由於公司很多設備都有液壓站、電磁閥這些設備和部件，但是之前看液壓原理圖時，有時候看得一知半解，幸好看到有這麼一份整理完整的電磁閥基礎知識，故收藏起來，並分享給大家，對於做工控來說，經常和電磁閥打交道，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 電磁閥的基本結構如圖1 所示。當線圈通電時，磁迴路受激產生了電磁吸力，使活動鐵芯受到吸引力而向下移動，它克服了復位彈簧的力把閥塞開啟，於是工作介質(空氣或油)從進氣口流至工作口，使工作介質在管路中流動；當線圈斷電後，電磁吸力消失了，活動鐵芯在彈簧的作用下回復到原來的位置，關閉了閥塞，於是工作介質停止了流動。對於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、先導式、分步直動式三類。 直動式：上面的圖1就屬於直動式。 先導式：通電後電磁力把先導孔打開，使上腔室壓力下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電後，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔在關閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關閉件向下移動關閥。 分步直動式：採用直動式和先導式相結合的工作原理。 按流體所接的路數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，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，由於使用的行業不同，其圖型略有差別。 (1) 流程行業 在流程行業帶控制點的流程圖(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) 機械行業在機械行業或機電一體化的氣、液傳動系統，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， 上面方框(左邊方框)是表示通電後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標號採用的是GB／T 32215-2015標準的標識，按標準規定主氣口由一位數字來識別，具體標識分別是：進氣口為1，工作口為2，排氣口為3。按標準規定：控制機構，先導控制口和電氣連接線都用二位數字標識，如以下圖5中的12，14，其第一位數字是1，第二位數字表示當相應控制機構動作時與主氣口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"。方框內的箭頭表示流體處於接通狀態，但箭頭方向不一定表示流體的實際方向。方框內的┫ 形符號表示該通路不通。方框外部連接的接口數有幾個，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位。 我們結合樓主提供的電磁閥照片(圖4)試進行說明。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，12與14下邊的圖形表示：電磁鐵與內部先導控制和手動操縱控制。圖5是假設12側線圈是不通電的。只是14側線圈通、斷電的動作，左邊是14側線圈不通電時的狀態，右邊是通電時的狀態。由於其與工藝要求的正、反動作還有關係，因此，詳細說明請看下半部分的："5．電磁閥應用實例"的內容。
圖5 二位五通先導式電磁閥示意圖 如果想深入瞭解相關的內容，建議閱讀GBT 786.1-2009／ISO 1219-1：2006《流體傳動系統及元件圖形符號和迴路圖 第1部分：用於常規用途和數據處理的圖形符號》。
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後端蓋的孔。另一側有三個接口，最中間那個就是進氣端口，即1， 進氣口旁邊兩個是排氣端口，即3、5，通常是裝消聲器。
4．電磁閥應用基礎 (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註，較好識別。對於標註看不清楚或者不統一的閥，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，一個為進氣端口用來接進氣氣源，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備一正一反的氣源。有三個接口的那邊，中間那個是進氣端口(即1)用來接進氣氣源， 進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。這樣的設計是為了避免電源有故障時，導致電磁閥的動作失敗。 常閉型指線圈沒通電時氣路是斷的，即斷電關閉，通電打開。當電磁閥需要長時間關閉，並且關閉的時間多於開啟的時間應選用常閉型。 常開型指線圈沒通電時氣路是通的，即斷電打開，通電關閉。當電磁閥需要長時間打開，並且打開的時間多於關閉的時間應選用常開型。 二位三通電磁閥還有一進二出和二進一出的產品。 一進二出：當電磁閥通電時，工作口第一路打開，第二路關閉；當電磁閥斷電時，工作口第一路關閉，第二路打開。 二進一出：當電磁閥通電時，進氣口第一路打開，第二路關閉；當電磁閥斷電時，進氣口第一路關閉，第二路打開。
二位五通雙控電磁閥有自鎖功能，當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；正動作線圈斷電後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後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，這就相當於自鎖。(3) 電磁閥產品樣本上的分類 電磁閥產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，這些數字代表的是閥的主氣口數及閥的位置狀態數。第一個數字表示主氣口數，第二個數字表示閥位置狀態數。如2／2閥表示該閥有兩個主氣口，兩個狀態位置；3／2閥表示該閥有三個主氣口，兩個狀態位置；5／3閥表示該閥有五個主氣口，三個狀態位置，如此類推即可。5．電磁閥應用實例 電磁閥的應用很廣泛，在此僅談點電磁閥的個別應用的例子。 在流程生產中電磁閥很多時候是與氣動調節閥和活塞執行機構配合使用，這時電磁閥只起輔助功能但作用十分重要。尤其是在工藝生產聯鎖中，電磁閥具有很重要的作用，如氣源有故障時工藝閥的開、關狀態；工藝生產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電磁線圈的通電、斷電來控制閥門的開關，當一個線圈斷電，另一個未通電時可以保持閥門當前位置不變，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，關閥。當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用 當工藝要求同一個工藝參數在高、低值越限時都要有信號聯鎖動作，以往得用兩隻二位三通電磁閥來實現，但現在大多是用PLC中的R－S觸發器來完成，可靠性有了提高，還省了一隻電磁閥，圖7 就是一例。圖中S是隻常閉型電磁閥。工藝參數正常時，閥門定位器輸出的氣壓信號從1→2→調節閥，進行正常的調節。當工藝參數越限或供氣中斷時，調節閥將打開。聯鎖信號1和2由誰承擔置位或復位，則取決於工藝生產的要求。
(3) 二位三通電磁閥的冗餘 為了生產安全，有的場合用一隻電磁閥進行控制不太安全，這時就有必要考慮電磁閥的冗餘問題。圖8是一個冗餘電路，當一隻電磁閥有故障時，另一隻電磁閥仍能保持正常工作，這就保證了生產的安全性。
當某隻電磁閥掉電或出現故障時，也就是電磁閥失效時，是如何保證用氣設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複製下來："方框內的箭頭表示流體處於接通狀態，但箭頭方向不一定表示流體的實際方向。"以免看圖9時出現誤解。
6．電磁閥應用中要注意的問題(1) 瞭解工作流體的性質 應根據介質的特性選擇相應的電磁閥，如用於水和用於蒸汽的電磁閥就不相同。流體性質包括：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，嚴重時甚至會損壞。當管道中流體含有微粒等雜質時，應選用膜片式電磁閥。電磁閥允許液體粘度一般在20mm2／S以下，大於50mm2／S時應專門訂貨。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，或接近實際的介質壓力，在工作中電磁閥因材料的強度不夠，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。工作壓力一般用最高與最低的上、下限來確定它的可靠工作範圍。否則電磁閥受介質壓力的影響將無法可靠工作。 流體流量大小關係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濟上的浪費；如果口徑選小了又會限制管道中應通過的流量，而造成較大的壓力損失，使得系統的控制作用減小，使系統的控制精度下降或失控。 工作壓差是指電磁閥能可靠開、關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鍵，是選擇時首要考慮的問題。
（3）要重視環境條件 電磁閥的使用溫度過高則壽命將下降，最高溫度不能超過電磁閥銘牌所示。環境溫度太低，會引起電磁閥外殼結霜，會使密封填料等出現問題，使電磁閥不能正常工作。 溼度會影響電氣絕緣性，潮溼的環境會使電氣絕緣下降，影響到電磁閥的可靠性。使用環境有灰塵、水滴、鹽霧、腐蝕性氣氛時，應選擇密封性好的產品，如防水型、防濺型、防塵型電磁閥。要求防爆應選擇防爆型電磁閥。在有振動、衝擊的環境則應選擇耐振型電磁閥。
(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，電磁吸力會很小導致無法工作；交流電磁閥接入了直流電源，會出現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，且電磁吸力太大導致衝擊力過大，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。在使用中還應考慮導線壓降的影響問題，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，則電纜的最大長度為：4／0.014×2×0.42≈340m。如用2×2.5mm2的，其電阻為 0.008Ω／m，則電纜的最大長度為：4／0.008×2×0.42≈590m。 實際應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。對距離較遠的現場，而且使用在信號聯鎖系統時，只能考慮更換線徑更粗的導線，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最高動作次數，通常用每分鐘開閥與關閥的次數來表示。是由電磁閥的類型與結構來決定，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。 生產有連續生產、間歇生產、短時生產。在連續生產場合使用了短時工作制的電磁閥，使用壽命就會縮短，甚至會在短期內損壞。無恰當產品可選時，只能選用高一檔的產品，而不要降額選擇。 (6) 重視細節問題 很多電磁閥是可以通用的，在滿足使用要求的基礎上，應選擇最經濟的產品。一般電磁閥是不防水的，安裝環境要考慮防水問題。對腐蝕性介質應選用不鏽鋼產品；電磁閥是選擇常閉型還是常開型，應根據工藝要求及安全來進行選擇。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 安裝時應注意工作介質的流向，應按閥體上標註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定一致，如交流、直流，電壓等級、功率等。通過控制繼電器驅動時匹配要合理。電磁閥應接地以保證安全。 電磁閥內裝有彈簧，能承受一定程度的振動，安裝稍不垂直尚可正常工作，但應儘可能安裝在振動較小的地方，並儘量垂直安裝。 安裝時要注意與閥門相連部位及閥門本體的密封 ，防止洩漏。在有腐蝕性介質的工作場所，應對閥門採取必要的防護措施。（2）維修
新管道安裝的電磁閥，使用前應對工藝管道進行吹洗，把管道中的雜質、積汙、焊渣清除了，以避免閥門被堵塞或卡死。 工藝停產期間，電磁閥不用時，應將閥門前的手動截止閥門關閉 。如果停產時間過長，應把電磁閥拆下保管，否則由於工藝管道的嚴重積垢留置在閥內，使閥門內部卡死而不能工作。權衡利弊拆下保管比開工時處理故障更容易和主動。 準備必要的備品備件。電磁閥結構不太複雜，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： 通電後電磁閥不工作。 先檢查接線是否正常，然後再檢查線圈是否斷線。 通電後電磁閥閥沒有打開。 可檢查閥蓋螺絲是否鬆了。如果是更換閥蓋密封墊後才出現這一故障，則應檢查密封墊片是否過厚、過薄，或者由於螺絲鬆緊程度不一致造成的問題。再就是檢查閥塞是否卡死了，有先導閥的則應觀察導閥的閥口是否有堵塞現象。 斷電後電磁閥關不了。 先檢查閥芯是否卡死了，先導閥的閥口是否有堵塞情況。 閥門已關閉，但關不死。 仍然有工作介質洩漏，重點檢查閥芯的密封墊片是否損壞，閥座是否鬆動。 閥芯卡死。 堵塞故障可通過清洗來解決，清洗可用汽油或水，清洗後用壓縮空氣吹乾，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。
【這裡是大衛說生活中的那些事之大衛說電氣，大衛是我我是大衛，2018.10.16】
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