技术更新:小功率电磁阀

低功率电磁阀广泛用于工艺工厂，作为先导阀，用于打开和关闭较大的球阀或蝶阀，或在控制阀(安装在定位器和执行器之间)上，以便在断电时自动释放空气。阀门通过对相关执行机构进行加压或减压来工作。

新一代甚至更低功率的阀门使用更少的功率，是原始设备制造商(oem)，阀门装配商，最终用户工程师或任何指定用于炼油，上游石油和天然气，化工，制药和生命科学，食品和饮料以及电力应用项目的电磁阀的兴趣。

新的低功率电磁阀易于集成，提高可靠性，减少堵塞，改善了远程应用的通信，并遵循相关的行业标准。

电磁阀的低功率是什么?

第一类可靠的中功率(510瓦)电磁阀于20世纪60年代推出。许多这种类型的阀门今天仍在使用，在低功率敏感的应用。但在接下来的几十年里，随着电子控制开始在整个过程工厂中普及，用户和制造商意识到低功耗设计的好处。

第一批低功率电磁阀出现在20世纪80年代中期，本质上是安全的设计。他们将功耗降低到约0.5瓦，就像今天最先进的型号一样。80年代中期的阀门很难制造，并且具有低流量和低额定压力的特点。用户可以选择中等功率阀门或本质安全(IS)阀门。IS阀门虽然工作功率为0.5瓦，但在安装过程中需要昂贵的IS安全屏障。

与中等功率阀门相比，非IS应用中的IS阀门使用更少的功率，但仍然面临流量和压力的限制。

到1995年，通过引入更高流量，更高压力等级的插装式阀，性能水平得到了提高，该阀在1.5瓦额定值附近提供了可接受的性能。

最近，对更高效率和节能的努力——加上总线网络和备用电源方案的普及——增加了电力曲线的下行压力。设计再次接近“神奇”的半瓦标志，与最新一代真正的低功率电磁阀额定在0.5至0.75瓦。设计不同。

集成挑战

许多OEM设计师和最终用户都倾向于“集成”解决方案，将低功率电磁阀作为一个单元内置于位置指示器中。这提供了一个更清洁的包装，并且不需要单独采购指示器和阀门。然而，集成解决方案也有缺点。首先，它们的“黑盒子”性质使它们难以储存、排除故障和维护。如果性能滞后或失败，通常不清楚是哪个组件出了问题，也不知道应该如何进行修复或调整。维修人员可能会在出现问题的第一个迹象时简单地丢弃包装并购买新设备，这比排除故障和更换一个组件要昂贵得多。

通过集成的解决方案，阀门的选择落在OEM身上，他们可能只采用为较轻负荷用途设计的阀门，例如包装线。最终的指定者或最终用户可能对集成阀门很少或没有发言权。流动效率、孔口尺寸、工作温度、响应时间、压力额定值、耐久性和总体可靠性是否符合预期的工艺应用?

此外，特殊阀门通常意味着特殊的可用性问题。集成解决方案的买家不能仅仅标准化，库存和轻松替换具有足以适应所有工厂应用的特性的单个零件编号阀门。

设计师或被迫使用集成产品的用户必须与供应商讨论阀门组件，询问:

• 是买断条款吗?
• 制造商是谁?
• 进行了哪些测试以确保产品不会在现场出现故障?
• 推荐的维护计划是什么?
• 它的孔口尺寸、额定压力、可靠性记录和其他关键特性是什么?
• 这些如何与预期的应用程序匹配?

阀堵塞

原始设备制造商和用户报告说，集成解决方案和一些非集成的、单独可用的阀门可能存在其他可靠性问题。

堵塞是一个主要问题。

大多数阀门设计在1.5瓦或更高的额定功率，很容易符合ANSI/ISA 7.0.01 1996仪表空气质量标准。这需要清洁，干燥的空气或惰性气体过滤到40微米的粒度。

许多较新的电磁阀设计为较低的功率实现这部分通过限制孔尺寸。不幸的是，孔口越小，操作困难或因异物进入阀门而失败的可能性就越大:换句话说，堵塞。

大多数模型用更复杂的过滤进行补偿。而不是标准的40微米品种，他们使用非标准的5或10微米的过滤。特殊过滤器需要更复杂的空气管道安装，大大增加了系统成本，并且由于更频繁的维护和停机而增加了运营费用。

堵塞威胁到电磁阀的长期可靠性，对电磁阀用户构成严重威胁。在许多行业中，小型先导阀控制的大型过程阀可能会在相同的位置(开启或关闭)保持数天、数周甚至数月。然而，当需要时，阀门必须运行可靠。如果不这样做，对过程完整性、工厂投资或人员安全的后果可能是严重的。

重新设计任何阀门以减少能耗，都需要进行一系列的权衡，至少要将“性能损失”降到最低。权衡可能涉及降低孔口尺寸和最大允许压力等因素。(例如，买家应该确认阀门的额定压力足够高，以避免额外的压力调节器。)

有些阀门从一开始就设计了宽松的参数，性能下降可以忽略不计。更低的功耗意味着更少的热量，线圈和电源的寿命更长，这也意味着对相关设备的压力更小。由于工作温度每降低10℃，产品的生命周期可能会大约翻倍，因此这些优势增加了可靠性。

独立的低功率电磁阀可以满足几乎任何实际的过程要求，并确保可靠性。买方应与制造商核实具体应用的适用性。

布线节省超过阀门价格

传统的点对点布线通常会比阀门本身产生更多的安装费用(人工、电缆和管道、配件、连接器、I/O和工厂房地产)。围绕新兴的半瓦标准配置电磁阀可以降低这些安装成本。

其较低的电流消耗消除了额外的电源隔离继电器的需要。它们允许使用更小、更便宜的配线规。它们还允许使用小尺寸的、更便宜的电源。

此外，功率是一个可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)输出卡驱动多少阀门的限制因素。使用需要0.5瓦的阀门来取代1.5瓦，1.8瓦或更高的型号，可以使每个卡的阀门承载能力增加一倍或三倍，因此需要的输出卡更少，也节省了相关电源和/或电池的成本。

在老式的点对点配置中，使用传统功率限制的阀门，单个阀门加上安装和设备可能要花费2400美元。在经过优化的DeviceNet或ASI总线上安装低功率阀门，可以将安装、阀门和配件的材料和人工成本降低近50%，达到近1200美元。

也可以实现更高的效率和“契合度”。对于DeviceNet、ASI和其他由网络供电的总线网络应用，新的低功耗阀可能只需要其前身的三分之一的电流，从而允许每个总线段上有更多的输入和输出设备。

远程阀门安装

远程位置的过程控制系统，如石油管道和远程天然气采掘站，可以从较低的功耗中受益。

较低的功率损耗的新阀门可以允许系统指定一个更小的电池组与太阳能供电。另一种方法是，设计人员可以将电池保持在相同的尺寸，但依靠降低功耗来优化系统，使其在没有阳光的情况下运行更长时间。

在极端寒冷的地方，标准的低功率阀门可能需要伴热或保护。这就需要增加功率，加上更大、更昂贵的电池和充电系统。相反，网站设计人员应该指定额定为-40华氏度的低功耗机型。

电网上不那么偏远的站点可能会部署备用电源(发电机或电池)。这些地点包括制药生产线和关键的石化生产线，在这些地方，由于生产线中断而造成的昂贵的消耗品、原料或过程中材料的损失尤其严重。

最后，监控和数据采集(SCADA)可以通过远程终端单元(rtu)对远程位置进行监控，rtu可以与生产办公室进行通信，从而减少了现场维护呼叫的需求，节省了时间和金钱。

安全标准

工业标准不断发展，世界范围内的过程工业正在迅速采用IEC 62061:2005和IEC 61508等文件中描述的较新的安全完整性水平(SIL)要求。SILs为风险因素提供了统一的衡量标准，便于设计人员合理分配设备采购成本。较高的SIL数(从SIL1到SIL4)表明安全功能按需失效的可能性较低。

sil3电磁阀可用，但并非所有制造商获得所有认证和标准批准，如UL, FM, ATEX, IECEx, FM和CSA。

在为过程工业应用选择低功率电磁阀时，要考虑孔口尺寸和堵塞潜力、额定压力和其他物理特性、总线兼容性、备用电源需求和相关行业标准等问题。最新一代的阀门结合了低功耗和可靠的性能，比以前的产品更多的应用。

- Fabio Okada是市场总监;杰克·哈勒是电子和磁性工程经理;Manny Arceo是Asco Numatics的首席工程师。Mark T. Hoske编辑，CFE Media，控制工程，www.globalelove.com．

www.asconumatics.com

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。