水泥廠的閥門控制

　　水泥生產(chǎn)線上的電氣設(shè)備除了電動(dòng)機(jī)之外，數(shù)量上最多的就是閥門。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，最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，對于電機(jī)，我們關(guān)注的是電機(jī)是否在“運(yùn)行”;而對于閥門，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。

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。

　　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)用最多最廣。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，不可缺少。限位信號必須能準(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。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。當(dāng)閥門運(yùn)動(dòng)到限位位置，一般也會(huì)有大的阻力。限位信號與扭矩信號有所區(qū)別，以限位信號為好。

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，并且通過限位信號停電機(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)閥的中控信號有“備妥”信號、“正、反驅(qū)動(dòng)”信號、電機(jī)“正、反運(yùn)行”信號、“正、反限位”信號。這些信號的相互關(guān)系為：

　　(1)正反信號的一致性。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，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，則產(chǎn)生“限位故障”。這里的規(guī)定時(shí)間，應(yīng)稍長于電動(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)故障信號問題。電動(dòng)閥有運(yùn)行故障和限位故障兩種故障信號，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)閥對其他電機(jī)的聯(lián)鎖;二是其他電機(jī)對電動(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LM1限位時(shí)，物料流到M2皮帶;當(dāng)電動(dòng)閥為LM2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(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)行器的控制相對簡單，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。