na výkresu 11a podrobněji popsána dále, je inicializována na LO (krok 417). Dále je pomocí vývodu GP4 vypnut elektromotor a dochází k šetření elektrické energie (krok 420). Dále je-li na vývodu GP5 hodnota HI (krok 425), která indikuje možnou přítomnost signálu střídavého proudu (nebo stejnosměrného proudu v případě, že aktivátor je napájen stejnosměrným proudem místo proudu střídavého), mikroprocesor U1 se opozdí o
- 10jednu desetinu sekundy a opět vyhodnotí signál na vývodu GP5 z důvodu ověření přítomností střídavého (anebo stejnosměrného) proudu (krok 440). Neindikuje-li vývod GP5 stav HI během obou kroků 425 a 440, znamená to nepřítomnost střídavého proudu a mikroprocesor U1 je přepnut na klidový režim. Po uplynutí zhruba jedné sekundy je mikroprocesor U1 zapnut z klidového režimu a začne opět vyvíjet činnost krokem 315. Indikuje-li během kroků 425 a 440 vývod GP5 stav HI, pokračuje činnost mikroprocesoru podle výkresu 9 (krok 445).
Je zapotřebí si uvědomit, že je-li přítomen signál střídavého proudu a mikroprocesor U1 je buď vypnut anebo v klidovém režimu, pak se vývod GP2 chová jako otevřený obvod (má vysokou impedanci). V takovém případě se zapne tranzistor Q1 a umožní nabití kondenzátoru Cl střídavým proudem.
Na výkresu 8 vyhodnocuje mikroprocesor napětí na vývodu Vdd následujícím způsobem. Nejdříve je inicializována lokální proměnná COUNT v hodnotě 25 a lokální proměnná VCNT v hodnotě nula (krok 510). Poté mikroprocesor U1 vyhodnotí, indikuje-li vývod GP1 stav HI (krok 520). Pokud je stav HI, je hodnota VCNT inkrementována (krok 520). Tento postup je opakován 25x (kroky 515 - 530). Stav HI vývodu GP1 indikuje napětí na vývodu Vdd, protože vývody GP1 a Vdd jsou vnitřně spojeny jednoduchým odporem 25 kiloohmů (neznázoměn). Mikroprocesor U1 odhaduje napětí vývodu Vdd jako Napětí = 2,3 + 0,1 * VCNT (krok 535). Je-li Napětí >2,5 (krok 520), je tím indikováno plné nabití kondenzátoru Cl a příznak VREADY je nastaven na TRUE (krok 545). V opačném případě je příznak V READY nastaven na FALŠE (krok 550).
Na výkresu 9 je znázorněn postup, kteiým mikroprocesor U1 vyhodnocuje, zda je optické čidlo U2 zablokováno. Výsledkem tohoto postupu je nastaveni příznaku OPTO na TRUE v případě, že optické čidlo U2 není blokováno, anebo nastavení příznaku OPTO na FALŠE v případě, že optické čidlo U2 blokováno je. Nejdříve je pomocí vývodu GPO zapnut přívod elektrického proudu do optického čidla U2 (krok 610). Dále je přenesen vývodem GPO libovolný osmibitový binární kód po jednom bitu (krok 615). Při přenosu kódu monitoruje mikroprocesor U1 vstup vývodu GP1. Optické čidlo není blokováno, je-li hodnota bitu přijímaného vývodem GP1 stejná jako hodnota bitu přenášená na vývod GPO. Jsou-li všechny bity přenášeného kódu správně přijaty vývodem GP1 (krok 620), je příznak OPTO nastaven na TRUE (krok 630). V opačném případě je příznak OPTO nastaven na FALŠE (krok 625). V obou případech dojde k přerušení přívodu elektrického proudu do optického čidla U2
Ίοοο - ι^2ος
- 11 pomocí vývodu GPO (krok 635). Je lepší přenášet a vyhodnocovat 8 bitů než pouze jeden bit, abychom mohli předejít výrobním nedokonalostem pásmového ventilu 10, které mohou způsobit chybné interpretování informace o stavu optického čidla v momentu, kdy je okraj prvku otáčení před čidlem. Odpovídá-li všech osm po sobě jdoucích hodnocení výstupu optického čidla očekávaným vyhodnocením, znamená to, že pásmový ventil 10 dokončil otočení.
Výkres 10 vysvětluje význam příznaku NORMALLYOPEN, který indikuje, zda je pásmový ventil v poloze normální otevření anebo v poloze normální uzavření. Je-li vývod GP3 ve stavu HI (krok 710), má příznak NORMALLY OPEN hodnotu TRUE (krok 715). V opačném případě má příznak NORMALLY OPEN hodnotu FALŠE (krok 720).
Na výkresu 11 má příznak AC hodnotu TRUE, je-li na vývodu GP5 detekován signál střídavého proudu, a hodnotu FALŠE, není-li po dobu trvání určitého časového úseku detekován žádný signál střídavého proudu. Kromě toho je zde příznak AC TRANSITION, kterému se přiřazuje hodnota TRUE při změně jeho hodnoty AC. V opačném případě se mu je přiřazuje hodnota FALŠE.
Podrobněji jsou hodnoty AC a hodnoty AC TRANSITION přiřazovány následujícím způsobem. Mikroprocesor U1 nejdříve vyhodnotí, je-li vývod GP5 ve stavu HI (krok 810). Není-li, inicializuje mikroprocesor U1 proměnnou COUNT na hodnotu 150 a přiřadí do AC (krok 815) hodnotu TRUE. Není-li hodnota AC shodná s proměnnou AC PREVIOUS (krok 820), je příznaku AC TRANSITION přiřazena hodnota TRUE (krok 835). V opačném případě je příznaku AC TRANSITION přiřazena hodnota FALŠE (krok 837). Dřívější hodnotě střídavého proudu je v takovém případě přiřazena hodnota střídavého proudu (krok 840).
Je-li vývod GP5 ve stavu HI (krok 810), je COUNT dekrementován (krok 825). Je-li COUNT = 0 (krok 830), je AC nastaven na FALŠE (krok 845).
Na výkresu 12 je vysvětlen způsob vyhodnocování mikroprocesoru Ul, zda pokračovat v nabíjení kondenzátoru Cl. Je-li příznak V READY nastaven na FALŠE (viz výkres 8) (krok 910), nabíjí se kondenzátor Cl přepnutím vývodu GP2 na režim vstupu, čímž se vývod GP2 chová jako otevřený obvod (krok 915). Je-li příznak VREADY nastaven na TRUE (krok 910), zastaví mikroprocesor Ul nabíjení kondenzátoru Cl přepnutím vývodu GP2 na režim výstupu a přiřazením hodnoty LO, což má za následek, že se vývod GP2 chová
- 12jako ve zkratu (krok 920). Následně dojde k vypnutí tranzistoru Ql, čímž je přerušeno nabíjení kondenzátoru Cl.
Po dokončení postupu z výkresu 12 vyhodnotí mikroprocesor, zda má být elektromotor zapnut anebo vypnut. Je-Η přepínač SW1 v poloze 1, tzn. pásmový ventil 10 je v poloze normální otevření (krok 345), je OPTO negován (krok 350). Registru výsledku Result je poté přiřazena hodnota OPTO XOR AC. Ukazuje-H Registr výsledku Result stav TRUE, znamená to, že elektromotor 40 má být zapnut, pokud je k dispozici dostatečné napětí. Ukazuje-H Registr výsledku Result stav FALŠE, znamená to, že elektromotor 40 má být vypnut. Výraz OPTO XOR AC přiřazuje následujícím způsobem příslušné hodnoty Registru výsledku Result.
Tabulka 1
V souvislosti s Tabulkou 1 si kupříkladu představme případ, kdy je pásmový ventil 10 v poloze normální uzavření (tzn. přepínač SW1 je v poloze 2). Pokud hodnota OPTO je v takovém případě FALŠE (tzn. optické čidlo je zablokováno a indikuje tak, že pásmový ventil je v poloze uzavření) a hodnota AC je FALŠE (tzn. indikuje, že termostat nepožaduje, aby pásmový ventil 10 změnil polohu), znamená to, že pásmový ventil 10 je ve správné poloze. Registru výsledku Result je tedy přiřazena hodnota FALŠE, což znamená, že elektromotor má být vypnut. Dále si představme případ, kdy je pásmový ventil 10 v poloze normální otevření (tzn. přepínač SW1 je v poloze 1). Pokud hodnota OPTO je v takovém
- 13pripadě FALŠE (tzn. optické čidlo je zablokováno a indikuje tak, že pásmový ventil je v uzavřené poloze) a hodnota AC je FALŠE (tzn. indikuje, že termostat nepožaduje, aby pásmový ventil 10 změnil polohu), znamená to, že pásmový ventil by se má vrátit do své výchozí polohy otevření. Hodnota Registru výsledku Result je tedy TRUE a je tak indikováno, že elektromotor 40 má být zapnut. Ostatní údaje v Tabulce 1 lze prověřit obdobným způsobem.
Jakmile byla hodnota Registru výsledku Result vypočítána, mikroprocesor U1 rozhodne, zda skutečně předá elektromotoru elektrický proud (viz výkres 13). Je-li příznak VREADY nastaven na TRUE, je pomocí vývodu GP4 zapnut elektromotor 40 (krok 1015). Je-li příznak V READY nastaven na FALŠE, elektromotor 40 spuštěn není. Tím je zajištěno, že elektromotor 40 nebude spuštěn, dokud nebude k dispozici dostatečné množství elektrického proudu.
Další provedení tohoto vynálezu jsou v rámci níže uvedených nároků. Vynález lze například použít i v případě jiných typů ventilů, například směšovacího ventilu anebo dvojcestného ventilu.
V případě směšovacího ventilu bude kulový prvek z výkresu 1 nahrazen odlišným typem kulového prvku, jehož středový otvor bude spojen s portem 37c (výkres 1) ve spodní části tělesa ventilu. Z portů 37a a 37b se stanou vstupy (např. pro studenou a horkou vodu) a port 37c bude mít funkci výstupu. Otvor v kulovém prvku, který je na výkresu 1 rovný, bude v tomto provedení zakřiven, tak aby otáčením kulového prvku docházelo k objemové změně poměru tekutin, protékajících ventilem z obou portů. Odlišně budou také sestaveny výstupky 72 a 74, tak aby došlo ke změně výstupu optického čidla poté, co se kulový prvek otočí natolik, aby úplně uzavřel jeden z portů. Zablokováním čidla jedním z výstupků může být například indikováno uzavření portu 37a a k témuž může být výstupek druhý ve spojitosti s portem 37b. V praxi by byly pohyby směšovacího ventilu řízeny aktivací elektromotoru 40 v krátkých časových úsecích, které by vedly ke změnám nastavení polohy kulového prvku. Změnu směru otáčení by vyvolalo obrácení polarity elektrického proudu. Při těchto drobných změnách polohy není optické čidlo zdrojem žádných informací. Optické čidlo předává informaci až při otočení kulového prvku do takové míry, že dojde k uzavření jednoho anebo druhého portu. V praxi by tímto principem mohla být nahrazena mechanická zátka konvenčních směšovacích ventilů.
- 14V případě dvojcestného ventilu je příčný otvor kulového prvku vyveden ze středu koule pouze jedním směrem, tak aby otočením ventilu o 180° mohlo dojít k propojení středového portu 37c s některým z portů 37a a 37b. Lze použít stejné provedení výstupků 72 a 74, anebo je možné alternativně použít jediného výstupku do úhlu 180°.
Technical field
The present invention relates to activators and band valves of heating and cooling systems.
Background Art
Band valves are often used in water heating and cooling systems where they separate certain areas or "bands". Usually thermostats are controlled to open and close in an optimal way to achieve the desired temperature changes.
Conventional band valves are usually activated by a heater or an electric motor. In valves where the actuator is a heater, the electrically heated element causes the actuator to move linearly, which in turn opens the valve. In electric motor valves, the movement of the functional valve element between the closed and the open position is controlled by the electric motor and the associated gearing (this valve element is, for example, a rubber flap or a ball element rotating 90 ° from the seat).
Conventional band-valve actuators are provided with an element which is supplied from one direction of energy and which is then held in a predetermined position by a mechanical or electrical breaker. It then returns to its original position by means of a spring.
U.S. Pat. Nos. 5,131,623 and 5,540,414 disclose band-pass valves for water heating and cooling systems equipped with an electric motor for actuating an actuator which causes the ball valve to rotate 90 ° between the closed and open positions. The electric motor rotates the valve from its normal position, which is either closed or open, to the opposite position (ie if the valve is usually closed, it will be turned to the open position). When the electric motor is interrupted, the valve returns to its original position by means of a spring.
-2powered to exert sufficient torque to overcome the sliding three ball valve.
U.S. Pat. No. 3,974,427 discloses a device equipped with an electric motor which is driven from one direction by an alternating current source and an opposite direction by a spring. The drive is maintained or interrupted by the use of a direct current source to magnetize the drive element so that it can be held in a predetermined position after the AC power source is interrupted. This action of maintaining or interrupting the drive can be replaced by removing the direct current source and using alternating current, thereby demagnetizing, so that said device can return to its original position by spring force.
U.S. Pat. No. 4,621,789 discloses a valve mechanism equipped with a physical stopper that prevents the valve from moving further after it has reached an open or closed position.
U.S. Pat. No. 5,085,401 discloses a valve actuator which produces an electrical contact to break the power supply after the valve has been rotated a predetermined distance.
U.S. Pat. No. 4,754,949 discloses a valve actuator wherein by rotating the valve by a predetermined distance, the power supply is cut off, thereby disabling the actuator.
Some valve actuator drive systems use an emergency power source if the mains power supply is cut off. U.S. Pat. No. 5,278,454 discloses an emergency circuit capacitor source used to power an air damper actuator or valve actuator. The energy loss in the circuit or in the actuator actuator is recorded by a sensor that connects the capacitor assembly with the appropriate polarity to actuate the actuator to actuate the actuator to a fail-safe position. The system is not equipped with any means to interrupt the coupling of the capacitors and actuator drive to the active position so that the actuator is likely to act against a mechanical stop that defines the fail-safe position.
• · • ·
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention provides an activator with a sensor that detects the achievement of a particular valve position and shuts off the valve drive switch. The device of the present invention does not rely on a mechanical stop or a return spring to rotate the valve to a desired position. This means that it is not necessary to rely on a mechanical stop or a return spring to rotate the valve from open to closed position and vice versa. Turning the valve from the normal open to the normal closed position can be done simply by switching a single switch.
In one aspect, the present invention provides an activator for activating a water system valve, wherein in one valve position, fluid can flow through one path and in the second valve position, the flow is either closed or fluid flows through another path. The actuator includes: an electric motor connected to the valve, whereby the position of the valve from the first or second position to the other positions is changed by the speed of the electric motor; a power supply switch to the electric motor, wherein in the closed position of the switch the current to the electric motor is supplied and in the open position of the switch the power supply is interrupted; a sensor adapted to detect reaching the first or second position by the valve; and an electrical circuit system between the sensor and the switch, the circuit being set to open the power supply to the electric motor due to the detection of reaching the first or second valve position by opening the switch.
Preferred embodiments of the invention may include one or more of the following features. The sensor can be adjusted so that when the desired valve position is reached, the sensor output status changes. The sensor can be in two states, and the sensor output state changes about the moment that the valve that rotates from one (first or second) position to another position gets to that other position. The electric motor can rotate the valve in a single direction. The actuator may include an electrical energy capture element (eg, a capacitor) for supplying electrical power to operate the electric motor, sensor, and electrical circuits (eg, when the power supply to the activator is interrupted). The activator circuit may be an integrated circuit chip. The valve may be a ball valve. The sensor can be an optical sensor. The activator may be provided with protrusions on an element that rotates along with the rotation
• ·
The valve may be locked or unblocked by the projections. The actuator may include a manual valve actuation mechanism, the actuator position indicating the valve angular adjustment. The worm gearing may be part of the actuator between the electric motor and the valve. The activator may include a home position selector switch to allow the valve to rotate from the normal open position to the normal closed position by switching the switch.
In a second aspect, the present invention provides a water system zone valve, including: a spherical element; valve stem closing the spherical element; a valve seat that contacts the spherical element and the valve cover, there is a notch in the valve seat to fit the ring; a ring inserted into the notch; a flexible metal support ring that is in the valve housing in the compressed state and exerts approximately the same force on the valve seat; wherein the notch is adapted such that the axial force compresses the ring inserted into the notch for better seating of the valve seat to the opening of the housing.
In a third aspect, the present invention provides a method for actuating an actuator such that, prior to actuating the valve, the charge of the capacitor and the amount of energy required to complete the prescribed valve rotation are determined, and then a signal to initiate valve rotation is given, but only when the capacitor is charged enough to supply the amount of energy required to complete the valve movement.
In a fourth aspect, the present invention provides a water system valve actuator including an electric motor to rotate the valve, wherein rotation of the electric motor causes the valve to move from one position (first or second) to another; another part of the actuator is a gear assembly connecting the electric motor to the valve, the gear assembly comprising a toothed auger; and a rotary knob shaped to be operated manually or using a tool; a clutch mechanism that connects the rotary knob to the valve pin and the gearing, wherein movement of the clutch mechanism between the engaged and disengaged states is possible; of the clutch mechanism, the gear assembly and the toothed auger are detached from the valve pin so that the valve can be rotated using a rotary knob.
Part of the preferred embodiments of this aspect of the invention may be one or more of the following features. The clutch mechanism can be disengaged by axially pressing the rotary knob.
The clutch mechanism may include two rotating elements equipped with teeth that can be disengaged by axial movement of the rotary knob followed by clutch release. There may be a mark on the rotary knob to indicate the position of the valve.
Other features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments including drawings and claims.
Brief overview of drawings
Figure 1 shows the valve and activator of the present invention.
Figure 2 is an isometric view of the interior of the activator.
Figure 3 is an exploded isometric view of the clutch mechanism parts of the actuator.
Figures 4A-4D schematically illustrate an optical sensor and actuator actuator at four different positions.
Figure 5 schematically shows the electronic equipment of the activator.
Figures 6-13 show flowcharts of the microprocessor operation in activator control.
EXAMPLES OF THE INVENTION
In Figure 1, a preferred embodiment of the zone valve 10 is shown. The ball valve 12 is actuated by the actuator 14. The actuator is coupled to the valve body 26 by a clamping mechanism to engage by rotation 23. activator. The activator is electrically operated and is equipped with wires for connection to common power and control circuits.
-62ooo
The fluid flows through the ball valve in the normal manner. When the ball is in the open position, fluid flows through the spherical element 18 from port 37a to port 37b. The valve is bidirectional, so any of ports 37a and 37b may have an input or output function.
The spherical member 18 (brass) is seated in the seats 20a and 20b (Teflon), which are further tightly pressed by the rings 22a and 22b in the annular slots 21a and 21b to the inner opening 25 of the valve fitting. The corrugated spring 30 (made of stainless steel) pushes axial force onto the seats 20a and 20b (the spring ripple is exaggerated). The circular notches 21a and 21b are shaped such that the axial force forces the rings 22a and 22b, which then exert pressure further toward the opening in the valve cover, thereby providing a close fit to the valve opening. The corrugated spring exerts pressure on the support ring 24 (stainless steel), which exerts further pressure on the rings 22a. Because the corrugated spring is made of a metal resilient material (stainless steel), its flexibility is ensured for a very long time. Due to a certain compression of the rings 22a and 22b over time, the undulating spring is expanded, retaining adequate flexibility in the axial direction, i. the axial force remains. Throughout the lifetime of the valve, the curved spring will reduce the tendency of the Teflon seats to cool or wear the flowing fluid. The undulating spring will gradually expand and the seat will be tightly pressed against the spherical element.
Figure 2 shows an electric motor 40 which rotates the pinion 42. This further drives a gear 44 consisting of a large and small gear wheel molded into one plastic unit. The gear 44 drives a second gear 45, which consists of a wheel 47 and a toothed mechanical screw 34, also molded into a single plastic unit. To the teeth of the mechanical screw 34, a gear drive wheel 31 engages, which in turn moves the rotary element 47, which in turn rotates the valve pin 16. The entire gear (from pinion 42 to drive wheel 31) has a rapid transmission of 960: 1. the drive wheel 31 is 80: 1.
Figure 3 shows a rotary knob 70 that protrudes from the kayt (not shown) of the actuator and by pressing and turning it is possible to manually open and close the ball valve
12. The rotary knob 70 is connected to the ball valve pin 16 by means of a rotary element 47 and can be manually disengaged from the drive wheel 31 by the clutch mechanism 38. In a normal situation, the clutch teeth 48 engage the teeth 50 of the drive gear 31. Figure 1) a compression spring 32 is wound which exerts pressure upward on the element.
-Turn 47 so that the teeth of both systems remain locked together. With such connected teeth, manual rotation of the valve is not possible since it would be necessary for the gearwheel 31 to rotate the gearwheel 34 in the opposite direction (this prevents the worm from turning to the wheel of rotation, given a ratio of 80: 1). When the valve is manually rotated, the rotary knob 70 (drawing 3) is pressed and the rotation element 47 is rotated to disengage the valve clutch teeth 48 and the valve teeth 50. Since the rotation element is directly connected to the valve pin 16, the rotation of the knob 70 results in rotation of the ball valve. Once the clutch is disengaged, the valve can be turned in both directions. After manually rotating the valve to the desired position, we no longer apply pressure to the rotary knob, which results in the clutch teeth reconnecting due to the pressure spring 32. A valve position indicator 54 is pressed into the rotary knob 70 to allow visual inspection of the valve position. In the rotary knob 70 there is a notch 56 for inserting a screwdriver or other thin article when the valve is rotated.
The operation of the electric circuit can be controlled by the optical sensor U2 (drawings 3 and 4A 4D), which shows the position of the valve. The optical sensor is positioned such that by rotating the rotation element 47, the beam path of the sensor is alternately interrupted and released by projections 72 and 74 extending from the drive element body.
4A-4D show the operation of the optical sensor. The protrusions 72 and 74 are located on the actuator element 47 such that the optical sensor is blocked by two quarters of its circumference when the rotation element is rotated. Both protrusions 72 and 74 block the optical sensor when the drive element is rotated by 90 °, wherein the optical sensor is not blocked by a further 90 ° optical sensor. In practice, the electric motor 40 will be switched on by the electric circuit and will remain in operation until the state of the optical sensor changes. For example, if the movement of the valve is to begin when the drive element is in the position of the drawing 4A, i. the optical sensor is blocked by the protrusion 72, the rotation of the rotation element will continue for about 90 ° until the drive element is rotated to the position in FIG. 4B, i. that the optical sensor is no longer blocked by the protrusion 72. (The natural delay between the moment the sensor detects a change in condition and the moment of actual interruption of the rotation of the rotating element ensures that the vibration does not re-interrupt the sensor beam path and restart the actuator.) 90 ° the ball valve will open or close. At the next command to put the ball valve in motion (eg when the electric circuit is commanded to close now open)
The valve, the electric motor will be turned on and the valve rotation will continue for about 90 ° to the position in Figure 4C, when the optical beam path is interrupted again, this time by the protrusion 74.
Figure 5 schematically illustrates the electronic circuitry of the actuator. The main part of the electronic equipment is a microprocessor U1 with programmable terminals GPO, GP1, GP2, GP3, GP4 and GP5. Vdd power supply and Vss grounding outlet. The power supply (AC 24 V) is mediated by a two-pin CONN1 connector. Typically, the AC transformer is connected to the CONN1 connector via a thermostat. When the thermostat is switched on, 24 V AC is supplied to the power circuit (diode D1, resistors R1 and R2 and transistor Q1), where the supply voltage Vcc is set.
A 3.3 F capacitor C1 is connected between the Vcc and ground. In normal operation, the capacitor is charged with a voltage of up to 2.5 V so that it can power the electric motor 40 as described below. Switch SW1 is used to set the zoned valve 12 to the normal closure position or to the normal opening position. The position of the switch can be changed manually using the sliding knob 58, which is located on the surface of the actuator assembly 14 (drawing 2).
In the optical sensor U2, the current is supplied through the GPO microprocessor outlet Ul. When the beam path is blocked into the optical sensor U2, the sensor output 4 is LO. If the beam path is not blocked, there is a HL status on the terminal 4
The electric motor 40 is powered by a two-pin JI connector. The power supply Vcc is supplied with one pin. The second pin is connected to the gate transistor 02, which is additionally controlled by a microprocessor. If the GP4 of the microprocessor is in the state ΙΠ, the transistor Q2 turns on and feeds the electric motor 40. Otherwise, the power supply to the electric motor 40 is interrupted.
The electrical circuitry of Figure 5 may be supplied with alternating current from a CONN1 connector with a voltage in the range of about 8V to about 40V. The alternating current is changed in diode D1 to a direct current. When the transistor Q1 is open, capacitor C1 is charged from the voltage at the CONN1 connector minus the voltage drop at the circuit consisting of diode D1, resistor R1 and transistor Q1. The capacitor C1 will charge if the supply voltage Vcc is at least 2.5V. Taking into account the voltage drop in circuit D1, R1 and Q1 and the current necessary to operate the microprocessor U1 and the electric motor 40, the circuit may be
Figure 5 is functional at a minimum AC voltage of about 8V. When the supply voltage increases, charging of the capacitor C1 will continue and sufficient electrical current will be supplied to the microprocessor U1 and the electric motor 40.
Figure 6 is a flow chart of the operation of the microprocessor U1 while driving the electric motor 40. Upon powering the U1 microprocessor (step 310), the status variables and other parameters are initialized (step 315). Then it enters the master control loop, the loop begins by detecting the voltage at the Vdd input of the microprocessor and evaluating whether the voltage is sufficient to operate the electric motor 40 (step 320). Thereafter, by checking the output of the optical sensor U2, it is determined whether the band valve 10 passes in front of the optical sensor (step 325). Microprocessor U1 detects the current state of switch SW1 (step 330) and detects if an AC signal is present in the GP5 terminal (step 335). Then, the microprocessor U1 decides whether or not to continue charging the capacitor C1 (step 340).
During steps 345-365, microprocessor U1 decides whether or not to start the electric motor 40. At the normal closure position of the zone valve 10 (step 345), an OPTO XOR AC value is assigned to the Result result register (step 355). At the normal opening position of the zone valve 10 (i.e., switch SW1 is in position 1) (step 345), the OPTO flag is changed to register OPTO (step 350) before assigning the OPTO XOR AC value (step 355). The Result TRUE value of the register indicates that the electric motor 40 is to be turned on at sufficient voltage. The Result FALSE register value indicates that the motor 40 is to be turned off.
The process 300 in Figure 6 will now be described in more detail in Figure 7.
Initialization (step 315) was performed as described. First, the optical sensor U2 is turned off by means of the GP0 terminal (step 410) to save electricity. Next, the indicator is initialized to indicate that the capacitor C1 is fully charged with the VREADY flag to FALSE (step 415). The ACPREVIOUS state variable that is used in the flowchart of Figure 11a is described in more detail below on LO (step 417). Furthermore, the electric motor is switched off via the GP4 terminal and the power is saved (step 420). Further, if an HI (step 425) is present at the GP5 terminal, which indicates the possible presence of an alternating current (or direct current signal if the actuator is powered by direct current instead of an AC current), the U1 microprocessor is delayed
- 10 tenths of a second, and again evaluates the GP5 pin signal to verify the presence of AC (or DC) current (step 440). If the GP5 terminal does not indicate HI during both steps 425 and 440, this indicates the absence of AC current and the U1 microprocessor is switched to sleep mode. After about one second, the microprocessor U1 is turned off from sleep mode and begins to operate again at step 315. If during the steps 425 and 440 the GP5 terminal indicates HI, the microprocessor of FIG. 9 continues (step 445).
Note that if an AC signal is present and the U1 microprocessor is either off or in sleep mode, then the GP2 terminal behaves as an open circuit (high impedance). In this case, the transistor Q1 is switched on and allows the capacitor C1 to be charged with alternating current.
In Figure 8, the microprocessor evaluates the voltage at the Vdd terminal as follows. First, the local variable COUNT is initialized at 25 and the local variable VCNT at zero (step 510). Thereafter, the microprocessor U1 evaluates if the GP1 terminal indicates HI (step 520). If the state is HI, the VCNT value is incremented (step 520). This procedure is repeated 25 times (steps 515-530). The GP1 HI output status indicates voltage at the Vdd terminal because the GP1 and Vdd terminals are internally connected by a simple 25 kiloohms resistor (not shown). The U1 microprocessor estimates the Vdd lead voltage as Voltage = 2.3 + 0.1 * VCNT (step 535). If Voltage> 2.5 (step 520), a full charge of capacitor C1 is indicated and the VREADY flag is set to TRUE (step 545). Otherwise, the V READY flag is set to FALSE (step 550).
Figure 9 illustrates the procedure by which the U1 microprocessor evaluates whether the optical sensor U2 is blocked. As a result of this procedure, the OPTO flag is set to TRUE if the U2 optical sensor is not blocked, or the OPTO flag is set to FALSE if the U2 optical sensor is blocked. First, the power supply to the optical sensor U2 is switched on via the GPO terminal (step 610). Further, any one bit binary code of one bit is transmitted by the GPO terminal (step 615). During code transfer, U1 microprocessor monitors GP1 pin input. The optical sensor is not blocked when the value of the bit received by the GP1 terminal is the same as the bit value transmitted to the GPO terminal. If all bits of the transmitted code are correctly received by the GP1 terminal (step 620), the OPTO flag is set to TRUE (step 630). Otherwise, the OPTO flag is set to FALSE (step 625). In both cases, the power supply to the optical sensor U2 is interrupted
--Οοο - ι ^ 2ος
Using a GPO pin (step 635). It is better to transmit and evaluate 8 bits than only one bit to avoid manufacturing imperfections in the band valve 10, which may cause erroneous interpretation of the optical sensor status information when the edge of the rotation element is in front of the sensor. If all eight consecutive evaluations of the optical sensor output correspond to the expected evaluation, this means that the band valve 10 has completed the rotation.
Drawing 10 explains the meaning of the NORMALLYOPEN flag, which indicates whether the band valve is in the normal open position or in the normal closed position. If GP3 is HI (step 710), the NORMALLY OPEN flag is TRUE (step 715). Otherwise, the NORMALLY OPEN flag is FALSE (step 720).
In Figure 11, the AC flag is TRUE if an AC current signal is detected at the GP5 terminal and FALSE if no AC signal is detected for a period of time. In addition, there is an AC TRANSITION flag that is assigned a TRUE value when changing its AC value. Otherwise, it is assigned a FALSE value.
In more detail, AC values and AC TRANSITION values are assigned as follows. The U1 microprocessor first evaluates if the GP5 is in the HI state (step 810). If not, the U1 microprocessor initializes COUNT to 150 and assigns TRUE to AC (step 815). If the AC value is not the same as the AC PREVIOUS variable (step 820), the AC TRANSITION flag is assigned a TRUE value (step 835). Otherwise, AC TRANSITION is assigned a FALSE value (step 837). In this case, an alternating current value is assigned to an earlier AC value (step 840).
If GP5 is HI (step 810), COUNT is decremented (step 825). If COUNT = 0 (step 830), AC is set to FALSE (step 845).
Figure 12 explains how to evaluate the microprocessor U1 to continue charging the capacitor C1. If the V READY flag is set to FALSE (see Figure 8) (step 910), capacitor C1 charges by switching the GP2 terminal to input mode, whereby the GP2 terminal acts as an open circuit (step 915). If the VREADY flag is set to TRUE (step 910), microprocessor U1 stops charging capacitor C1 by switching the GP2 terminal to the output mode and assigning an LO value, resulting in the GP2 terminal behaving
As in a short circuit (step 920). Subsequently, the transistor Q1 is switched off, whereby charging of capacitor C1 is interrupted.
Upon completion of the drawing of Figure 12, the microprocessor evaluates whether the electric motor is to be switched on or off. Is SW1 in position 1, ie. zone valve 10 is in the normal open position (step 345), OPTO is negated (step 350). The Result register is then assigned the value OPTO XOR AC. -H Result Result Register Shows TRUE, indicating that motor 40 is to be turned on if sufficient voltage is available. Indicates -H Result Register Result FALSE, it means that motor 40 is to be turned off. The term OPTO XOR AC assigns the following Result Result Register values as follows.
Table 1
For example, in the context of Table 1, the case where the zone valve 10 is in the normal closure position (i.e., switch SW1 is in position 2). If the OPTO value is FALSE (i.e., the optical sensor is blocked and indicates that the band valve is in the closed position) and the AC value is FALSE (i.e., indicates that the thermostat does not require the band valve 10 to change position), that the valve 10 is in the correct position. Therefore, the Result register is assigned a FALSE value, which means that the motor should be turned off. Next, imagine the case where the zone valve 10 is in the normal opening position (i.e., switch SW1 is in position 1). If the OPTO value is
For FALSE (i.e., the optical sensor is blocked and indicates that the band valve is in the closed position) and the AC value is FALSE (i.e., indicates that the thermostat does not require the band valve 10 to change position) means that the bandpass valve should return to its opening position. Thus, the Result Result Register value is TRUE, indicating that the motor 40 is to be turned on. Other data in Table 1 can be checked in a similar way.
Once the Result Result Register value has been calculated, the U1 microprocessor decides whether it will actually supply an electric current to the electric motor (see Figure 13). If the VREADY flag is set to TRUE, the motor 40 is turned on using GP4 pin (step 1015). If the V READY flag is set to FALSE, the motor 40 is not running. This ensures that the electric motor 40 will not be started until sufficient electric current is available.
Further embodiments of the invention are within the scope of the claims below. For example, the invention may also be applied to other types of valves, such as a mixing valve or a two-way valve.
In the case of a mixing valve, the spherical element of Figure 1 will be replaced by a different type of spherical element whose central hole will be connected to port 37c (Figure 1) in the lower portion of the valve body. Ports 37a and 37b become inputs (e.g., cold and hot water), and port 37c will have an output function. The opening in the spherical element, which is straight in the drawing, will be curved in this embodiment, so that by rotating the spherical element there will be a volume change of the ratio of the fluids flowing through the valve from both ports. Differently, the projections 72 and 74 will also be assembled so as to change the output of the optical sensor after the spherical element has been rotated enough to completely close one of the ports. For example, blocking the sensor with one of the protrusions may indicate closure of port 37a, and the same may be a protrusion second in conjunction with port 37b. In practice, the movements of the mixing valve would be controlled by activating the electric motor 40 at short intervals which would result in changes in the positioning of the ball element. Changing the direction of rotation would reverse the polarity of the electric current. With these minor changes in position, the optical sensor is no source of information. The optical sensor only transmits the information when the spherical element is rotated to such an extent that one or the other port closes. In practice, this principle could replace the mechanical plug of conventional mixing valves.
In the case of a two-way valve, the transverse opening of the spherical element is discharged from the center of the sphere in one direction only, so that the central port 37c can be connected to any of ports 37a and 37b by turning the valve 180 °. The same design of the protrusions 72 and 74 may be used, or alternatively a single protrusion may be used to be 180 °.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20004205A CZ20004205A3 (en) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Electronic motorized zone valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20004205A CZ20004205A3 (en) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Electronic motorized zone valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ20004205A3 true CZ20004205A3 (en) | 2001-07-11 |
Family
ID=5472514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20004205A CZ20004205A3 (en) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Electronic motorized zone valve |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ20004205A3 (en) |
-
1999
- 1999-05-03 CZ CZ20004205A patent/CZ20004205A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100549772B1 (en) | Electronic motorized zone valve | |
CN101605942B (en) | On demand electronic faucet | |
CN104769514B (en) | Thermostat valve for combustion engine | |
EP1767840B1 (en) | Motor-driven hydraulic valve cartridge | |
EP0191577A1 (en) | Hot and cold water mixing faucet | |
CA2485014A1 (en) | Mechanical override for a valve actuator | |
JP2008531880A (en) | Automatic proximity faucet | |
RU2406905C2 (en) | System of manual and automatic drive for valve and complete set to it | |
CZ20004205A3 (en) | Electronic motorized zone valve | |
CN110630779B (en) | Driving system of switchable water valve | |
CN1170078C (en) | Valve assembly with electric timer to control open/shut functions | |
US7717398B2 (en) | Damper assembly exploiting a crankshaft | |
JP2003208229A (en) | Flow rate control valve | |
US6918402B2 (en) | Flow control apparatus | |
KR100919764B1 (en) | Actuator of thermostatic valve for boiler | |
KR20050099004A (en) | Valve driver | |
CN215950522U (en) | Automatic corner stop assembly and corner stop adjustment device for a toilet or urinal | |
JP3363307B2 (en) | Flow switching faucet with water stop function | |
US6626202B1 (en) | Flow control apparatus and method | |
CN110664243B (en) | Over-torque protection transmission mechanism, drive mechanism and electric kettle | |
KR100641593B1 (en) | Electric Disc Valve Assembly for Hot Water Dispenser | |
KR200327595Y1 (en) | ball valve automatic switchgear | |
TW201938937A (en) | Sanitary fitting | |
JPH11190451A (en) | Operation range setting device for rotary body | |
JPH0650452A (en) | Manual operating structure of motor opening/closing type valve |