電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

徐文勝

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,杭州 310020）

在實(shí)際使用過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)不足，充分利用新技術(shù)來提高電動(dòng)閥門的智能化程度，最終提高電動(dòng)閥門的工作效率，是電動(dòng)閥門生產(chǎn)企業(yè)工作的重中之重，也是提高國(guó)民生產(chǎn)能力的一大助力。

1 電動(dòng)閥門概況

1.1 電動(dòng)閥門簡(jiǎn)介

電動(dòng)閥門的組成包括：回轉(zhuǎn)球閥（多為90°，也存在特殊的90°～180°）、旋塞閥、蝶閥以及其他設(shè)備。電動(dòng)閥門的主要作用是控制閥門開啟與關(guān)閉，其操作方式并不固定，既可以手動(dòng)操作，也可以電動(dòng)操作。電動(dòng)閥門的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方式易懂、價(jià)格低廉、安全可靠及性能良好。電動(dòng)閥門的主要應(yīng)用方向：各種新建或者改造項(xiàng)目、風(fēng)力、水利、煤氣、燃?xì)怆娔芨鞣N管道工程以及焦化煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)等。

1.2 電動(dòng)閥門分類

1.2.1 液壓傳動(dòng)閥門

液壓傳動(dòng)閥門的主要優(yōu)點(diǎn)包括：穩(wěn)定性相對(duì)較高，可以在高速情況下保持正常啟動(dòng)與制動(dòng)轉(zhuǎn)向，還可以利用極其小的傳動(dòng)介質(zhì)獲取很大力矩[1]。其缺點(diǎn)有：體積較大，安裝復(fù)雜，后期維修保養(yǎng)繁瑣。除此之外，這種電動(dòng)閥門并不適用于功率小的工作場(chǎng)所，目前這種閥門的應(yīng)用并不是很廣泛。

1.2.2 氣壓傳動(dòng)閥門

氣壓傳動(dòng)閥門的工作原理就是通過壓縮氣體來進(jìn)行動(dòng)力傳遞，最終實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的目的。氣壓傳動(dòng)閥門的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在利用壓縮空氣作為介質(zhì)，這種工作模式使得其防爆防火性能較好，為此應(yīng)用前景很好。但是氣壓傳動(dòng)閥門同樣有其缺點(diǎn)，主要是由于壓縮空氣的獲取過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致閥門的發(fā)展進(jìn)程比較緩慢。

1.2.3 電動(dòng)閥門

電動(dòng)閥門是利用微電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制，主要得益于當(dāng)前國(guó)內(nèi)電子技術(shù)的飛速發(fā)展。電動(dòng)閥門主要由閥門電動(dòng)裝置和閥門兩個(gè)部分組成，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：效率高、調(diào)速快、響應(yīng)迅速以及操作簡(jiǎn)便。電動(dòng)閥門操作過程不但可以通過人力完成，還可以通過先進(jìn)的自動(dòng)裝置控制來完成。但是電動(dòng)閥門也不是十全十美的，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種新的問題也隨之涌現(xiàn)出來，閥門現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的難度不斷增加，故障檢修也由于缺乏經(jīng)驗(yàn)而導(dǎo)致極其困難，電動(dòng)閥門的發(fā)展程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上智能工業(yè)的發(fā)展腳步，準(zhǔn)確性降低的同時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)效率大大降低，在某種程度上拖拽了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展[2]。

1.3 電動(dòng)閥門的發(fā)展進(jìn)程

在二十世紀(jì)50年代，國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)閥門的領(lǐng)域就開始有所涉獵，當(dāng)時(shí)由于國(guó)內(nèi)工業(yè)的發(fā)展急需引進(jìn)這種先進(jìn)的電動(dòng)閥門。后來隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，各行業(yè)對(duì)工作效率與工作安全性的要求在不斷增加，電動(dòng)閥門的應(yīng)用范圍在迅速擴(kuò)張。但是在當(dāng)時(shí)，電動(dòng)閥門的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于電動(dòng)閥門行業(yè)的能力，其技術(shù)水平還停留在原地，產(chǎn)品落后、復(fù)雜、精度差、安裝困難等各種問題都暴露出來，根本不可能滿足較高的生產(chǎn)需求。后來隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，電動(dòng)閥門也逐漸從單一的機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向了智能化的方向。隨著電力電子技術(shù)被應(yīng)用到電動(dòng)閥門的行業(yè)中，電動(dòng)閥門的控制系統(tǒng)終于得到了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步，在逐步克服了原有的各種問題的基礎(chǔ)上，其功能更豐富、性能更優(yōu)秀，可以應(yīng)用的領(lǐng)域也更加廣泛，最重要的是，電動(dòng)閥門的成本也在進(jìn)一步降低，這就意味著，電動(dòng)閥門在滿足工業(yè)發(fā)展需求的同時(shí)，自身的經(jīng)濟(jì)效益也在逐漸上升。

2 電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

電動(dòng)閥門的主要控制方式包括：就地控制，由操作人員進(jìn)行電動(dòng)閥門的人力開啟或關(guān)閉；閥門控制，該控制方法是利用儀表面板上設(shè)置開度值，最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以進(jìn)行故障的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與警報(bào)；遠(yuǎn)程控制，由上位機(jī)發(fā)出控制命令之后，通信接口進(jìn)行命令傳達(dá)，最終執(zhí)行電動(dòng)閥門的開啟或關(guān)閉[3]。

2.1 輸入通道電路設(shè)計(jì)

輸入通道的主要組成包括：位置檢測(cè)信號(hào)、遠(yuǎn)端控制信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)整定。首先由相應(yīng)的變送器檢測(cè)開度值并進(jìn)行信號(hào)反饋，再經(jīng)由旋轉(zhuǎn)電位器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化，使信號(hào)可以被系統(tǒng)所接受，最后利用調(diào)零、調(diào)滿和調(diào)靈敏度電路，進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。

2.2 電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)軟件設(shè)置

主程序，主要起到協(xié)調(diào)各子功能程序的作用。采樣、濾波子程序，該程序主要是進(jìn)行數(shù)學(xué)濾波工作，以及參數(shù)的實(shí)時(shí)采樣。初始化子程序，在進(jìn)行系統(tǒng)自檢工作的同時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的資源分配。數(shù)/模轉(zhuǎn)換子程序，該程序主要進(jìn)行電流信號(hào)—數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

通信子程序，主要負(fù)責(zé)各個(gè)程序之間的信息通信，并且進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)送?？刂谱映绦颍ㄟ^發(fā)出指令使各項(xiàng)機(jī)構(gòu)工作，并驅(qū)使電機(jī)進(jìn)行工作。顯示子程序，該程序主要是顯示電動(dòng)閥門的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。此外還包括鍵盤輸入子程序以及故障報(bào)警子程序。

2.3 電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)硬件電路包括前向采樣通道；中央處理單元；后向控制通道；人機(jī)交互通道；通信接口。以上通道分別具有下列功能：前向采樣通道主要負(fù)責(zé)進(jìn)行電動(dòng)閥門的信號(hào)采樣，將開度信號(hào)轉(zhuǎn)化后輸送至中央處理單元[4]。中央處理單元在接受信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比，并決定采取哪種控制策略來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。后向控制通道的主要任務(wù)是接受各種控制命令，主要起到配合作用。人機(jī)交互通道進(jìn)行電動(dòng)閥門的初始數(shù)值鍵入，實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)閥門的運(yùn)行狀況，并進(jìn)行實(shí)際開度值的實(shí)時(shí)顯示。通信接口則通過現(xiàn)場(chǎng)總線接受控制命令，然后將各個(gè)閥門的參數(shù)傳遞給上位機(jī)。

3 電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電動(dòng)執(zhí)行裝置的基礎(chǔ)工作是為控制器設(shè)置各種信息，比如：過轉(zhuǎn)距信號(hào)、控制器開關(guān)極限、加設(shè)滑動(dòng)變阻器、加設(shè)閃光顯示集中設(shè)備、設(shè)置操作回路的電壓。

控制器主要分為兩類，一種是控制器顯示回路電壓與操作回路電壓相同，一種則是控制器顯示回路電壓與操作回路電壓不同，這兩種控制器出現(xiàn)差別的主要原因是變壓器的存在與否[5]。通過研究?jī)煞N較為典型的控制器，可以看出，開、關(guān)極限以及信號(hào)出現(xiàn)不同的數(shù)值變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行裝置、控制器二者不相匹配，需要進(jìn)行線路調(diào)整，在線路調(diào)整時(shí)需要注意盡量選擇效率最高且最便捷的調(diào)整方式。

4 結(jié)語

雖然國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)閥門的應(yīng)用已經(jīng)十分重視，但是相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來講，仍有一定差異，電動(dòng)閥門在實(shí)際使用與推廣過程中，仍然存在著諸多問題。隨著電動(dòng)閥門的應(yīng)用越來越廣，內(nèi)容越來越豐富，相信我們一定可以在實(shí)際使用過程中總結(jié)寶貴經(jīng)驗(yàn)，開拓創(chuàng)新，積極推進(jìn)智能化，使電動(dòng)閥門盡早擺脫各種控制問題，為國(guó)內(nèi)工業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。