电动阀门电气控制应用探讨

【摘要】电动阀门在现代工业生产中发挥着举重轻重的作用，电动阀通常分为分体电动阀和一体化电动阀，一体化电动阀因其突出的优点在工业生产中越来越被广泛应用，本文就以一体化电动阀替代分体电动阀的控制原理来解决工程实际问题，并取得良好运行效果的案例进行介绍和探讨。

【关键词】分体电动门;一体化电动门;开（关）限位;开（关）力矩

1.引言

电动阀门在工业生产自动控制系统中具有广泛应用，在各行各业生产中发挥着举足轻重的作用。掌握和了解电动阀门的电气控制原理在工程建设期进行电动阀门调试及生产过程中对电动阀门进行日常维护、技术改造具有重要意义。笔者曾经历了一个余热发电改造工程，设计使用分体式电动阀，由于建设单位采购中技术把关不严，采购到现场的电动阀全部为一体化结构。且设备到货滞后，为赶工期，建设单位决定修改原设计，使用已购的一体化电动阀代替原设计的分体电动阀。经仔细研究设计原理图和一体化电动阀电气控制接线图，并参照已有控制柜、现场操作箱和电缆敷设情况进行了最优化的设计改造，详细改造情况如后述，最终保证了设备的按期投运，并取得了良好效果。

2.按设计条件使用时分体电动阀控制原理

本项目电动阀设计选用分体式电动阀，即控制单元与执行机构分离，电动执行器不能单独对电动阀门进行操作，必须通过外部配套电气控制柜（抽屉）和操作箱上按钮组成电气控制单元，方可完成对阀门的开关操作，或DCS接入开关指令实现远程操作。详细控制原理见图1。

图1是典型的分体式电动阀控制原理图，在一体化电动阀广泛应用之前，这种控制方式相当普遍。由图可知，电动阀的开关过程就是通过控制接触器KM1、KM2的线圈得电、失电使电动阀电机正转、反转从而带动阀体开阀、关阀的过程。当SA1转换开关置“就地”位置时，操作箱上的开阀按钮SB1启动开阀回路，KM1线圈得电，其主触头闭合，同时通过KM1触点自保持，电动阀电机即通电沿开阀方向运转，当阀门全开时，阀位行程开关SLO断开切断开阀回路电源，KM1线圈失电，KM1主触头断开，电动阀电机失电，阀门停止运转，完成一次开阀操作过程。在开阀过程中，若出现异常情况或因操作需要可操作SB3停阀按钮，切断开阀回路电源，将电动阀停止在此位置，若在开阀过程中机械转矩过大超出了力矩设置值，开阀力矩开关STO断开，切断开阀控制回路电源，KM1线圈失电，KM1主触头断开，电动阀电机失电停转，这样对设备起到保护作用。同理，就地关阀过程亦同开阀过程，此处不再累述，只是起作用的不同元器件分别为：SB2、KM2、SLC、STC。当SA1转换开关置“远控”位时，图中K1、K2即替代了SB1、SB2功能，远控DCS开、关阀控制及动作过程亦与“就地”开、关阀控制和动作过程相类似，此处也不累述。

3.该项目一体化电动阀接线图

一体化电动阀指的是执行器与控制单元组装于一体，外部只需接入工作电源，在阀门上即可实现开关操作，远程只需接入开关控制指令亦能进行操作。本项目一体化电动阀电源、远程控制指令及信号反馈接线如图2、图3所示。同时，从该产品说明书查知，远程控制操作电源应采用24VDC。

由图2、图3可知，此电动阀是具有代表性的一体化电动阀门，电动阀引入主电源后，整定好阀门开关行程并调整好转向，通过阀体上的开、关旋钮并可进行操作，或将外部指令加于电动阀指令接受端口，此电动阀亦可正常工作，不需要外设控制单元，相应的接点状态信号也可提供远程控制、监视之用。

4.在分体电动阀设计基础上改造为一体化电动阀的控制模式

为解决项目分体电动阀与一体化电动阀控制之茅盾，最小范围的减小变更相应的电缆敷设，以及DCS控制方式和阀门状态信号采集。综合各方因素，决定原设计的控制抽屉退出控制功能，仅为电动阀提供三相工作电源，同时，方便在电动阀上操作者取消现场操作箱，对不便在电动阀本体上操作的电动阀保留现场操作箱。将原设计的分体电动阀控制原理（详见图1）变更改造为如下带现场操作箱的控制方式（详见图4）。

现对保留有现场操作箱的电动阀工作过程（如图4）分析如后，当电动阀接通380VAC，阀体及现场操作箱转换开关均置“远控”位置时，从阀体“6”引出+24VDC经现场操作箱转换开切换到“8”后，再由DCS开（关）指令触点引入至阀体的“2”（“3”）再由“5”回到-24VDC“8”形成 一个操作回路，从而完成阀门的开（关）操作。若电动阀需为全开、全关型，则将图2中“4”与+24VDC短接，给予电动阀短脉冲指令即能使阀门全开或全关。否则，要使电动阀全开全关，则给予阀门的指令脉冲时长应超过阀门全行程时间方可。其状态灯光指示如图5示，当阀门全开、全关后，220VAC电源经全开、全关状态中间继电器KA2、KA3线圈经“42”或“44”后经全开或全关行程开关至“45”

后回到电源N形成一个电流通路。相应的全开或全关指示灯随即点亮。若在操作过程中力矩超出了设定值，力矩开关使“21”或“22”分别与“25”接通，则力矩中间继电器KA1动作吸合，对应状态指示灯点亮。若需在现场操作箱上操作阀门，只需将箱体上转换开关置“就地”位置，操作相应按钮便可方便开关电动阀，其详细操作和动作过程不再累述。

经过上述设计改造，变更后的一体化电动阀达到了设计使用要求，实现了阀门的操作和灯光状态指示、信号远传功能。变更后反馈信号及DCS远控指令接线图可方便的绘制如图6示。改造中一定确保24VDC、220VAC控制、反馈线路正确性，以免线路互串通电后烧坏设备，该工程最终顺利完成了阀门的安装和调试任务，在整个试运行及生产过程中，取得了良好效果，阀门操作可靠，信号指示准确无误。

5.结束语

本项目电动阀实施采购时出现了不应有的失误，在工程实践中本着解决问题为出发点，经过上述设计改造不失为一种良好的解决问题方式。由此，只要熟悉掌握了电动阀的控制原理，深刻领会其控制要旨，在工程实践中活学活用，对于阀门控制中出现的问题将会迎刃而解。

通过上述分析，分体电动阀与一体化电动阀优缺点是显而易见的：分体电动阀不能整体安装、接线量大、安装费用高、故障点多，出现故障后排查、维修困难，性价比不理想。而一体化电动阀能方便的整体安装、可大幅降低电缆敷设和接线量以及安装成本，技术成孰的一体化电动阀出现故障概率也低，排查故障相对容易。

参考文献

[1]唐怀斌.工业控制的进展与趋势[J].自动化仪器与仪表，1996（4）.

[2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]陆培文.国内外阀门新结构[M].北京：中国标准出版社，1997.

[4]天津伯纳德电动执行机构使用说明书.

作者姓名：卢玉成（1972—），男，工程师，现供职于中国核电工程有限公司（田湾项目），从事电仪设备技术管理工作。