智能型閥門(mén)電動(dòng)裝置相關(guān)標準規定的分析與研究
介紹了國內外智能型電動(dòng)裝置的生產(chǎn)流通現狀及主要智能型電裝的技術(shù)指示情況，分析了我國智能型電裝國家標準規定的主要內容，并陳述了制訂該標準的體會(huì )。
1、概述
隨著(zhù)電子技術(shù)的進(jìn)步，智能化技術(shù)、總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)取得了飛速發(fā)展，在閥門(mén)及其電動(dòng)裝置的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，對自動(dòng)化控制技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。智能化電裝控制精度高，人機界面清晰方便，電裝參數調整便利，可采用多種控制方式，可直接聯(lián)網(wǎng)，是電裝技術(shù)發(fā)展的最新成果。根據國內智能型閥門(mén)電動(dòng)裝置( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)智能電裝) 的生產(chǎn)現狀，為了提高智能電裝的設計水平，規范產(chǎn)品生產(chǎn)制造和使用，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，經(jīng)國家標準化管理委員會(huì )正式批準，制定了GB /T 28270 - 2012《智能型閥門(mén)電動(dòng)裝置》，2012 年12 月1 日執行。
2、性能分析
目前，國內智能電裝的產(chǎn)品為引進(jìn)( 仿制) 國外技術(shù)和自創(chuàng )的產(chǎn)品等，有些廠(chǎng)家稍加改進(jìn)加一個(gè)顯示器或加一個(gè)遙控器，就稱(chēng)其為智能電裝，但真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為在實(shí)際使用上達不到智能電裝的技術(shù)水平。關(guān)于智能電裝的定義，目前沒(méi)有一個(gè)統一的名稱(chēng)，分別被稱(chēng)為智能電裝、非侵入式智能電裝、智能型電裝或智能一體化電裝等。GB /T 28270 - 2012 標準中規定的名詞定義為內嵌微處理器的控制單元，同時(shí)具有人機交互界面，運行數據記錄、參數組態(tài)、故障自診斷和保護等功能，并可具有數字通信接口的閥門(mén)電動(dòng)裝置。
2.1、結構特點(diǎn)
(1) 機械結構簡(jiǎn)單。智能電裝使用專(zhuān)用電機，其輸出軸前端為蝸桿，省去了傳統電裝的機械結構，使整機結構簡(jiǎn)單輕便。
(2) 扭矩傳感器測量力矩。傳統的機械式電裝力矩控制使用碟簧加微動(dòng)開(kāi)關(guān)，力矩只能限定在一個(gè)數值，通常只能起一個(gè)保護作用。使用傳感器，擴大了力矩的控制范圍，增加了對閥門(mén)的操控性能。
(3) 使用增量編碼器或絕對編碼器測量位移，提高了位移測量精度。
(4) 使用遙控器或者開(kāi)關(guān)進(jìn)行現場(chǎng)設置。
(5) 多種形式的總線(xiàn)控制方式。
(6) 少數制造廠(chǎng)采用變頻技術(shù)控制電機。
2.2、基本功能
(1) 配有內嵌微處理器。內嵌式微處理器是智能化的基礎，能夠使設備具有最基本的智能化能力。
(2) 人機交互界面。只有通過(guò)人機界面操作人員才能與設備交流，將需要的工作方式傳導給設備，是基本智能化的外在形式。
(3) 數據記錄。操作人員能夠對以往發(fā)生過(guò)的工作情況，故障狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)。
(4) 現場(chǎng)組態(tài)和故障自診斷�？梢詫�(shí)現故障自檢和現場(chǎng)組態(tài)，使智能電裝適應多種現場(chǎng)要求，輸出各種信號，使得設備工作狀況能夠反饋的更加完整。
(5) 數字通信接口。為智能化、網(wǎng)絡(luò )化水平開(kāi)設發(fā)展空間。
2.3、特征要素
(1) 在不開(kāi)啟罩蓋的情況下，能通過(guò)人機交互界面對轉矩、行程和輸入輸出信號等參數進(jìn)行設定。
(2) 在不開(kāi)啟罩蓋的情況下，通過(guò)人機交互界面對電裝各種參數進(jìn)行設置。規定不開(kāi)蓋設置，可有效地保持智能電裝的密封性，這也是智能型裝置的一個(gè)基本特征。
(3) 具有電源相序自適應功能。智能化電裝必須具有自動(dòng)調相的功能，杜絕由于相序改變引起的電機反轉損壞電裝的現象。
(4) 運行狀態(tài)指示中具有不少于4 路開(kāi)關(guān)量輸出且不少于2 路電源掉電后其狀態(tài)不改變和可選1路模擬量狀態(tài)信號的輸出( 通信控制時(shí)除外) 。
(5) 狀態(tài)信號輸出、遠方和就地控制方式及其轉矩與行程等均可在現場(chǎng)不開(kāi)啟罩蓋的情況實(shí)施配置。
3、參數比較
國際上主要的智能電裝為羅托克( 英國) 、里米托克( 美國) 、伯納德( 法國) 及西博思( 德國) 等產(chǎn)品。國內外主要智能電裝的技術(shù)情況及其基本技術(shù)參數標準規定的比較見(jiàn)表1。
表1 智能電裝基本技術(shù)參數
4、國標介紹
隨著(zhù)總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)控制的信號傳輸都向著(zhù)總線(xiàn)形式的方向發(fā)展。智能電裝也應全部實(shí)現總線(xiàn)化，網(wǎng)絡(luò )化。數字傳輸可以將閥門(mén)的所有參數精確的傳送給總控機。但是，由于在現有的控制方式中，大量的存在著(zhù)單機控制及PLC 控制方式。為了適應這種現狀，智能電裝增加與現有設備聯(lián)系的界面。所以GB /T 28270 - 2012 中規定了4路開(kāi)關(guān)量的輸出要求。以便給單機和PLC 控制發(fā)送閥門(mén)的各種狀態(tài)信息。雖然需要增加許多繼電器，把數字信號改成觸點(diǎn)信號，既提高了成本，又增加了故障率。特別是規定在有2 路電源掉電后保持狀態(tài)的信號輸出。如果掉電后，對閥門(mén)進(jìn)行過(guò)手動(dòng)操作，保持的狀態(tài)并不能反應真實(shí)的閥門(mén)狀態(tài)，但由于在大多數情況下，掉電后并不需要手動(dòng)操作，此項規定也是出于考慮目前現狀的一種方案。
標準中現場(chǎng)組態(tài)條款規定了智能電裝能夠達到的基本功能，還特地規定了免開(kāi)蓋的要求。閥門(mén)電裝出廠(chǎng)時(shí)通常是能夠保證密封性能的，但如果在現場(chǎng)調整時(shí)，打開(kāi)了密封蓋，就非常容易破壞密封性能。對于智能電裝，免開(kāi)蓋調整是最基本的功能。設定免開(kāi)蓋的要求似乎多余，但是在實(shí)踐中，確有使用原有技術(shù)加上一些數字顯示來(lái)偽裝成智能電裝的現象。由于機械結構的電裝在現場(chǎng)設定時(shí)必須開(kāi)蓋設置，為了明確阻擋這種現象，所以在國家標準中提出了免開(kāi)蓋的要求，這主要是出于考慮到國內目前現狀，采取的一點(diǎn)措施。
另外，智能電裝的一些新技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始使用，但是考慮到目前我國智能電裝的現狀，在標準GB /T28270 - 2012 中對變頻技術(shù)等未作規定。智能電裝有一部分在調節閥上使用，在調節閥上使用的智能電裝的電機控制有接觸器、固態(tài)繼電器和變頻調速器。由于轉動(dòng)慣量的原因，在停止過(guò)程中，超調的現象經(jīng)常發(fā)生。特別是高速、大口徑調節閥在小區間中工作時(shí)，極易發(fā)生震蕩。為了減少振蕩，有時(shí)就不得不規定比較大的死區。在使用接觸器控制時(shí)，切斷與接通接觸器的時(shí)間是隨機變化的，雖然這種變化很小，但相對于小區間工作時(shí)，這種時(shí)間差異會(huì )導致控制的結果不確定。固態(tài)繼電器的時(shí)間控制非�？煽�，但由于閥門(mén)控制的流體壓力和流速是在不斷變化的，閥門(mén)的扭矩也相應改變，不容易使任何狀態(tài)下的控制非常準確。變頻技術(shù)的使用，使調節控制變得非常精確，變頻技術(shù)和模糊技術(shù)結合，可以使調節非常迅速和準確，不產(chǎn)生任何振蕩。變頻技術(shù)對于閥門(mén)電裝來(lái)講，成本還是過(guò)高了。不過(guò)，隨著(zhù)電子技術(shù)的進(jìn)步，成本的下降，變頻技術(shù)將來(lái)很有可能會(huì )成為閥門(mén)智能電裝的標準配置。
在標準中增加了試驗項目。傳統電裝雖然也是機電一體化產(chǎn)品，由于采用的都是微動(dòng)開(kāi)關(guān)及電流表等分立元件，并不涉及微電子技術(shù)，只能算是一個(gè)初級的機電一體化產(chǎn)品。因此，在對電裝的試驗項目中僅采用了GB /T 3797 電氣控制設備的標準。智能電裝增加了內嵌微處理器的控制單元，使得智能電裝變成精密的電子產(chǎn)品。增加了試驗項目，如靜電放電抗擾度試驗，電快速脈沖群抗擾度試驗，射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗，射頻場(chǎng)感應的傳導騷擾抗擾度試驗，電源端子騷擾電壓試驗，電磁輻射騷擾試驗等。
5、結語(yǔ)
標準GB /T 28270 - 2012 僅規定了智能電裝產(chǎn)品設計、流通及其使用中所必須共同遵守的規則與技術(shù)要求。對于采用不同方法、結構、原理及元件等可以達到智能電裝要求的，標準中未作具體規定。標準中的一些規定項目是在傳統電裝生產(chǎn)企業(yè)所沒(méi)有遇到過(guò)的，為傳統電裝置制造企業(yè)提高了技術(shù)要求，增加了產(chǎn)品設計和生產(chǎn)制造的難度。傳統電裝企業(yè)通過(guò)智能電裝的生產(chǎn)，可以拓展技術(shù)提高的空間，對國內智能型閥門(mén)電動(dòng)裝置整體的技術(shù)進(jìn)步也有很大的促進(jìn)作用。
