一、引言
隨著機(jī)電一體化的趨勢，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些電動(dòng)閥在使用中出現(xiàn)了越來越多的問題。如控制精度低、現(xiàn)場調(diào)試不方便、故障診斷方法不完善等，使原電動(dòng)閥越來越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，將被淘汰。因此，有效改造重要的工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品電動(dòng)閥，提高其智能化程度，使其控制過程計(jì)算機(jī)化、數(shù)字通信功能、智能故障診斷處理、遠(yuǎn)程檢測具有重要意義。
2.智能電動(dòng)閥的研究意義
閥門的實(shí)際閥位只有三個(gè)位置：開關(guān)和中間位置。閥位由閥門電機(jī)的輸出扭矩控制。目前，我國通常采用行程開關(guān)控制閥門電機(jī)和扭矩開關(guān)起保護(hù)作用的工作模式。然而，行程開關(guān)和扭矩開關(guān)通常安裝在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，因此閥位信號(hào)不能直接從閥軸上獲得，這使得閥位的指示值只是一個(gè)大致值，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)或打開不到位。輸出扭矩選擇過小難以啟閉，容易電動(dòng)燒毀；如果輸出扭矩選擇過大，一旦電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制失敗，很容易損壞閥門的局部結(jié)構(gòu)。因此，該控制模式不能直接控制閥門的開關(guān)和調(diào)整，控制精度相對(duì)較低。
另一方面，在這種工作模式下，直接行程截止閥和閘板的長期運(yùn)動(dòng)壓迫管道內(nèi)壁形成微凹槽，會(huì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)，造成泄漏。泄漏是工業(yè)污染源之一。閥門泄漏會(huì)增加介質(zhì)外流的消耗，增加成本，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。易燃、易爆、有毒、有害介質(zhì)泄漏容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒、人身傷亡等事故。強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)泄漏會(huì)加速工廠和設(shè)備的腐蝕速度，縮短使用壽命。因此，泄漏的存在嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)，甚至使生產(chǎn)無法進(jìn)行。因此，閥門的泄漏問題不容忽視。閥門泄漏的解決方案一直是從閥門開始的。優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，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，并根據(jù)化工生產(chǎn)過程中的各種工藝條件優(yōu)化閥門的選擇。雖然這些方法可以有效地消除泄漏問題，但也可以通過改變閥門的電機(jī)反饋來有效地控制閥門位置。
3.電動(dòng)閥智能研究的現(xiàn)狀
1.電動(dòng)閥門的智能研究現(xiàn)狀。電動(dòng)閥門由閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，但到目前為止，這兩部分的生產(chǎn)仍由不同的制造商生產(chǎn)。制造商之間缺乏技術(shù)溝通，只是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而忽略了整體兩部分的完整問題。此外，雖然現(xiàn)在有了各種閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但電動(dòng)閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)在完整后并不統(tǒng)一。這些都導(dǎo)致了電動(dòng)閥門的完整問題，缺乏相應(yīng)的依據(jù)。另一方面，就電動(dòng)閥門的結(jié)構(gòu)而言，閥門的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，而電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。因此，越來越多的人關(guān)注電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并致力于提高其智能水平。忽視閥門本身的智能水平，使兩者的智能水平發(fā)展不平衡，完整后的智能水平不高。
2.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能研究現(xiàn)狀。近年來，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)展迅速，一些國內(nèi)外制造商推出了嚴(yán)重妨礙現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些智能閥電動(dòng)執(zhí)行器采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能都可以通過編程實(shí)現(xiàn)。目前，國際國內(nèi)先進(jìn)的智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品主要包括：
2.1 IQ智能電動(dòng)執(zhí)行器系列。英國羅托克（ROTORK）20世紀(jì)90年代，該公司推出了智能電動(dòng)執(zhí)行器（IQ與普通執(zhí)行器相比，該系列具有以下特點(diǎn)：（1）方便的參數(shù)遙控設(shè)置功能。在投入使用前，只要使用制造商提供的專用設(shè)置工具，就可以對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器進(jìn)行參數(shù)遙控設(shè)置。它不僅簡化了設(shè)置工作程序，而且提高了設(shè)備的安全運(yùn)行，特別是那些需要防爆的地方；（2）豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術(shù)和內(nèi)置液晶顯示板，不僅能準(zhǔn)確顯示閥門開啟、關(guān)閉狀態(tài)和正常閥門開啟，還能顯示參數(shù)設(shè)置或執(zhí)行器故障時(shí)的重要信息；
2.2 ONTRAC MOE700/MME800 系列智能電動(dòng)執(zhí)行器。該系列智能電動(dòng)執(zhí)行器是德國重慶川儀十廠H＆amp公司（現(xiàn)屬ABB集團(tuán))引進(jìn)推出。MOE700系列是數(shù)字調(diào)節(jié)-S2控制模式，MME800是一種連續(xù)調(diào)節(jié)-S4控制模式。采用機(jī)械自鎖渦輪和蝸桿結(jié)構(gòu)、三相電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)、智能監(jiān)控和數(shù)字檢測技術(shù)。其運(yùn)行速度和扭矩可設(shè)置在線或離線寬范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。功能強(qiáng)大，使用簡單，維護(hù)量小，配備不同的減速裝置，可輸出角位移（扭矩可達(dá)4萬Nm)和直線位移(推力可達(dá)800KN），驅(qū)動(dòng)各種閥體或擋板。
2.3 IKZL智能電動(dòng)執(zhí)行器。IKZL智能電動(dòng)執(zhí)行器由上海自動(dòng)化儀表有限公司自動(dòng)化儀表十一廠開發(fā)。采用現(xiàn)代高效單片MCU控制單元由外圍芯片組成，接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，最終驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)輸出相應(yīng)的直線位移。該機(jī)構(gòu)可方便地與調(diào)節(jié)閥配套成自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具有調(diào)節(jié)閥本身所需的各種動(dòng)作轉(zhuǎn)換功能，適用于電力、冶金、石油、化工、輕工業(yè)等工業(yè)部門。
上述智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐漸取代組合結(jié)構(gòu)，智能控制技術(shù)逐漸取代純電子控制技術(shù)，通信技術(shù)功能逐漸取代無通信技術(shù)，數(shù)字控制模式逐漸取代傳統(tǒng)的模擬控制模式，紅外遙控非接觸調(diào)試技術(shù)逐漸取代接觸手動(dòng)調(diào)試技術(shù)。
4.電動(dòng)閥智能化的特點(diǎn)
市場需求和電動(dòng)閥本身的發(fā)展使電動(dòng)閥的智能過程是必要的。同時(shí)，機(jī)電一體化的趨勢，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為電動(dòng)閥的智能發(fā)展提供了技術(shù)保障。智能閥主要包括以下特點(diǎn)：
1.電動(dòng)閥的通信數(shù)字化。智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電載波與上位機(jī)連接，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器根據(jù)收到的信號(hào)控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使電動(dòng)閥工作模式更加靈活。
2.閥門控制過程的計(jì)算機(jī)化。通常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)來自控制系統(tǒng)的微處理器的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，以調(diào)整閥門的開度來調(diào)整流量和壓力。如果在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中增加了智能控制伺服放大器，則增加了給定值控制功能。智能控制器的使用可以改變以往機(jī)械扭矩控制開關(guān)的動(dòng)作值調(diào)整。
3.智能電動(dòng)閥的故障診斷和處理。智能電動(dòng)閥應(yīng)具有完善的故障自診斷功能。通過在閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝額外的傳感器，可以在電動(dòng)閥門的故障診斷中發(fā)揮作用。必要時(shí)，還可以在電路中設(shè)置各種檢測功能，如智能電動(dòng)閥可以識(shí)別負(fù)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制指令與執(zhí)行不一致時(shí)，可以立即控制接觸器反接相序，實(shí)現(xiàn)相序同步；智能電動(dòng)閥還可以檢測三相電流，檢測斷開后立即停止閥電機(jī)。
4.整體結(jié)構(gòu)的集成。在電動(dòng)閥的智能化過程中，與閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)是分不開的。通過集成結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場儀表中安裝閥門的整個(gè)控制電路，大大簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)，減少了信號(hào)傳輸中泄漏和干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了可靠性。
五、結(jié)語
本文介紹了電動(dòng)閥智能研究的必要性和可行性。根據(jù)電動(dòng)閥智能化的現(xiàn)狀，總結(jié)了智能電動(dòng)閥的特點(diǎn)。目前，我國電動(dòng)閥智能化建設(shè)與發(fā)達(dá)國家仍存在差距。因此，只有遵循電動(dòng)閥智能化的特點(diǎn)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)更高水平的產(chǎn)品，才能在國際市場占有一席之地。
隨著機(jī)電一體化的趨勢，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些電動(dòng)閥在使用中出現(xiàn)了越來越多的問題。如控制精度低、現(xiàn)場調(diào)試不方便、故障診斷方法不完善等，使原電動(dòng)閥越來越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，將被淘汰。因此，有效改造重要的工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品電動(dòng)閥，提高其智能化程度，使其控制過程計(jì)算機(jī)化、數(shù)字通信功能、智能故障診斷處理、遠(yuǎn)程檢測具有重要意義。
2.智能電動(dòng)閥的研究意義
閥門的實(shí)際閥位只有三個(gè)位置：開關(guān)和中間位置。閥位由閥門電機(jī)的輸出扭矩控制。目前，我國通常采用行程開關(guān)控制閥門電機(jī)和扭矩開關(guān)起保護(hù)作用的工作模式。然而，行程開關(guān)和扭矩開關(guān)通常安裝在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，因此閥位信號(hào)不能直接從閥軸上獲得，這使得閥位的指示值只是一個(gè)大致值，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)或打開不到位。輸出扭矩選擇過小難以啟閉，容易電動(dòng)燒毀；如果輸出扭矩選擇過大，一旦電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制失敗，很容易損壞閥門的局部結(jié)構(gòu)。因此，該控制模式不能直接控制閥門的開關(guān)和調(diào)整，控制精度相對(duì)較低。
另一方面，在這種工作模式下，直接行程截止閥和閘板的長期運(yùn)動(dòng)壓迫管道內(nèi)壁形成微凹槽，會(huì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)，造成泄漏。泄漏是工業(yè)污染源之一。閥門泄漏會(huì)增加介質(zhì)外流的消耗，增加成本，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。易燃、易爆、有毒、有害介質(zhì)泄漏容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒、人身傷亡等事故。強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)泄漏會(huì)加速工廠和設(shè)備的腐蝕速度，縮短使用壽命。因此，泄漏的存在嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)，甚至使生產(chǎn)無法進(jìn)行。因此，閥門的泄漏問題不容忽視。閥門泄漏的解決方案一直是從閥門開始的。優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，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，并根據(jù)化工生產(chǎn)過程中的各種工藝條件優(yōu)化閥門的選擇。雖然這些方法可以有效地消除泄漏問題，但也可以通過改變閥門的電機(jī)反饋來有效地控制閥門位置。
3.電動(dòng)閥智能研究的現(xiàn)狀
1.電動(dòng)閥門的智能研究現(xiàn)狀。電動(dòng)閥門由閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，但到目前為止，這兩部分的生產(chǎn)仍由不同的制造商生產(chǎn)。制造商之間缺乏技術(shù)溝通，只是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而忽略了整體兩部分的完整問題。此外，雖然現(xiàn)在有了各種閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但電動(dòng)閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)在完整后并不統(tǒng)一。這些都導(dǎo)致了電動(dòng)閥門的完整問題，缺乏相應(yīng)的依據(jù)。另一方面，就電動(dòng)閥門的結(jié)構(gòu)而言，閥門的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，而電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。因此，越來越多的人關(guān)注電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并致力于提高其智能水平。忽視閥門本身的智能水平，使兩者的智能水平發(fā)展不平衡，完整后的智能水平不高。
2.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能研究現(xiàn)狀。近年來，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)展迅速，一些國內(nèi)外制造商推出了嚴(yán)重妨礙現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些智能閥電動(dòng)執(zhí)行器采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能都可以通過編程實(shí)現(xiàn)。目前，國際國內(nèi)先進(jìn)的智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品主要包括：
2.1 IQ智能電動(dòng)執(zhí)行器系列。英國羅托克（ROTORK）20世紀(jì)90年代，該公司推出了智能電動(dòng)執(zhí)行器（IQ與普通執(zhí)行器相比，該系列具有以下特點(diǎn)：（1）方便的參數(shù)遙控設(shè)置功能。在投入使用前，只要使用制造商提供的專用設(shè)置工具，就可以對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器進(jìn)行參數(shù)遙控設(shè)置。它不僅簡化了設(shè)置工作程序，而且提高了設(shè)備的安全運(yùn)行，特別是那些需要防爆的地方；（2）豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術(shù)和內(nèi)置液晶顯示板，不僅能準(zhǔn)確顯示閥門開啟、關(guān)閉狀態(tài)和正常閥門開啟，還能顯示參數(shù)設(shè)置或執(zhí)行器故障時(shí)的重要信息；
2.2 ONTRAC MOE700/MME800 系列智能電動(dòng)執(zhí)行器。該系列智能電動(dòng)執(zhí)行器是德國重慶川儀十廠H＆amp公司（現(xiàn)屬ABB集團(tuán))引進(jìn)推出。MOE700系列是數(shù)字調(diào)節(jié)-S2控制模式，MME800是一種連續(xù)調(diào)節(jié)-S4控制模式。采用機(jī)械自鎖渦輪和蝸桿結(jié)構(gòu)、三相電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)、智能監(jiān)控和數(shù)字檢測技術(shù)。其運(yùn)行速度和扭矩可設(shè)置在線或離線寬范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。功能強(qiáng)大，使用簡單，維護(hù)量小，配備不同的減速裝置，可輸出角位移（扭矩可達(dá)4萬Nm)和直線位移(推力可達(dá)800KN），驅(qū)動(dòng)各種閥體或擋板。
2.3 IKZL智能電動(dòng)執(zhí)行器。IKZL智能電動(dòng)執(zhí)行器由上海自動(dòng)化儀表有限公司自動(dòng)化儀表十一廠開發(fā)。采用現(xiàn)代高效單片MCU控制單元由外圍芯片組成，接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，最終驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)輸出相應(yīng)的直線位移。該機(jī)構(gòu)可方便地與調(diào)節(jié)閥配套成自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具有調(diào)節(jié)閥本身所需的各種動(dòng)作轉(zhuǎn)換功能，適用于電力、冶金、石油、化工、輕工業(yè)等工業(yè)部門。
上述智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐漸取代組合結(jié)構(gòu)，智能控制技術(shù)逐漸取代純電子控制技術(shù)，通信技術(shù)功能逐漸取代無通信技術(shù)，數(shù)字控制模式逐漸取代傳統(tǒng)的模擬控制模式，紅外遙控非接觸調(diào)試技術(shù)逐漸取代接觸手動(dòng)調(diào)試技術(shù)。
4.電動(dòng)閥智能化的特點(diǎn)
市場需求和電動(dòng)閥本身的發(fā)展使電動(dòng)閥的智能過程是必要的。同時(shí)，機(jī)電一體化的趨勢，以及微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為電動(dòng)閥的智能發(fā)展提供了技術(shù)保障。智能閥主要包括以下特點(diǎn)：
1.電動(dòng)閥的通信數(shù)字化。智能閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電載波與上位機(jī)連接，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器根據(jù)收到的信號(hào)控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使電動(dòng)閥工作模式更加靈活。
2.閥門控制過程的計(jì)算機(jī)化。通常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)來自控制系統(tǒng)的微處理器的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，以調(diào)整閥門的開度來調(diào)整流量和壓力。如果在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中增加了智能控制伺服放大器，則增加了給定值控制功能。智能控制器的使用可以改變以往機(jī)械扭矩控制開關(guān)的動(dòng)作值調(diào)整。
3.智能電動(dòng)閥的故障診斷和處理。智能電動(dòng)閥應(yīng)具有完善的故障自診斷功能。通過在閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝額外的傳感器，可以在電動(dòng)閥門的故障診斷中發(fā)揮作用。必要時(shí)，還可以在電路中設(shè)置各種檢測功能，如智能電動(dòng)閥可以識(shí)別負(fù)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制指令與執(zhí)行不一致時(shí)，可以立即控制接觸器反接相序，實(shí)現(xiàn)相序同步；智能電動(dòng)閥還可以檢測三相電流，檢測斷開后立即停止閥電機(jī)。
4.整體結(jié)構(gòu)的集成。在電動(dòng)閥的智能化過程中，與閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)是分不開的。通過集成結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場儀表中安裝閥門的整個(gè)控制電路，大大簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)，減少了信號(hào)傳輸中泄漏和干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了可靠性。
五、結(jié)語
本文介紹了電動(dòng)閥智能研究的必要性和可行性。根據(jù)電動(dòng)閥智能化的現(xiàn)狀，總結(jié)了智能電動(dòng)閥的特點(diǎn)。目前，我國電動(dòng)閥智能化建設(shè)與發(fā)達(dá)國家仍存在差距。因此，只有遵循電動(dòng)閥智能化的特點(diǎn)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)更高水平的產(chǎn)品，才能在國際市場占有一席之地。
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