电动阀门的智能化及其发展现状

摘要电动阀门作为现代控制系统中尤为重要的调节执行机构，智能化发展却相对落后，实现电动阀门的自动化、数字化和智能化已经十分迫切。随着计算机技术及微电子技术的智能化水平不断提高，电动阀门的智能化发展也有了技术保障。本文在对电动阀门进行介绍的基础上，分析了其智能化发展的意义和现状，希望能够对智能电动阀门的研究提供一定的参考价值。

【关键词】电动阀门 智能化 发展现状

1 传统电动阀门简介

电动阀门是利用电动执行器对阀门的开和关进行控制的工业用机械类产品，又叫阀门驱动器或阀门电动头，主要用于调控管道中流体流量的模拟值，在工业控制系统中具有非常关键的作用。电动阀门的组成结构包括阀门电动装置与阀门两个部分，其动作的速度能够进行调节，结构比较简单，动作力矩通常比普通阀门要大。

以我国较为先进的、具有代表性的SMC系列电动阀门产品为例。经过对传统电动阀门的长期使用，发现它存在一些不足之处，比如其设计过程复杂，部分零件容易遭到损坏；电动阀门采用电流的大小来反映阀门的开度，而工业现场存在多种因素会导致电流等参数的变化，因此所表示的阀门的开度和实际值之间存在较大的偏差且不能够实现同步；因为原有的电动阀门的信号传输过程采用电位器模拟信号，所以实现的控制距离达不到远距离控制的要求。在传统电动阀门中，尽管阀体及其专用的电机已经历经长期的改造优化，能够满足各类工况下的实际要求，不过对整体性能影响作用最大的开度检测机构不精确、扭矩控制保护失效和不能实现远程控制等关键性的技术问题急需改进和解决。

2 电动阀门的发展进程

自五十年代开始，电动阀门在我国的工业领域就得到大量的使用，不过目前仍有相当一部分的产品还停留在最初设计的阶段。随着人们对工作效率及可靠性能要求的不断提高，这些产品逐渐显现出较多的不足而必须将被淘汰，取而代之的是智能化的电动阀门。电子和计算机科技的飞速进步为电动阀门的数字化以及智能化提供了技术保障，电动阀门的智能化过程也历经模拟电子技术及数字电子技术两个阶段，最新的拥有智能化的电动阀门也使得技术人员实现日渐普及的无人看守作业。智能电动阀门克服了最初所设计的产品所存在的缺陷，拓展了使用的功能及领域，使其性能指标得到了明显的改善。特别是单片机技术的普遍应用和兼容多种通讯协议的特性为实现电动阀门的数字化产生了巨大的推动作用，而且可以进行自主完成复杂的闭环PID控制及局域网集散控制，某些场合还可使用程序模式将操作人员处理问题的方案加进生产进程中以进一步地提高电动阀门控制过程的智能化水平。

3 电动阀门智能化的意义

电动阀门在工作时，其实际的阀位包括全开、全关、中间位三个位置并通过阀门电动机输出的转矩进行控制。我国使用的电动阀门大都是通过行程开关控制阀门电机、力矩开关进行保护的工作方式，而行程开关及力矩开关一般都安装到电动执行机构上而不是从阀门轴上直接获取，所以阀位的指示值总产生一定的误差，而造成阀门的控制精度下降。阀门电机的重要动力参数选择不合理会导致电动阀门工作不正常而导致整个管道系统的故障。在选择的输出转矩太小时，被控阀门的开启和闭合过程比较困难，极易造成电动机的烧毁。在选择的输出转矩太大时，电机的控制作用失效，这时容易使阀门特别是多回转型电动阀门的部分结构遭到损坏。所以，这种控制方式的精度比较低，不能够对阀门的启闭和调节过程进行直接的控制。

4 电动阀门智能化发展现状

近几年来，微电子技术、微机技术、通讯技术以及机电一体化技术的迅猛发展推动了电动执行装置的快速发展。国内部分企业在执行装置的智能化方面进行了探索，先后推出了多种基于现场总线通信协议的新型智能化的电动执行技术，控制系统中现场总线技术的应用使智能化电动执行装置步入实用阶段，这些智能阀门执行装置运用微处理器通过编程进行控制。与传统执行装置相比，具有非常大的优势：现场总线技术的运用减少了现场所用的辅助设备及信号转换过程中的损失，使得系统更为可靠，操作和维护简单。

目前，市场中最新的采用智能阀门的执行装置有英国的IQ系列、德国的ONTRAC系列和国内的IKZL系列。和传统的执行机构不同，新型的电动执行机构能够方便的进行参数遥控的设定，并具有非常丰富的在线显示功能。ONTRAC系列的智能电动执行器使用的具有自锁能力的蜗轮蜗杆机构、智能控制技术以及变频驱动三相电机的技术，标准化的程度较高，功能比较强大。IKZL系列电动执行器由上海的一家自动化仪表企业研制，运用单片MCU及外围芯片构成控制单元处理接收到的直流信号，最后驱动交流电机输出相应的直线位移。IKZL系列电动执行器可以方便的实现与调节阀的成套组合，能够满足调节阀自身不同的动作变换需求，在电力、冶金、化工等工业部分广为应用。

5 电动阀门智能化发展的趋势

电动阀门的智能化发展是一种必然趋势。目前所说的智能化阀门主要特征为电动阀门通讯的数字化，阀门操作过程的微机化，诊断并处理电动阀门过程的智能化、整体结构的一体化。通讯的数字化即将电动执行机构通过数字化的通讯模式和主控制室连接来实现，这使阀门的工作具有更高的灵敏度。阀门控制过程的微机化具有良好的智能操控功能，能够依据给出的数据进行调节以设置过程变量，避免利用机械性力矩控制开关进行动作的问题。电动阀门的故障诊断及处理的智能化具有良好的故障自诊断能力，通过在阀门电动执行装置上安装附加传感器实现对电动阀门的故障诊断。整体结构一体化设计是将阀门的控制回路安放在现场仪表的内部，大大简化了控制系统的设计、安装和维护过程，同时有效的降低了信号的干扰和泄露问题，增强了工作的可靠性。

6 结语

研究电动阀门的智能化对生产实践至关重要。当前我国电动阀门的智能化研究仍相对落后，因此要依据电动阀门智能化发展的趋势和特点进行分析和设计，以生产出更高水平的产品。

参考文献

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[3]侯志林.过程控制与自动化仪表[M].北京:机械工业出版社,1999.

作者单位

中国燃气涡轮研究院四川省江油市621703

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