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又学到一招:电磁阀的那些事,做工控的都应该知道的

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素材来自中华工控网论坛,作者:dlr,侵权删。

由于公司很多设备都有液压站、电磁阀这些设备和部件,但是之前看液压原理图时,有时候看得一知半解,幸好看到有这么一份整理完整的电磁阀基础知识,故收藏起来,并分享给大家,对于做工控来说,经常和电磁阀打交道,明白必要的电磁阀工作原理还是十分必要的。

1.电磁阀的工作原理 电磁阀的基本结构如图1 所示。当线圈通电时,磁回路受激产生了电磁吸力,使活动铁芯受到吸引力而向下移动,它克服了复位弹簧的力把阀塞开启,于是工作介质(空气或油)从进气口流至工作口,使工作介质在管路中流动;当线圈断电后,电磁吸力消失了,活动铁芯在弹簧的作用下回复到原来的位置,关闭了阀塞,于是工作介质停止了流动。对于常见的二位二通电磁阀也是这样的工作原理,只是阀上没有了排气口而已。

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图1 二位三通电磁阀工作原理示意图2.电磁阀的基本分类 按工作原理可将电磁阀分为:直动式、先导式、分步直动式三类。 直动式:上面的图1就属于直动式。 先导式:通电后电磁力把先导孔打开,使上腔室压力下降,在关闭件周围形成上低下高的压差,流体压力推动关闭件向上移动,阀门打开;断电后,弹簧力把先导孔关闭,入口压力通过旁通孔在关阀件周围形成下低上高的压差,流体压力推动关闭件向下移动关阀。 分步直动式:采用直动式和先导式相结合的工作原理。 按流体所接的路数可将电磁阀分为二位二通,二位三通,二位四通,二位五通等形式。 按电磁线圈的个数,可将电磁阀分为单控和双控两种:单线圈的称为单电控,双线圈的称为双电控。3.电磁阀的图形符号 电磁阀的用途广泛,由于使用的行业不同,其图型略有差别。 (1) 流程行业 在流程行业带控制点的流程图(PID图)上,电磁阀的图形符号如图2所示。

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图2 PID图上的电磁阀符号 (2) 机械行业在机械行业或机电一体化的气、液传动系统,用的图形符号如图3所示。图3 分别是一个二位二通,二位三通电磁阀上下排列和左右排列的图形符号示意图。

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图3 电磁阀图形符号示意图 特别要说明的是:上下两个方框不是两个腔体,而是分别表示通电和未通电时的状态,上面方框(左边方框)是表示通电后流体流动的方向和端口,下面方框(右边方框)是表示不通电的时候流体流动的方向和端口。这种双状态的画法是把管路连接画在不通电的情况下,即画在下面的方框(右边方框)。 图中的1、2、3标号采用的是GB/T 32215-2015标准的标识,按标准规定主气口由一位数字来识别,具体标识分别是:进气口为1,工作口为2,排气口为3。按标准规定:控制机构,先导控制口和电气连接线都用二位数字标识,如以下图5中的12,14,其第一位数字是1,第二位数字表示当相应控制机构动作时与主气口1连接的主气口的编号。 图符的方框表示电磁阀的工作位置,有几个方框就表示有几"位"。方框内的箭头表示流体处于接通状态,但箭头方向不一定表示流体的实际方向。方框内的┫ 形符号表示该通路不通。方框外部连接的接口数有几个,就表示几"通"。平时说的二位二通,二位三通,二位四通,二位五通就是根据以上来的。 换向阀都有两个或两个以上的工作位置,其中一个为常态位,即阀塞未受到操纵力时所处的位置。图形符号中的中位是三位阀的常态位。 我们结合楼主提供的电磁阀照片(图4)试进行说明。从照片看这是一个二位五通双控电磁阀。

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图4 电磁阀局部照片 我们把它画成图5,来看看该阀门流体与端口的状态,12与14下边的图形表示:电磁铁与内部先导控制和手动操纵控制。图5是假设12侧线圈是不通电的。只是14侧线圈通、断电的动作,左边是14侧线圈不通电时的状态,右边是通电时的状态。由于其与工艺要求的正、反动作还有关系,因此,详细说明请看下半部分的:"5.电磁阀应用实例"的内容。

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图5 二位五通先导式电磁阀示意图 如果想深入了解相关的内容,建议阅读GBT 786.1-2009/ISO 1219-1:2006《流体传动系统及元件图形符号和回路图 第1部分:用于常规用途和数据处理的图形符号》。

二位五通电磁阀可以观察实物来确定各端口的功能,一侧有两个接口的,这两个接口就是工作端口,即2、4,通常分别接气缸的前后端盖的孔。另一侧有三个接口,最中间那个就是进气端口,即1, 进气口旁边两个是排气端口,即3、5,通常是装消声器。

4.电磁阀应用基础 (1) 如何识别电磁阀的端口 很多电磁阀的端口在阀体上都有标注,较好识别。对于标注看不清楚或者不统一的阀,可从所接的管路或接口来推断各接口。 如二位三通电磁阀,有两个端口的一边,一个为进气端口用来接进气气源,另一个是排气端口;阀的另一边只有一个端口,这就是出气端口,又称为工作口。 对图5的二位五通电磁阀,一边有两个端口就是工作端口(即2、4),一个为正动作工作口和一个反动作工作口,可分别提供给汽缸等设备一正一反的气源。有三个接口的那边,中间那个是进气端口(即1)用来接进气气源, 进气端口旁边两个是排气端口(即3、5),一个正动作排气端口和一个反动作排气端口,通常是装消声器用的。(2) 电磁阀的常开、常闭及自锁 二位三通电磁阀分为常闭型和常开型两种。这样的设计是为了避免电源有故障时,导致电磁阀的动作失败。 常闭型指线圈没通电时气路是断的,即断电关闭,通电打开。当电磁阀需要长时间关闭,并且关闭的时间多于开启的时间应选用常闭型。 常开型指线圈没通电时气路是通的,即断电打开,通电关闭。当电磁阀需要长时间打开,并且打开的时间多于关闭的时间应选用常开型。 二位三通电磁阀还有一进二出和二进一出的产品。 一进二出:当电磁阀通电时,工作口第一路打开,第二路关闭;当电磁阀断电时,工作口第一路关闭,第二路打开。 二进一出:当电磁阀通电时,进气口第一路打开,第二路关闭;当电磁阀断电时,进气口第一路关闭,第二路打开。 二位五通双控电磁阀有自锁功能,当其正动作线圈通电时,正动作气路被接通,正动作出气端口有气;正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的,将一直维持到给反动作线圈通电为止。给反动作线圈通电,则反动作气路接通,则反动作出气端口有气,即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的,将维持到给正动作线圈通电为止,这就相当于自锁。(3) 电磁阀产品样本上的分类 电磁阀产品样本上对方向控制阀的分类常列为:2/2阀,3/2常开阀,3/2分向阀,5/2阀,5/3阀等,这些数字代表的是阀的主气口数及阀的位置状态数。第一个数字表示主气口数,第二个数字表示阀位置状态数。如2/2阀表示该阀有两个主气口,两个状态位置;3/2阀表示该阀有三个主气口,两个状态位置;5/3阀表示该阀有五个主气口,三个状态位置,如此类推即可。5.电磁阀应用实例 电磁阀的应用很广泛,在此仅谈点电磁阀的个别应用的例子。 在流程生产中电磁阀很多时候是与气动调节阀和活塞执行机构配合使用,这时电磁阀只起辅助功能但作用十分重要。尤其是在工艺生产联锁中,电磁阀具有很重要的作用,如气源有故障时工艺阀的开、关状态;工艺生产安全对阀门动作有要求时,大多需要通过电磁阀来控制。(1) 二位五通双控电磁阀的应用例 图6是一个二位五通双控电磁阀与气缸来控制工艺阀门的例子。图中的S1、S2的作用与图5 中的12、14电磁阀线圈类似。双电控电磁阀通过两侧电磁线圈的通电、断电来控制阀门的开关,当一个线圈断电,另一个未通电时可以保持阀门当前位置不变,即使阀门具有了自锁功能。对动作过程作一简单说明:

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当S1带电,S2断电时,压缩空气从1→2→A,气缸活塞下移,B→4→5,关阀。当S1 断电,S2带电时,压缩空气从1→4→B,气缸活塞上移,A→2→3,开阀。 如果S1、S2同时通电或同时断电,阀门不动作仍维持原位。(2) 二位三通电磁阀的应用 当工艺要求同一个工艺参数在高、低值越限时都要有信号联锁动作,以往得用两只二位三通电磁阀来实现,但现在大多是用PLC中的R-S触发器来完成,可靠性有了提高,还省了一只电磁阀,图7 就是一例。图中S是只常闭型电磁阀。工艺参数正常时,阀门定位器输出的气压信号从1→2→调节阀,进行正常的调节。当工艺参数越限或供气中断时,调节阀将打开。联锁信号1和2由谁承担置位或复位,则取决于工艺生产的要求。

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(3) 二位三通电磁阀的冗余 为了生产安全,有的场合用一只电磁阀进行控制不太安全,这时就有必要考虑电磁阀的冗余问题。图8是一个冗余电路,当一只电磁阀有故障时,另一只电磁阀仍能保持正常工作,这就保证了生产的安全性。

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当某只电磁阀掉电或出现故障时,也就是电磁阀失效时,是如何保证用气设备的压缩空气不中断的,单从图8中是很难看出来,为了能直观的看出电磁阀正常和失效时,电磁阀的动作及压缩空气的流向,特把四种状态时电磁阀的动作及压缩空气的流向在图9中画出供分析。再把上半部分文中的一段话复制下来:"方框内的箭头表示流体处于接通状态,但箭头方向不一定表示流体的实际方向。"以免看图9时出现误解。

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6.电磁阀应用中要注意的问题(1) 了解工作流体的性质 应根据介质的特性选择相应的电磁阀,如用于水和用于蒸汽的电磁阀就不相同。流体性质包括:温度、压力、粘度、腐蚀性等;温度高的流体,就不能使用常温电磁阀,否则其使用寿命将大大缩短,严重时甚至会损坏。当管道中流体含有微粒等杂质时,应选用膜片式电磁阀。电磁阀允许液体粘度一般在20mm2/S以下,大于50mm2/S时应专门订货。电磁阀对流体的清洁度要求较高,流体清洁度不高时可在电磁阀前安装过滤器。(2) 搞清工作流体的压力和流量 选择的电磁阀额定工作压力太高,会增加投资;但选择的额定工作压力太低,或接近实际的介质压力,在工作中电磁阀因材料的强度不够,会造成事故。除安全问题外,工作压力的选择还与电磁阀能否正常工作有关。工作压力一般用最高与最低的上、下限来确定它的可靠工作范围。否则电磁阀受介质压力的影响将无法可靠工作。 流体流量大小关系到电磁阀的通径或阀座尺寸。电磁阀口径选择过大会造成经济上的浪费;如果口径选小了又会限制管道中应通过的流量,而造成较大的压力损失,使得系统的控制作用减小,使系统的控制精度下降或失控。 工作压差是指电磁阀能可靠开、关的阀入口与出口间的压力差,也是电磁阀能否正常工作的关键,是选择时首要考虑的问题。

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(3)要重视环境条件 电磁阀的使用温度过高则寿命将下降,最高温度不能超过电磁阀铭牌所示。环境温度太低,会引起电磁阀外壳结霜,会使密封填料等出现问题,使电磁阀不能正常工作。 湿度会影响电气绝缘性,潮湿的环境会使电气绝缘下降,影响到电磁阀的可靠性。使用环境有灰尘、水滴、盐雾、腐蚀性气氛时,应选择密封性好的产品,如防水型、防溅型、防尘型电磁阀。要求防爆应选择防爆型电磁阀。在有振动、冲击的环境则应选择耐振型电磁阀。(4) 工作电源的选择 电磁阀的工作电源有直流和交流之分,直流电磁阀接入了交流电源,电磁吸力会很小导致无法工作;交流电磁阀接入了直流电源,会出现电流过大使线圈温度升高把电磁阀烧坏。 电磁阀的供电电源应与铭牌上的额定电压相符,电源电压过高,使电磁阀电流过大而温升异常,且电磁吸力太大导致冲击力过大,而影响阀的可靠性。电源电压过低,电磁阀的电磁吸力下降过多,会影响到开阀能力而难以可靠地工作。 要考虑电磁阀的使用距离。电磁阀线圈电压一般以24V. DC 或220V. AC的居多。在使用中还应考虑导线压降的影响问题,举个例子说明如下,已知:电磁阀的工作电压为24V.DC,功率为DC 10W,工作电流取值0.42A;允许电压降为15%则取值4V;控制设备至电磁阀的电线如用2×1.5mm2的,其电阻为 0.014Ω/m,则电缆的最大长度为:4/0.014×2×0.42≈340m。如用2×2.5mm2的,其电阻为 0.008Ω/m,则电缆的最大长度为:4/0.008×2×0.42≈590m。 实际应用中为了保证电磁阀可靠动作,电缆长度不要超过以上计算值。对距离较远的现场,而且使用在信号联锁系统时,只能考虑更换线径更粗的导线,或者提高供电电源来解决。(5) 要考虑阀的工作频度 工作频度即电磁阀在使用时所允许的最高动作次数,通常用每分钟开阀与关阀的次数来表示。是由电磁阀的类型与结构来决定,如直接动作式的电磁阀动作时间快,它的工作频度就可高一些。 生产有连续生产、间歇生产、短时生产。在连续生产场合使用了短时工作制的电磁阀,使用寿命就会缩短,甚至会在短期内损坏。无恰当产品可选时,只能选用高一档的产品,而不要降额选择。(6) 重视细节问题 很多电磁阀是可以通用的,在满足使用要求的基础上,应选择最经济的产品。一般电磁阀是不防水的,安装环境要考虑防水问题。对腐蚀性介质应选用不锈钢产品;电磁阀是选择常闭型还是常开型,应根据工艺要求及安全来进行选择。7.电磁阀的安装和维修 合理选型、正确安装、定期维修是电磁阀可靠工作的保证。电磁阀的种类繁杂,用途千差万别。因此,安装与维护方法,不可能一一罗列出来,本文仅谈一些基本原则供参考。(1)安装 安装时应注意工作介质的流向,应按阀体上标注箭头所指的流通方向安装。 供电电源要与电磁阀铭牌上的规定一致,如交流、直流,电压等级、功率等。通过控制继电器驱动时匹配要合理。电磁阀应接地以保证安全。 电磁阀内装有弹簧,能承受一定程度的振动,安装稍不垂直尚可正常工作,但应尽可能安装在振动较小的地方,并尽量垂直安装。 安装时要注意与阀门相连部位及阀门本体的密封,防止泄漏。在有腐蚀性介质的工作场所,应对阀门采取必要的防护措施。(2)维修

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新管道安装的电磁阀,使用前应对工艺管道进行吹洗,把管道中的杂质、积污、焊渣清除了,以避免阀门被堵塞或卡死。 工艺停产期间,电磁阀不用时,应将阀门前的手动截止阀门关闭。如果停产时间过长,应把电磁阀拆下保管,否则由于工艺管道的严重积垢留置在阀内,使阀门内部卡死而不能工作。权衡利弊拆下保管比开工时处理故障更容易和主动。 准备必要的备品备件。电磁阀结构不太复杂,遇到故障时,处理起来也不是太困难。以下是一些常见故障,如: 通电后电磁阀不工作。 先检查接线是否正常,然后再检查线圈是否断线。 通电后电磁阀阀没有打开。 可检查阀盖螺丝是否松了。如果是更换阀盖密封垫后才出现这一故障,则应检查密封垫片是否过厚、过薄,或者由于螺丝松紧程度不一致造成的问题。再就是检查阀塞是否卡死了,有先导阀的则应观察导阀的阀口是否有堵塞现象。 断电后电磁阀关不了。 先检查阀芯是否卡死了,先导阀的阀口是否有堵塞情况。 阀门已关闭,但关不死。 仍然有工作介质泄漏,重点检查阀芯的密封垫片是否损坏,阀座是否松动。 阀芯卡死。 堵塞故障可通过清洗来解决,清洗可用汽油或水,清洗后用压缩空气吹干,拆卸电磁阀一定要记住各部件的顺序,避免回装时出错造成新的故障。

【这里是大卫说生活中的那些事之大卫说电气,大卫是我我是大卫,2018.10.16】

 

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Molise莉

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