水泥廠(chǎng)的閥門(mén)控制
水泥生產(chǎn)線(xiàn)上的電氣設備除了電動(dòng)機之外，數量上最多的就是閥門(mén)。水泥廠(chǎng)使用的閥門(mén)不但數量多，而且種類(lèi)也不少。各種類(lèi)型的閥門(mén)應根據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(lái)看，可將閥門(mén)分為電磁閥、電動(dòng)閥、執行器三大類(lèi)，以下分別進(jìn)行討論。
1、電磁閥
1.1、應用
電磁閥在水泥廠(chǎng)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。每條支路上電磁閥和調節閥一起使用，電磁閥用來(lái)控制料流的開(kāi)關(guān)，調節閥用來(lái)控制料流的大小。此外，電磁閥常用于氣路閥門(mén)的控制。
1.2、電氣
電磁閥的控制，準確地講是電磁閥-氣動(dòng)閥的聯(lián)合控制。電磁閥的主要結構是一個(gè)線(xiàn)圈，當線(xiàn)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(xiàn)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，氣缸活塞運動(dòng)到一頭(關(guān)限位)。當線(xiàn)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，于是氣缸活塞就運動(dòng)到另一頭(開(kāi)限位)。當線(xiàn)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(méi)有過(guò)多的保護。
1.3、控制
圖1是電磁閥的電氣控制圖。它與一般電機的控制基本相同。惟一的區別在于，對于電機，我們關(guān)注的是電機是否在“運行”;而對于閥門(mén)，則關(guān)注的是閥門(mén)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、機旁?xún)煞N操作方式。既可以由中控發(fā)DCS驅動(dòng)命令，也可以在機旁按“起動(dòng)”或“停止”按鈕。無(wú)論采用哪種方式，都應該能正確顯示出限位信號。
另外，還有一個(gè)需要注意的問(wèn)題是選擇初始位置。初始位置應該是在電磁閥失電或氣動(dòng)閥沒(méi)有壓縮空氣時(shí)，閥門(mén)的安全位置狀態(tài)。這一點(diǎn)對于安全是很重要的，需要根據工藝要求而定。通常初始位置是選擇“閥門(mén)關(guān)”，也有極少數電磁閥的初始位置選擇“閥門(mén)開(kāi)”。
2、電動(dòng)閥
2.1、應用
在水泥廠(chǎng)的閥門(mén)中，電動(dòng)閥的應用最多最廣。其應用之一是選擇料流方向，例如同一輸送物料經(jīng)過(guò)電動(dòng)閥，可選擇去A方向還是去B方向;應用之二是庫頂的輸送物料經(jīng)過(guò)電動(dòng)閥，打開(kāi)或者關(guān)閉電動(dòng)閥，可控制是否直接入庫。電動(dòng)閥還有其他的應用。
2.2、電氣
電動(dòng)閥是由1臺可逆電機驅動(dòng)的。電機正轉時(shí)，帶動(dòng)閥門(mén)朝正方向運動(dòng)，碰到正限位時(shí)停止。同樣，電機反轉時(shí)，帶動(dòng)閥門(mén)朝反方向運動(dòng)，碰到反限位時(shí)停止。與電磁閥相比，電動(dòng)閥沒(méi)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)轉軸式電動(dòng)閥。由電機帶動(dòng)減速齒輪機構，輸出軸直接帶動(dòng)閥門(mén)軸旋轉。
(2)電動(dòng)推桿。電機的正反轉帶動(dòng)推桿的伸縮運動(dòng)，從而控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。
(3)電動(dòng)閘閥。電機的正反轉帶動(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。限位信號必須能準確地反映閥門(mén)的位置，并且保證電動(dòng)閥運行到限位點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生限位信號。有些電動(dòng)閥還帶有扭矩開(kāi)關(guān)，它根據閥門(mén)運動(dòng)時(shí)是否遇有大的阻力而產(chǎn)生信號。當閥門(mén)運動(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別，以限位信號為好。
2.3、控制
電動(dòng)閥的主體是正反轉電機，但控制方式與正反轉電機不同。電動(dòng)閥必須要有限位信號，并且通過(guò)限位信號停電機。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、機旁?xún)煞N操作方式。機旁操作在現場(chǎng)按鈕盒，按下“正轉”按鈕，電機正轉，碰到正限位后電機停;按下“反轉”按鈕，電機反轉，碰到反限位后電機停。
電動(dòng)閥的中控信號有“備妥”信號、“正、反驅動(dòng)”信號、電機“正、反運行”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。即正驅動(dòng)、正運行、正限位相一致，反驅動(dòng)、反運行、反限位相一致。
(2)如果“驅動(dòng)”發(fā)出后而沒(méi)有“運行”信號，則產(chǎn)生“運行故障”。若在規定時(shí)間內沒(méi)有“限位”信號，則產(chǎn)生“限位故障”。這里的規定時(shí)間，應稍長(cháng)于電動(dòng)閥從一個(gè)限位到另一限位的實(shí)際運動(dòng)時(shí)間。其目的是防止電動(dòng)閥長(cháng)期通電。
因為電動(dòng)閥有中控、機旁?xún)煞N操作方式，電動(dòng)閥的正反限位信號也應有兩套，一套是常閉接點(diǎn)作為機旁操作接點(diǎn)，一套是常開(kāi)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(wèn)題。電動(dòng)閥有運行故障和限位故障兩種故障信號，它們可統一在畫(huà)面上作為故障顯示，但沒(méi)有必要記錄到故障表中，因為電動(dòng)閥的運行過(guò)程是很短的。
(2)單機操作問(wèn)題。在編程中，一般的電動(dòng)閥只設計“單機操作”。先單開(kāi)電動(dòng)閥使之處于所需限位，然后再啟動(dòng)相關(guān)的電機機組。即不把電動(dòng)閥放在機組中，只將電動(dòng)閥的限位信號作為相關(guān)電機的聯(lián)鎖條件。
(3)機組操作問(wèn)題。個(gè)別情況下，也可能將電動(dòng)閥安排在機組中。①閥門(mén)操作不固定。例如分料用的閥門(mén)，動(dòng)作方向可左可右。這時(shí)需先設置“選擇”位，以確定方向。②閥門(mén)操作固定。例如風(fēng)機閥門(mén)，在機組啟動(dòng)時(shí)，“閥門(mén)為關(guān)限位”作為啟動(dòng)聯(lián)鎖，先啟動(dòng)風(fēng)機，再打開(kāi)閥門(mén)。在機組停車(chē)時(shí)，將閥門(mén)關(guān)閉。
(4)聯(lián)鎖問(wèn)題。有兩種聯(lián)鎖方式：一是電動(dòng)閥對其他電機的聯(lián)鎖;二是其他電機對電動(dòng)閥的聯(lián)鎖。
圖3是一個(gè)物料分支的情況。M1皮帶機輸送物料，當電動(dòng)閥為L(cháng)M1限位時(shí)，物料流到M2皮帶;當電動(dòng)閥為L(cháng)M2限位時(shí)，物料流到M3皮帶。因此，皮帶機M1的運行聯(lián)鎖關(guān)系應由兩部分組成：電動(dòng)閥LM1且電機M2運行，電動(dòng)閥LM2且電機M3運行。但如果要求進(jìn)行電動(dòng)閥切換而M1皮帶不停機，上述聯(lián)鎖關(guān)系則不滿(mǎn)足要求。解決方法一是利用驅動(dòng)信號延時(shí)，屏蔽掉電動(dòng)閥運轉過(guò)程的時(shí)間;二是利用反限位，即電動(dòng)閥LM2反且電機M2運行，電動(dòng)閥LM1反且電機M3運行。
圖3 物料分支示意圖
3、執行器
3.1、應用
執行器在水泥廠(chǎng)主要有兩個(gè)方面的用途。一是風(fēng)機閥門(mén)，在風(fēng)機入口處往往有1個(gè)控制閥門(mén)，以利于啟動(dòng)風(fēng)機和調節風(fēng)量;二是調節閥，改變閥門(mén)開(kāi)度，調節物料的流量。不論是風(fēng)機閥門(mén)，還是調節閥，都是通過(guò)電動(dòng)執行器來(lái)調節閥門(mén)的開(kāi)度，要求閥門(mén)開(kāi)度大小可調。閥門(mén)開(kāi)度是模擬量。
3.2、電氣
圖4是一種電動(dòng)執行器的功能接線(xiàn)圖。
由圖4可以看出：
(1)電動(dòng)執行器的內部也是1臺正反轉的電機，相當于電動(dòng)閥的結構。
(2)它的主要調節方式是通過(guò)模擬量。從中控(或調節器)給出一個(gè)開(kāi)度設定的模擬信號(AO)，輸入到執行器。執行器會(huì )自動(dòng)地命令電機轉動(dòng)，帶動(dòng)閥門(mén)，直到閥門(mén)的反饋值AI等于設定開(kāi)度為止。這種調節方式稱(chēng)為AO-AI調節，大多數電動(dòng)執行器屬于這種方式。
圖4 電動(dòng)執行器的功能接線(xiàn)圖
(3)電動(dòng)執行器進(jìn)行數值比較。當后者大于前者時(shí)電機正轉，開(kāi)大閥門(mén);當后者小于前者時(shí)電機反轉，關(guān)小閥門(mén);當后者等于前者時(shí)電機不轉動(dòng)。當“方式切換”信號為“合”時(shí)，電動(dòng)執行器以上述的模擬量方式進(jìn)行調節;當它為“斷”時(shí)，電動(dòng)執行器還可以開(kāi)關(guān)量方式進(jìn)行調節。有“開(kāi)操作”接點(diǎn)和“關(guān)操作”接點(diǎn)，可直接控制電機的正反轉。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)執行器的控制相對簡(jiǎn)單，其操作編程有以下兩種方式：
(1)操作員先設定閥門(mén)開(kāi)度“設定值”，計算機將相應的4～20mA電流送給執行器，電動(dòng)執行器自動(dòng)將“設定值”與“反饋值”作比較，根據比較結果驅動(dòng)電機，調節閥門(mén)開(kāi)度，當反饋開(kāi)度等于設定開(kāi)度為止。
(2)中控畫(huà)面只顯示閥門(mén)的反饋值。操作員根據調節需要，發(fā)出電機“正轉”、“反轉”命令。命令傳給電動(dòng)執行器的“開(kāi)操作”、“關(guān)操作”接點(diǎn)，控制電機轉動(dòng)，調節閥門(mén)開(kāi)度。
4、結語(yǔ)
在水泥生產(chǎn)工藝中，有時(shí)并不是直接要求閥門(mén)開(kāi)度的數值，而是通過(guò)調節閥門(mén)開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足一定的風(fēng)量、物料流量。這時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度的設定值不再是固定值，它根據實(shí)際的風(fēng)量、流量不斷改變。這就是一個(gè)模擬量PID調節的問(wèn)題。
