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1  概述

    調(diào)節(jié)閥直接安裝在水工藝管道上，是水廠自控系統(tǒng)的重要組成部分。調(diào)節(jié)閥也被稱為自控系統(tǒng)的手足，它的耐用程度及動(dòng)作靈敏與否，直接關(guān)系著自控系統(tǒng)的質(zhì)量。實(shí)際工作及有關(guān)資料均表明，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中70%左右的故障出自調(diào)節(jié)閥。因此，保證調(diào)節(jié)閥的準(zhǔn)確運(yùn)行，是關(guān)系自控系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的重要前提。

2  調(diào)節(jié)閥在水廠中的應(yīng)用

2.1  電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的使用情況

    橋東水廠是經(jīng)老廠改造而來的，始建于1983年，1999年停產(chǎn)，2005年2月改造后重新投產(chǎn)，日產(chǎn)量為12萬噸/日。全部?jī)羲に囘^程采用由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。橋東水廠的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選用國(guó)產(chǎn)的電動(dòng)調(diào)節(jié)比例閥。該閥門由電動(dòng)執(zhí)行器、閥體、控制三部分組成，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集調(diào)節(jié)、伺服于一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線方便。輸入信號(hào)為4～20mA模擬信號(hào)，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，從而達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)閥位開度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的目的。位置反饋信號(hào)輸出4～20mA模擬信號(hào)，用來監(jiān)視閥門的開度。溫度保護(hù)開關(guān)裝在控制腔內(nèi)，可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行過熱保護(hù)。在實(shí)際控制調(diào)節(jié)閥門的過程中遇到了過不少問題，經(jīng)過多次整改與完善，積累了一些使用的經(jīng)驗(yàn)，供同行借鑒。

    據(jù)了解，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在自來水廠的過濾工藝中主要用于不頻繁的調(diào)節(jié)，即在一定的開度下濾池達(dá)不到要求，就改為另一開度。而不是閉環(huán)控制中那種與給定值進(jìn)行比較的反饋反饋控制。在對(duì)橋東水廠濾池控制設(shè)計(jì)中，最初設(shè)想采用PID控制進(jìn)行給定值的恒水位控制。控制原理圖如圖1所示。

    首先將編制好的PID控制程序通過PLC對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。不久閥門就無法工作，后經(jīng)廠家檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)功率及控制器部分達(dá)不到該廠的使用要求，更換配件后，閥門可正常使用。

使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)閥門出現(xiàn)兩種情況：

    (1)  由于PID控制過于精確，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的靈敏度又比較高，使用不久就發(fā)現(xiàn)電機(jī)線圈發(fā)熱程度高，這種情況很容易將執(zhí)行器電機(jī)燒壞；

    (2)  執(zhí)行器的機(jī)械部分由于長(zhǎng)時(shí)間頻繁動(dòng)作，造成齒牙磨損嚴(yán)重，不得不更換加工備件。

    筆者發(fā)現(xiàn)通過用PID控制電動(dòng)閥門，過濾水量、水質(zhì)是得到了保證，但調(diào)節(jié)閥卻經(jīng)常出現(xiàn)問題，調(diào)節(jié)閥使用的效果不太理想。解決的辦法有兩個(gè)：
    (1) 更換執(zhí)行器和控制設(shè)備：由于閥門已經(jīng)裝好，大批量更換已不大可能，其次也不能保證其它品牌的設(shè)備就能應(yīng)用的很好；
    (2) 更改PLC控制程序：在控制程序上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使調(diào)節(jié)閥能安全的運(yùn)行。最初運(yùn)用偏差控制方法，在程序設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行分段判斷，水位每上升100mm就進(jìn)行開度調(diào)節(jié)，在使用過程中也是差強(qiáng)人意，經(jīng)常水位得不到保證，也影響了過濾效果。后來在PLC執(zhí)行PID程序中，加入計(jì)時(shí)器（時(shí)間可在電腦中設(shè)定），當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，將PID算出的控制值送給調(diào)節(jié)閥，此控制值在設(shè)定的計(jì)時(shí)時(shí)段內(nèi)保持不變。下一次計(jì)時(shí)又將新的采樣值送給調(diào)節(jié)閥，這樣即能保證調(diào)節(jié)閥的正常使用，又能保證過濾的水質(zhì)及濾池的水位，有很強(qiáng)的實(shí)用性。流程圖如圖2所示。

    經(jīng)過通電試驗(yàn)，改造后的調(diào)節(jié)閥開關(guān)正常，到目前已正常運(yùn)行5個(gè)月，運(yùn)行情況良好。實(shí)施此次改造，給日后設(shè)備維護(hù)和采購帶來極大的方便，同時(shí)也節(jié)約了大筆維護(hù)資金，僅單個(gè)調(diào)節(jié)閥改造就節(jié)約成本9000元（包括電磁閥、氣控閥）。

(3)  電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥比較

    調(diào)節(jié)閥的構(gòu)造、類型、式樣很多、工作原理也不盡相同。在這里主要是對(duì)使用過的兩種調(diào)節(jié)閥進(jìn)行比較。

相對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥而言，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要有3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

    (1)無需特殊的氣源和空氣凈化等裝置。即使電源失電時(shí)，也能保持原執(zhí)行位置；
    (2) 可遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，電纜敷設(shè)比氣管和液體管道敷設(shè)方便得多，且便于線路檢查；
    (3) 與計(jì)算機(jī)連接方便簡(jiǎn)潔，更適應(yīng)采用電子信息新技術(shù)。

其缺點(diǎn)主要有：

    (1)耐用性差，控制腔中要增加多重保護(hù)才能有效的保護(hù)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
    (2) 對(duì)工作環(huán)境的要求偏高。如易燃、易爆、潮濕的環(huán)境就不適用。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有以下特點(diǎn)：

    (1) 維護(hù)方便，管路不易堵塞，且沒有介質(zhì)變質(zhì)，補(bǔ)充和更換的問題；
    (2) 工作環(huán)境適應(yīng)性好，工作安全可靠、不污染環(huán)境；
    (3) 氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。其缺點(diǎn)在使用過程中主要發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)有較大的排氣噪聲，工作時(shí)需加消聲器。

    在使用過程中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)調(diào)節(jié)閥的選型是最重要的環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的工作質(zhì)量在很大程度上與它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥芯的加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量有關(guān)。調(diào)節(jié)閥的構(gòu)造、類型、式樣很多，因此選擇適合工藝要求的閥門，將起到事半功倍的效果。

3  結(jié)論

    一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能就在于：在各種干擾來時(shí)能迅速克服干擾準(zhǔn)確回復(fù)到設(shè)定值上，發(fā)揮其平抑干擾的作用。在這個(gè)系統(tǒng)中沒有好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就不可能進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。因此調(diào)節(jié)器的品質(zhì)和正確使用是影響系統(tǒng)的工作品質(zhì)的重要因素。如果不能針對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象的特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)規(guī)律和參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，那就無法獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量，甚至系統(tǒng)根本不能正常工作。

    事實(shí)證明，只要對(duì)控制對(duì)象性能徹底了解，采用合適的控制規(guī)律就能得到較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)。