公司：天籌（上海）自動化設(shè)備有限公司
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上升知識:電磁閥的那些東西，做工業(yè)控制應(yīng)該了解
點(diǎn)擊次數(shù)：1075 發(fā)布時間：2019-07-09
因?yàn)楣竞芏嘣O(shè)備有液壓站,電磁閥,設(shè)備和組件,但在液壓原理圖,有時看起來有點(diǎn)知識,這是很高興見到完整的電磁閥的基本知識,因此,收集在一起,并分享給每個人,做工業(yè)控制,經(jīng)常處理一個電磁閥,了解必要的電磁閥的工作原理是非常必要的。
1. 費(fèi)斯托電磁閥的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)線圈通電時，磁路被激發(fā)產(chǎn)生電磁吸力，使移動的鐵芯被吸引并向下移動。克服復(fù)位彈簧的力打開閥塞，使工質(zhì)(空氣或油)從進(jìn)風(fēng)口流向工作端口，使工質(zhì)在管道中流動。線圈切斷后，電磁吸力消失，在彈簧的作用下，主動芯恢復(fù)到原來的位置，關(guān)閉閥塞，工作介質(zhì)停止流動。對于普通的雙向電磁閥來說，雙向電磁閥的工作原理是一樣的，只是閥門上沒有排氣口。
圖1兩臺三通電磁閥工作原理圖電磁閥的基本分類按工作原理可分為:直通式、先導(dǎo)式、分步直通式三種。直接操作:上面的圖1是直接操作。先導(dǎo)式:通電后，電磁力將先導(dǎo)孔打開，使上腔壓力下降，在關(guān)閉部位周圍形成高壓差，流體壓力推動關(guān)閉部位向上運(yùn)動，閥門打開;斷電后，彈簧力將先導(dǎo)孔關(guān)閉，進(jìn)口壓力通過旁路孔將閥門周圍的關(guān)閉部件壓成低壓對高壓差，流體壓力推動關(guān)閉部件向下移動關(guān)閉閥門。分步直接動作:采用直接動作與先導(dǎo)式組合的工作原理。按連接到電磁閥上的流體數(shù)量可分為二、二、三、二、四、五等形式。根據(jù)電磁線圈的數(shù)量，電磁閥可分為單管和雙管兩種:單管稱為單電控，雙管稱為雙電控。3.電磁閥圖形符號電磁閥應(yīng)用廣泛，由于使用行業(yè)不同，圖形略有不同。在帶有工業(yè)過程控制點(diǎn)的流程圖(PID圖)上，電磁閥的圖形符號如圖2所示。
圖2 PID圖上的電磁閥符號 (2) 機(jī)械行業(yè)在機(jī)械行業(yè)或機(jī)電一體化的氣、液傳動系統(tǒng)，用的圖形符號如圖3所示。圖3 分別是一個二位二通，二位三通電磁閥上下排列和左右排列的圖形符號示意圖。
圖3 電磁閥圖形符號示意圖 特別要說明的是：上下兩個方框不是兩個腔體，而是分別表示通電和未通電時的狀態(tài)，上面方框(左邊方框)是表示通電后流體流動的方向和端口，下面方框(右邊方框)是表示不通電的時候流體流動的方向和端口。這種雙狀態(tài)的畫法是把管路連接畫在不通電的情況下，即畫在下面的方框(右邊方框)。 圖中的1、2、3標(biāo)號采用的是GB／T 32215-2015標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主氣口由一位數(shù)字來識別，具體標(biāo)識分別是：進(jìn)氣口為1，工作口為2，排氣口為3。festo費(fèi)斯托電磁閥按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：控制機(jī)構(gòu)，先導(dǎo)控制口和電氣連接線都用二位數(shù)字標(biāo)識，如以下圖5中的12，14，其第一位數(shù)字是1，第二位數(shù)字表示當(dāng)相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)動作時與主氣口1連接的主氣口的編號。 圖符的方框表示電磁閥的工作位置，有幾個方框就表示有幾"位"。方框內(nèi)的箭頭表示流體處于接通狀態(tài)，但箭頭方向不一定表示流體的實(shí)際方向。方框內(nèi)的┫ 形符號表示該通路不通。方框外部連接的接口數(shù)有幾個，就表示幾"通"。平時說的二位二通，二位三通，二位四通，二位五通就是根據(jù)以上來的。 換向閥都有兩個或兩個以上的工作位置，其中一個為常態(tài)位，即閥塞未受到操縱力時所處的位置。圖形符號中的中位是三位閥的常態(tài)位。 我們結(jié)合樓主提供的電磁閥照片(圖4)試進(jìn)行說明。從照片看這是一個二位五通雙控電磁閥。
圖4 電磁閥局部照片 我們把它畫成圖5，來看看該閥門流體與端口的狀態(tài)，12與14下邊的圖形表示：電磁鐵與內(nèi)部先導(dǎo)控制和手動操縱控制。圖5是假設(shè)12側(cè)線圈是不通電的。只是14側(cè)線圈通、斷電的動作，左邊是14側(cè)線圈不通電時的狀態(tài)，右邊是通電時的狀態(tài)。由于其與工藝要求的正、反動作還有關(guān)系，因此，詳細(xì)說明請看下半部分的："5．電磁閥應(yīng)用實(shí)例"的內(nèi)容。
圖5 二位五通先導(dǎo)式電磁閥示意圖 如果想深入了解相關(guān)的內(nèi)容，建議閱讀GBT 786.1-2009／ISO 1219-1：2006《流體傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路圖 第1部分：用于常規(guī)用途和數(shù)據(jù)處理的圖形符號》。
二位五通電磁閥可以觀察實(shí)物來確定各端口的功能，一側(cè)有兩個接口的，這兩個接口就是工作端口，即2、4，通常分別接氣缸的前后端蓋的孔。另一側(cè)有三個接口，中間那個就是進(jìn)氣端口，即1， 進(jìn)氣口旁邊兩個是排氣端口，即3、5，通常是裝消聲器。
4．電磁閥應(yīng)用基礎(chǔ) (1) 如何識別電磁閥的端口 很多電磁閥的端口在閥體上都有標(biāo)注，較好識別。對于標(biāo)注看不清楚或者不統(tǒng)一的閥，可從所接的管路或接口來推斷各接口。 如二位三通電磁閥，有兩個端口的一邊，一個為進(jìn)氣端口用來接進(jìn)氣氣源，另一個是排氣端口；閥的另一邊只有一個端口，這就是出氣端口，又稱為工作口。 對圖5的二位五通電磁閥，一邊有兩個端口就是工作端口(即2、4)，一個為正動作工作口和一個反動作工作口，可分別提供給汽缸等設(shè)備一正一反的氣源。有三個接口的那邊，中間那個是進(jìn)氣端口(即1)用來接進(jìn)氣氣源， 進(jìn)氣端口旁邊兩個是排氣端口(即3、5)，一個正動作排氣端口和一個反動作排氣端口，通常是裝消聲器用的。(2) 電磁閥的常開、常閉及自鎖 二位三通電磁閥分為常閉型和常開型兩種。這樣的設(shè)計是為了避免電源有故障時，導(dǎo)致電磁閥的動作失敗。 常閉型指線圈沒通電時氣路是斷的，即斷電關(guān)閉，通電打開。當(dāng)電磁閥需要長時間關(guān)閉，并且關(guān)閉的時間多于開啟的時間應(yīng)選用常閉型。 常開型指線圈沒通電時氣路是通的，即斷電打開，通電關(guān)閉。當(dāng)電磁閥需要長時間打開，并且打開的時間多于關(guān)閉的時間應(yīng)選用常開型。 二位三通電磁閥還有一進(jìn)二出和二進(jìn)一出的產(chǎn)品。 一進(jìn)二出：當(dāng)電磁閥通電時，工作口第一路打開，第二路關(guān)閉；當(dāng)電磁閥斷電時，工作口第一路關(guān)閉，第二路打開。 二進(jìn)一出：當(dāng)電磁閥通電時，進(jìn)氣口第一路打開，第二路關(guān)閉；當(dāng)電磁閥斷電時，進(jìn)氣口第一路關(guān)閉，第二路打開。 二位五通雙控電磁閥有自鎖功能，當(dāng)其正動作線圈通電時，正動作氣路被接通，正動作出氣端口有氣；正動作線圈斷電后正動作氣路仍然是接通的，將一直維持到給反動作線圈通電為止。給反動作線圈通電，則反動作氣路接通，則反動作出氣端口有氣，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將維持到給正動作線圈通電為止，這就相當(dāng)于自鎖。(3) 電磁閥產(chǎn)品樣本上的分類 電磁閥產(chǎn)品樣本上對方向控制閥的分類常列為：2／2閥，3／2常開閥，3／2分向閥，5／2閥，5／3閥等，這些數(shù)字代表的是閥的主氣口數(shù)及閥的位置狀態(tài)數(shù)。第一個數(shù)字表示主氣口數(shù)，第二個數(shù)字表示閥位置狀態(tài)數(shù)。如2／2閥表示該閥有兩個主氣口，兩個狀態(tài)位置；3／2閥表示該閥有三個主氣口，兩個狀態(tài)位置；5／3閥表示該閥有五個主氣口，三個狀態(tài)位置，如此類推即可。5．電磁閥應(yīng)用實(shí)例 電磁閥的應(yīng)用很廣泛，在此僅談點(diǎn)電磁閥的個別應(yīng)用的例子。 在流程生產(chǎn)中電磁閥很多時候是與氣動調(diào)節(jié)閥和活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合使用，這時電磁閥只起輔助功能但作用十分重要。尤其是在工藝生產(chǎn)聯(lián)鎖中，電磁閥具有很重要的作用，如氣源有故障時工藝閥的開、關(guān)狀態(tài)；工藝生產(chǎn)安全對閥門動作有要求時，大多需要通過電磁閥來控制。(1) 二位五通雙控電磁閥的應(yīng)用例 圖6是一個二位五通雙控電磁閥與氣缸來控制工藝閥門的例子。圖中的S1、S2的作用與圖5 中的12、14電磁閥線圈類似。雙電控電磁閥通過兩側(cè)電磁線圈的通電、斷電來控制閥門的開關(guān)，當(dāng)一個線圈斷電，另一個未通電時可以保持閥門當(dāng)前位置不變，即使閥門具有了自鎖功能。對動作過程作一簡單說明:
當(dāng)S1帶電，S2斷電時，壓縮空氣從1→2→A，氣缸活塞下移，B→4→5，關(guān)閥。當(dāng)S1 斷電，S2帶電時，壓縮空氣從1→4→B，氣缸活塞上移，A→2→3，開閥。 如果S1、S2同時通電或同時斷電，閥門不動作仍維持原位。(2) 二位三通電磁閥的應(yīng)用 當(dāng)工藝要求同一個工藝參數(shù)在高、低值越限時都要有信號聯(lián)鎖動作，以往得用兩只二位三通電磁閥來實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)在大多是用PLC中的R－S觸發(fā)器來完成，可靠性有了提高，還省了一只電磁閥，圖7 就是一例。圖中S是只常閉型電磁閥。工藝參數(shù)正常時，閥門定位器輸出的氣壓信號從1→2→調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行正常的調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝參數(shù)越限或供氣中斷時，調(diào)節(jié)閥將打開。聯(lián)鎖信號1和2由誰承擔(dān)置位或復(fù)位，則取決于工藝生產(chǎn)的要求。
(3) 二位三通電磁閥的冗余 為了生產(chǎn)安全，有的場合用一只電磁閥進(jìn)行控制不太安全，這時就有必要考慮電磁閥的冗余問題。圖8是一個冗余電路，當(dāng)一只電磁閥有故障時，另一只電磁閥仍能保持正常工作，這就保證了生產(chǎn)的安全性。
當(dāng)某只電磁閥掉電或出現(xiàn)故障時，也就是電磁閥失效時，是如何保證用氣設(shè)備的壓縮空氣不中斷的，單從圖8中是很難看出來，為了能直觀的看出電磁閥正常和失效時，電磁閥的動作及壓縮空氣的流向，特把四種狀態(tài)時電磁閥的動作及壓縮空氣的流向在圖9中畫出供分析。再把上半部分文中的一段話復(fù)制下來："方框內(nèi)的箭頭表示流體處于接通狀態(tài)，但箭頭方向不一定表示流體的實(shí)際方向。"以免看圖9時出現(xiàn)誤解。
6．電磁閥應(yīng)用中要注意的問題(1) 了解工作流體的性質(zhì) 應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性選擇相應(yīng)的電磁閥，如用于水和用于蒸汽的電磁閥就不相同。流體性質(zhì)包括：溫度、壓力、粘度、腐蝕性等；溫度高的流體，就不能使用常溫電磁閥，否則其使用壽命將大大縮短，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞。當(dāng)管道中流體含有微粒等雜質(zhì)時，應(yīng)選用膜片式電磁閥。電磁閥允許液體粘度一般在20mm2／S以下，大于50mm2／S時應(yīng)專門訂貨。電磁閥對流體的清潔度要求較高，流體清潔度不高時可在電磁閥前安裝過濾器。(2) 搞清工作流體的壓力和流量 選擇的電磁閥額定工作壓力太高，會增加投資；但選擇的額定工作壓力太低，或接近實(shí)際的介質(zhì)壓力，在工作中電磁閥因材料的強(qiáng)度不夠，會造成事故。除安全問題外，工作壓力的選擇還與電磁閥能否正常工作有關(guān)。工作壓力一般用高與低的上、下限來確定它的可靠工作范圍。否則電磁閥受介質(zhì)壓力的影響將無法可靠工作。 流體流量大小關(guān)系到電磁閥的通徑或閥座尺寸。電磁閥口徑選擇過大會造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)；如果口徑選小了又會限制管道中應(yīng)通過的流量，而造成較大的壓力損失，使得系統(tǒng)的控制作用減小，使系統(tǒng)的控制精度下降或失控。 工作壓差是指電磁閥能可靠開、關(guān)的閥入口與出口間的壓力差，也是電磁閥能否正常工作的關(guān)鍵，是選擇時首要考慮的問題。
（3）要重視環(huán)境條件 電磁閥的使用溫度過高則壽命將下降，高溫度不能超過電磁閥銘牌所示。環(huán)境溫度太低，會引起電磁閥外殼結(jié)霜，會使密封填料等出現(xiàn)問題，使電磁閥不能正常工作。 濕度會影響電氣絕緣性，潮濕的環(huán)境會使電氣絕緣下降，影響到電磁閥的可靠性。使用環(huán)境有灰塵、水滴、鹽霧、腐蝕性氣氛時，應(yīng)選擇密封性好的產(chǎn)品，如防水型、防濺型、防塵型電磁閥。要求防爆應(yīng)選擇防爆型電磁閥。在有振動、沖擊的環(huán)境則應(yīng)選擇耐振型電磁閥。(4) 工作電源的選擇 電磁閥的工作電源有直流和交流之分，直流電磁閥接入了交流電源，電磁吸力會很小導(dǎo)致無法工作；交流電磁閥接入了直流電源，會出現(xiàn)電流過大使線圈溫度升高把電磁閥燒壞。 電磁閥的供電電源應(yīng)與銘牌上的額定電壓相符，電源電壓過高，使電磁閥電流過大而溫升異常，且電磁吸力太大導(dǎo)致沖擊力過大，而影響閥的可靠性。電源電壓過低，電磁閥的電磁吸力下降過多，會影響到開閥能力而難以可靠地工作。 要考慮電磁閥的使用距離。電磁閥線圈電壓一般以24V. DC 或220V. AC的居多。在使用中還應(yīng)考慮導(dǎo)線壓降的影響問題，舉個例子說明如下，已知：電磁閥的工作電壓為24V.DC，功率為DC 10W，工作電流取值0.42A；允許電壓降為15%則取值4V；控制設(shè)備至電磁閥的電線如用2×1.5mm2的，其電阻為 0.014Ω／m，則電纜的大長度為：4／0.014×2×0.42≈340m。如用2×2.5mm2的，其電阻為 0.008Ω／m，則電纜的大長度為：4／0.008×2×0.42≈590m。 實(shí)際應(yīng)用中為了保證電磁閥可靠動作，電纜長度不要超過以上計算值。對距離較遠(yuǎn)的現(xiàn)場，而且使用在信號聯(lián)鎖系統(tǒng)時，只能考慮更換線徑更粗的導(dǎo)線，或者提高供電電源來解決。(5) 要考慮閥的工作頻度 工作頻度即電磁閥在使用時所允許的高動作次數(shù)，通常用每分鐘開閥與關(guān)閥的次數(shù)來表示。是由電磁閥的類型與結(jié)構(gòu)來決定，如直接動作式的電磁閥動作時間快，它的工作頻度就可高一些。 生產(chǎn)有連續(xù)生產(chǎn)、間歇生產(chǎn)、短時生產(chǎn)。在連續(xù)生產(chǎn)場合使用了短時工作制的電磁閥，使用壽命就會縮短，甚至?xí)诙唐趦?nèi)損壞。無恰當(dāng)產(chǎn)品可選時，只能選用高一檔的產(chǎn)品，而不要降額選擇。(6) 重視細(xì)節(jié)問題 很多電磁閥是可以通用的，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。一般電磁閥是不防水的，安裝環(huán)境要考慮防水問題。對腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用不銹鋼產(chǎn)品；電磁閥是選擇常閉型還是常開型，應(yīng)根據(jù)工藝要求及安全來進(jìn)行選擇。7．電磁閥的安裝和維修 合理選型、正確安裝、定期維修是電磁閥可靠工作的保證。電磁閥的種類繁雜，用途千差萬別。因此，安裝與維護(hù)方法，不可能一一羅列出來，本文僅談一些基本原則供參考。（1）安裝 安裝時應(yīng)注意工作介質(zhì)的流向，應(yīng)按閥體上標(biāo)注箭頭所指的流通方向安裝。 供電電源要與電磁閥銘牌上的規(guī)定一致，如交流、直流，電壓等級、功率等。通過控制繼電器驅(qū)動時匹配要合理。電磁閥應(yīng)接地以保證安全。 電磁閥內(nèi)裝有彈簧，能承受一定程度的振動，安裝稍不垂直尚可正常工作，但應(yīng)盡可能安裝在振動較小的地方，并盡量垂直安裝。 安裝時要注意與閥門相連部位及閥門本體的密封，防止泄漏。在有腐蝕性介質(zhì)的工作場所，應(yīng)對閥門采取必要的防護(hù)措施。（2）維修
費(fèi)斯托電磁閥官網(wǎng)對于安裝在新管道上的電磁閥，在使用前對工藝管道進(jìn)行吹掃清洗，清除管道中的雜質(zhì)、污垢和焊渣，以免閥門被堵塞或卡住。在關(guān)閉過程中，當(dāng)電磁閥不使用時，應(yīng)關(guān)閉閥前手動截止閥。如果停機(jī)時間過長，應(yīng)將電磁閥取下妥善保管，否則由于工藝管路嚴(yán)重結(jié)垢滯留在閥門內(nèi)，使閥門內(nèi)部卡住無法工作。為了安全起見，把它取下來比在開始時處理故障更容易，也更主動。準(zhǔn)備必要的備件。電磁閥的結(jié)構(gòu)不是太復(fù)雜，在發(fā)生故障時，也不是太難處理。以下是一些常見的故障，如:電源后電磁閥不工作。首先檢查線路是否正常，然后檢查線圈是否損壞。通電后電磁閥不打開。檢查閥蓋螺絲是否松動。如果在更換閥蓋墊片后發(fā)生故障，應(yīng)檢查墊片是否太厚或太薄，或者是由于螺釘緊固不一致造成的問題。檢查閥塞是否卡死，應(yīng)有先導(dǎo)閥應(yīng)觀察閥口是否有堵塞現(xiàn)象。斷電后電磁閥不關(guān)閉，檢查閥芯是否卡死，先導(dǎo)閥閥口是否堵塞。閥門是關(guān)閉的，但不能關(guān)閉。工作介質(zhì)仍有泄漏，重點(diǎn)檢查閥芯密封墊片是否損壞，閥座是否松動。卷軸卡住了。堵塞故障可以通過清洗來解決，清洗可用汽油或水，清洗后用壓縮空氣吹干，拆卸電磁閥時一定要記住各部件的順序，避免新故障造成的錯誤。
