水泥厂的阀门控制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京铁路局 作者:胡婷婷

  水泥生产线上的电气设备除了电动机之外,数量上最多的就是阀门。水泥厂使用的阀门不但数量多,而且种类也不少。各种类型的阀门应根据不同的工艺要求选择,在电气与控制上有不同的特点。

  从电气的角度来看,可将阀门分为电磁阀、电动阀、执行器三大类,以下分别进行讨论。

1、电磁阀

1.1、应用

  电磁阀在水泥厂大多用于库底物料的卸出,最典型的是生料库底的六支路卸料系统。每条支路上电磁阀和调节阀一起使用,电磁阀用来控制料流的开关,调节阀用来控制料流的大小。此外,电磁阀常用于气路阀门的控制。

1.2、电气

  电磁阀的控制,准确地讲是电磁阀-气动阀的联合控制。电磁阀的主要结构是一个线圈,当线圈得电时吸动铁芯,铁芯的上下移动控制气缸的供气方向,初始(线圈不得电)时,压缩空气由一个方向进入气动阀的气缸,气缸活塞运动到一头(关限位)。当线圈得电时,铁芯被吸下,压缩空气由另一个方向进入气缸,于是气缸活塞就运动到另一头(开限位)。当线圈又不得电时,铁芯移回初始位置,压缩空气又由初始方向进入气缸气缸,活塞也返回到原先位置。

  电磁阀通常使用220VAC电源,电功率很小,往往主回路只采用1个中间继电器即可,也没有过多的保护。

1.3、控制

  图1是电磁阀的电气控制图。它与一般电机的控制基本相同。惟一的区别在于,对于电机,我们关注的是电机是否在“运行”;而对于阀门,则关注的是阀门处于何种“状态”。因此,要求电磁阀要加装限位信号。

电磁阀的电气控制图

图1 电磁阀的电气控制图

  电磁阀有中控、机旁两种操作方式。既可以由中控发DCS驱动命令,也可以在机旁按“起动”或“停止”按钮。无论采用哪种方式,都应该能正确显示出限位信号。

  另外,还有一个需要注意的问题是选择初始位置。初始位置应该是在电磁阀失电或气动阀没有压缩空气时,阀门的安全位置状态。这一点对于安全是很重要的,需要根据工艺要求而定。通常初始位置是选择“阀门关”,也有极少数电磁阀的初始位置选择“阀门开”。

2、电动阀

2.1、应用

  在水泥厂的阀门中,电动阀的应用最多最广。其应用之一是选择料流方向,例如同一输送物料经过电动阀,可选择去A方向还是去B方向;应用之二是库顶的输送物料经过电动阀,打开或者关闭电动阀,可控制是否直接入库。电动阀还有其他的应用。

2.2、电气

  电动阀是由1台可逆电机驱动的。电机正转时,带动阀门朝正方向运动,碰到正限位时停止。同样,电机反转时,带动阀门朝反方向运动,碰到反限位时停止。与电磁阀相比,电动阀没有气缸,也不需要压缩空气,在限位状态不带电,工作更可靠。另外,电动阀自身能产生输出扭矩。

  电动阀又可分为以下几种形式:

  (1)转轴式电动阀。由电机带动减速齿轮机构,输出轴直接带动阀门轴旋转。

  (2)电动推杆。电机的正反转带动推杆的伸缩运动,从而控制阀门的开关。

  (3)电动闸阀。电机的正反转带动螺旋杆,直接使料仓底的活动闸板阀插进或退出。

  电动阀一定要有正、反两个限位信号,不可缺少。限位信号必须能准确地反映阀门的位置,并且保证电动阀运行到限位点时产生限位信号。有些电动阀还带有扭矩开关,它根据阀门运动时是否遇有大的阻力而产生信号。当阀门运动到限位位置,一般也会有大的阻力。限位信号与扭矩信号有所区别,以限位信号为好。

2.3、控制

  电动阀的主体是正反转电机,但控制方式与正反转电机不同。电动阀必须要有限位信号,并且通过限位信号停电机。图2为电动阀的电气控制图。

电动阀的电气控制图

图2 电动阀的电气控制图

  电动阀有中控、机旁两种操作方式。机旁操作在现场按钮盒,按下“正转”按钮,电机正转,碰到正限位后电机停;按下“反转”按钮,电机反转,碰到反限位后电机停。

  电动阀的中控信号有“备妥”信号、“正、反驱动”信号、电机“正、反运行”信号、“正、反限位”信号。这些信号的相互关系为:

  (1)正反信号的一致性。即正驱动、正运行、正限位相一致,反驱动、反运行、反限位相一致。

  (2)如果“驱动”发出后而没有“运行”信号,则产生“运行故障”。若在规定时间内没有“限位”信号,则产生“限位故障”。这里的规定时间,应稍长于电动阀从一个限位到另一限位的实际运动时间。其目的是防止电动阀长期通电。

  因为电动阀有中控、机旁两种操作方式,电动阀的正反限位信号也应有两套,一套是常闭接点作为机旁操作接点,一套是常开接点作为中控操作接点,两套接点不要混用。

2.4、编程

  (1)故障信号问题。电动阀有运行故障和限位故障两种故障信号,它们可统一在画面上作为故障显示,但没有必要记录到故障表中,因为电动阀的运行过程是很短的。

  (2)单机操作问题。在编程中,一般的电动阀只设计“单机操作”。先单开电动阀使之处于所需限位,然后再启动相关的电机机组。即不把电动阀放在机组中,只将电动阀的限位信号作为相关电机的联锁条件。

  (3)机组操作问题。个别情况下,也可能将电动阀安排在机组中。①阀门操作不固定。例如分料用的阀门,动作方向可左可右。这时需先设置“选择”位,以确定方向。②阀门操作固定。例如风机阀门,在机组启动时,“阀门为关限位”作为启动联锁,先启动风机,再打开阀门。在机组停车时,将阀门关闭。

  (4)联锁问题。有两种联锁方式:一是电动阀对其他电机的联锁;二是其他电机对电动阀的联锁。

  图3是一个物料分支的情况。M1皮带机输送物料,当电动阀为LM1限位时,物料流到M2皮带;当电动阀为LM2限位时,物料流到M3皮带。因此,皮带机M1的运行联锁关系应由两部分组成:电动阀LM1且电机M2运行,电动阀LM2且电机M3运行。但如果要求进行电动阀切换而M1皮带不停机,上述联锁关系则不满足要求。解决方法一是利用驱动信号延时,屏蔽掉电动阀运转过程的时间;二是利用反限位,即电动阀LM2反且电机M2运行,电动阀LM1反且电机M3运行。

物料分支示意图

图3 物料分支示意图

3、执行器

3.1、应用

  执行器在水泥厂主要有两个方面的用途。一是风机阀门,在风机入口处往往有1个控制阀门,以利于启动风机和调节风量;二是调节阀,改变阀门开度,调节物料的流量。不论是风机阀门,还是调节阀,都是通过电动执行器来调节阀门的开度,要求阀门开度大小可调。阀门开度是模拟量。

3.2、电气

  图4是一种电动执行器的功能接线图。

  由图4可以看出:

  (1)电动执行器的内部也是1台正反转的电机,相当于电动阀的结构。

  (2)它的主要调节方式是通过模拟量。从中控(或调节器)给出一个开度设定的模拟信号(AO),输入到执行器。执行器会自动地命令电机转动,带动阀门,直到阀门的反馈值AI等于设定开度为止。这种调节方式称为AO-AI调节,大多数电动执行器属于这种方式。

电动执行器的功能接线图

图4 电动执行器的功能接线图

  (3)电动执行器进行数值比较。当后者大于前者时电机正转,开大阀门;当后者小于前者时电机反转,关小阀门;当后者等于前者时电机不转动。当“方式切换”信号为“合”时,电动执行器以上述的模拟量方式进行调节;当它为“断”时,电动执行器还可以开关量方式进行调节。有“开操作”接点和“关操作”接点,可直接控制电机的正反转。这种方式也为编程提供了一个新的控制思路。

3.3、控制

  电动执行器的控制相对简单,其操作编程有以下两种方式:

  (1)操作员先设定阀门开度“设定值”,计算机将相应的4~20mA电流送给执行器,电动执行器自动将“设定值”与“反馈值”作比较,根据比较结果驱动电机,调节阀门开度,当反馈开度等于设定开度为止。

  (2)中控画面只显示阀门的反馈值。操作员根据调节需要,发出电机“正转”、“反转”命令。命令传给电动执行器的“开操作”、“关操作”接点,控制电机转动,调节阀门开度。

4、结语

  在水泥生产工艺中,有时并不是直接要求阀门开度的数值,而是通过调节阀门开度来满足一定的风量、物料流量。这时,阀门开度的设定值不再是固定值,它根据实际的风量、流量不断改变。这就是一个模拟量PID调节的问题。

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