阀门电动装置的发展趋势

许常武1 , 谭爱红2

(1.扬州电力设备修造厂, 江苏 扬州 225003 ;2.扬州职业大学, 江苏 扬州 225002)

摘要：阀门电动装置经过多年的发展, 已经成为集机械和电子为一体化的高科技产品。现场总线控制技术和变频调速电机的应用将会为阀门电动装置的设计增加更多的选择。未来的阀门电动装置将更加适合现代工业的过程控制。

关键词：阀门;电动装置;现场总线;变频调速电机

The development trend of electric valve actuatorXU Chang-wu1 , TAN Ai-hong2

1.Yang zhou Electric Pow er Equipment Repair &Manufacture Factory , Yang zhou 225003 , China ;

2.Yangzhou Polytechnic College , Yangzhou 225002, China)

Abstract :With many years development , electric valve actuator has been a hige scientif ic and technical product wi th mechanical-elect ronic .Applies of new technical of field bus and frequency converter motor w ill add more choices fo r desig n of elect ric valve actuator .Electric v alve actuator w ill be more suitable for processes cont rol of modern indust ry in future .

Key words :electric valve actuator ;field bus;frequency converter morto r ;the development trend

1 概述

作为驱动阀门或风门的一种主要装置—阀门电动装置经过多年的发展, 已经成为控制可靠, 操作简单, 维护方便的高性能产品。随着现代科学技术的飞速发展, 许多新技术和新材料的应用, 各种高品质高性能的阀门或风门等设备的不断出现, 要求与其所匹配的各种控制装置也应不断改进。

2 现状

阀门电动装置是以电机为动力, 带动机械减速装置将动力传给控制元件的最终部件。同时利用一些配件达到手—电动切换、行程控制和力矩控制, 此外还具有可以接受位置信号反馈的控制电路。

目前国内外阀门电动装置的结构形式有几十种, 而规格型号则有上百种。为了满足不同的要求, 电动装置按安装环境分为普通型和户外型, 按性能分为防爆型、防核辐射型和通用型, 按启动方式分为开关型和调节型, 按运动方式分为:部分回转型和多回转型等。电动装置的控制形式有的简单, 有的复杂(如带智能模块实现自动调节用的等)。针对不同的工况,电动装置有相应的行业标准和国家标准。随着科技的不断发展, 新技术、新产品和新工艺的不断应用, 阀门电动装置的性能和结构将得到进一步改进和提高。

3 发展

3.1 结构简单

随着技术的进步, 电动装置的结构将更加简单, 机械部分的体积将缩小重量将减轻, 更加适合用户的需要。如机械减速装置采用谐波减速机构, 通过谐波齿轮的大传动比将阀门电动装置的体积变小。或者采用蜗轮蜗杆与行星减速机构组合的方法。新材料的运用也能对减

小体积和减轻重量起着积极的作用。随着机构主体部分的改进, 与阀门电动装置相匹配的附件, 如推杆和过渡连接装置等零部件也有了改进。随着电子技术和传统机械的不断揉合, 阀门电动装置的机械减速部分必将有大的改观。

3.2 电动装置和电动执行机构统一

在国内, 由于各种原因, 阀门电动装置和电动执行机构是两个不同的概念。它们也有各自不同的应用范围。然而, 无论从原理, 还是从实际使用过程, 两者都非常类似。在国外,它们有一个共同的名称(AC TUATOR)。现在已经有越来越多的专业人士倾向于将两者统一起来。这样既可以减少设计部门以及用户的选型难度, 又可以使庞大繁杂的种类和体系得到简化, 便于生产制造厂家设计生产。传统观念认为阀门电动装置倾向于机械部分, 结构要可靠, 操作要灵活, 控制要简单。而电动执行机构则倾向于电气控制部分, 信号反馈要正确, 布线接线要简单, 远程控制要具备。作为一种机电一体化的产品, 将阀门电动装置的电气部分以及必要的机械配件按要求重新设计一下, 就可以满足电动执行机构的要求了。而电动执行机构本身就可以代替阀门电动装置。

3.3 应用现场总线控制方式

在一些线路很广, 控制要求比较复杂的地方, 传统的阀门电动装置一般是采用独立控制系统, 即一个控制元件如阀门或风门采用一套控制柜, 或者是几个共用一套控制柜。这种方法, 其过程控制依靠传统的通讯方式进行, 集中控制非常麻烦, 费时费力, 而且受现场操作人员的技术水平、精神状态以及工作情绪等人为因素的影响, 误操作较多。另一方面, 每一个控制都需要一套线路, 不利于现场配置安装, 由于中间环节多, 出现故障的可能性较大。对于一些有着特殊要求的环境, 如易燃易爆、辐射、或人们不易到达及看到的地方, 这种控制方法非常不方便。

随着现代控制技术的发展, 各种先进的控制方法也在不断推广, 如便于集中控制的现场总线控制方法等。为了适应新建的大型电站机组及大型配套装置集中控制的需要, 新型阀门电动装置配有能进行集中控制的连接接口。

现场总线是指应用在生产现场与集中测量的控制设备之间, 能实现双向串行多接点数字通信的系统。它把单个分散的测量控制设备变成网络接点, 以通讯线路为纽带, 把各个设备连接成可以相互沟通信息, 共同完成自控任务的网络系统与控制系统, 是一种开放式、数字化、多点通信的低层控制网络。其原理是用一条类似于网络主干线(电缆、双绞线)的主要联络通路, 所有被控元件的控制都可以在一个大的集控室中进行, 所有的控制元件都分别通过一套接口接入到主要联络通路上。每一个控制元件既可以接受中央控制系统的调度, 又可以在现场进行必要的调整。由于现场总线是基于现场智能化设备的数字通信, 所有设备必须遵守同样的通信协议, 具有相同的通信接口。目前国际上应用较广的现场总线技术有CAN 、FF 、LONWORKS 、PROFIBUS 、HART 及INTERBUS 现场总线。在阀门电动装置上经常使用的一般有PROFIBUS 现场总线。现场总线技术应用到阀门电动装置上后, 其使用范围将得以扩大。

3.4 应用变频调速电机

阀门电动装置受电机条件的约束, 体积和重量一直难以控制。由于阀门专用电机的转速单一(某些用于特殊调节状态的电动执行机构具有特殊双速电机), 为了满足各种不同的转速, 需要配置不同的减速装置, 既造成了电动装置设计和生产过程中人力和物力的浪费, 又不方便现场操纵安装。

随着现代电子技术的发展, 改变频率来实现电机调速成为可能。由于电机的转速具有可以调节的特性, 因此设计阀门电动装置时可去掉某些减速部件。直接通过控制电机转速实现不同的阀门电动装置的输出转速。同样, 也可以通过信息处理系统(如CPU) 等的应用,实现对电机以及信号反馈的分析, 控制阀门电动装置的工作。采用变频调速电机所设计的阀门电动装置具有结构紧凑, 体积小, 安装调试简单, 可调节范围广, 控制方便等特点, 尤其适合需要进行DCS 控制的场合。

4 结语

阀门电动装置是为控制阀门而设计的, 由于阀门电动装置使用方便, 其应用范围已经扩展到其他方面。如用于水利枢纽工程中的大型水闸门上, 城市地铁通风系统中, 各类发电厂的控制系统中, 以及化工、公用事业和航天等领域中。随着各种先进技术的不断推广应用,阀门电动装置将会发展成为一个集机械、电子为一体的操作简单灵活, 并适合多种工况使用的产品。它不但具有机械方面的灵活性, 而且还具有与电子计算机系统相匹配的接口。同时, 小体积, 大力矩的结构更增加其实用性。部件之间的树状结构是一条产品数据管理的有效途径。

建立良好的数据库查询系统, 这是根据零件特征来管理零件的方式。这种方式涉及到对零件族的查询和维护。对零件族的查询可采用图形界面访问零件族体系的方式, 也可通过给定零件的特征值来查询。对零件族的维护操作包括将一零件放入某一零件族或将其从某零件族删除, 以及修改零件族特征值等操作。

5 PDM的投资与回报

PDM 的投资中, 购买软件只占总投资的1/4 , 其他几个方面的投资有硬件与网络系统的扩充与维护、PDM 选型与评估及实施规划、使用与开发培训、系统管理与维护、数据与流程模型的建立和数据采集等。另外, 企业还要有大量的资金投入在实施PDM 所带来的相关变革上, 如人员重组、技术重组、产品重组等, 这些实际上也可以看作是投资在PDM上 的“隐性”成本。据CIMdata公司公开发表的资料PDM的投资成本和回报结果如图1 。

引入PDM 的效益是显著的, 但是却不一定立即就能显现出来。首先需要员工接受新的工作环境, 包括对原有工作流程的调整, 掌握新的知识和技能。其次, 需要改变企业的旧管理模式, 因而会造成一定程度的暂时紊乱, 降低生产力。另外, 引入PDM 需要有一个学习、接受和适应的过程, 需要一定的耐心。而且, PDM 的投资也不是一蹴而就的, 它自身也需要不断地更新和改善, 以适应企业发展。

图1  投资与回报

6 结语

PDM 技术是设计与制造业当前发展方向和趋势。随着信息技术和网络技术的普及, 网络设计与网络制造、虚拟设计与制造等技术将进一步促使CAD/CAM/CAE 与PDM 相融合,并以PDM 为管理核心来对企业的管理和生产进行深入的变革, 其在阀门行业中的作用也将逐步扩大, 应该给以充分的重视。