电动阀门的智能化及其发展现状探究

电动阀门的智能化及其发展现状探究

郭军、余正可、徐挺

冈野集团有限公司  浙江，温州  325000

摘要：电动阀门作为工业生产过程控制的关键执行装置，其智能化发展日益受到重视。本文分析了电动阀门智能化的主要特征，包括信息感知与采集、控制策略优化、远程监控与诊断等，总结了电动阀门智能化发展的现状，指出了当前发展中存在的问题，并提出了加强关键共性技术攻关、完善智能阀门标准规范体系、促进产学研用协同创新等发展对策建议。智能化是电动阀门技术发展的必然趋势，对于提升工业自动化水平、推动高质量发展具有重要意义。

关键词：电动阀门；智能化；特征；现状；对策

引言：阀门是流体输送系统和工业自动化控制系统的关键设备，在石油、化工、电力等行业广泛应用。随着工业生产过程自动化、智能化水平的不断提高，对阀门的控制精度、可靠性、智能化提出了更高要求。电动阀门以其灵活的控制方式、精确的执行能力成为智能化的重点发展方向。2020年全球工业阀门市场规模达到735亿美元，其中智能阀门占比约20%，预计到2025年这一比例将提升至30%以上，智能电动阀门市场需求旺盛。分析电动阀门智能化发展特征，把握技术发展现状，对于推动阀门工业高质量发展，助力工业自动化、智能化升级具有重要意义。

一、电动阀门智能化的主要特征

（一）信息感知与采集能力增强

传统电动阀门主要依靠行程开关、力矩开关等机械式装置实现阀位信号反馈和过程监测，容易出现机械磨损、接触不良等故障。智能电动阀门广泛应用各类传感器，通过信号采集与处理单元实现阀位、压差、温度等参数的精确感知和实时采集[1]。以德国SIPOS公司的SIPOS 5 Flash系列智能型电动执行器为例，其采用非接触式磁致伸缩编码器实现高精度阀位反馈，阀位测量分辨率优于0.1%，并配备了压差、振动、温度等智能化监测单元，实现对阀门状态的全面感知。信息感知与采集是智能电动阀门的首要特征，是实现智能控制与决策的基础。

（二）控制策略不断优化

传统电动阀门多采用 PID、开关量控制等较为简单的控制策略，控制精度和适应性有限[2]。智能电动阀门引入模糊控制、神经网络、预测控制等先进算法，根据工艺需求和系统状态，自动调整控制参数，实现更加精确、平稳的调节控制。西门子公司的SIPART PS2智能阀门定位器，采用自适应优化算法，可根据阀门状态实时调整控制参数，实现最佳动态响应，并具备部分行程试验、爆管监测等多种智能诊断功能。先进控制策略的应用，提高了电动阀门的控制品质，增强了系统的鲁棒性和适应性，是智能电动阀门的重要发展方向。

（三）远程监控与诊断功能完善

智能电动阀门通过现场总线、工业以太网等通信方式实现与控制系统的双向通信，支持远程参数设置、状态监控、故障诊断等功能[3]。美国BIFFI公司的ICON3000智能电动头，采用HART、Profibus等多种通信协议，具备远程阀位反馈、扭矩曲线分析、密封件老化评估等丰富的诊断功能，实现了阀门全生命周期的智能化管理。远程监控与诊断功能简化了现场操作，提高了系统运行效率，降低了维护成本，是智能电动阀门的显著特征之一。

二、电动阀门智能化发展现状分析

（一）产品种类日益丰富

智能电动阀门产品不断推陈出新，产品种类日益丰富。从驱动方式看，既有传统的直行程、摆动式电动执行器，又有创新的模块组合式、集成式智能电动装置。从阀门类型看，智能化产品覆盖了闸阀、截止阀、调节阀、球阀等主流类型。从智能化功能看，产品不仅具备阀位反馈、状态监测等基本功能，还集成了故障诊断、远程调试等高级功能。国内外已有数十家企业生产销售智能电动阀门，上百种规格型号产品。种类丰富的产品为不同行业、不同工况的智能化应用提供了充足选择。

（二）关键技术取得突破

近年来，电动阀门智能化关键技术取得长足进步。在执行机构方面，以永磁同步电机取代传统异步电机，实现小型化、一体化设计，提高了响应速度和能效水平。在传动部件方面，采用行星轮系、谐波减速等新型结构，实现紧凑型设计，增强了输出扭矩和定位精度。在控制单元方面，采用高性能处理器和大容量存储器，支持复杂控制算法的实现和状态数据的存储。在通信接口方面，从RS232/485转向以太网、现场总线，实现了大容量、高速率的数据传输。关键核心技术的突破，为智能电动阀门的规模化应用奠定了坚实基础。

（三）行业应用日益深化

智能电动阀门在工业生产过程控制中得到了广泛应用。在石油石化领域，智能电动阀门被大量应用于长输管线、炼化装置的调节控制；在燃气输配领域，智能电动阀门在门站、阀室等场合发挥着重要作用；在火电、核电领域，智能电动阀门被广泛应用于锅炉给水、汽机旁路系统。目前智能电动阀门在石化领域的渗透率已超过25%，在部分大型煤化工项目中的应用比例更是高达60%以上。随着工业物联网、智能制造的快速发展，智能电动阀门在工业过程控制中的应用将进一步深化。

三、电动阀门智能化发展对策

（一）加强关键共性技术攻关

在高性能电机方面，要着力攻克永磁同步电机设计、制造等关键技术，突破高效率、高功率密度、高可靠性的技术瓶颈，实现智能电动执行机构的小型化、轻量化、一体化。在精密传动部件方面，要重点研究谐波减速器、行星轮系减速器等高精度减速装置，解决传动效率低、噪音大、背隙补偿困难等问题，显著提升阀门的定位精度和动态响应性能。在智能控制单元方面，要加强嵌入式系统、现场总线通信、智能控制算法等方面的研究，开发集成度高、适应性强、功能齐全的智能控制模块，实现阀门的精确调节和状态监测。

同时，还要加大智能诊断、预测性维护、远程运维等前沿技术的研发力度。利用机器学习算法，对阀门动作参数、工况数据进行挖掘分析，及时发现潜在故障，实现预测性维护。建立阀门全生命周期数据管理平台，支持远程参数整定、软件升级、故障诊断等功能，最大限度减少现场人工操作，提高使用维护效率。鼓励在石化、电力等智能电动阀门应用集中的行业，开展试点示范，加快新技术、新产品的工程应用，发挥引领带动作用。

加强关键核心技术攻关是推动智能电动阀门高质量发展的根本出路。要进一步完善智能电动阀门领域的政策支持体系，加大研发投入，鼓励企业加大研发投入，鼓励社会资本多渠道投入，形成多元化、多层次的投入格局。要强化产学研用协同，发挥骨干企业、高校、科研院所各自优势，共同开展关键技术联合攻关。同时，要注重人才队伍建设，加快智能电动阀门领域的复合型人才培养，为行业可持续发展提供坚实的人才支撑。

（二）完善智能阀门标准规范体系

系统梳理国内外智能阀门标准规范，结合我国实际，制定一批急需的技术标准。重点围绕接口规范、通信协议、功能安全、信息安全等方面，构建多层次、全覆盖的智能电动阀门标准规范体系。组织产业链龙头企业、科研院所共同制定智能电动阀门评价认证规范，开展智能阀门产品分级分类评定，强化行业自律和质量监管。鼓励企业参与国际标准化活动，推动我国智能阀门标准走出去，提升国际话语权。

（三）促进产学研用协同创新

搭建产学研用协同创新平台，鼓励企业、高校、科研机构在智能电动阀门领域开展联合攻关、成果转化、人才培养等合作。支持骨干企业建立智能阀门技术创新中心，牵头产业关键共性技术和行业标准研制。在阀门产业集聚区建设一批智能阀门测试验证平台，为新产品开发提供检测认证、工艺验证等服务。依托高校专业优势，促进智能阀门领域专业学科发展，加快复合型人才培养。"十四五"期间，力争建成2～3个智能阀门国家技术创新中心，形成一批面向产业链的共性技术服务平台。

结语：

智能化是电动阀门技术发展的必然趋势。当前，我国智能电动阀门在部分核心技术、高端产品上还存在短板，行业总体创新能力有待进一步增强。未来应着力解决基础零部件受制于人、核心技术缺乏等突出问题，加强标准规范和认证体系建设，促进创新资源有效整合，不断提升智能电动阀门的性能水平和服务能力。通过政策引导、示范应用，加快智能电动阀门在石化、电力等行业的推广普及，为工业生产过程智能化升级提供重要装备支撑，为高质量发展注入新动能。

参考文献：

[1]黄爱义,张雄杰,林森,陈爱美,张崇海.电动阀门的智能化及其发展现状探究[J].阀门,2021(6):329-331.

[2]李敏仪,胡镕显,刘韬,梁炜堃.探究无线通信技术智能化现状与发展趋势[J].信息记录材料,2023,24(9):30-33.

[3]汪学明.矿用智能电动阀门关键技术与发展展望[J].阀门,2024(2):224-227.