(大庆油田有限责任公司第四采油厂)

摘要:机械式手动调节阀门在采油厂应用范围广泛，根据现场的生产实际，员工需要手动调节阀门满足压力、流量在一定控制范围内，精度需求较高，但由于现场仪表与阀门不在同一地点，调节时需要多名员工配合，且每次调节时间长达1～2h，费时费力。通过外加机械装置对手动调节阀门进行改造，实现对阀门进行电气数字控制，且现场应用后取得了较好效果。

关键词:单片机;数控改造;机械阀门

阀门电气数字控制系统主要由机械阀门数控改造调节装置、无线图像传输装置、无线阀门调节控制系统组成。通过员工在屏幕上观测无线回传的压力表图像，根据压力数值，无线控制步进电动机进行调节阀门，可精确操作阀门，提高工作效率，降低工作强度。

装置结构

闸阀机械改造

1) 抱箍齿轮。注水电动机旁的润滑油阀门为闸，员工通过手动旋转手轮来调节阀门的张开程，同时泵的压力也相应发生改变。手动调节精确低、耗时长，更换为高精度电磁调节阀成本高，改造需要停产，因此设计一种机械装置将手动改为旋转法兰变为可控机械调节来进行改造‘”，设计抱箍齿轮，将手轮抱住，同时保证同轴心，可进行机械传动。抱箍齿轮外径(20cm)需大于法兰外径及抱箍螺丝宽度之和。同时由于为后改装的机械调节装置有一定误差，为了保证传动稳定性，将齿高值取为8mm.

2) 传动部分支架。传动支架由管道抱箍、紧固底座、电动机底座组成。

1.2 球阀机械改造

润滑油泵的总阀门为球阀，关闭为调节臂与阀门成90°，全开时夹角为0°，此种阀门调节时动作精度要求更高，采用丝杠传动方式推动阀门:丝杆传动有着更高的精度，配合步进电动机，需1200个电动机脉冲，丝杆才会带动滑块推动阀门打开或关闭1mm。

2 电气控制装置

电气控制装置由电源部分、无线通讯部分、步进电动机驱动电路、液晶显示部分组成。其电路板设计如图1所示。

1)主控芯片。主控芯片采用STCI2CSA60S2单片机，内部有60 KB的Flash和1280 B的RAM有36个IO口，驱动电流为20mA，具有8路10 bit高精度ADC。系统时钟为35MHz/s，运行全部功能任务函数。

2)电源芯片。步进电动机需要12～24 V直流电压驱动，为该部分最高直流电压，因此操控装置的电源设计采用12V直流电源供电，而芯片需要5V电压，采用7805芯片做DC-DC转换芯片，为单片机及无线模块提供5V电源电压。

3)无线模块。阀门与仪表联动采用无线信号控制。无线通讯采用STC12C2052单片机，与主控单片机构成双核CPU，并行总线传递数据，实现多任务运行。通过Sun2014射频无线模块来与控制总阀门与分阀门的控制器进行无线通讯，控制打开或者关小阀门。

4)液晶模块。液晶模块采用黑白工业显示液晶屏，分辨率为128 x 64 ppi，单片机通过并行总线，读写液晶屏，可以进行高速数据显示。通过员工操作，显示阀门开关状态。

5)步进电动机及驱动器。采用_77两相四线制步进电动机，转矩为3Nm，最大电流为3A，通过齿轮传动加力，可产生30 kg的转矩，带动机械阀门。步进电动机驱动器与单片机接日为CP,CW,EN，分别控制转速、转向及锁定。

计算闸阀驱动控制精度:抱箍齿轮齿数为60,电动机齿轮齿数为10，传动比为6，计算出控制精度为0.156，则单次脉冲可以让闸阀手轮旋转0.156°，实现高精度控制。

计算球阀驱动控制精度:根据传动螺杆螺距为2 mm，无转矩细分情况下的单次脉冲旋转角度为5°，计算出控制精度为0.013。则单次脉冲可以让球阀扳手前进0.013mm，实现对球阀高精度控制。

6)闭环反馈系统。该装置可读取数字仪表数据实现闭环联动，在无法实现仪表联动的场合，可采用图像传输的方式，在压力表位置处，安装一无线摄像头，将压力表图像数据无线传输至控制箱，让调试人员通过图像数据进行调节 。

3 现场应用效果

经现场试验，该设备可以完成对压力的设定及自动调节，同时在液晶屏上显示压力数值，调节控制精度可达0.01 MP，实现员工对总润滑油泵压力及分润滑油泵压力的自动调节。

原调节1次润滑油泵需要4名员工调节1h，采用该装置后调节1次，仅需1名员工15 min，平均每调节1次节约3.75工时，按每工时60元计算，一次可产生经济效益225元，每年需对润滑油泵调节约180余次，因此可产生经济效益为40500元。

数控研究对手动调节阀门进行改造，实现对润滑油泵压力的自动控制与调节，降低了员工的劳动强度，提高了工作效率，为企业带来了效益。