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电动阀门的智能化及其发展现状

[来源:来自网络] [作者:admin] [日期:13-05-09] [热度:]
随着机电一体化的趋势,以及微电子技术和计算机技术的发展,这些电动阀门在使用中出现越来越多的问题。比如控制精度不高、现场调试不方便、故障诊断方法不完善等,这就使得原有的电动阀门越来越无法适应现代工业发展
    一、引言
    随着机电一体化的趋势,以及微电子技术和计算机技术的发展,这些电动阀门在使用中出现越来越多的问题。比如控制精度不高、现场调试不方便、故障诊断方法不完善等,这就使得原有的电动阀门越来越无法适应现代工业发展的需要,必将被淘汰。因此对电动阀门这一重要的工业用机械产品进行有效的改造,提高其智能化程度,使其控制过程计算机化、通讯功能数字化、故障诊断处理智能化、检测远程化,都有着非常重要的意义。
    二、电动阀门智能化研究意义
    阀门实际阀位只有三个位置:开、关和中间位置,阀位由阀门电机的输出转矩来控制的。目前我国通常采用行程开关控制阀门电机、力矩开关起保护作用的工作模式。但是,行程开关和力矩开关通常安装在电动执行机构上,因此阀位信号不能直接从阀门轴上获得,这就使得阀位的指示值只是一个大概值,从而导致阀门关不严或者开不到位。输出转矩选择过小会造成被控阀门启闭困难,这样容易使电动及烧毁;若输出转矩选择过大,一旦电动执行机构的控制失灵则极易造成阀门局部结构破坏。因此,这种控制方式不能直接控制阀门的启闭与调节,控制精度比较低。
    另外一方面,在这种工作模式下,对直行程截止阀和闸板长期动作压迫管道内壁形成微凹槽,会导致阀门关闭不严形成泄漏。泄露是工业污染源之一,阀门的泄漏会使介质外流引起消耗增加,成本上升,企业的经济效益下降。易燃、易爆、有毒和有害介质外泄,则易发生火灾、爆炸、中毒和人身伤亡等事故。强腐蚀介质外漏,会加快厂房和设备的腐蚀速度,使用使用寿命缩短。因此,泄漏的存在严重威胁着安全生产,甚至使生产无法进行。因此,阀门的泄漏问题不容忽视。一直以来,对阀门泄漏的解决方法都是从阀门入手的。优化阀门结构的设计,根据不同的工艺条件合理选择制造阀门的材料,提高阀门生产过程中的质量控制水平,以及根据化工生产过程中各种的工艺条件优化阀门的选型。尽管这些方法有效的消除了阀门的泄漏问题,但是如果能从改变阀位的控制方式入手,直接控制阀位,当阀门出现泄漏问题时,通过控制的反馈量来对阀门电机控制的阀位进行补偿,从而更加有效的控制阀门。同时,改变阀位的控制方式,也是满足自动化生产的需要。
    三、电动阀门智能化研究的现状
    1.电动阀门的智能化研究现状。电动阀门由阀门和电动执行机构两部分组成,但是,至今为止,这两部分的生产还是由不同的厂家来生产的。各个厂家之间技术缺乏沟通,只是提高自己产品的质量而忽略了整体两部分的“成套”问题。另外,尽管现在已经有了各类阀门的分项技术标准以及电动执行机构的行业标准,但并无“成套”后电动阀门的技术标准或者标准不统一。这些都使得电动阀门的“成套”出现问题,缺乏相应的依据。另外一方面,就电动阀门的结构而言,阀门的结构相对比较简单,而电动执行机构的结构相对比较复杂。因此,人们越来越多的把目光都偏向电动执行机构,致力于提高其的智能化水平。而忽视了阀门本身的智能化水平,使得两者的智能化水平发展不平衡,“成套”后的智能化水平也不高。
    2.电动执行机构的智能化研究现状。近年来,随着微电子、计算机、通信网络技术和机电一体化技术的迅速发展,阀门电动执行机构获得了快速发展,国内外一些厂商相继推出了大碍现场总线通信协议的智能电动执行机构。这些智能阀门电动执行器采用微处理器系统,所有控制功能均可通过编程实现。当前,国际国内先进的智能阀门电动执行机构产品主要有:
    2.1 IQ系列智能电动执行器。英国罗托克(ROTORK)公司于90年代推出了智能型电动执行器(IQ系列),与普通执行器相比具有如下特点:(1)便利的参数遥控设定功能。投入使用前,只要使用由厂家提供的专用设定工具,对准执行器就可进行参数的遥控设定。不仅简化了设定工作程序,还提高了设备安全运行性,特别是那些要求防爆的场所尤为重要;(2)丰富的在线显示功能。采用液晶显示技术,利用内置式液晶显示板,不仅可准确显示阀门开、关状态和正常阀门开度等,且在参数设定或执行器有故障时,也能显示出重要信息;
    2.2 ONTRAC MOE700/MME800 系列智能电动执行器。该系列智能电动执行器是重庆川仪十厂由德国H&amp公司(现属ABB集团)引进并推出的。MOE700系列为数字调节型-s2控制模式,MME800为连续调节型-s4控制模式,他们采用机械自锁的涡轮、蜗杆结构,三相电机变频驱动和智能化监控、数字检测技术,其运行速度和力矩可在线或离线宽范围设定,标准化程度高。具有功能强大,使用简单和维护量小的特点,配上不同减速装置,可输出角位移(力矩可达40000Nm)和直线位移(推力可达80KN),驱动各类阀体或挡板。
    2.3 IKZL智能型电动执行器。IKZL智能型电动执行器由上海自动化仪表股份有限公司下属自动化仪表十一厂研制。它采用现代高效单片MCU和外围芯片组成控制单元,接收统一标准直流信号,经过运算处理后,最终驱动交流电机输出与之相对应的直线位移。该机构可方便与调节阀配套成自动调节阀,具备调节阀本身所要求的各种动作变换功能,适用于电力、冶金、石油、化工及轻工业等工业部门。
    以上几种智能阀门电动执行机构的特点是:机电一体化结构逐步取代组合式结构,智能化控制技术逐步取代纯电子控制技术,带通信技术功能的逐步取代不带通信技术的,数字控制方式逐步取代传统的模拟控制方式,运用红外遥控的非接触式调试技术逐步取代接触式手动调试技术。
    四、电动阀门智能化的特征
    市场的需求以及电动阀门自身发展的需要使得电动阀门的智能化进程是必要的,同时机电一体化的趋势,以及微电子技术和计算机技术的迅猛发展,为电动阀门的智能化发展提供了技术保障。现今所指的智能化阀门主要包括以下几个特征:
    1.电动阀门的通讯数字化。智能化阀门电动执行机构采用电力载波的方式与上位机相连,上位机送出的可寻址数字信号通过电力线被电动执行机构接受,电动执行机构控制器根据收到的信号对电动执行机构进行相应的控制,使电动阀门工作方式更加灵活。
    2.阀门控制过程的计算机化。通常,执行机构按照来自控制系统的微处理器的控制信号驱动阀门,从而来调整阀门的开度来调节流量和压力。如果在电动执行机构中,增加带有智能控制的伺服放大器,增加给定值控制功能。智能化控制器的使用,可以改变以往机械性力矩控制开关动作值调整需拆开密封外壳通过调节弹簧进行力矩值调整的状况。
    3.电动阀门的故障诊断和处理的智能化。智能化电动阀门应具有完善的故障自诊断功能。通过在阀门电动执行机构上装载附加传感器,可以起到对电动阀门的故障诊断的作用。必要时,还可以通过在电路方面设置各种检测功能,如智能电动阀门可以辨识出负转矩,当发现控制指令与执行情况不符时,可立即控制接触器将相序反接,实现相序同步;智能化电动阀门还可以检测三相电流,检测到断相后立即停止阀门电机。
    4.整体结构的一体化。电动阀门的智能化进程中,离不开阀门和电动执行机构的一体化设计。通过一体化结构,把阀门的整个控制回路装在一个现场仪表中,使控制系统的设计、安装、操作和维护等工作大为简化,也减少了因信号在传输中的泄漏和干扰等因素对系统的影响,提高了可靠性。
    五、结语
    本文介绍了电动阀门智能化研究的必要性和可行性,根据电动阀门智能化的现状,总结了智能电动阀门的特征。目前,我国在电动阀门的智能化建设方面与发达国家还有比较的差距,因此只有遵循电动阀门智能化的特征要求,生产设计更高水平的产品,才能在国际市场上占有一席之地。