電動閥門的智能化及其發(fā)展現(xiàn)狀分析
一、引言
隨著機電一體化的趨勢，以及微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，這些電動閥門在使用中出現(xiàn)越來越多的問題。比如控制精度不高、現(xiàn)場調(diào)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(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，必將被淘汰。因此對電動閥門這一重要的工業(yè)用機械產(chǎn)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(shù)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(guān)和中間位置，閥位由閥門電機的輸出轉(zhuǎn)矩來控制的。目前我國通常采用行程開關(guān)控制閥門電機、力矩開關(guān)起保護作用的工作模式。但是，行程開關(guān)和力矩開關(guān)通常安裝在電動執(zhí)行機構(gòu)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(dǎo)致閥門關(guān)不嚴或者開不到位。輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩選擇過大，一旦電動執(zhí)行機構(gòu)的控制失靈則極易造成閥門局部結(jié)構(gòu)破壞。因此，這種控制方式不能直接控制閥門的啟閉與調(diào)節(jié)，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(nèi)壁形成微凹槽，會導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴形成泄漏。泄露是工業(yè)污染源之一，閥門的泄漏會使介質(zhì)外流引起消耗增加，成本上升，企業(yè)的經(jīng)濟效益下降。易燃、易爆、有毒和有害介質(zhì)外泄，則易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒和人身傷亡等事故。強腐蝕介質(zhì)外漏，會加快廠房和設(shè)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(chǎn)，甚至使生產(chǎn)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(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)不同的工藝條件合理選擇制造閥門的材料，提高閥門生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制水平，以及根據(jù)化工生產(chǎn)過程中各種的工藝條件優(yōu)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(dāng)閥門出現(xiàn)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(chǎn)的需要。
三、電動閥門智能化研究的現(xiàn)狀
1.電動閥門的智能化研究現(xiàn)狀。電動閥門由閥門和電動執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成，但是，至今為止，這兩部分的生產(chǎn)還是由不同的廠家來生產(chǎn)的。各個廠家之間技術(shù)缺乏溝通，只是提高自己產(chǎn)品的質(zhì)量而忽略了整體兩部分的“成套”問題。另外，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了各類閥門的分項技術(shù)標準以及電動執(zhí)行機構(gòu)的行業(yè)標準，但并無“成套”后電動閥門的技術(shù)標準或者標準不統(tǒng)一。這些都使得電動閥門的“成套”出現(xiàn)問題，缺乏相應(yīng)的依據(jù)。另外一方面，就電動閥門的結(jié)構(gòu)而言，閥門的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，而電動執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。因此，人們越來越多的把目光都偏向電動執(zhí)行機構(gòu)，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(fā)展不平衡，“成套”后的智能化水平也不高。
2.電動執(zhí)行機構(gòu)的智能化研究現(xiàn)狀。近年來，隨著微電子、計算機、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，閥門電動執(zhí)行機構(gòu)獲得了快速發(fā)展，國內(nèi)外一些廠商相繼推出了大礙現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能電動執(zhí)行機構(gòu)。這些智能閥門電動執(zhí)行器采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現(xiàn)。當(dāng)前，*的智能閥門電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品主要有：
2.1 IQ系列智能電動執(zhí)行器。英國羅托克（ROTORK）公司于90年代推出了智能型電動執(zhí)行器（IQ系列），與普通執(zhí)行器相比具有如下特點：（1）便利的參數(shù)遙控設(shè)定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的設(shè)定工具，對準執(zhí)行器就可進行參數(shù)的遙控設(shè)定。不僅簡化了設(shè)定工作程序，還提高了設(shè)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(shù)，利用內(nèi)置式液晶顯示板，不僅可準確顯示閥門開、關(guān)狀態(tài)和正常閥門開度等，且在參數(shù)設(shè)定或執(zhí)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(zhí)行器。該系列智能電動執(zhí)行器是重慶川儀十廠由德國H＆amp公司（現(xiàn)屬ABB集團）引進并推出的。MOE700系列為數(shù)字調(diào)節(jié)型－ｓ2控制模式，MME800為連續(xù)調(diào)節(jié)型－ｓ4控制模式，他們采用機械自鎖的渦輪、蝸桿結(jié)構(gòu)，三相電機變頻驅(qū)動和智能化監(jiān)控、數(shù)字檢測技術(shù)，其運行速度和力矩可在線或離線寬范圍設(shè)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(qū)動各類閥體或擋板。
2.3 IKZL智能型電動執(zhí)行器。IKZL智能型電動執(zhí)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(xiàn)代單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接收統(tǒng)一標準直流信號，經(jīng)過運算處理后，zui終驅(qū)動交流電機輸出與之相對應(yīng)的直線位移。該機構(gòu)可方便與調(diào)節(jié)閥配套成自動調(diào)節(jié)閥，具備調(diào)節(jié)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(yè)等工業(yè)部門。
以上幾種智能閥門電動執(zhí)行機構(gòu)的特點是：機電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)，智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)，帶通信技術(shù)功能的逐步取代不帶通信技術(shù)的，數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，運用紅外遙控的非接觸式調(diào)試技術(shù)逐步取代接觸式手動調(diào)試技術(shù)。
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(fā)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(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，為電動閥門的智能化發(fā)展提供了技術(shù)保障?，F(xiàn)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(shù)字化。智能化閥門電動執(zhí)行機構(gòu)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(shù)字信號通過電力線被電動執(zhí)行機構(gòu)接受，電動執(zhí)行機構(gòu)控制器根據(jù)收到的信號對電動執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)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(zhí)行機構(gòu)按照來自控制系統(tǒng)的微處理器的控制信號驅(qū)動閥門，從而來調(diào)整閥門的開度來調(diào)節(jié)流量和壓力。如果在電動執(zhí)行機構(gòu)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(guān)動作值調(diào)整需拆開密封外殼通過調(diào)節(jié)彈簧進行力矩值調(diào)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(yīng)具有完善的故障自診斷功能。通過在閥門電動執(zhí)行機構(gòu)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(shè)置各種檢測功能，如智能電動閥門可以辨識出負轉(zhuǎn)矩，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制指令與執(zhí)行情況不符時，可立即控制接觸器將相序反接，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)的一體化。電動閥門的智能化進程中，離不開閥門和電動執(zhí)行機構(gòu)的一體化設(shè)計。通過一體化結(jié)構(gòu)，把閥門的整個控制回路裝在一個現(xiàn)場儀表中，使控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)的影響，提高了可靠性。
五、結(jié)語
本文介紹了電動閥門智能化研究的必要性和可行性，根據(jù)電動閥門智能化的現(xiàn)狀，總結(jié)了智能電動閥門的特征。目前，我國在電動閥門的智能化建設(shè)方面與發(fā)達國家還有比較的差距，因此只有遵循電動閥門智能化的特征要求，生產(chǎn)設(shè)計更高水平的產(chǎn)品，才能在市場上占有一席之地。
