微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)城市帶壓管網(wǎng)衡壓衡流的微電無線閥門控制器設(shè)備，其特征是：閥門控制器主體單元與執(zhí)行單元相連，主體單元通過GPRS通訊模塊和外接天線來接收上位系統(tǒng)發(fā)送的控制指令和配置參數(shù)，通過微功耗單片機(jī)進(jìn)行解析并存儲到FlashROM模塊，閥門控制器內(nèi)功率電氣組件控制模塊連接流量計(jì)串口模塊和閥門控制器執(zhí)行單元上的兩路壓力變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，把采集的管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)回傳給微功耗單片機(jī)，由微功耗單片機(jī)進(jìn)行解析并與FlashROM模塊內(nèi)存儲的控制參數(shù)作對比，對比結(jié)果產(chǎn)生后由微功耗單片機(jī)發(fā)送執(zhí)行指令并由功率電氣組件控制模塊來完成對控制器執(zhí)行單元DC12V電磁閥的開啟進(jìn)行功能閥門上腔水量的調(diào)節(jié)，從而完成整個衡流和/或衡壓過程。
【專利說明】微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自來水帶壓管網(wǎng)和市政中水帶壓管網(wǎng)閥門控制領(lǐng)域中閥門開啟度控制、流量控制和壓力控制過程的應(yīng)用功能研究。本發(fā)明所提到的微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器是一款應(yīng)用于帶壓管網(wǎng)功能閥上的閥門驅(qū)動裝置。該裝置采用GPRS無線遠(yuǎn)程通訊方式來接收上位發(fā)送來的流量和壓力控制參數(shù)，通過管網(wǎng)上安裝的壓力和流量傳感器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，用實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制參數(shù)進(jìn)行對比。對比的結(jié)果作為控制閥門開啟度的依據(jù)，從而達(dá)到壓力和流量控制目的。微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器可以接收上位系統(tǒng)發(fā)送的壓力或者流量控制曲線，并使用此曲線來實(shí)時的控制管網(wǎng)的壓力和流量，從而達(dá)到管網(wǎng)自動穩(wěn)壓和限時定量供水的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]城市自來水管線和市政帶壓管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是維護(hù)城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的“生命線”。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化步伐的加快，城市規(guī)模的擴(kuò)大和現(xiàn)代化程度的不斷提高，作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施的城市供水管線也越來越龐大、密集，如何保證管網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行是目前擺在全國各地供水公司面前的重要問題。供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定則是減少城市管網(wǎng)滲漏和爆管率的有效途徑。面對日益繁雜的供水管線和日益增加的用戶數(shù)量，必須采取更有效的機(jī)制和手段來進(jìn)行管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。選擇閥門控制器對城市供水管線進(jìn)行地適當(dāng)?shù)膲毫刂?，則是減少管網(wǎng)滲漏和爆管對國家水資源造成損失和人民生活水平造成影響的唯一辦法。
[0003]目前國內(nèi)的閥門控制器多使用大型電機(jī)來控制閥門的壓力和流量，并且每個閥門控制器必須在其周圍增加控制室引入220V或者380V高電壓才能保證設(shè)備的正常運(yùn)行。由于國內(nèi)管線多處于地下，所以在地下井室里引入220V或者380V強(qiáng)電大大增加了用戶操作的危險性。強(qiáng)電控制往往象征著必須保證其通訊的穩(wěn)定性和可靠性，目前最好的解決方式是通過建立有線連接來達(dá)到指揮中心與閥門控制室之間的通信，或者采取每個井室專人負(fù)責(zé)的模式來管理閥門控制器設(shè)備，由于城市管網(wǎng)往往分布較廣，這樣就意味著閥門控制器的施工成本和管理成本的大量投入。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明主要用于城市帶壓管線的壓力穩(wěn)定、流量控制和遠(yuǎn)程應(yīng)急關(guān)閥。微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器的使用解決了目前國內(nèi)市場微電無線閥門控制器只靠國外進(jìn)口的歷史。與此同時新產(chǎn)品的市場投放也解決了國外閥門控制器無法適合國內(nèi)客戶需求的問題。微電無線閥門控制器使用12V蓄電池供電，在電源供應(yīng)上，蓄電池可以接太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)備，無需再接入220V或者380V電源。電壓范圍的降低減少了高壓電入井室的危險性。GPRS通訊模塊增加了信號放大功能，即使把閥門控制器放在井室內(nèi)也不會影響設(shè)備的正常通訊。閥門控制器在封裝過程中充分考慮到了地下井室的惡劣環(huán)境會對閥門控制器的影響，所以在外殼的設(shè)計(jì)中采用IP68防水等級和防爆功能。改現(xiàn)有閥門控制器的有線數(shù)據(jù)通信為無線GPRS通訊，減少布線施工成本。閥門控制器閥門開啟度執(zhí)行單位采用管網(wǎng)自身壓力，無需外部機(jī)械力作用，所以在運(yùn)行過程中功耗很低，是一款真正的低功耗產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明涉及的微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器開發(fā)解決了國內(nèi)閥門控制的高安裝成本及閥門控制安全性低的問題。微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器由控制器主體單元、兩路外置壓力變送器、兩個DC12V先導(dǎo)式電磁閥、外接電源模塊和外接天線五部分組成。其中控制器主體單元包括基于微功耗的單片機(jī)及相關(guān)外圍器件的處理平臺，實(shí)現(xiàn)無線GPRS數(shù)傳模塊、基本工業(yè)通信模塊、功率電氣組件控制模塊、多路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、4M字節(jié)Flash ROM存儲模塊、LED顯示屏和按鍵的輸入輸出電路模塊、電源處理模塊?？刂破魍ㄟ^可編程的微功耗單片機(jī)接收用戶的控制命令完成各執(zhí)行單元的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對電磁閥的控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器的主體單元組成結(jié)構(gòu)
[0007]【9】電源管理模塊【10】GPRS通訊模塊【11】微功耗單片機(jī)
[0008]【12】FlashROM模塊【13】功率電氣組件控制模塊【14】電源模塊
[0009]【15】液晶顯示屏【16】流量計(jì)設(shè)備串口模塊【17】壓力變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換接口
[0010]【18】壓力變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換接口【19】電磁閥驅(qū)動端口 I
[0011]【20】電磁閥驅(qū)動端口 2【21】切換按鈕【22】調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量按鈕
[0012]【23】調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量按鈕【24】外接天線【25】防護(hù)外殼
[0013]圖2為微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器的執(zhí)行單元組成結(jié)構(gòu)
[0014]【I】進(jìn)水口 DC12V電磁閥【2】出水口 DC12V電磁閥【3】進(jìn)水口針閥
[0015]【4】出水口針閥【5】介質(zhì)過濾閥【6】球閥【7】閥前壓力傳感器
[0016]【8】閥后壓力傳感器
[0017]圖3為微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器的總體組成結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0019]用于進(jìn)行命令處理、通信管理和閥門控制的控制器主體單元，控制器主體單元包括用于數(shù)據(jù)處理的微功耗單片機(jī)【11】，兩路用于連接壓力變送器進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口【17】【18】、一路用于連接流量設(shè)備串口模塊【16】和GPRS通訊模塊【10】、一路用于數(shù)據(jù)存儲的Flash ROM模塊【12】、兩個用于驅(qū)動電磁閥的端口 I【19】和端口 2【20】、功率電氣組件控制模塊【13】、用于為控制器主體單元提供電源的電源模塊【14】、用于外接電源控制的電源管理模塊【9】、一個切換遠(yuǎn)程控制和本地控制的切換按鈕【21】、兩個手動調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量的按鈕【22】【23】、用于狀態(tài)顯示的液晶顯示屏【15】、具有IP68防水等級的防護(hù)外殼【25】和外接天線【24】。
[0020]用于執(zhí)行閥門控制器主體單元控制指令的閥門控制器執(zhí)行單元。閥門控制器執(zhí)行單元包括用于控制進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】、調(diào)節(jié)進(jìn)水量和出水量的針閥【3】【4】、關(guān)閉閥前進(jìn)水口的球閥【6】、過濾水介質(zhì)的過濾閥【5】、用于接入閥前閥后感知管網(wǎng)壓力的壓力傳感器【7】【8】。
[0021]結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明具體實(shí)施過程，本發(fā)明包括閥門控制器主體單元和控制器執(zhí)行單元兩大部分，閥門控制器主體單元主要負(fù)責(zé)閥門控制指令的執(zhí)行、管網(wǎng)壓力流量數(shù)據(jù)的采集處理以及周邊電器設(shè)備的管理和控制。閥門控制器主體單元供電由電源模塊【14】進(jìn)行，電源模塊【14】是一塊12V100Ah的蓄電池，通過與電源管理模塊【9】相連來獲取電源供應(yīng)。電源管理模塊【9】則用于外接太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者管道發(fā)電機(jī)，對外接發(fā)電設(shè)備進(jìn)行電源穩(wěn)定和輸入管理。GPRS通訊模塊【10】與外接天線【24】相連，其主要負(fù)責(zé)接收由用戶上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)和控制曲線指令。GPRS通訊模塊【10】把收到的控制參數(shù)和控制指令傳輸給微功耗單片機(jī)【11】，由微功耗單片機(jī)【11】進(jìn)行解析，并把解析的結(jié)果存儲到Flash ROM模塊【12】。然后由微功耗單片機(jī)【11】調(diào)用Flash ROM模塊【12】內(nèi)的控制參數(shù)和控制指令通過功率電氣組件控制模塊【13】對周邊的設(shè)備進(jìn)行管理和控制。在實(shí)際的控制控制中，閥門控制器主體單元會通過流量設(shè)備串口模塊【16】按照Flash ROM模塊【12】內(nèi)存儲的流量讀取頻率參數(shù)來讀取管網(wǎng)的實(shí)時流量信息，并通過流量設(shè)備串口模塊【16】進(jìn)行回傳至微功耗單片機(jī)【11】，由微功耗單片機(jī)【11】進(jìn)行解析和判斷，如果流量沒有達(dá)到用戶上位發(fā)送的控制目標(biāo)，微功耗單片機(jī)【11】則會通過功率電氣組件控制模塊【13】由驅(qū)動電磁閥的端口 I【19】和端口 2【20】對控制進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進(jìn)行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度，通過開啟度的控制來達(dá)到管網(wǎng)衡流的目的。進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】后面分別安裝有針閥【3】和針閥【4】用來控制每次進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】開啟時的進(jìn)水量和出水量的大小，控制閥門平衡的開啟或者關(guān)閉。安裝在控制進(jìn)水的DC12V電磁閥【I】前面分別有一個過濾水介質(zhì)的過濾閥【5】和球閥【6】，過濾水介質(zhì)的過濾閥【5】安裝在球閥【6】之上，球閥【6】由接通閥前管網(wǎng)。介質(zhì)的過濾閥【5】的功能是過濾管網(wǎng)水介質(zhì)中的雜質(zhì)成份，以免雜質(zhì)成份進(jìn)入閥門執(zhí)行單元，對執(zhí)行單元內(nèi)的部件造成堵塞，影響閥門控制效果。球閥【6】則是在需要對閥門控制器執(zhí)行單元進(jìn)行設(shè)備件的更換時進(jìn)行水流的切斷。閥門前和閥門后分別裝有壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】，在實(shí)際的控制中，閥門控制器主體單元會通過壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】按照Flash ROM模塊【12】內(nèi)存儲的壓力采集頻率參數(shù)來采集管網(wǎng)的實(shí)時壓力信息，并通過壓力數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口【17】【18】進(jìn)行回傳至微功耗單片機(jī)【11】，由微功耗單片機(jī)【11】進(jìn)行解析和判斷，如果壓力沒有達(dá)到用戶上位發(fā)送的控制目標(biāo)，微功耗單片機(jī)【11】則會通過功率電氣組件控制模塊【13】由驅(qū)動電磁閥的端口 I【19】和端口 2【20】對控制進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進(jìn)行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度，通過開啟度的控制來達(dá)到管網(wǎng)衡壓的目的。由于本閥門控制器設(shè)備安裝的對象是功能閥，功能閥門在正常工作情況下必須保證閥前和閥后具有一定的壓差值，所以壓力傳感器【7】和壓力傳感器【8】通過對閥前閥后壓力的采集，通過壓差值的計(jì)算也可以避免在執(zhí)行閥門控制過程中由于執(zhí)行過度使閥門失去基礎(chǔ)功能的情況出現(xiàn)。微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器在設(shè)計(jì)過程中充分考慮到了實(shí)際使用環(huán)境和用戶需求，微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器在控制過程中可以通過切換遠(yuǎn)程控制和本地控制的切換按鈕【21】來實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制的切換過程，在切換到本地控制后，操作人員可以使用調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量的按鈕【22】【23】，調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量的按鈕【22】【23】與功率電氣組件控制模塊【13】相連，功率電氣組件控制模塊【13】接收用戶手動操作的閥門開、關(guān)指令，并把指令通過驅(qū)動電磁閥的端口 I【19】和端口 2【20】對控制進(jìn)水和出水的DC12V電磁閥【I】【2】進(jìn)行定時的開啟，從而增加或減少閥門上腔的容水量，通過容水量的增加或者減少來控制閥門的開啟度。液晶顯示屏【15】通過與微功耗單片機(jī)【11】的連接接收微功耗單片機(jī)【11】的實(shí)時控制參數(shù)和實(shí)時壓力或者實(shí)時流量輸出，使用戶實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場閥門控制器控制情況的實(shí)時掌握。通過具有IP68防水等級的防護(hù)外殼【25】的封裝，實(shí)現(xiàn)微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器在惡劣環(huán)境下的正常運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種用于城市帶壓管網(wǎng)衡壓衡流的微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器，主要包括閥門控制器主體單元和閥門執(zhí)行單元兩部分組成。閥門控制器主體單元包括用于數(shù)據(jù)接收的外接天線和通信處理的GPRS模塊、用于數(shù)據(jù)解析及指令執(zhí)行的微功耗單片機(jī)、用于參數(shù)、指令和數(shù)據(jù)存儲的Flash ROM模塊、用于管理外接電氣元件的功率電氣組件控制模塊、用于連接管網(wǎng)流量計(jì)量設(shè)備的流量計(jì)設(shè)備串口模塊、兩路用于驅(qū)動電磁閥的驅(qū)動端口、兩路用于連接壓力傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、用于外接電源轉(zhuǎn)換的電源管理模塊、用于為設(shè)備各功能部件提供電源的電源模塊、一塊用于設(shè)備參數(shù)顯示的液晶顯示屏幕、一個用于切換本地和遠(yuǎn)程控制的切換按鈕和兩個調(diào)節(jié)開啟度的調(diào)節(jié)按鈕、用于封裝以上部件的防護(hù)外殼。其特征是:夕卜接天線與GPRS模塊相連，GPRS模塊與微功耗單片機(jī)相連，微功耗單片機(jī)分別與功率電氣組件控制模塊、Flash ROM模塊和液晶顯示屏幕相連，電源管理模塊與電源模塊相連，電源模塊則通過主板的對應(yīng)電源線路為各模塊供電，防護(hù)外殼把以上部件進(jìn)行內(nèi)部的封裝，切換按鈕和調(diào)節(jié)閥門量按鈕則分別通過嵌入防護(hù)外殼與功率電氣組件控制模塊相連。閥門控制器執(zhí)行單元包括用于控制閥門上腔進(jìn)水量的DC12V電磁閥、控制閥門上腔出水量的DC12V電磁閥、進(jìn)水口針閥、出水口針閥、介質(zhì)過濾閥、球閥、閥前壓力傳感器和閥后壓力傳感器。其特征是:兩路壓力傳感器分別連接功能閥門的進(jìn)水口和出水口并且通過數(shù)據(jù)線與閥門控制器主體單元的兩個壓力變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換端口相連，進(jìn)水口 DC12V電磁閥和出水口 DC12V電磁閥則通過數(shù)據(jù)線與閥門控制器主體單元的電磁閥驅(qū)動端口 I和電磁閥驅(qū)動端口 2相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器，其特征在于執(zhí)行單元的組裝方式按照管網(wǎng)介質(zhì)流向依次為球閥、介質(zhì)過濾閥、進(jìn)水口 DC12V電磁閥、進(jìn)水口針閥、出水口 DC12V電磁閥、出水口針閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器，其特征在于進(jìn)水口和出水口所使用的DC12V電磁閥為直動式常閉電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器，其特征在閥門控制器主體單元內(nèi)電源模塊為12V100Ah鉛酸蓄電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電無線遠(yuǎn)程閥門控制器，其特征在于閥門控制器主體單元的防護(hù)外殼具有IP68防水等級且其材料為合金材質(zhì)。
【文檔編號】F16K31/04GK104235467SQ201310239289
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】戴性照, 宗海俠, 司徒博為, 王昂, 段金剛 申請人:北京創(chuàng)洋森科科技發(fā)展有限公司