全自动阀门电动装置试验台的研究

项美根，项晓明，王烈高2，汪双敏，徐永杰，严少强
( 1． 黄山良业阀门有限公司，安徽黄山245041; 2． 黄山市特种设备监督检测中心，安徽黄山245041)

摘要: 介绍了全自动阀门电动装置测试台的性能特点、技术参数及其控制方法，给出了测试台通过扭矩传感器测试阀门的力矩变化并将模拟数据转换成数字信号由计算机控制输出的工作过程( 该装置专利申请号: 2009200477231) 。

 关键词: 阀门; 全自动; 启闭扭矩; 测试装置

 1 前言

由于阀门及其电动装置是在比较复杂的工作状态下运行的，其电学参数和力学参数的变化相当复杂，互相之间的影响也不易描述，如果仅用常规的传感器及其相应的记录仪器、显示仪器，很难完整、快速、准确地反映阀门电动装置的工作状态，以及对所测得参数进行实时分析、判断，更无法实现在试验状态下对阀门的电动装置、电机驱动的调节控制。

本文将介绍一种全自动阀门电动装置试验台，该试验台可用于对阀门电动装置的力学和电学参数的全自动测试。阀门电动装置由电机驱动，阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱连接，电动装置试验台设工控机，工控机为信息处理单元，通过信号线路分别与所述的阀门电动装置和电机连接［1 ～ 8］。

针对阀门电动装置的发展及本质特点，传统形式的检测试验台已经不能满足需要，我司提供的这种全自动阀门电动装置试验台，采用了电脑实现对阀门电动装置的各项力学、电学参数的全面测试，并实现测试过程的调节控制。

为了检测阀门电动装置的性能特点、技术参数及其控制方法，尤其是涉及到对阀门电动装置进行全面综合测试、包括阀门电动装置的扭矩、行程以及远程控制功能测试的综合测试。因此，全自动阀门电动装置试验台的研究是目前检测手段的必然趋势。

2 试验台的组成及工作原理

全自动阀门电动装置测试台的工作原理如图1 所示。该综合测试台包括阀门电动装置、电动装置输出扭矩传感器、电机、电机输出扭矩传感器、传动连接件、工控机、D/A 输出模块等部件。

  图1 全自动阀门电动装置试验台工作原理

其中在阀门电动装置与电机的传动连接件上，设电机输出扭矩传感器; 在阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱的传动连接件上设电动装置输出扭矩传感器; 电动装置试验台设多路测试信号放大器，电机输出扭矩传感器和电动装置输出扭矩传感器通过信号线路与所述的多路测试信号放大器连接; 多路测试信号放大器通过A/D 多路转换器与工控机连接; 阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱的传动连接件上设一对互相啮合的输出脉冲传动齿轮，其中的一个输出脉冲传动齿轮为主动轮，与齿轮传动箱的输入轴连接; 另一个输出脉冲传动齿轮为被动轮，与脉冲编码器的轴连接;脉冲编码器通过信号线路与脉冲计数器连接; 脉冲计数器通过信号线路与工控机连接; 齿轮传动箱的输出端与加载装置即磁粉离合器的输入轴连接; 磁粉离合器通过加载控制信号放大器与D/A输出模块连接; D/A 输出模块与工控机连接; 当电机为交流电机，电机的驱动电路上分别设电压变送器、电流变送器及功率因素变送器，电压变送器、电流变送器及功率因素变送器分别通过信号线路与所述的多路测试信号放大器连接; 电机的驱动电路上设电机控制模块，电机控制模块通过I /O 输入输出模块与工控机连接。

这种全自动阀门电动装置试验台的工控机为信息处理单元，通过信号线路分别与阀门电动装置和电机连接。工控机采用专用工业计算机，可以采用可编程序控制器( PLC) 。利用工控机控制阀门电动装置的开、关、停操作，并接收来自阀门电动装置的返回信号( 包括开位、关位、过扭矩等信号) ; 利用各电量变送器，采集电机的电流、电压、有功功率、功率因素等参数。通过工控机的系统软件编程可模拟各种加载曲线。

系统软件完成以下功能: 工控机操纵电动装置开、关、停; 整定电动装置全行程; 自动进行“行程重复精度”测试; 自动进行“控制力矩重复精度”测试; 自动进行“电动装置机械效率”动态测试; 自动进行“加速过度对控制扭矩影响”测试;自动进行“电机参数”动态测试; 自动进行“起动转矩”测试; 自动进行“堵转转矩”测试; 自动进行“转速”测试。

阀门电动装置与电机的传动连接件上，设电机输出扭矩传感器; 在阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱的传动连接件上设电动装置输出扭矩传感器。阀门电动装置与电机与之间安装一个扭矩传感器，即电机输出扭矩传感器，用于测量电机的输出扭矩; 阀门电动装置下面与齿轮传动箱的传动连接件上安装一个扭矩传感器，即电动装置输出扭矩传感器，用于测量阀门电动装置的输出 扭矩。利用无触点式( 非接触式) 扭矩传感器，读取阀门电动装置及电机输出力矩。根据两个扭矩传感器的信号可测量出电机输出扭矩及电装输出扭矩。

电动装置试验台设多路测试信号放大器，电机输出扭矩传感器和电动装置输出扭矩传感器通过信号线路与多路测试信号放大器连接; 多路测试信号放大器通过A/D 多路转换器与工控机连接。多路测试信号放大器的作用是将各扭矩传感器、各变送器传来的模拟信号放大，并传送给A/D 多路转换器，通过A/D 多路转换器转换成数字信号，再传送给工控机进行处理。

电机的驱动电路上分别设电压变送器、电流变送器、功率因素变送器及功率变送器，电压变送器、电流变送器、功率因素变送器及功率变送器分别通过信号线路与多路测试信号放大器连接。变送器的概念是将被测信号转换为标准电信号的仪器。如: 电流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4 ～ 20mA( 通过250Ω 电阻转换DC1 ～ 5V 或通过500Ω 电阻转换DC2 ～ 10V) 恒流环标准信号，连续输送到接收装置( 计算机或显示仪表) 。又如: 电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成接线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。采用普通传感器电压电流信号，输入电压信号: 0 ～ 5V/0 ～ 10V/1 ～5V3、输出电流信号: 0 ～ 10mA、0 ～ 20mA、4 ～20mA4、输出电压信号: 0 ～ 5VDC、0 ～ 10VDC、1 ～5VDC。

用电流变送器将电机的电流信号转换成模拟信号; 用电压变送器将电机的电压转换成模拟信号; 用功率因素变送器将电机的功率因素转换成模拟信号，用功率变送器将电机的输入功率转换成摸拟信号，然后通过多路测试信号放大器及A/D 多路转换器转换成数字信号送入工控机进行处理。根据电机的的电流、电压及功率因素可计算出电机的输入的电功率。

电机的驱动电路上设电机控制模块，模块通过I /O 输入输出模块与工控机连接。工控机通过I /O 输入输出模块及电机控制模块控制电机的运动，并将阀门电动装置的反馈信号送往工控机进行处理。

阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱的传动连接件上设一对互相啮合的输出脉冲传动齿轮;其中的一个输出脉冲传动齿轮为主动轮，与齿轮传动箱的输入轴连接; 另一个输出脉冲传动齿轮为被动轮，与脉冲编码器的轴连接;

脉冲编码器通过信号线路与脉冲计数器连接; 脉冲计数器通过信号线路与所述的工控机连接。利用脉冲编码器并结合电脑插件板构成绝对编码器，读取电动装置行程数据; 根据脉冲编码器的信号可测量到阀门电动装置的输出轴的转圈数、阀门电动装置的输出轴的转速等参数，进而根据电装总速比计算得到电机的转速。传动连接件即垂直传动轴，通过一对齿轮带动脉冲编码器旋转，通过脉冲计数器转换成数字信号送入工控机进行处理。阀门电动装置的输出轴的转速及输出扭矩可计算出阀门电动装置的输出功率。根据电机的输出轴的转速及输出扭矩可计算出电机的输出机械功率。根据阀门电动装置的输出功率、电机的输出机械功率及电机的输入的电功率，可进一步计算得到电机的效率、阀门电动装置的传动总效率等数据。

齿轮传动箱的输出端与加载装置———磁粉离合器的输入轴连接; 磁粉离合器通过加载控制信号放大器与D/A 输出模块连接; D/A 输出模块与工控机连接。阀门电动装置通过齿轮传动箱加速后带动磁粉制动器，利用磁粉制动器作为加载装置，通过工控机控制，可模拟不同的加载方式。阀门电动装置通过传动连接件即图中的垂直传动轴与齿轮传动箱输入轴相连，齿轮传动箱经过增速，并用水平输出轴与磁粉离合器连接，工控机输出的数字信号经D/A 输出模块转换，得到模拟电压信号，该信号经放大转换成磁粉离合器的控制电流信号，作用于磁粉离合器，达到对阀门电动装置平稳加载的目的。