電動閥門的智能化及其發展現狀

2013-07-18 肖亞飛鄭州市人防工程設計研究院

　　在現代控制系統中，傳感器和計算機系統的智能化水平已有顯著提高，而電動閥門作為重要的控制執行機構其智能化水平還十分落后，因此提高電動閥門的智能化程度已經非常迫切。計算機技術與微電子技術的迅猛發展為電動閥門智能化的發展提供了一定的技術保障。本文在介紹現有電動閥門存在不足的基礎上，分析了研究電動閥門智能化的意義，并提出了智能電動閥門應該具有的特征。

一、引言

　　隨著機電一體化的趨勢，以及微電子技術和計算機技術的發展，這些電動閥門在使用中出現越來越多的問題。比如控制精度不高、現場調試不方便、故障診斷方法不完善等，這就使得原有的電動閥門越來越無法適應現代工業發展的需要，必將被淘汰。因此對電動閥門這一重要的工業用機械產品進行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制過程計算機化、通訊功能數字化、故障診斷處理智能化、檢測遠程化，都有著非常重要的意義。

二、電動閥門智能化研究意義

　　閥門實際閥位只有三個位置：開、關和中間位置，閥位由閥門電機的輸出轉矩來控制的。目前我國通常采用行程開關控制閥門電機、力矩開關起保護作用的工作模式。但是，行程開關和力矩開關通常安裝在電動執行機構上，因此閥位信號不能直接從閥門軸上獲得，這就使得閥位的指示值只是一個大概值，從而導致閥門關不嚴或者開不到位。輸出轉矩選擇過小會造成被控閥門啟閉困難，這樣容易使電動及燒毀;若輸出轉矩選擇過大，一旦電動執行機構的控制失靈則極易造成閥門局部結構破壞。因此，這種控制方式不能直接控制閥門的啟閉與調節，控制精度比較低。

　　另外一方面，在這種工作模式下，對直行程截止閥和閘板長期動作壓迫管道內壁形成微凹槽，會導致閥門關閉不嚴形成泄漏。泄露是工業污染源之一，閥門的泄漏會使介質外流引起消耗增加，成本上升，企業的經濟效益下降。易燃、易爆、有毒和有害介質外泄，則易發生火災、爆炸、中毒和人身傷亡等事故。強腐蝕介質外漏，會加快廠房和設備的腐蝕速度，使用使用壽命縮短。因此，泄漏的存在嚴重威脅著安全生產，甚至使生產無法進行。因此，閥門的泄漏問題不容忽視。一直以來，對閥門泄漏的解決方法都是從閥門入手的。優化閥門結構的設計，根據不同的工藝條件合理選擇制造閥門的材料，提高閥門生產過程中的質量控制水平，以及根據化工生產過程中各種的工藝條件優化閥門的選型。盡管這些方法有效的消除了閥門的泄漏問題，但是如果能從改變閥位的控制方式入手，直接控制閥位，當閥門出現泄漏問題時，通過控制的反饋量來對閥門電機控制的閥位進行補償，從而更加有效的控制閥門。同時，改變閥位的控制方式，也是滿足自動化生產的需要。

三、電動閥門智能化研究的現狀

　　1、電動閥門的智能化研究現狀。電動閥門由閥門和電動執行機構兩部分組成，但是，至今為止，這兩部分的生產還是由不同的廠家來生產的。各個廠家之間技術缺乏溝通，只是提高自己產品的質量而忽略了整體兩部分的“成套”問題。另外，盡管現在已經有了各類閥門的分項技術標準以及電動執行機構的行業標準，但并無“成套”后電動閥門的技術標準或者標準不統一。這些都使得電動閥門的“成套”出現問題，缺乏相應的依據。另外一方面，就電動閥門的結構而言，閥門的結構相對比較簡單，而電動執行機構的結構相對比較復雜。因此，人們越來越多的把目光都偏向電動執行機構，致力于提高其的智能化水平。而忽視了閥門本身的智能化水平，使得兩者的智能化水平發展不平衡，“成套”后的智能化水平也不高。

　　2、電動執行機構的智能化研究現狀。近年來，隨著微電子、計算機、通信網絡技術和機電一體化技術的迅速發展，閥門電動執行機構獲得了快速發展，國內外一些廠商相繼推出了大礙現場總線通信協議的智能電動執行機構。這些智能閥門電動執行器采用微處理器系統，所有控制功能均可通過編程實現。當前，國際國內先進的智能閥門電動執行機構產品主要有：

　　2.1、IQ系列智能電動執行器。英國羅托克(ROTORK)公司于90年代推出了智能型電動執行器(IQ系列)，與普通執行器相比具有如下特點：(1)便利的參數遙控設定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的專用設定工具，對準執行器就可進行參數的遙控設定。不僅簡化了設定工作程序，還提高了設備安全運行性，特別是那些要求防爆的場所尤為重要;(2)豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術，利用內置式液晶顯示板，不僅可準確顯示閥門開、關狀態和正常閥門開度等，且在參數設定或執行器有故障時，也能顯示出重要信息;

　　2.2、ONTRAC MOE700/MME800 系列智能電動執行器。該系列智能電動執行器是重慶川儀十廠由德國H&公司(現屬ABB集團)引進并推出的。MOE700系列為數字調節型-s2控制模式，MME800為連續調節型-s4控制模式，他們采用機械自鎖的渦輪、蝸桿結構，三相電機變頻驅動和智能化監控、數字檢測技術，其運行速度和力矩可在線或離線寬范圍設定，標準化程度高。具有功能強大，使用簡單和維護量小的特點，配上不同減速裝置，可輸出角位移(力矩可達40000Nm)和直線位移(推力可達80KN)，驅動各類閥體或擋板。

　　2.3、IKZL智能型電動執行器。IKZL智能型電動執行器由上海自動化儀表股份有限公司下屬自動化儀表十一廠研制。它采用現代高效單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接收統一標準直流信號，經過運算處理后，最終驅動交流電機輸出與之相對應的直線位移。該機構可方便與調節閥配套成自動調節閥，具備調節閥本身所要求的各種動作變換功能，適用于電力、冶金、石油、化工及輕工業等工業部門。

　　以上幾種智能閥門電動執行機構的特點是：機電一體化結構逐步取代組合式結構，智能化控制技術逐步取代純電子控制技術，帶通信技術功能的逐步取代不帶通信技術的，數字控制方式逐步取代傳統的模擬控制方式，運用紅外遙控的非接觸式調試技術逐步取代接觸式手動調試技術。

四、電動閥門智能化的特征

　　市場的需求以及電動閥門自身發展的需要使得電動閥門的智能化進程是必要的，同時機電一體化的趨勢，以及微電子技術和計算機技術的迅猛發展，為電動閥門的智能化發展提供了技術保障。現今所指的智能化閥門主要包括以下幾個特征：

　　1.電動閥門的通訊數字化。智能化閥門電動執行機構采用電力載波的方式與上位機相連，上位機送出的可尋址數字信號通過電力線被電動執行機構接受，電動執行機構控制器根據收到的信號對電動執行機構進行相應的控制，使電動閥門工作方式更加靈活。

　　2.閥門控制過程的計算機化。通常，執行機構按照來自控制系統的微處理器的控制信號驅動閥門，從而來調整閥門的開度來調節流量和壓力。如果在電動執行機構中，增加帶有智能控制的伺服放大器，增加給定值控制功能。智能化控制器的使用，可以改變以往機械性力矩控制開關動作值調整需拆開密封外殼通過調節彈簧進行力矩值調整的狀況。

　　3.電動閥門的故障診斷和處理的智能化。智能化電動閥門應具有完善的故障自診斷功能。通過在閥門電動執行機構上裝載附加傳感器，可以起到對電動閥門的故障診斷的作用。必要時，還可以通過在電路方面設置各種檢測功能，如智能電動閥門可以辨識出負轉矩，當發現控制指令與執行情況不符時，可立即控制接觸器將相序反接，實現相序同步;智能化電動閥門還可以檢測三相電流，檢測到斷相后立即停止閥門電機。

　　4.整體結構的一體化。電動閥門的智能化進程中，離不開閥門和電動執行機構的一體化設計。通過一體化結構，把閥門的整個控制回路裝在一個現場儀表中，使控制系統的設計、安裝、操作和維護等工作大為簡化，也減少了因信號在傳輸中的泄漏和干擾等因素對系統的影響，提高了可靠性。