引言

    水泥生產(chǎn)線上的電氣設(shè)備除了電動(dòng)機(jī)之外，數(shù)量上zui多的就是閥門。水泥廠使用的閥門不但數(shù)量多，而且種類也不少。各種類型的閥門應(yīng)根據(jù)不同的工藝要求選擇，在電氣與控制上有不同的特點(diǎn)。

    從電氣的角度來看，可將閥門分為電磁閥、電動(dòng)閥、執(zhí)行器三大類，以下分別進(jìn)行討論。
    1 電磁閥
    1.1 應(yīng)用
    電磁閥在水泥廠大多用于庫底物料的卸出，zui典型的是生料庫底的六支路卸料系統(tǒng)。每條支路上電磁閥和調(diào)節(jié)閥一起使用，電磁閥用來控制料流的開關(guān)，調(diào)節(jié)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(zhǔn)確地講是電磁閥－氣動(dòng)閥的聯(lián)合控制。電磁閥的主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)線圈，當(dāng)線圈得電時(shí)吸動(dòng)鐵芯，鐵芯的上下移動(dòng)控制氣缸的供氣方向，初始（線圈不得電）時(shí)，壓縮空氣由一個(gè)方向進(jìn)入氣動(dòng)閥的氣缸，氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到一頭（關(guān)限位）。當(dāng)線圈得電時(shí)，鐵芯被吸下，壓縮空氣由另一個(gè)方向進(jìn)入氣缸，于是氣缸活塞就運(yùn)動(dòng)到另一頭（開限位）。當(dāng)線圈又不得電時(shí)，鐵芯移回初始位置，壓縮空氣又由初始方向進(jìn)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(gè)中間繼電器即可，也沒有過多的保護(hù)。
    1.3 控制
    圖1是電磁閥的電氣控制圖。它與一般電機(jī)的控制基本相同。惟一的區(qū)別在于，對(duì)于電機(jī)，我們關(guān)注的是電機(jī)是否在“運(yùn)行”；而對(duì)于閥門，則關(guān)注的是閥門處于何種“狀態(tài)”。因此，要求電磁閥要加裝限位信號(hào)。

圖1 電磁閥的電氣控制圖

     
    電磁閥有中控、機(jī)旁兩種操作方式。既可以由中控發(fā)DCS驅(qū)動(dòng)命令，也可以在機(jī)旁按“起動(dòng)”或“停止”按鈕。無論采用哪種方式，都應(yīng)該能正確顯示出限位信號(hào)。
    另外，還有一個(gè)需要注意的問題是選擇初始位置。初始位置應(yīng)該是在電磁閥失電或氣動(dòng)閥沒有壓縮空氣時(shí)，閥門的安全位置狀態(tài)。這一點(diǎn)對(duì)于安全是很重要的，需要根據(jù)工藝要求而定。通常初始位置是選擇“閥門關(guān)”，也有極少數(shù)電磁閥的初始位置選擇“閥門開”。
    2 電動(dòng)閥
    2.1 應(yīng)用
    在水泥廠的閥門中，電動(dòng)閥的應(yīng)用zui多zui廣。其應(yīng)用之一是選擇料流方向，例如同一輸送物料經(jīng)過電動(dòng)閥，可選擇去A方向還是去B方向；應(yīng)用之二是庫頂?shù)妮斔臀锪辖?jīng)過電動(dòng)閥，打開或者關(guān)閉電動(dòng)閥，可控制是否直接入庫。電動(dòng)閥還有其他的應(yīng)用。
    2.2 電氣
    電動(dòng)閥是由1臺(tái)可逆電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)閥門朝正方向運(yùn)動(dòng)，碰到正限位時(shí)停止。同樣，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)閥門朝反方向運(yùn)動(dòng)，碰到反限位時(shí)停止。與電磁閥相比，電動(dòng)閥沒有氣缸，也不需要壓縮空氣，在限位狀態(tài)不帶電，工作更可靠。另外，電動(dòng)閥自身能產(chǎn)生輸出扭矩。
    電動(dòng)閥又可分為以下幾種形式：
    （1）轉(zhuǎn)軸式電動(dòng)閥。由電機(jī)帶動(dòng)減速齒輪機(jī)構(gòu)，輸出軸直接帶動(dòng)閥門軸旋轉(zhuǎn)。
    （2）電動(dòng)推桿。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)推桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，從而控制閥門的開關(guān)。
    （3）電動(dòng)閘閥。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺旋桿，直接使料倉底的活動(dòng)閘板閥插進(jìn)或退出。
    電動(dòng)閥一定要有正、反兩個(gè)限位信號(hào)，*。限位信號(hào)必須能準(zhǔn)確地反映閥門的位置，并且保證電動(dòng)閥運(yùn)行到限位點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生限位信號(hào)。有些電動(dòng)閥還帶有扭矩開關(guān)，它根據(jù)閥門運(yùn)動(dòng)時(shí)是否遇有大的阻力而產(chǎn)生信號(hào)。當(dāng)閥門運(yùn)動(dòng)到限位位置，一般也會(huì)有大的阻力。限位信號(hào)與扭矩信號(hào)有所區(qū)別，以限位信號(hào)為好。
    2.3 控制
    電動(dòng)閥的主體是正反轉(zhuǎn)電機(jī)，但控制方式與正反轉(zhuǎn)電機(jī)不同。電動(dòng)閥必須要有限位信號(hào)，并且通過限位信號(hào)停電機(jī)。圖2為電動(dòng)閥的電氣控制圖。

圖2 電動(dòng)閥的電氣控制圖

    電動(dòng)閥有中控、機(jī)旁兩種操作方式。機(jī)旁操作在現(xiàn)場(chǎng)按鈕盒，按下“正轉(zhuǎn)”按鈕，電機(jī)正轉(zhuǎn)，碰到正限位后電機(jī)停；按下“反轉(zhuǎn)”按鈕，電機(jī)反轉(zhuǎn)，碰到反限位后電機(jī)停。
    電動(dòng)閥的中控信號(hào)有“備妥”信號(hào)、“正、反驅(qū)動(dòng)”信號(hào)、電機(jī)“正、反運(yùn)行”信號(hào)、“正、反限位”信號(hào)。這些信號(hào)的相互關(guān)系為：
    （1）正反信號(hào)的一致性。即正驅(qū)動(dòng)、正運(yùn)行、正限位相一致，反驅(qū)動(dòng)、反運(yùn)行、反限位相一致。
    （2）如果“驅(qū)動(dòng)”發(fā)出后而沒有“運(yùn)行”信號(hào)，則產(chǎn)生“運(yùn)行故障”。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有“限位”信號(hào)，則產(chǎn)生“限位故障”。這里的規(guī)定時(shí)間，應(yīng)稍長(zhǎng)于電動(dòng)閥從一個(gè)限位到另一限位的實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)間。其目的是防止電動(dòng)閥長(zhǎng)期通電。
    因?yàn)殡妱?dòng)閥有中控、機(jī)旁兩種操作方式，電動(dòng)閥的正反限位信號(hào)也應(yīng)有兩套，一套是常閉接點(diǎn)作為機(jī)旁操作接點(diǎn)，一套是常開接點(diǎn)作為中控操作接點(diǎn)，兩套接點(diǎn)不要混用。
    2.4 編程
    （1）故障信號(hào)問題。電動(dòng)閥有運(yùn)行故障和限位故障兩種故障信號(hào)，它們可統(tǒng)一在畫面上作為故障顯示，但沒有必要記錄到故障表中，因?yàn)殡妱?dòng)閥的運(yùn)行過程是很短的。
    （2）單機(jī)操作問題。在編程中，一般的電動(dòng)閥只設(shè)計(jì)“單機(jī)操作”。先單開電動(dòng)閥使之處于所需限位，然后再啟動(dòng)相關(guān)的電機(jī)機(jī)組。即不把電動(dòng)閥放在機(jī)組中，只將電動(dòng)閥的限位信號(hào)作為相關(guān)電機(jī)的聯(lián)鎖條件。
    （3）機(jī)組操作問題。個(gè)別情況下，也可能將電動(dòng)閥安排在機(jī)組中。①閥門操作不固定。例如分料用的閥門，動(dòng)作方向可左可右。這時(shí)需先設(shè)置“選擇”位，以確定方向。②閥門操作固定。例如風(fēng)機(jī)閥門，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，“閥門為關(guān)限位”作為啟動(dòng)聯(lián)鎖，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再打開閥門。在機(jī)組停車時(shí)，將閥門關(guān)閉。
    （4）聯(lián)鎖問題。有兩種聯(lián)鎖方式：一是電動(dòng)閥對(duì)其他電機(jī)的聯(lián)鎖；二是其他電機(jī)對(duì)電動(dòng)閥的聯(lián)鎖。
    圖3是一個(gè)物料分支的情況。M1皮帶機(jī)輸送物料，當(dāng)電動(dòng)閥為L(zhǎng)M1限位時(shí)，物料流到M2皮帶；當(dāng)電動(dòng)閥為L(zhǎng)M2限位時(shí)，物料流到M3皮帶。因此，皮帶機(jī)M1的運(yùn)行聯(lián)鎖關(guān)系應(yīng)由兩部分組成：電動(dòng)閥LM1且電機(jī)M2運(yùn)行，電動(dòng)閥LM2且電機(jī)M3運(yùn)行。但如果要求進(jìn)行電動(dòng)閥切換而M1皮帶不停機(jī)，上述聯(lián)鎖關(guān)系則不滿足要求。解決方法一是利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)，屏蔽掉電動(dòng)閥運(yùn)轉(zhuǎn)過程的時(shí)間；二是利用反限位，即電動(dòng)閥LM2反且電機(jī)M2運(yùn)行，電動(dòng)閥LM1反且電機(jī)M3運(yùn)行。

圖3 物料分支示意圖

    3 執(zhí)行器
    3.1 應(yīng)用
    執(zhí)行器在水泥廠主要有兩個(gè)方面的用途。一是風(fēng)機(jī)閥門，在風(fēng)機(jī)入口處往往有1個(gè)控制閥門，以利于啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)風(fēng)量；二是調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，調(diào)節(jié)物料的流量。不論是風(fēng)機(jī)閥門，還是調(diào)節(jié)閥，都是通過電動(dòng)執(zhí)行器來調(diào)節(jié)閥門的開度，要求閥門開度大小可調(diào)。閥門開度是模擬量。
    3.2 電氣
    圖4是一種電動(dòng)執(zhí)行器的功能接線圖。
    由圖4可以看出：
    （1）電動(dòng)執(zhí)行器的內(nèi)部也是1臺(tái)正反轉(zhuǎn)的電機(jī)，相當(dāng)于電動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)。
    （2）它的主要調(diào)節(jié)方式是通過模擬量。從中控（或調(diào)節(jié)器）給出一個(gè)開度設(shè)定的模擬信號(hào)（AO），輸入到執(zhí)行器。執(zhí)行器會(huì)自動(dòng)地命令電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)閥門，直到閥門的反饋值A(chǔ)I等于設(shè)定開度為止。這種調(diào)節(jié)方式稱為AO－AI調(diào)節(jié)，大多數(shù)電動(dòng)執(zhí)行器屬于這種方式。

圖4 電動(dòng)執(zhí)行器的功能接線圖

    （3）電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)值比較。當(dāng)后者大于前者時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，開大閥門；當(dāng)后者小于前者時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)小閥門；當(dāng)后者等于前者時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)“方式切換”信號(hào)為“合”時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器以上述的模擬量方式進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)它為“斷”時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器還可以開關(guān)量方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。有“開操作”接點(diǎn)和“關(guān)操作”接點(diǎn)，可直接控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。這種方式也為編程提供了一個(gè)新的控制思路。
    3.3 控制
    電動(dòng)執(zhí)行器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，其操作編程有以下兩種方式：
    （1）操作員先設(shè)定閥門開度“設(shè)定值”，計(jì)算機(jī)將相應(yīng)的4～20mA電流送給執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器自動(dòng)將“設(shè)定值”與“反饋值”作比較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)節(jié)閥門開度，當(dāng)反饋開度等于設(shè)定開度為止。
    （2）中控畫面只顯示閥門的反饋值。操作員根據(jù)調(diào)節(jié)需要，發(fā)出電機(jī)“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”命令。命令傳給電動(dòng)執(zhí)行器的“開操作”、“關(guān)操作”接點(diǎn)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)閥門開度。
    4 結(jié)語
    在水泥生產(chǎn)工藝中，有時(shí)并不是直接要求閥門開度的數(shù)值，而是通過調(diào)節(jié)閥門開度來滿足一定的風(fēng)量、物料流量。這時(shí)，閥門開度的設(shè)定值不再是固定值，它根據(jù)實(shí)際的風(fēng)量、流量不斷改變。這就是一個(gè)模擬量PID調(diào)節(jié)的問題。