邵澤華

(成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川 成都 610100)

1 概述

機電閥(即切斷閥)是物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表的核心控制單元，主要功能為：①保障計量的公平性。機電閥在預(yù)購氣量用完、電池無電、強磁場干擾等異常狀態(tài)下可有效切斷天然氣供應(yīng)，防止異常賬單的產(chǎn)生，保證計量的公平性，保護燃氣公司和燃氣用戶雙方利益。②保障燃氣使用的安全性。通過在物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表中內(nèi)置機電閥，配合軟硬件設(shè)計，在識別出流量、壓力、泄漏等異常狀態(tài)時，可通過機電閥立即切斷燃氣供應(yīng)。本文對物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥到位檢測技術(shù)進行探討。

2 燃氣表機電閥到位檢測存在的問題

目前，市場上的燃氣表機電閥主要采用螺桿傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動等方式執(zhí)行開關(guān)閥操作[1]，并利用到位檢測裝置對燃氣表機電閥是否開關(guān)到位進行檢測，從而判斷燃氣表機電閥開關(guān)閥動作是否正確、準確完成，也對機電閥的狀態(tài)實現(xiàn)感知。

傳統(tǒng)燃氣表機電閥到位檢測裝置通常采用微動開關(guān)，即接觸式開關(guān)，具有機械結(jié)構(gòu)簡單、裝配精度要求不高的優(yōu)點。但由于燃氣表機電閥只有在燃氣泄漏、欠費等少數(shù)情況下才會有開關(guān)閥行為，微動開關(guān)的動作頻率較低，平均頻率通常低于每月1次，容易造成微動開關(guān)的觸點氧化，可靠性得不到保證。燃氣表正常使用過程中，微動開關(guān)長期處于按下狀態(tài)，加快了元件的劣化速率以及特性改變速率，造成微動開關(guān)的使用壽命低于燃氣表使用壽命，不利于燃氣表的長期安全使用。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥到位檢測技術(shù)

3.1 到位檢測裝置原理

開閥、關(guān)閥狀態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥分別見圖1、2。物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥到位檢測裝置采用非接觸傳感器，借助光電元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，實現(xiàn)對機電閥狀態(tài)的感知。非接觸傳感器不存在物理觸點，因此不存在易氧化、可靠性低的問題，減少維修成本，延長機電閥的使用壽命。

由圖1可知，開閥狀態(tài)下，機電閥閥瓣處于打開狀態(tài)，燃氣從閥門進氣口進入機電閥內(nèi)部后，從閥門出氣口流出。遮擋部件位于非接觸傳感器凹槽外。由圖2可知，關(guān)閥狀態(tài)下，機電閥閥瓣處于關(guān)閉狀態(tài)，燃氣從閥門進氣口進入機電閥后，無法從閥門出氣口流出，實現(xiàn)燃氣切斷。遮擋部件位于非接觸傳感器凹槽內(nèi)。

圖1 開閥狀態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥

圖2 關(guān)閥狀態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥

3.2 到位檢測電路

閥瓣驅(qū)動電路、到位檢測電路見圖3。圖中藍色線表示閥瓣驅(qū)動電路，其他表示到位檢測電路。主控芯片通過信號接收端實現(xiàn)對非接觸傳感器的反饋信號的接收，判斷燃氣表機電閥是否正常開關(guān)。

圖3 閥瓣驅(qū)動電路、到位檢測電路

閥瓣驅(qū)動電路接收主控芯片的開關(guān)閥信號，控制電動機工作，實現(xiàn)燃氣表機電閥的開閥與關(guān)閥。到位檢測電路的開關(guān)組件包括三極管Q1、電阻R1。三極管Q1的基極與主控芯片的信號輸出端連接，發(fā)射極接地，集電極與電阻R1連接。發(fā)光二極管的正極與外接電源(電壓為3 V)連接，負極與電阻R1連接。受光三極管的集電極與電阻R2(上拉電阻)連接，發(fā)射極接地。主控芯片信號接收端與電阻R2連接，電阻R2同時連接有外接電源。電阻R3與主控芯片的信號輸出端以及三極管Q1的基極連接，實現(xiàn)穩(wěn)壓效果。

3.3 工作流程

當物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥需要開啟或關(guān)閉時，由主控芯片向閥瓣驅(qū)動電路發(fā)送開關(guān)閥信號，電動機轉(zhuǎn)動從而帶動推動件運動。推動件的運動帶動傳動件動作，實現(xiàn)機電閥的開閥與關(guān)閥。

在燃氣正常使用過程中，物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥多處于開啟狀態(tài)。當完成開閥到位檢測后，發(fā)光二極管熄滅，在接收到下一道開關(guān)閥指令前，到位檢測電路始終處于休眠狀態(tài)。此時，受光三極管由于無法接收到光線處于不導(dǎo)通狀態(tài)，主控芯片的信號接收端接收到的是電阻R2的高電平信號。

① 關(guān)閥

處于開閥狀態(tài)的燃氣表機電閥見圖1，此時到位檢測電路處于休眠狀態(tài)。當遇到流量、壓力、泄漏等異常情況及用戶欠費時[2]，主控芯片向閥瓣驅(qū)動電路發(fā)送關(guān)閥信號，由電動機執(zhí)行關(guān)閥動作。在電動機執(zhí)行關(guān)閥動作后，主控芯片向開關(guān)組件發(fā)送高電平，使開關(guān)組件導(dǎo)通(即向三極管Q1發(fā)送高電平，使三極管Q1導(dǎo)通)。此時，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光。

若關(guān)閥到位，遮擋部件將插入非接觸傳感器的凹槽內(nèi)(見圖2)，發(fā)光二極管發(fā)出的光不能被受光三極管接收，受光三極管不能導(dǎo)通，主控芯片信號接收端接收的信號為電阻R2的高電平信號。若此時主控芯片信號接收端接收的信號依舊是低電平信號，則說明受光三極管導(dǎo)通(受光三極管接收到發(fā)光二極管的發(fā)光信號)，機電閥未能正常關(guān)閥，機電閥出現(xiàn)故障。故障信息將在燃氣表顯示屏上顯示，還可發(fā)出聲音提醒燃氣用戶，同時將故障信息上傳給燃氣公司。

② 開閥

處于關(guān)閥狀態(tài)的燃氣表機電閥見圖2，此時到位檢測電路處于休眠狀態(tài)。當物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表故障解除或燃氣用戶充值后，先由燃氣公司向物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表遠程發(fā)送開閥指令，然后再由人工在現(xiàn)場按下表端復(fù)位按鈕。主控芯片向閥瓣驅(qū)動電路發(fā)送開閥信號，由電動機執(zhí)行開閥動作。在電動機執(zhí)行開閥動作后，主控芯片向開關(guān)組件發(fā)送高電平，使開關(guān)組件導(dǎo)通(即向三極管Q1發(fā)送高電平，使三極管Q1導(dǎo)通)。此時，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光。

若開閥到位，此時遮擋部件位于非接觸傳感器的凹槽外，發(fā)光二極管發(fā)出的光線能夠被受光三極管接收，使受光三極管導(dǎo)通。受光三極管導(dǎo)通后，會將主控芯片信號接收端的信號下拉至低電平，主控芯片信號接收端接收到低電平信號。若此時主控芯片信號接收端依舊檢測到高電平信號，則說明受光三極管未導(dǎo)通(未接收到光線)，遮擋部件仍位于非接觸傳感器的凹槽內(nèi)，機電閥未能正常開閥，機電閥出現(xiàn)故障。故障信息將在顯示屏上顯示，還可發(fā)出聲音以提醒燃氣用戶，同時將故障信息上傳給燃氣公司。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表機電閥到位檢測裝置為非接觸式傳感器，采用光電原理檢測燃氣表機電閥是否開關(guān)到位。與采用接觸式傳感器的傳統(tǒng)到位檢測裝置相比，由于沒有機械觸點，具有工作穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)勢。可有效降低因燃氣表機電閥故障而產(chǎn)生的維修成本，提高物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表的工作穩(wěn)定性，為安全、公平用氣提供有力保障。