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漲知識了:電磁閥的那些事,做工控的都應(yīng)該懂的
點擊次數(shù):875 發(fā)布時間:2019-07-15
    由于公司很多設(shè)備都有液壓站、電磁閥這些設(shè)備和部件,但是之前看液壓原理圖時,有時候看得一知半解,幸好看到有這么一份整理完整的電磁閥基礎(chǔ)知識,故收藏起來,并分享給大家,對于做工控來說,經(jīng)常和電磁閥打交道,明白必要的電磁閥工作原理還是十分必要的。
    1.電磁閥的工作原理 電磁閥的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。當(dāng)線圈通電時,磁回路受激產(chǎn)生了電磁吸力,使活動鐵芯受到吸引力而向下移動,它克服了復(fù)位彈簧的力把閥塞開啟,于是工作介質(zhì)(空氣或油)從進(jìn)氣口流至工作口,使工作介質(zhì)在管路中流動;當(dāng)線圈斷電后,電磁吸力消失了,活動鐵芯在彈簧的作用下回復(fù)到原來的位置,關(guān)閉了閥塞,于是工作介質(zhì)停止了流動。對于常見的二位二通電磁閥也是這樣的工作原理,只是閥上沒有了排氣口而已。
    圖1 二位三通SMC電磁閥工作原理示意圖
    2.電磁閥的基本分類 按工作原理可將電磁閥分為:
    直動式、先導(dǎo)式、分步直動式三類。
    直動式:上面的圖1就屬于直動式。
    先導(dǎo)式:通電后電磁力把先導(dǎo)孔打開,使上腔室壓力下降,在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差,流體壓力推動關(guān)閉件向上移動,閥門打開;斷電后,彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉,入口壓力通過旁通孔在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差,流體壓力推動關(guān)閉件向下移動關(guān)閥。
    分步直動式:采用直動式和先導(dǎo)式相結(jié)合的工作原理。 按流體所接的路數(shù)可將電磁閥分為二位二通,二位三通,二位四通,二位五通等形式。 按電磁線圈的個數(shù),可將電磁閥分為單控和雙控兩種:單線圈的稱為單電控,雙線圈的稱為雙電控。
    3.電磁閥的圖形符號 電磁閥的用途廣泛,由于使用的行業(yè)不同,其圖型略有差別。
    (1) 流程行業(yè) 在流程行業(yè)帶控制點的流程圖(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)。
smc電磁閥上的數(shù)字代表什么
    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。
    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)用實例 電磁閥的應(yīng)用很廣泛,在此僅談點電磁閥的個別應(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)䲟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;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
    新管道安裝的電磁閥,使用前應(yīng)對工藝管道進(jìn)行吹洗,把管道中的雜質(zhì)、積污、焊渣清除了,以避免閥門被堵塞或卡死。工藝停產(chǎn)期間,電磁閥不用時,應(yīng)將閥門前的手動截止閥門關(guān)閉。如果停產(chǎn)時間過長,應(yīng)把電磁閥拆下保管,否則由于工藝管道的嚴(yán)重積垢留置在閥內(nèi),使閥門內(nèi)部卡死而不能工作。權(quán)衡利弊拆下保管比開工時處理故障更容易和主動。準(zhǔn)備必要的備品備件。電磁閥結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜,遇到故障時,處理起來也不是太困難。以下是一些常見故障,如:
    通電后電磁閥不工作。
    先檢查接線是否正常,然后再檢查線圈是否斷線。通電后電磁閥閥沒有打開。
    可檢查閥蓋螺絲是否松了。如果是更換閥蓋密封墊后才出現(xiàn)這一故障,則應(yīng)檢查密封墊片是否過厚、過薄,或者由于螺絲松緊程度不一致造成的問題。再就是檢查閥塞是否卡死了,有先導(dǎo)閥的則應(yīng)觀察導(dǎo)閥的閥口是否有堵塞現(xiàn)象。斷電后電磁閥關(guān)不了。先檢查閥芯是否卡死了,先導(dǎo)閥的閥口是否有堵塞情況。閥門已關(guān)閉,但關(guān)不死。仍然有工作介質(zhì)泄漏,重點檢查閥芯的密封墊片是否損壞,閥座是否松動。閥芯卡死。堵塞故障可通過清洗來解決,清洗可用汽油或水,清洗后用壓縮空氣吹干,拆卸電磁閥一定要記住各部件的順序,避免回裝時出錯造成新的故障。
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