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8 [1 K# p4 A& u) X1 M* m9 V 電磁閥是電廠熱工自動化中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的設(shè)備之一。它可以用來控制一定壓力下的某些工質(zhì)在管道中的自動通斷,，成為特定的執(zhí)行器,，如鍋爐的燃油快關(guān)閥,、汽輪機(jī)組調(diào)速保安系統(tǒng)油路上的電磁滑閥、給水泵組密封水管路的切換閥以及采暖工程的熱水閥等,。它還可以作為氣動,、液動回路自動切換或順序控制的執(zhí)行元件，它就成了該氣動,、液動執(zhí)行器的電——氣,、電——液執(zhí)行元件，這方面的應(yīng)用更為普遍,。如主廠房鍋爐的氣動安全門,、汽輪機(jī)組氣動或液動的抽汽逆止門等都是由電磁閥控制通向操作裝置的氣路、液(水)路的通斷來完成其開關(guān)動作的,，輔助車間及其系統(tǒng)眾多氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動控制也離不開電磁閥這一設(shè)備,。再如,，過去在鍋爐各段煙道壓力的常規(guī)檢測中也使用過電磁閥切換做到一臺表計(jì)的多點(diǎn)測量,。可見,，電磁閥在電廠熱工測量,、控制及保護(hù)聯(lián)鎖上都是一項(xiàng)基礎(chǔ)元件設(shè)備，對電磁閥的關(guān)注熟悉,、正確選用乃是熱工自動化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,。基于此,，本文著重討論電磁閥在選型與控制上的一些問題,，有些見解僅是筆者一家之言，期盼同仁指正,。
1 電磁閥的結(jié)構(gòu)原理及其分類
1．1 電磁閥的結(jié)構(gòu)原理
電磁閥的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,，它由兩個(gè)基本 功能單元組成，一是電磁線圈(電磁鐵)和磁 芯,，另一是滑閥,，即包含數(shù)個(gè)孔的閥體。電 磁線圈帶電或失電時(shí),，磁芯的運(yùn)動導(dǎo)致工質(zhì) 流體通過閥體或被切斷,。
上述用來在工藝管道中直接通斷的作為 特定執(zhí)行器的電磁閥，電磁線圈帶電時(shí),，磁芯 直接開啟常閉閥的孔或關(guān)閉常開閥的孔,，閥 門能從0(無壓差)至其最大額定壓力間開啟 或關(guān)閉。而上述用來在氣動,、液動執(zhí)行器充 當(dāng)執(zhí)行元件的電磁閥,，則要借助動力源(壓縮 空氣,、有壓頭的水或油等液體)來操作電磁閥 上的先導(dǎo)孔和旁通孔。電磁線圈帶電時(shí),，磁 芯開啟先導(dǎo)孔,，通過閥的出口消除膜片或活 塞頂部的壓力，且將其推離主孔,，閥門得以開 啟,。電磁線圈失電時(shí)，先導(dǎo)孔關(guān)閉,，動力源的 壓頭通過旁通孑L作用于膜片或活塞頂部而產(chǎn) 生閥座力,，閥門得以關(guān)閉。這是因?yàn)槭苓@些 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的工藝閥門一般口徑都較大,， 要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受動力源的壓頭也大(如 DNl50及以上的氣動隔膜閥,、氣動蝶閥的操 作壓力》0．5MPa)，則傳遞動力源的電磁閥的 孑L尺寸及工質(zhì)流體壓力勢必也要大,，只有將 電磁線圈做大才足以開啟電磁閥來傳遞執(zhí)行 機(jī)構(gòu)所需的動力源,。為了解決這一矛盾，保持電磁線圈的小尺寸,，就不再使用磁芯直接 啟閉閥體孔的直接操作的(直動式)電磁閥,， 而改用磁芯啟閉先導(dǎo)孔的導(dǎo)向操作的(先導(dǎo) 式)電磁閥。
1．2 電磁閥的分類
電磁閥的分類無定式,，隨分類方式不同而異,，詳見下表。
實(shí)際上,，上表并不能涵蓋所有電磁閥的種類,。如兩通、三通直動式及單電控兩位四通,、五通(五個(gè)接口)電磁閥還有電脈沖控制的,，電磁線圈非連續(xù)帶電，而用磁閃鎖控制,。還如不同于兩個(gè)電磁線圈控制的“雙穩(wěn)”先導(dǎo)式電磁閥,，另一種“雙穩(wěn)”先導(dǎo)式電磁閥是由雙外部壓力源控制的(先導(dǎo)式要有壓力源，麗一種說得更確切,，是由電磁線圈及主壓力源控制),，已無電氣部件——電磁線圈。再如由兩個(gè)電磁先導(dǎo)閥,、一個(gè)滑閥及其連接體組成的三位三通,、三位五通電磁閥。這些或應(yīng)用相對較少,，或僅是一個(gè)滑閥,，就不再列入分類表內(nèi),。
電廠熱工自動化設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最多的是 兩通直動式,、先導(dǎo)式電磁閥及兩位三通,、四 通、五通(五個(gè)接口)先導(dǎo)式電磁閥,。兩通直 動式,、先導(dǎo)式電磁閥可作為工藝管道控制工 質(zhì)通斷的截止機(jī)構(gòu)。兩位三通,、四通,、五通先 導(dǎo)式電磁閥用得更多的是空氣操作的、,，即工 質(zhì)流體為儀用壓縮空氣,。三通用于控制單作 用氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu),、氣動調(diào) 節(jié)閥等,；四通用于控制雙作用氣缸及其他氣 動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶有活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥 等,；五通用于控制雙作用氣缸完成氣路自動 切換,，驅(qū)動某些閥門裝置,，如一些汽包爐用氣 缸控制的爐底渣斗排渣門等,。
1．3 電磁閥的圖形符號
下表列出常用的電磁閥的圖形符號，比較象形,，借此也能看出它們之間的區(qū)別,，且對閱讀電磁閥廠商的選型樣本或指南有所幫助。
2 電磁閥的主要技術(shù)參數(shù)及其選型
2．1 電磁閥的主要技術(shù)參數(shù)
(1) 電磁閥口徑,，分管徑,、通徑兩個(gè)不同概念。管徑專指電磁閥安裝方式為管道連接式時(shí)的接管口徑,，其實(shí)就是它的外部接口尺寸,，通常都以公制螺紋或錐螺紋(mm或英寸)表示，所以有的樣本干脆稱為連接口尺寸,。通徑則指電磁閥內(nèi)部通路的口徑,，有的 樣本又稱為標(biāo)稱直徑，通常以一或英寸表 示,。后者更是我們特別關(guān)注的主要技術(shù)參數(shù) 之一,，電磁閥的流通能力與它直接關(guān)聯(lián)。
(2) 電磁閥的流通能力,。電磁閥作為一 種特殊的閥門,，也有一個(gè)流通能力的概念,。 流通能力過小，作為截止機(jī)構(gòu)的直動式電磁 閥難以滿足工藝上對控制流量的要求,，作為 先導(dǎo)式電磁閥難以在規(guī)定的時(shí)間里打開或關(guān) 上受控的閥門,；流通能力過大，電磁閥或其受 控閥門的動作不一定理想甚至出現(xiàn)險(xiǎn)情,，且 造成選型設(shè)備上的浪費(fèi),。
電磁閥流通能力的表達(dá)式與其他閥門， 如調(diào)節(jié)閥的計(jì)算公式一樣,，有
我們之所以未將上述參數(shù)加以更細(xì)的限 定以及列出它們的量綱單位,，原因就在于電 磁閥的生產(chǎn)廠商對此并未規(guī)范統(tǒng)一，只能隨其所定選算,。如流量Q通常都應(yīng)指體積流量,，極少數(shù)的(如ASC0的蒸汽電磁閥)選算 時(shí)使用的卻是質(zhì)量流量。而量綱單位各用各 的,，甚至有些混亂,。國產(chǎn)電磁閥已經(jīng)使用了國際單位制(SI)的基本單位及其導(dǎo)出單位，而進(jìn)口電磁閥除了使用能以國際單位表示的 某些通用單位(如英寸,、磅,、華氏度等)外，尚使用英美制一些常用單位(如巴,、加侖等),，這在電磁閥的具體選算時(shí)再予介紹。
從上式中,，我們可以清楚地看到,，電磁閥流通能力的定義即是其閥進(jìn)出口壓降為1個(gè)壓力單位時(shí)所通過的水量(γ為1個(gè)密度單位)。有些制造廠商又將電磁閥流通能力稱 作流量系數(shù),、流量因子等,。
根據(jù)工質(zhì)流體的流量及此時(shí)閥兩端壓 降，以及流體的比重計(jì)算出所需電磁閥的流,， 通能力,，便可從制造廠商的選型樣本中找出適當(dāng)通徑的電磁閥。
(3) 電磁閥的操作壓差,。電磁閥壓差即是上式中的壓降ΔP,，操作壓差則是電磁閥能安全操作運(yùn)行的壓降ΔP，所以有的也稱作允許壓差,。操作壓差的最大值,、最小值又分別稱為最大、最小操作壓差，電磁閥選型樣本上都有這一具體參數(shù)值,，或者把他們列為壓力范圍的起始和終結(jié)值,。
顯然，當(dāng)電磁閥入,、出口壓力過大于其能承受的最大操作壓差時(shí),，電磁線圈對閥體通路控制的安全性將不被保證。在出口壓力未知時(shí),，不妨將閥人口壓力,，即供給壓力視為最大壓差與電磁閥的最大操作壓差比較是最為安全可取的。最小操作壓差是指閥門開啟或保持開啟所需的最小壓差,。對兩通先導(dǎo)式電磁閥,，最小操作壓差即是(ΔP)min；對三通,、四通先導(dǎo)式電磁閥,，最小操作壓差即是壓力口及排壓口的壓差。從前述電磁閥分類中可知,，直動式,、懸掛式膜片或活塞結(jié)構(gòu)的電磁閥是無需最小操作壓差的。
我們來看一下需要最小壓差的電磁閥,，在不滿足時(shí)的動作情況,。對浮動式膜片或活塞結(jié)構(gòu)的兩通先導(dǎo)閥，當(dāng)?shù)陀谧钚翰顣r(shí),，電磁閥將關(guān)閉,；對同樣結(jié)構(gòu)的三通、四通先導(dǎo)閥,，當(dāng)?shù)陀谧钚翰顣r(shí),，電磁閥將不能在開啟或關(guān)閉間作轉(zhuǎn)換,。這就是工程設(shè)計(jì)時(shí),，煙道壓力測量的多點(diǎn)切換不能使用先導(dǎo)閥而要選用直動閥的緣故，也是三通,、四通先導(dǎo)閥的進(jìn)壓(如供氣管)及排壓(如排氣管)接管處不能有縮口等障礙而須是全通徑的緣故,。至于流量控制器等選擇件只能安裝在電磁閥的氣缸接口，而不能安裝在壓力口,。
(4) 電磁閥的動作時(shí)間,，指電磁閥開啟、關(guān)閉轉(zhuǎn)換的時(shí)間,。它與電磁閥的操作形式 (如氣動還是液動等),、動作形式(如直動還是先導(dǎo)閥等)、結(jié)構(gòu)尺寸(如膜片還是活塞結(jié)構(gòu)及其尺寸大小)、供電種類(如直流還是交流) 以及工質(zhì)流體壓力,、溫度等諸多因素有關(guān),。
通常情況下，空氣操作,，即氣動交流閥的時(shí)間：直動閥小口徑5-l0ms,，大口徑20— 40ms,；先導(dǎo)閥小膜片15—50ms,，大膜片50— 75ms；先導(dǎo)閥小活塞75—lOOms,，大活塞100 —150ms,。液體操作,，即液動交流閥，小口徑直動閥也維持在5—lOms之間,，但大口徑直動閥及各種先導(dǎo)閥則會比相對應(yīng)的氣動電磁閥各增加50—100％的動作時(shí)間,。直流閥的動作時(shí)間又比相應(yīng)的交流閥長50％。而雙電控的換向時(shí)間又要比單電控長100％及以上,。
不管怎么說,，電磁閥的動作時(shí)間是瞄級的，完全能滿足熱工自動化對過程控制的時(shí)間要求,。至于有些電磁閥對切換(轉(zhuǎn)換)頻率的限制(單電控允許切換的頻率要比雙電控高),，在自動控制上也不存在問題。
(5) 電磁閥功率(功耗),。電磁閥選型樣本上都有功率(功耗)這項(xiàng)參數(shù),，這種額定功率對交流、直流閥指的均是保持伏安值,，即電磁閥保持開啟或關(guān)閉位置時(shí)要求電磁線圈帶電的功耗,。對交流閥，還有一個(gè)起動伏安值,，即電磁閥在開啟及關(guān)閉間轉(zhuǎn)換時(shí)要求電磁線圈帶電的功耗,，這在供電回路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予關(guān)注。
(6) 電磁閥的允許泄漏量,。電磁閥作為一種通斷工質(zhì)流體的閥門,，也存在一定的泄漏，不過這種泄漏并不象調(diào)節(jié)閥那么明顯,，產(chǎn)生的負(fù)面影響也不明顯,。
(7) 電磁閥的工作制。一般地說,，電磁閥 應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行,，電磁線圈應(yīng)能連續(xù)帶電而無 過熱或事故危險(xiǎn)。同時(shí)環(huán)境溫度將與電磁線 圈溫升直接迭加，制造廠商已作充分考慮,，將 與電磁線圈的溫度極限以及絕緣等級相適 應(yīng),，做到100％的工作制。
(8) 電磁閥的環(huán)境要求,。如電磁閥工作 的環(huán)境溫度,、相對濕度等，電磁閥的外殼密封 性有室內(nèi)(機(jī)柜內(nèi)),、室外防水防塵等類型,，防 護(hù)等級分別可達(dá)IPI0、IP65(67),，另有本安防 爆型,。
2．2 電磁閥通徑的選算
從前述已知，電磁閥通徑的選算要解決的就是電磁閥流通能力的計(jì)算,。我們可以通過電磁閥制廠商在其選型樣本上設(shè)計(jì)資料所列的公式及圖表曲線,，根據(jù)已知的參數(shù)條件進(jìn)行，最終請制造廠商確認(rèn),。當(dāng)然也可以向制造廠商提出要求由其幫助選型,，如目前流量測量節(jié)流件差壓值的計(jì)算基本上都交由制造廠商完成。
下面就結(jié)合具體制造廠商的設(shè)計(jì)資料作簡要介紹,。
(1) 原Honeywell公司的Lucifer電磁閥
對液體工質(zhì),，有流量因子KV=Q／(ΔP/γ)1/2。
式中參數(shù)物理量含義見前述,，這里只列出它們的單位,，括弧內(nèi)是與國際單位制基本單位或?qū)С鰡挝坏膿Q算，下同,。
Q：1／min(ffice:smarttags" />1L=103cm3),；
Δp：bar(1bar=1．019716Kg／cm2)；
γ：Kg／dm3(1Kg／dm3=1×10-3Kg／dm3),；
KV：1／min,。
對氣體(空氣)工質(zhì)，流量因子被定義為傳導(dǎo)c,，有C=Q／[P1KTWr空氣／γ氣體],。
式中，Q：dm3／s,；
Pl：電磁閥入口壓力，bar,；
KT：溫度校正系數(shù),，無量綱；
γ：Kg／dm3；
w：電磁閥出口壓力P2與人口壓力P1比值的函數(shù),，無量綱,；
C：dm3／S·bar。
Honeywell公司在這里引入了b=P2′/P1′這一臨界壓力比的概念,，P2′,、P1′分別為流體由于其截面及方向發(fā)生快速變化而產(chǎn)生阻塞流時(shí)的出、入口壓力,。 b與閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān),。當(dāng)P2／P1≤b時(shí)，P2／P1的函數(shù)w=1,，Q=CP1KTγ空氣／γ氣體,，它說明氣體(空氣)工質(zhì)經(jīng)過電磁閥閥體節(jié)流孔速度突然增加，壓力驟然下降以致P2／P1小到某一值(b),，此后流量不再隨壓差的增加而增加,，如阻塞一般。如果這種氣體就是常溫(20℃)下的空氣,，則Q=CP1或C=Q／P1,，即空氣傳導(dǎo)的定義就是其通過電磁閥發(fā)生阻塞流時(shí)的流量與入口壓力的比值。比時(shí)流量與出口壓力無關(guān),，而正比于人口壓力,。
氣體(空氣)工質(zhì)經(jīng)過電磁閥閥體節(jié)流孔呈自由流動，P2／P1>b,，w≠1,，Q=CP1KTWγ空氣/γ氣體。如果這種氣體就是常溫下的空氣,，則Q=CP1TTw或C=Q／P1KTw,。電磁閥能獲得 理想節(jié)流孔的臨界壓力比理論值約為0．528，實(shí)際情況是在0．25至0．45之間,。不言而喻,，電磁閥運(yùn)行的就是在工質(zhì)流體自由流動時(shí)的工況。
Lucifer電磁閥的選算可不經(jīng)公式計(jì)算,，而通過廠商提供的(液體,、氣體)計(jì)算圖表用已知參數(shù)值的連線的交叉點(diǎn)查得。
對液體工質(zhì),，已知Q,、ΔP及γ查KV。在液體流量計(jì)算圖表上,，Q與ΔP標(biāo)尺已知值的連線延長后與輔助線相交一點(diǎn),，該點(diǎn)與γ廠標(biāo)尺已知值的連線將與KV標(biāo)尺相交,，此點(diǎn)的KV值即是最終結(jié)果。
對氣體(空氣)工質(zhì),，已知Q,、P1、P2,、t(℃)及γ查C,。在氣體流量計(jì)算圖表上，第一步先從w與P2／P1的函數(shù)曲線上查得w(w坐標(biāo)上的某點(diǎn)),，第二步該點(diǎn)w與t標(biāo)尺已知值連線與輔助線Ⅲ相交一點(diǎn),，第三步該交點(diǎn)與γ標(biāo)尺已知值連線延長后與輔助線Ⅱ相交一點(diǎn)，第四步P1與Q標(biāo)尺已知值的連線延長后與輔助線I相交一點(diǎn),，第五步連接輔助線I,、Ⅱ上的這兩點(diǎn)將與這兩輔助線間的C標(biāo)尺相交，此點(diǎn)的c即是最終結(jié)果,。
值得注意的是,，這些圖表曲線都有一個(gè) 電磁閥臨界壓力比b的適用范圍，換言之,，僅在b是某一定值(如0．4),，即某一閥體結(jié)構(gòu)時(shí)有效。同時(shí),，使用流量計(jì)算圖表查得的最終結(jié)果：KV(C)或Q值的誤差將達(dá)±15％,。
(2) ASCO公司的Red-HatⅡ電磁閥
對液體工質(zhì)，有流量系數(shù)CV=Q／FgFsg,。式中,，Q：GPM，即gal／min(gal即加侖,，美制lgal=3785．412cm3,，英制1gal=4546cm3)；
Fg：壓力系數(shù),，與工質(zhì)入口壓力(psi),、閥門壓差(psi)有關(guān)(1psi=0．0703kg／cm3)；
Fsg：密度系數(shù),，與工質(zhì)在14．7psia(絕對)大氣壓及60℉溫度(to(F)=9／5t(℃)+32)下的密度有關(guān),。其它情況下Fsg=1／(γ1/2)。
顯然,，流量系數(shù)Cv與流量Q同量綱單位：gal／mino式中的壓力系數(shù)Fg,、密度系數(shù)Fsg均能從制造廠商提供的圖表曲線上查得。液體粘度過大的話,，對CV還要作出修正,。
對氣體(空氣)工質(zhì),，有流量系數(shù)Cv= Q／FgFsgFt,。
式中,，Q：SCFH，即Nft3／h(1ft3／h=7．8658× 16-6m3／s,，N為“標(biāo)準(zhǔn)”前綴)
Ft：溫度系數(shù),，與工質(zhì)溫度(℉)有關(guān)。在20℉一150℉內(nèi),，Ft可視作1,，即不作修正，其他情況下Ft=[530／(460+℉)]1/2,。Ft也可以從圖表曲線上查得,。
流量系數(shù)Cv與流量Q同量綱單位。
對蒸汽工質(zhì),，有流量系數(shù)Cv=Q／Fg,。
式中：Q：1b／h(11 b／h=1．2600×10-4kg／s)，流量系數(shù)Cv與流量Q同量綱單位,。
值得注意的是,，壓力系數(shù)Pg的圖表曲線分為液體、氣體(空氣)及蒸汽,，應(yīng)按工質(zhì)不同使用不同的圖表曲線,。
2．3 電磁閥的選型步驟
(1) 依據(jù)工藝及控制的要求，選定直動式還是先導(dǎo)式,。
(2) 依據(jù)受控執(zhí)行器種類及其他因素的比較,，選定二位三通(常閉或常開)還是二位四通(單電控或雙電控)或其他。
(3) 依據(jù)工質(zhì)流體的已知條件計(jì)算流通能力,，從而選定合適的通徑,。
(4) 壓差的驗(yàn)算。工質(zhì)流體的工作壓力必須小于最大操作壓差,，最小操作壓差必須與工藝及控制的安全性相適應(yīng)
(5) 依據(jù)工質(zhì)流體及環(huán)境條件,，選定部件材質(zhì)、電磁線圈及外殼密封形式
(6) 依據(jù)控制系統(tǒng)的需要,，選定選擇件,。 若以方框圖表示，電磁閥選型步驟如下圖所示意：
上述前四項(xiàng)已在前面涉及,，下面僅就后兩項(xiàng)稍作敘述,。
電磁閥的工質(zhì)流體通常分為空氣(含隋 性氣體)、水及輕油等幾大類,，而電磁閥閥體 的材料通常有黃銅,、不銹鋼及鋁等,。除鋁可 用于非潤滑空氣，黃銅,、不銹鋼對工質(zhì)流體基 本上都能適應(yīng),，因價(jià)格因素，黃銅材質(zhì)選用最 多,。同時(shí)與工質(zhì)流體接觸的部件——密封 墊,、閥盤較多的選用了丁腈橡膠，對熱水和蒸 汽可選用特氟龍,，對制冷(氟里昂)和二氧化 碳可選用聚四氟乙烯,。其余部件材質(zhì)大體相同。
電磁線圈與引線方式,、外殼密封形式組合而產(chǎn)生多種形式可選,。進(jìn)口電磁閥的電磁 線圈材質(zhì)有銅的(黃銅閥體)或銀的(不銹鋼 閥體)；耐熱等級有F級(155cC)或H級 (180cC),；引線方式有帶連續(xù)導(dǎo)線的,、帶片狀 端子和螺紋端子的或帶插頭形式的，組合安 裝式還有接線盒可供選擇,。而線圈——外殼 組件,，除防水防塵型還有多種等級的防爆型 可供選擇。
電磁閥還有一些配件可供選擇,。如用于 電磁線圈失電或脫離電磁線圈手動操作閥門 的手操裝置(手動超馳器)o它有短暫式及保 持式兩種基本類型,，通常使用的都是保持型， 雙電控則需兩個(gè)手操裝置,。還如線性流量裝置,。它可以對電磁閥氣缸兩端口的流量(CV) 從零至額定值間分別控制，從而調(diào)節(jié)氣缸在兩個(gè)方向上的速度,，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)驅(qū)動一個(gè)氣動執(zhí)行器,。再如用于電磁閥排放口的消音部件(器)o我們知道，快速運(yùn)動的排放氣體在大氣中會產(chǎn)生高達(dá)100dB的噪聲,，惡化工作環(huán)境,，甚至發(fā)生傷害事故，就需要空氣凈化消音部件(器),，通常它的內(nèi)部是一個(gè)燒結(jié)濾棒,，外殼上的帽蓋可以旋轉(zhuǎn)，以改變排放方向,。
3 電磁閥的控制及其敷管
這里僅就氣動執(zhí)行器的執(zhí)行元件,，空氣操作的先導(dǎo)電磁閥的電磁線圈控制回路及其敷管設(shè)計(jì)中的一些問題作番探討。
3．1 兩位三通先導(dǎo)電磁閥的控制
通常的兩位三通先導(dǎo)閥一個(gè)電磁線圈,，電磁閥控制接受的是長信號,，電磁線圈將長帶電,，隨長信號的延續(xù)及消失電磁閥開閉轉(zhuǎn)換。電磁閥控制信號可以是一個(gè)開(關(guān))閥的常開接點(diǎn),；也可以是兩個(gè),，一個(gè)開(關(guān))閥的常開接點(diǎn)串上一個(gè)關(guān)(開)閥的常閉接點(diǎn)。
常規(guī)控制回路,，如果用定位開關(guān)控制,，電磁閥的切換只需一付開(關(guān))閥的接點(diǎn)接通,，每次·切換回初始位置時(shí)該付接點(diǎn)斷開即行,。如果用一般按鈕控制，因?yàn)橐獢嚅_自保持回路,，就需要在開(關(guān))閥按鈕常開接點(diǎn)回路再串上一付關(guān)(開)閥按鈕的常閉接點(diǎn),，才能達(dá)至U控制電磁閥開閉轉(zhuǎn)換的目的，這與同樣用 —般按鈕控制的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu),、電動閥門裝置回路相似,。后者具有兩個(gè)可控硅或接觸器控制回路分別操縱電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)來完成閥門的開,、關(guān)向動作,，這一行程時(shí)間要比電磁閥控制氣動執(zhí)行器的長得多，除了共同具有的開,、關(guān)方向操作互鎖外,，還有糾正誤操作的時(shí)機(jī)。
常規(guī)控制回路,，如設(shè)置保護(hù)信號,，則應(yīng)以此信號為主，引入方式的回路設(shè)計(jì)應(yīng)以電磁閥失電時(shí)氣路的切換能使氣動閥門處于工藝．生產(chǎn)過程中的安全位置為原則,。如工藝設(shè)備 的選型是常開型隔膜閥配氣關(guān)式薄膜頭,，常 閉型隔膜閥配氣開式薄膜頭，控制設(shè)備的選 型是常閉型兩位三通先導(dǎo)閥,。常閉型電磁閥 未受控制信號而失電時(shí),，其膜頭口接通排氣 口，常開型或常閉型隔膜閥將打開或關(guān)閉而 處于工藝生產(chǎn)過程中正�,；虬踩奈恢�,。常 閉型電磁閥接受控制信號而帶電時(shí)，其膜頭 口接通壓力口,，常開型或常閉型隔膜閥將隨 之關(guān)閉或打開�,，F(xiàn)引入保護(hù)信號的常閉接點(diǎn) 與控制信號的常開接點(diǎn)串接。保護(hù)未動作,， 隔膜閥如上述運(yùn)行,；保護(hù)動作時(shí),，隔膜閥將按 斷電斷氣運(yùn)行而處于正常或安全的位置,。這樣,，它就與工藝及控制設(shè)備選型形成的斷電 斷氣保護(hù)構(gòu)成了雙重保護(hù)。
采用DCS或PLC控制電磁閥的切換時(shí),，保護(hù)聯(lián)鎖可以在控制系統(tǒng)內(nèi)完成,，操作員站上鍵盤操作完全可以開、關(guān)向,，而對外部的兩位三通電磁閥來說仍接受—個(gè)子拎,，如下圖示：
3．2 兩位四通先導(dǎo)電磁閥的控制
兩位四通先導(dǎo)閥選用單電控還是雙電控，即單電磁線圈還是雙電磁線圈,，對雙作用氣缸式執(zhí)行器的控制來說,，都能達(dá)到目的。它們的區(qū)別僅在于電磁線圈的帶電時(shí)間,。前者控制接受長信號,，長帶電，電磁閥氣路切換取決于線圈帶電與否,；后者控制接受脈沖信號,，短暫帶電(帶電時(shí)間由氣缸尺寸及控制速度決定，通常在300—500ms間),，兩個(gè)線圈不能同時(shí)帶電,，電磁閥氣路切換取決于何只線圈帶電。
對雙作用氣缸式執(zhí)行器的控制,，過去主張采用具有記憶氣路作用的雙線圈兩位四通先導(dǎo)閥,，其主要理由就是一旦電源故障，單線圈將會因氣路切換造成氣動執(zhí)行器誤動作,，且要求長期帶電工作有礙安全,。其實(shí)，對 100％工作制的電磁閥,，電磁線圈的連續(xù)帶電對其并不會構(gòu)成事故威脅,。至于避免誤動作，其實(shí)工藝生活過程中任一兩位置氣動執(zhí)行器都有一個(gè)或全開或全關(guān)的安全位置,，對應(yīng)電磁閥一旦失電時(shí)的氣路通斷情況,，然后根據(jù)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣缸)活塞移動的開、關(guān)向與電磁閥氣管路接對了就行,，也很為方便,。如圖所示：
但不能不指出，此時(shí)得兩位置氣動執(zhí)行器雖處于安全位置，并不一定示工藝生產(chǎn)過程中某一流程時(shí)的正常位置,，很有可能因此中斷局部生產(chǎn)過程或解列某項(xiàng)工藝設(shè)備,。說到底，問題還在電源的可靠性上,。
現(xiàn)今,。無論是主廠房還是輔助車間的熱工自動化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較過去采用常規(guī)控制系統(tǒng)時(shí)完善多了，熱工電源的可靠性大大提高,。電磁閥電源或來自UPS為工作電源而保安段為備用電源的交流電源切換分配柜,，或來自直流電源切換分配柜，或來自控制系統(tǒng)類互為冗余的直流24V電源裝置等,。只要電源的可靠性有保證,，單電控的兩位四通先導(dǎo)閥完全可用于雙作用汽缸式執(zhí)行器的控制上。工程設(shè)計(jì)如選用進(jìn)口電磁閥,，節(jié)省的費(fèi)用更位可觀,。
控制系統(tǒng)的電磁可以這樣做，對于保護(hù)系統(tǒng)的電磁閥則需謹(jǐn)慎些,。如有些鍋爐的汽包及集汽聯(lián)箱上的氣動安全門采用了單電控兩位四通電磁閥控制，有可能發(fā)生：保護(hù)動作前如失電不能切換氣路,，對象壓力雖上升至極限值卻拒動,；保護(hù)動作過程中如失電自行切換氣路恢復(fù)至初始位置，對象壓力雖未下降至規(guī)定值卻誤動,。這都不為鍋爐安全運(yùn)行所允許,，所以此時(shí)還是選用雙電控兩位四通電磁閥穩(wěn)妥。
3．3 電磁閥的分散與集中布置
這一問題主要發(fā)生在輔助車間及其系統(tǒng),，某一些工藝設(shè)備的氣動閥門成群,，形成了電磁閥群。工程設(shè)計(jì)中,，電磁閥中布置于電磁閥柜=箱的做法都有,，各有特點(diǎn)，它們的比較見下表,。
總的說來,，電磁閥集中布置對其自身控制及工藝系統(tǒng)運(yùn)行都更為安全可靠，所以對電纜閥群的場合宜盡量設(shè)置柜,、箱集中布置,。
3．4 電磁閥對控制系統(tǒng)輸出接點(diǎn)及供電方式的要求
電磁閥對控制系統(tǒng)輸出的接點(diǎn)有—定的要求，首先這種輸出接點(diǎn)要能用在控制電磁閥這類感性負(fù)載上,，其次要求按電磁閥電源種類,、電壓等級及功率大小供給有源接點(diǎn)。對后者，控制系統(tǒng)為DCS的由控制系統(tǒng)外部的電源柜,、箱供電給電源,，即DCS的m輸出與外部相應(yīng)的配電回路串接后去驅(qū)動電磁閥，控制系統(tǒng)為PLC的則通常要求控制系統(tǒng)直接輸出有源接點(diǎn),。對前者,，要求控制系統(tǒng)輸出能帶這類負(fù)載的繼電器接點(diǎn)，控制系統(tǒng)為DCS的也正是這樣做的,，控制系統(tǒng)為PLC 的就不盡然了,。下面專門談?wù)?SPAN lang=EN-US>PLC數(shù)字量輸出模件(含遠(yuǎn)程L／O輸出模件)輸出接點(diǎn)控制電磁閥的適應(yīng)性。
我們知道,，PLC交流數(shù)字量輸出模件的 DO型式主要有繼電器接點(diǎn)及雙向晶閘管輸 出,，直流數(shù)字量輸出模件的DO型式主要有 繼電器接點(diǎn)及功率晶體管輸出。工程設(shè)計(jì) 中,，交,、直流數(shù)字量輸出模件除了都可選用繼 電器接點(diǎn)輸出型式外，前者還多了一種選擇 型式：選用雙向晶閘管輸出模件,，再加外部繼 電器作為系統(tǒng)輸出,。這有利于模件安全工作， 也適合接點(diǎn)容量要求大的場合,。
我們還知道,，PLC數(shù)字量輸出模件的繼 電器接點(diǎn)輸出型式又有機(jī)電繼電器(Mechan— ical-electrical)、干簧繼電器,、水銀繼電器及固 態(tài)繼電器等多種,。后者繼電器輸出模件以每 個(gè)點(diǎn)的連續(xù)電流大見長，目前工程中選用還 不是很多,。前三種繼電器輸出模件的主要區(qū) 別在于使用條件,、使用環(huán)境及動作速度等方 面。而機(jī)電繼電器接點(diǎn)輸出型式因其經(jīng)濟(jì)性 在工程中應(yīng)用最為普及,，然而絕大部分這類 輸出模件因不含有波動限制電路只能切換如照明,、指示器及加熱遠(yuǎn)件等阻性負(fù)載，而不能推薦用在如電動機(jī)起動器,、電磁閥及伺服機(jī)等感性或容性負(fù)載上,。所以，工程設(shè)計(jì)中通常即使是繼電器接點(diǎn)輸出模件也要配外部繼電器,，于是我們便常常選擇雙向晶閘管輸出的交流數(shù)字量輸出模件或繼電器接點(diǎn)輸出的· 直流數(shù)字量輸出模件,，再加外部繼電器作為系統(tǒng)輸出。
數(shù)字量輸出模件的外部繼電器的供電方式實(shí)際上就是該模件工作電壓的引入方式,。交流模件外部繼電器常以一個(gè)模件(16點(diǎn)) 的單位配電,，且應(yīng)在電源相線端配置電源開關(guān),，也可采用刀閘分?jǐn)喽俗用芗惭b節(jié)省空間。低電壓直流模件外部繼電器常以8點(diǎn)或繼電器的單位配電,，且應(yīng)在回路電壓正端配置熔斷器,，也可采用保險(xiǎn)絲端子密集安裝節(jié)省空間。
對電磁閥要求PLC系統(tǒng)有源接點(diǎn)輸出的供電方式是,，將控制系統(tǒng)的交流220V或直流24V電源力e在外部繼電器輸出與該I／O模件柜(箱)相應(yīng)輸出端子間,。這些在系統(tǒng)內(nèi)部加入的電源都應(yīng)有各自獨(dú)立的配電回路，即有各自相應(yīng)的刀閘分?jǐn)喽俗踊虮ｋU(xiǎn)絲端子,。
3．5 電磁閥柜,、箱設(shè)置就地電操作后的問題
以往工程設(shè)計(jì)中常為了照顧電廠運(yùn)行人員的某些習(xí)慣，在控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程I／O柜,、箱與被控對象(廠用電動機(jī)MCC,、電動閥門MCC 及電磁先導(dǎo)的氣動閥門)間按子系統(tǒng)劃分設(shè)置若干現(xiàn)場操作站。對電磁閥群與氣動閥門分離而集中布置的,，這一操作站又成了電磁閥柜,、箱。電磁閥柜,、箱上有遠(yuǎn)方(順序控制)／就地轉(zhuǎn)換開關(guān)(這一信號也作為控制系統(tǒng)的D1),、各氣動閥門的一對一的就地電操作手段、位置信號(如兩者合一的帶燈按鈕) 及其他,。
如果作為控制的輔助,、補(bǔ)充手段這個(gè)中 間環(huán)節(jié)實(shí)在沒有存在的必要，但如果作為分 部試轉(zhuǎn)或調(diào)試的現(xiàn)場手段,，則有存在的價(jià)值。這種操作站,，或電磁閥柜,、箱上的遠(yuǎn)方／就地轉(zhuǎn)換通常做法就是遠(yuǎn)方/就地操作電源母線的切換：對每個(gè)子系統(tǒng)的操作站，控制系統(tǒng)電源柜或車間I／0站饋給一路相應(yīng)要求要求的電源(除氣動閥門電磁閥如需要24V,，DC,，其余一般均為XOV，AC),，經(jīng)切換開關(guān)分成遠(yuǎn)方控制及就地操作兩路電源母線,，順序控制及就地操作指令分接在這兩條母線上。
對兩位三通或單電控兩位四通電磁閥,，無論是交流還是直流電源回路,，只要遠(yuǎn)方及就地操作指令有一個(gè)及以上的是脈沖信號且驅(qū)動同一只繼電器再發(fā)出電磁閥的控制指令的話，必然會產(chǎn)生兩個(gè)控制回路的信號迂回的問題,。要解決這一問題,，對交流電磁閥，或增加繼電器將同一被控對象的順序控制及就地操作的驅(qū)動回路分開；或選擇多層控制開關(guān),，將各個(gè)被控對象順序控制,、就地操作回路徹底分開。對直流電磁閥,，則可采用二極管阻隔信號迂回回路,。
實(shí)際上，如果電磁閥選用了手操裝置,，一樣可以在分部試轉(zhuǎn)或調(diào)試時(shí)進(jìn)行一對一的就地(氣動)操作,，電磁閥柜、箱上無需再設(shè)就地電操作的手段,，也不再存在信號迂回的問題,。電磁閥柜、箱門上不用開孔,，純粹是一個(gè)內(nèi)裝電磁閥的柜,、箱，現(xiàn)場密封性更有保證,。
3．6 電磁閥用氣及其管路敷設(shè)的具體要求
這里的電磁閥如前述當(dāng)屬空氣操作,，對其工質(zhì)流體一空氣的要求應(yīng)按受其控制的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)而定，通常都是無油,、無水,、干燥的儀用壓縮空氣。即便如此,，電磁閥前尚應(yīng)加裝空氣過濾器,，如有必要還需空氣減壓閥，后者應(yīng)裝設(shè)在靠近電磁閥壓力口一側(cè),，空氣過濾器,、減壓閥這些氣動附件的輸入壓力應(yīng)不小于供氣母管輸送至用氣點(diǎn)的壓力，輸出壓力即氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的壓力,，輸出流量也不應(yīng)小于氣動執(zhí)行器的耗氣量,。電磁閥柜、箱進(jìn)氣母管在柜,、箱內(nèi)側(cè)應(yīng)裝設(shè)截止閥 (氣動球閥),，方便維修。
電磁閥外的氣管路,，即輸送控制氣動執(zhí)行機(jī)械動力源的管路,，宜選用不銹鋼管材替代過去常用的紫銅管；與電磁閥連接的不銹鋼管規(guī)格應(yīng)按電磁閥的管徑確定,，特別是先導(dǎo)電磁閥的壓力口接管,。熱工控制常用的先導(dǎo)電磁閥的管徑,，連接管口徑在1／4-3／8英寸間，按此可選由6X1或中由8X1的不銹鋼管,。電磁閥柜,、箱通常設(shè)置在受控氣動執(zhí)行器附近，其出口至氣動執(zhí)行器接口的不銹鋼管規(guī)格可選Q8X1,，對耗氣量較大的氣動執(zhí)行器也已夠用,。供氣網(wǎng)絡(luò)的管徑應(yīng)與氣動執(zhí)行器的總耗氣量相匹配。至氣動執(zhí)行器接口的氣管路應(yīng)架空敷設(shè),，集中管束還應(yīng)采用管路支架,。 |
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發(fā)表于 2007-8-8 01:46:58
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