| 摘要：电动阀门作为现代控制系统 中尤为重要的调节执行机构，智 能化发展却相对落后，实现电动 阀门的自动化、数字化和智能化 已经十分迫切。随着计算机技术 及微电子技术的智能化水平不断 提高，电动阀门的智能化发展也 有了技术保障。本文在对电动阀 门进行介绍的基础上，分析了其 智能化发展的意义和现状，希望 能够对智能电动阀门的研究提供 一定的参考价值。 【关键词】电动阀门 智能化 发展现状 1 传统电动阀门简介 电动阀门是利用电动执行器对阀门的开 和关进行控制的工业用机械类产品，又叫阀门 驱动器或阀门电动头，主要用于调控管道中流 体流量的模拟值，在工业控制系统中具有非常 关键的作用。电动阀门的组成结构包括阀门电 动装置与阀门两个部分，其动作的速度能够进 行调节，结构比较简单，动作力矩通常比普通 阀门要大。 以我国较为先进的、具有代表性的SMC 系列电动阀门产品为例。经过对传统电动阀门 的长期使用，发现它存在一些不足之处，比如 其设计过程复杂，部分零件容易遭到损坏；电 动阀门采用电流的大小来反映阀门的开度，而 工业现场存在多种因素会导致电流等参数的变 化，因此所表示的阀门的开度和实际值之间存 在较大的偏差且不能够实现同步；因为原有的 电动阀门的信号传输过程采用电位器模拟信 号，所以实现的控制距离达不到远距离控制的 要求。在传统电动阀门中，尽管阀体及其专用 的电机已经历经长期的改造优化，能够满足各 类工况下的实际要求，不过对整体性能影响作 用最大的开度检测机构不精确、扭矩控制保护 失效和不能实现远程控制等关键性的技术问题 急需改进和解决。 2 电动阀门的发展进程 自五十年代开始，电动阀门在我国的工 业领域就得到大量的使用，不过目前仍有相当 一部分的产品还停留在最初设计的阶段。随着 人们对工作效率及可靠性能要求的不断提高， 这些产品逐渐显现出较多的不足而必须将被淘 汰，取而代之的是智能化的电动阀门。电子和 计算机科技的飞速进步为电动阀门的数字化以 及智能化提供了技术保障，电动阀门的智能 化过程也历经模拟电子技术及数字电子技术两 个阶段，最新的拥有智能化的电动阀门也使得 技术人员实现日渐普及的无人看守作业。智能 电动阀门克服了最初所设计的产品所存在的缺 陷，拓展了使用的功能及领域，使其性能指标 得到了明显的改善。特别是单片机技术的普遍 应用和兼容多种通讯协议的特性为实现电动阀 门的数字化产生了巨大的推动作用，而且可以 进行自主完成复杂的闭环PID 控制及局域网集 散控制，某些场合还可使用程序模式将操作人 员处理问题的方案加进生产进程中以进一步地 提高电动阀门控制过程的智能化水平。 3 电动阀门智能化的意义 电动阀门在工作时，其实际的阀位包括 全开、全关、中间位三个位置并通过阀门电动 机输出的转矩进行控制。我国使用的电动阀门 大都是通过行程开关控制阀门电机、力矩开关 进行保护的工作方式，而行程开关及力矩开关 一般都安装到电动执行机构上而不是从阀门轴 上直接获取，所以阀位的指示值总产生一定的 误差，而造成阀门的控制精度下降。阀门电机 的重要动力参数选择不合理会导致电动阀门工 作不正常而导致整个管道系统的故障。在选择 的输出转矩太小时，被控阀门的开启和闭合过 程比较困难，极易造成电动机的烧毁。在选择 的输出转矩太大时，电机的控制作用失效，这 时容易使阀门特别是多回转型电动阀门的部分 结构遭到损坏。所以，这种控制方式的精度比 较低，不能够对阀门的启闭和调节过程进行直 接的控制。 4 电动阀门智能化发展现状 近几年来，微电子技术、微机技术、通 讯技术以及机电一体化技术的迅猛发展推动了 电动执行装置的快速发展。国内部分企业在执 行装置的智能化方面进行了探索，先后推出了 多种基于现场总线通信协议的新型智能化的电 动执行技术，控制系统中现场总线技术的应用 使智能化电动执行装置步入实用阶段，这些智 能阀门执行装置运用微处理器通过编程进行控 制。与传统执行装置相比，具有非常大的优势： 现场总线技术的运用减少了现场所用的辅助设 备及信号转换过程中的损失，使得系统更为可 靠，操作和维护简单。 目前，市场中最新的采用智能阀门的执行 装置有英国的IQ 系列、德国的ONTRAC 系 列和国内的IKZL 系列。和传统的执行机构不 同，新型的电动执行机构能够方便的进行参数 遥控的设定，并具有非常丰富的在线显示功能ONTRAC 系列的智能电动执行器使用的具有 自锁能力的蜗轮蜗杆机构、智能控制技术以及 变频驱动三相电机的技术，标准化的程度较高， 功能比较强大。IKZL 系列电动执行器由上海 的一家自动化仪表企业研制，运用单片MCU 及外围芯片构成控制单元处理接收到的直流信 号，最后驱动交流电机输出相应的直线位移。 IKZL 系列电动执行器可以方便的实现与调节 阀的成套组合，能够满足调节阀自身不同的动 作变换需求，在电力、冶金、化工等工业部分 广为应用。 5 电动阀门智能化发展的趋势 电动阀门的智能化发展是一种必然趋势。 目前所说的智能化阀门主要特征为电动阀门通 讯的数字化，阀门操作过程的微机化，诊断并 处理电动阀门过程的智能化、整体结构的一体 化。通讯的数字化即将电动执行机构通过数字 化的通讯模式和主控制室连接来实现，这使阀 门的工作具有更高的灵敏度。阀门控制过程的 微机化具有良好的智能操控功能，能够依据给 出的数据进行调节以设置过程变量，避免利用 机械性力矩控制开关进行动作的问题。电动阀 门的故障诊断及处理的智能化具有良好的故障 自诊断能力，通过在阀门电动执行装置上安装 附加传感器实现对电动阀门的故障诊断。整体 结构一体化设计是将阀门的控制回路安放在现 场仪表的内部，大大简化了控制系统的设计、 安装和维护过程，同时有效的降低了信号的干 扰和泄露问题，增强了工作的可靠性。 6 结语 研究电动阀门的智能化对生产实践至关 重要。当前我国电动阀门的智能化研究仍相对 落后，因此要依据电动阀门智能化发展的趋势 和特点进行分析和设计，以生产出更高水平的 产品。 参考文献 [1] 胡燕, 陈一新, 蒋昱. 数字式阀门控制 器在电厂的应用[J]. 机电产品开发与创 新,2005(01). [2] 杨兆伟, 刘锦. 机电一体化技术的发 展趋势与分析[J]. 机电产品开发与创 新,2008(02). [3] 侯志林. 过程控制与自动化仪表[M]. 北 京: 机械工业出版社,1999. 作者单位 中国燃气涡轮研究院 四川省江油市 621703 |
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