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电动阀门控制器智能化的发展现状与趋势

2018-04-01

[摘 要]随着我国装备制造业的高速发展,传统机械装置和简单的模拟电子技术结合控制的阀门控制器已不能满足工业自动化要求。为了提高阀门控制器的智能程度,需要研究一款智能化阀门电动控制器。控制器需具有良好的人机界面,方便现场人员操作,智能地提示阀门故障情况;支持现场总线技术,方便现场人员排除故障和远程故障诊断,控制器稳定可靠,这样可以缩小与国外阀门控制器生产厂商的差距。全文首先介绍阀门电动控制器的发展趋势,并阐述了其驱动电机无刷直流电机的工作机理。  
  一、阀门电动装置概述 
  装备制造业是我国工业经济重要的支柱产业,其中阀门电动控制器作为机械行业控制阀门关闭的器件,在化工生产,开采石油、金属冶炼、能源发电、煤矿生产等行业,可以起到很重要的作用[1]。随着我国经济和工业自动化的快速发展,阀门产业的发展程度十分重要,工业领域对于阀门的需求量很大。质量稳定、寿命长、免维护、科技含量高这些技术指标成为是阀门行业的发展趋势。 
  当前,我国生产的阀门主要还是采用机械装置和简单的模拟电子技术结合控制的产品,阀门控制器的技术含量比较低。随着现代工业化进程的快速发展,智能诊断技术、自动控制技术、电力电子技术、通信技术等技术已经高度融合,所以对阀门设备需要提高智能化程度来满足工业自动化的要求。阀门电动控制器作为阀门的重要组成部件之一,如何改善阀门工作特性、提高阀门开度控制精度、灵活调节阀门开关时间、智能诊断阀门故障情况以及增加阀门远程控制方式[3],成为了阀门行业研究的重点对象。因此,作为控制阀门电动控制器的控制器研究显得尤为重要。 
  阀门在工业控制领域使用很广泛,在工业生产中的作用十分重要。伴随着工业自动化水平逐步提高,电动阀门由于供电方式简单和现场维护方便等优点,已经逐步取代了传统的以液压和气动为驱动方式的阀门,在工业控制领域使用广泛。特别是智能化电动阀门的出现,以其故障保护方式多样、控制精度高、可靠程度高、体积小等优点受到工业现场客户的喜爱。 
  二、阀门电动控制器的发展现状与趋势 
  随着电力电子技术、现场总线技术和电机控制理论技术的发展,使得阀门电动控制器的综合性能指标不断提高,可以满足工业控制领域质量可靠、故障智能诊断,远程控制等要求,所以智能阀门电动控制器使用十分广泛。针对阀门电动控制器的关键部件-电动控制器,全世界都进行了大量的研究开发工作。在90年代初期,很多欧美发达国家的工业控制巨头都开发了阀门电动控制器的新产品,它们能够满足不同工业场合的使用需求,这些产品功能完善,操作使用简单,性能稳定,支持多种控制方式,他们都符合阀门电动控制器国际通用标准,综合性能强大。生产阀门电动控制器的厂家众多,其中国际上著名的有美国米勒(MILLER)、德国西门子(SIEMENS)、ZMG,美国的BAILEY,英国的罗托克(ROTORK),日本的富士、安川等公司]。罗托克(ROTORK)公司的IQ系列智能阀门装置的主要特点是免开盖维护,可以通过红外遥控设置阀门参数,液晶显示参数直观明了,外壳防护等级可以达到IP68,兼容IrDA标准,能够支持计算机远程分析和诊断阀门状态,阀门控制技术先进,支持多种现场总线通讯协议。其他主要代表产品有:西门子(SIEMENS)公司的SIPOS5系列阀门电动控制器,它采用简单模块化设计的思路,实现电机使用最优控制能使电机控制精度高,利用先进的技术对电机有全面的保护、支持多种总线通信协议;此外,还有像ABB公司的ONTRAC智能型电动阀门装置,定位精确,可靠性高,支持MODBUS和HART协议,可以接收模拟量或开关量信号控制阀门开关,有良好的机械和电机特性。 
  国内的阀门电动控制器的研究起步比较晚,刚开始发展主要是通过模仿国外先进产品,但有些核心技术还未掌握。但我国已经有一些科研院所开始研发阀门电动控制器,上海工业自动化仪表研究所研制出了新型智能阀门电动控制器,控制精度也较高,维护简单,智能化程度高,支持多种现场总线通讯协议,但装置的外壳防护等级不高,阀门的保护方式没有国外同类产品强大。经过一段时间的发展,国内的阀门电动控制器产品与国外的差距在逐步缩小。 
  由上面可以得出,阀门电动控制器的发展趋势主要如下所示: 
  1.控制器通过红外遥控器设定免开盖调试 
  传统的阀门电动控制器支持遥控设置参数功能,修改阀门扭矩保护值不用开盖调节电路元件调节扭矩保护值,也不需要像传统的阀门通过机械装置改变扭矩保护值和设定阀门全开位置和全关位置,通过红外遥控器可以方便快速地标定阀门完全打开和完全关闭位置,设置阀门电动控制器的扭矩保护值和通讯地址,这样减小了现场工程人员的调试工作量,提高了工程人员的工作效率。 
  2.控制器智能化程度高 
  首先阀门电动控制器通过液晶显示屏或者数码管等信息显示窗口,可以将阀门的各种状态信息传达给现场控制人员,当阀门发生故障时可通过信息显示窗口快速显示故障,现场控制人员根据故障提示快速解决问题,这样减少了现场维修诊断时间、能够快速恢复正常生产。其次,阀门电动控制器具有多种保护功能,例如,阀门的齿轮箱经常会因为扭矩保护功能不及时而损坏,而智能阀门电动控制器可以实时检测阀门扭矩值,当扭矩值异常及时提供保护。另外阀门电动控制器还具有强大的故障自诊断功能,在阀门运行的每一阶段实时检测阀门故障,有故障时及时提示工作人员,便于工作人员及时解决处理,如果不能解决,阀门电动控制器还具有远程诊断功能,可以通过智能网络将故障信息上传给控制器生产厂家,方便生产厂商的专家及时分析解决,这样也提高了问题解决的效率,减小了阀门生产厂商后期维护的成本。 
  3.支持现场总线控制 
  智能阀门电动控制器可通过工业现场总线技术与上位机相连,支持阀门远程控制,这样工作人员可以远程通过计算机对阀门的状态信息进行监控,修改阀门的开度,阀门的控制方式以及阀门控制器的通信地址。由此可见,智能阀门电动控制器的应用前景广阔,现场总线控制也符合电动阀门控制装置智能化和网络化的發展趋势。

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