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)從進氣口流至工作口，使工作介質(zhì)在管路中流動；當線圈斷電后，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) 機械行業(yè)在機械行業(yè)或機電一體化的氣、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標號采用的是GB／T 32215-2015標準的標識，按標準規(guī)定主氣口由一位數(shù)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(guī)定：控制機構(gòu)，先導(dǎo)控制口和電氣連接線都用二位數(shù)字標識，如以下圖5中的12，14，其第一位數(shù)字是1，第二位數(shù)字表示當相應(yīng)控制機構(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(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注，較好識別。對于標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(shè)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(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二出和二進一出的產(chǎn)品。

    一進二出：當電磁閥通電時，工作口第一路打開，第二路關(guān)閉；當電磁閥斷電時，工作口第一路關(guān)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(guān)閉；當電磁閥斷電時，進氣口第一路關(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(guān)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(yīng)用 當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，進行正常的調(diào)節(jié)。當工藝參數(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，嚴重時甚至?xí)p壞。當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(yīng)注意工作介質(zhì)的流向，應(yīng)按閥體上標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。