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    • 技術文章

      水泥廠用的閥門控制

      2013-05-04 09:25:15  來源:歐電閥門

      引言
          水泥生產線上的電氣設備除了電動機之外,數量上*多的就是閥門。水泥廠使用的閥門不但數量多,而且種類也不少。各種類型的閥門應根據不同的工藝要求選擇,在電氣與控制上有不同的特點。
          從電氣的角度來看,可將閥門分為電磁閥、電動閥、執行器三大類,以下分別進行討論。
          1 電磁閥
          1.1 應用
          電磁閥在水泥廠大多用于庫底物料的卸出,*典型的是生料庫底的六支路卸料系統。每條支路上電磁閥和調節閥一起使用,電磁閥用來控制料流的開關,調節閥用來控制料流的大小。此外,電磁閥常用于氣路閥門的控制。
          1.2 電氣
          電磁閥的控制,準確地講是電磁閥-氣動閥的聯合控制。電磁閥的主要結構是一個線圈,當線圈得電時吸動鐵芯,鐵芯的上下移動控制氣缸的供氣方向,初始(線圈不得電)時,壓縮空氣由一個方向進入氣動閥的氣缸,氣缸活塞運動到一頭(關限位)。當線圈得電時,鐵芯被吸下,壓縮空氣由另一個方向進入氣缸,于是氣缸活塞就運動到另一頭(開限位)。當線圈又不得電時,鐵芯移回初始位置,壓縮空氣又由初始方向進入氣缸氣缸,活塞也返回到原先位置。
          電磁閥通常使用220VAC電源,電功率很小,往往主回路只采用1個中間繼電器即可,也沒有過多的保護。
          1.3 控制
          圖1是電磁閥的電氣控制圖。它與一般電機的控制基本相同。惟一的區別在于,對于電機,我們關注的是電機是否在“運行”;而對于閥門,則關注的是閥門處于何種“狀態”。因此,要求電磁閥要加裝限位信號。

      圖1 電磁閥的電氣控制圖
          
          電磁閥有中控、機旁兩種操作方式。既可以由中控發DCS驅動命令,也可以在機旁按“起動”或“停止”按鈕。無論采用哪種方式,都應該能正確顯示出限位信號。
          另外,還有一個需要注意的問題是選擇初始位置。初始位置應該是在電磁閥失電或氣動閥沒有壓縮空氣時,閥門的安全位置狀態。這一點對于安全是很重要的,需要根據工藝要求而定。通常初始位置是選擇“閥門關”,也有極少數電磁閥的初始位置選擇“閥門開”。
          2 電動閥
          2.1 應用
          在水泥廠的閥門中,電動閥的應用*多*廣。其應用之一是選擇料流方向,例如同一輸送物料經過電動閥,可選擇去A方向還是去B方向;應用之二是庫頂的輸送物料經過電動閥,打開或者關閉電動閥,可控制是否直接入庫。電動閥還有其他的應用。
          2.2 電氣
          電動閥是由1臺可逆電機驅動的。電機正轉時,帶動閥門朝正方向運動,碰到正限位時停止。同樣,電機反轉時,帶動閥門朝反方向運動,碰到反限位時停止。與電磁閥相比,電動閥沒有氣缸,也不需要壓縮空氣,在限位狀態不帶電,工作更可靠。另外,電動閥自身能產生輸出扭矩。
          電動閥又可分為以下幾種形式:
          (1)轉軸式電動閥。由電機帶動減速齒輪機構,輸出軸直接帶動閥門軸旋轉。
          (2)電動推桿。電機的正反轉帶動推桿的伸縮運動,從而控制閥門的開關。
          (3)電動閘閥。電機的正反轉帶動螺旋桿,直接使料倉底的活動閘板閥插進或退出。
          電動閥一定要有正、反兩個限位信號,不可缺少。限位信號必須能準確地反映閥門的位置,并且保證電動閥運行到限位點時產生限位信號。有些電動閥還帶有扭矩開關,它根據閥門運動時是否遇有大的阻力而產生信號。當閥門運動到限位位置,一般也會有大的阻力。限位信號與扭矩信號有所區別,以限位信號為好。
          2.3 控制
          電動閥的主體是正反轉電機,但控制方式與正反轉電機不同。電動閥必須要有限位信號,并且通過限位信號停電機。圖2為電動閥的電氣控制圖。

      圖2 電動閥的電氣控制圖

          電動閥有中控、機旁兩種操作方式。機旁操作在現場按鈕盒,按下“正轉”按鈕,電機正轉,碰到正限位后電機停;按下“反轉”按鈕,電機反轉,碰到反限位后電機停。
          電動閥的中控信號有“備妥”信號、“正、反驅動”信號、電機“正、反運行”信號、“正、反限位”信號。這些信號的相互關系為:
          (1)正反信號的一致性。即正驅動、正運行、正限位相一致,反驅動、反運行、反限位相一致。
          (2)如果“驅動”發出后而沒有“運行”信號,則產生“運行故障”。若在規定時間內沒有“限位”信號,則產生“限位故障”。這里的規定時間,應稍長于電動閥從一個限位到另一限位的實際運動時間。其目的是防止電動閥長期通電。
          因為電動閥有中控、機旁兩種操作方式,電動閥的正反限位信號也應有兩套,一套是常閉接點作為機旁操作接點,一套是常開接點作為中控操作接點,兩套接點不要混用。
          2.4 編程
          (1)故障信號問題。電動閥有運行故障和限位故障兩種故障信號,它們可統一在畫面上作為故障顯示,但沒有必要記錄到故障表中,因為電動閥的運行過程是很短的。
          (2)單機操作問題。在編程中,一般的電動閥只設計“單機操作”。先單開電動閥使之處于所需限位,然后再啟動相關的電機機組。即不把電動閥放在機組中,只將電動閥的限位信號作為相關電機的聯鎖條件。
          (3)機組操作問題。個別情況下,也可能將電動閥安排在機組中。①閥門操作不固定。例如分料用的閥門,動作方向可左可右。這時需先設置“選擇”位,以確定方向。②閥門操作固定。例如風機閥門,在機組啟動時,“閥門為關限位”作為啟動聯鎖,先啟動風機,再打開閥門。在機組停車時,將閥門關閉。
          (4)聯鎖問題。有兩種聯鎖方式:一是電動閥對其他電機的聯鎖;二是其他電機對電動閥的聯鎖。
          圖3是一個物料分支的情況。M1皮帶機輸送物料,當電動閥為LM1限位時,物料流到M2皮帶;當電動閥為LM2限位時,物料流到M3皮帶。因此,皮帶機M1的運行聯鎖關系應由兩部分組成:電動閥LM1且電機M2運行,電動閥LM2且電機M3運行。但如果要求進行電動閥切換而M1皮帶不停機,上述聯鎖關系則不滿足要求。解決方法一是利用驅動信號延時,屏蔽掉電動閥運轉過程的時間;二是利用反限位,即電動閥LM2反且電機M2運行,電動閥LM1反且電機M3運行。

      圖3 物料分支示意圖

          3 執行器
          3.1 應用
          執行器在水泥廠主要有兩個方面的用途。一是風機閥門,在風機入口處往往有1個控制閥門,以利于啟動風機和調節風量;二是調節閥,改變閥門開度,調節物料的流量。不論是風機閥門,還是調節閥,都是通過電動執行器來調節閥門的開度,要求閥門開度大小可調。閥門開度是模擬量。
          3.2 電氣
          圖4是一種電動執行器的功能接線圖。
          由圖4可以看出:
          (1)電動執行器的內部也是1臺正反轉的電機,相當于電動閥的結構。
          (2)它的主要調節方式是通過模擬量。從中控(或調節器)給出一個開度設定的模擬信號(AO),輸入到執行器。執行器會自動地命令電機轉動,帶動閥門,直到閥門的反饋值AI等于設定開度為止。這種調節方式稱為AO-AI調節,大多數電動執行器屬于這種方式。

      圖4 電動執行器的功能接線圖

          (3)電動執行器進行數值比較。當后者大于前者時電機正轉,開大閥門;當后者小于前者時電機反轉,關小閥門;當后者等于前者時電機不轉動。當“方式切換”信號為“合”時,電動執行器以上述的模擬量方式進行調節;當它為“斷”時,電動執行器還可以開關量方式進行調節。有“開操作”接點和“關操作”接點,可直接控制電機的正反轉。這種方式也為編程提供了一個新的控制思路。
          3.3 控制
          電動執行器的控制相對簡單,其操作編程有以下兩種方式:
          (1)操作員先設定閥門開度“設定值”,計算機將相應的4~20mA電流送給執行器,電動執行器自動將“設定值”與“反饋值”作比較,根據比較結果驅動電機,調節閥門開度,當反饋開度等于設定開度為止。
          (2)中控畫面只顯示閥門的反饋值。操作員根據調節需要,發出電機“正轉”、“反轉”命令。命令傳給電動執行器的“開操作”、“關操作”接點,控制電機轉動,調節閥門開度。
          4 結語
          在水泥生產工藝中,有時并不是直接要求閥門開度的數值,而是通過調節閥門開度來滿足一定的風量、物料流量。這時,閥門開度的設定值不再是固定值,它根據實際的風量、流量不斷改變。這就是一個模擬量PID調節的問題。


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      鄭銀鋒
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