【非标自动化】2、认识元器件（气源处理组件）

气源处理组件

气源处理组件安装在压缩空气进入设备后的前端，用来对压缩空气进行过滤、减压、稳压和润滑，为气缸、电磁阀、真空发生器等气动元件提供相对干净、稳定的压缩空气。

常见的气源处理组件主要包括：

压缩空气入口 ↓ 手动截止阀 ↓ 过滤器 F ↓ 减压阀 R ↓ 油雾器 L ↓ 电磁阀、气缸、真空发生器等

因此，气源处理组件经常被称为FRL 三联件：

• F：Filter，空气过滤器

• R：Regulator，减压阀

• L：Lubricator，油雾器

现在很多设备不需要油雾润滑，只使用过滤器和减压阀，称为气源二联件。

一、它在设备中的作用是什么

气源处理组件主要解决四个问题。

1. 过滤杂质

空气压缩机输出的压缩空气中可能包含：

• 灰尘

• 铁锈

• 管道碎屑

• 冷凝水

• 压缩机油污

过滤器通过滤芯和旋流结构，把这些杂质和水分分离出来，防止它们进入电磁阀和气缸。

否则容易造成：

• 电磁阀阀芯卡住

• 气缸密封圈磨损

• 气缸运行爬行

• 气管堵塞

• 真空发生器喷嘴堵塞

2. 降低压力

工厂总气源压力可能是：

0.6 MPa～0.8 MPa

但设备中的气缸可能只需要：

0.4 MPa～0.5 MPa

减压阀把入口的高压力降低到设备需要的压力。

3. 稳定压力

工厂总气源会随着其他设备用气而波动。

例如入口压力在：

0.55 MPa～0.75 MPa

之间变化，而减压阀可以尽量把设备侧压力维持在：

0.50 MPa

使气缸的推力和动作速度更稳定。

4. 提供润滑

油雾器把润滑油雾化后混入压缩空气，为下游气动元件提供润滑。

不过现在很多气缸和电磁阀已经采用预润滑设计，厂家会注明：

无需给油

这类系统通常不建议再增加油雾器。

因为一旦开始给油，后续一般就需要持续给油，否则原来的润滑脂被冲刷后，反而可能加速磨损。

二、气源处理组件由哪些部分组成

1. 空气过滤器

过滤器通常包括：

• 进气口

• 旋流结构

• 滤芯

• 水杯

• 排水阀

• 防护罩

压缩空气进入过滤器后，首先旋转流动。较大的水滴和杂质在离心力作用下被甩到杯壁，落入下方水杯。

空气再经过滤芯，进一步过滤细小颗粒。

常见过滤精度有：

40 μm 20 μm 5 μm 0.01 μm

普通非标自动化设备中，常见的是：

5 μm 或 40 μm

精密气动元件、喷涂、仪表气源可能需要更高精度的过滤器。

2. 减压阀

减压阀上通常有一个调压旋钮。

常见操作方式是：

向上拉起旋钮 顺时针旋转：输出压力升高 逆时针旋转：输出压力降低 调整完成后向下压紧锁定

减压阀内部通过弹簧、膜片和阀芯之间的平衡，把出口压力维持在设定值附近。

减压阀调节的是下游压力，不是上游压力。

例如：

入口压力：0.7 MPa 设定压力：0.5 MPa 出口压力：约0.5 MPa

如果入口压力本身只有0.4 MPa，减压阀无法把出口压力升高到0.5 MPa。

减压阀只能降压，不能增压。

3. 压力表

压力表通常安装在减压阀上，用来显示减压阀出口压力。

常见单位有：

• MPa

• bar

• psi

• kgf/cm²

非标自动化中最常用的是 MPa。

常用换算关系：

1 MPa = 10 bar 0.1 MPa = 1 bar 0.5 MPa = 5 bar

压力表一般只显示压力，不参与控制。

如果需要PLC读取压力，需要另外安装：

• 压力开关

• 数字压力传感器

• 模拟量压力传感器

4. 油雾器

油雾器内部装有专用气动润滑油。

空气流过时，通过文丘里效应把少量油吸出，并雾化混入空气中。

油雾器通常带有调节旋钮，可以调节滴油量。

滴油量太大可能导致：

• 排气口喷油

• 设备内部油污

• 产品污染

• 电磁阀内部积油

• 光学、食品、电子设备被污染

因此油雾器不是越多越好。

电子装配、视觉检测、食品、医药、洁净环境设备，通常不适合使用油雾器。

5. 排水器

过滤器下方水杯中的水需要及时排出。

排水方式主要有：

• 手动排水

• 半自动排水

• 自动排水

• 压差排水

• 浮子式排水

手动排水

操作人员定期打开排水阀。

优点是结构简单、价格低。

缺点是容易忘记排水。

半自动排水

系统有压力时关闭，无压力时自动排水。

设备停气后，积水自动排出。

自动排水

水位达到一定高度后自动排出，适合连续运行设备。

三、输入是什么，输出是什么

气源处理组件的输入和输出不是电信号，而是压缩空气。

输入

未经设备侧处理的压缩空气

主要参数包括：

• 入口压力

• 入口流量

• 空气温度

• 空气含水量

• 空气杂质情况

输出

经过过滤、减压、稳压后的压缩空气

如果安装了油雾器，输出空气中还含有少量润滑油雾。

可以理解为：

输入：压力较高、可能含水和杂质的空气 输出：压力合适、相对洁净、稳定的空气

气源处理组件本身一般不改变气动控制逻辑，它只是改善气源质量。

四、使用什么电压和电流

普通气源处理组件属于纯气动、机械元件，一般：

不需要电源 没有额定电压 没有工作电流

但是某些扩展组件可能需要电源。

例如：

• 数字压力开关

• 电控软启动阀

• 电控截止阀

• 自动排水电磁阀

• 带通信功能的压力传感器

这些产品常见供电是：

DC 24V

具体需要根据型号确认。

因此不能看到整个组件没有电线，就认为气源处理系统中的所有元件都不需要电。

五、PLC怎样与它连接

普通的过滤器和减压阀不需要与PLC连接。

其基本气路连接为：

工厂气源 ↓ 手动截止阀 ↓ 气源处理组件 ↓ 气路分配块 ↓ 电磁阀 ↓ 气缸

PLC通常连接的是下游的电磁阀，而不是气源处理组件本身。

PLC输出点 ↓ 电磁阀线圈 ↓ 控制气路通断和换向 ↓ 气缸动作

不过为了监测设备气压，可以增加压力开关。

例如：

气源处理组件出口 ↓ 数字压力开关 ↓ PLC输入点

当压力低于设定值时，压力开关输出信号给PLC。

PLC可以执行：

禁止设备启动 停止自动运行 报警：设备气压不足

大型设备中还可能增加电控截止阀或安全排气阀。

PLC或安全继电器控制阀门，在急停时把设备内部气压排掉。

六、是PNP还是NPN，是源型还是漏型

普通过滤器、减压阀和油雾器没有电信号，因此不存在：

• PNP

• NPN

• 源型

• 漏型

只有配套的压力开关、压力传感器等电气元件，才需要考虑PNP或NPN。

例如数字压力开关可能有：

PNP开关量输出 NPN开关量输出 模拟量输出 IO-Link通信

选型时要与PLC输入类型匹配。

例如PLC采用漏型输入时，通常配PNP传感器。

PLC采用源型输入时，通常配NPN传感器。

不能根据气源处理组件的品牌或外形判断PNP、NPN，必须查看压力开关具体型号。

七、输出是开关量、模拟量、脉冲还是通信数据

普通气源处理组件输出的是压缩空气，不是电信号。

其“输出量”主要表现为：

• 出口压力

• 出口流量

• 空气洁净度

• 油雾浓度

如果安装了压力检测元件，电气输出可能有以下几种。

1. 开关量输出

例如：

压力高于0.45 MPa：输出ON 压力低于0.40 MPa：输出OFF

用于判断：

• 气压正常

• 气压不足

• 压力达到设定值

2. 模拟量输出

常见形式：

0～10V 1～5V 4～20mA

PLC模拟量模块可以读取实际压力值。

例如：

4mA = 0 MPa 20mA = 1 MPa

3. 通信数据

较高级的压力传感器可能支持：

• IO-Link

• RS-485

• EtherCAT等现场总线

可以读取：

• 实时压力

• 峰值压力

• 最低压力

• 报警状态

• 参数设置

• 设备诊断信息

普通非标设备最常见的仍然是开关量压力信号。

八、有哪些重要选型参数

1. 接口尺寸

常见气口螺纹有：

M5 G1/8 G1/4 G3/8 G1/2 G3/4 G1

接口越大，通常允许通过的空气流量越大。

选型时需要与：

• 主气管直径

• 快插接头尺寸

• 设备总耗气量

• 下游电磁阀流量

相匹配。

气口太小会造成明显压降。

2. 额定流量

流量通常用：

L/min NL/min m³/min

表示。

选择时不能只看气缸数量，还要考虑多个气缸是否同时动作。

例如设备有10个气缸，但每次只有1个动作，对瞬时流量的需求可能不大。

如果10个气缸同时快速伸出，瞬时用气量就可能非常大。

气源处理组件流量不足时，常见现象是：

静止时压力表显示0.5 MPa 气缸一动作，压力突然掉到0.2 MPa 动作结束后，压力又恢复到0.5 MPa

这说明系统存在明显的动态压降。

3. 入口压力

例如某型号允许入口压力：

最高1.0 MPa

实际入口压力不能超过产品允许值。

如果工厂气源压力过高，可能造成：

• 水杯破裂

• 密封损坏

• 压力表损坏

• 安全风险

4. 调压范围

常见调压范围有：

0.05～0.85 MPa 0.05～0.7 MPa 0.1～0.9 MPa

设备常用压力一般在：

0.4～0.6 MPa

但具体要看气缸所需推力、气动元件额定压力和设备安全要求。

5. 过滤精度

常见过滤精度：

40 μm 20 μm 5 μm 0.01 μm

过滤精度越高，空气越干净，但：

• 流动阻力可能越大

• 滤芯更容易堵塞

• 维护要求更高

• 成本更高

不能简单认为过滤精度越高越好。

6. 排水方式

需要根据使用环境选择：

• 手动排水

• 半自动排水

• 自动排水

设备连续运行、无人维护或者环境湿度较大时，自动排水更可靠。

7. 水杯材质

常见有：

• 聚碳酸酯透明杯

• 金属杯

• 带金属保护罩的透明杯

透明杯方便观察水位。

但在以下环境中可能需要金属杯：

• 高温

• 紫外线强

• 有机溶剂

• 化学腐蚀

• 外部冲击风险高

某些清洗剂、切削液或有机溶剂会腐蚀透明塑料杯。

8. 是否需要油雾器

以下场景通常不使用油雾器：

• 无油气缸

• 无油电磁阀

• 食品设备

• 医疗设备

• 电子产品装配

• 光学设备

• 喷涂质量要求高的设备

• 产品不能被油污染的场合

以下场景可能使用油雾器：

• 旧式气动元件

• 高速往复气动机构

• 元件厂家明确要求给油

• 气动工具

是否需要油雾器，优先看下游元件厂家的使用要求。

9. 环境温度

常见工作温度可能是：

5～60℃ -5～60℃

低温环境中，冷凝水可能结冰，导致过滤器或阀门失效。

高温环境中，塑料杯和密封件寿命会下降。

10. 压力表范围

压力表量程应与实际压力匹配。

例如设备使用压力约0.5 MPa，可以选择：

0～1.0 MPa

如果使用0～2.5 MPa的压力表，虽然也能显示，但0.5 MPa只占很小范围，读数不够精细。

九、正常工作时是什么状态

正常工作时通常有以下表现：

1. 入口有稳定的压缩空气。

2. 压力表显示值接近设定压力。

3. 气缸动作时压力只出现较小波动。

4. 过滤杯内没有大量积水。

5. 排水阀不持续漏气。

6. 管路接头没有明显漏气声。

7. 调压旋钮锁定后，压力不会明显自行变化。

8. 过滤器前后没有明显压差。

9. 如果使用油雾器，油位正常，滴油速度符合要求。

例如设备设定为：

0.5 MPa

静止时显示0.5 MPa，多个气缸动作时短暂下降到0.45 MPa，然后恢复，这通常属于正常范围。

如果动作时掉到0.2 MPa，就需要检查流量和供气能力。

十、故障时会出现什么现象

1. 出口没有压力

可能原因：

• 工厂总气源未打开

• 前端截止阀关闭

• 进出口方向接反

• 调压旋钮完全关闭

• 过滤器严重堵塞

• 快速排气阀处于排气状态

• 气管脱落或严重漏气

• 压力表损坏但实际有压力

2. 压力调不上去

可能原因：

• 入口压力本身不足

• 设备耗气量过大

• 气管或接头规格过小

• 过滤芯堵塞

• 减压阀内部损坏

• 系统存在大量漏气

• 调压范围选错

• 下游阀门一直排气

3. 压力调好后自己下降

可能原因：

• 下游管路漏气

• 气缸密封圈漏气

• 电磁阀内泄漏

• 减压阀阀芯密封不良

• 接头未插到底

• 压力表误差

• 工厂总气源波动

需要区分是减压阀问题，还是下游系统漏气。

4. 气缸动作无力

气缸推力近似为：

推力 = 气压 × 活塞有效面积

气缸动作无力可能是：

• 出口压力太低

• 气缸缸径选小

• 流量不足

• 气管太细

• 调速阀开度太小

• 气缸漏气

• 机械负载太大

• 机构卡住

• 过滤器堵塞

压力正常不代表流量一定正常。

5. 气缸动作速度忽快忽慢

可能原因：

• 供气压力波动

• 过滤器积水过多

• 气路中有杂质

• 调速阀堵塞

• 减压阀响应不稳定

• 多个大流量元件同时动作

• 主气管过细

• 储气量不足

6. 水杯中积水过多

可能原因：

• 空压机后处理能力不足

• 冷干机异常

• 环境湿度高

• 排水器堵塞

• 操作人员没有及时排水

• 管路低点积水进入设备

过滤器只能处理进入设备的部分水分，不能完全代替冷干机。

如果总气源中含水量特别大，仅靠设备端过滤器通常解决不了根本问题。

7. 排水口持续漏气

可能原因：

• 排水阀未关闭

• 自动排水器卡住

• 密封圈损坏

• 杂质卡在排水阀口

• 排水器安装不正确

• 杯体内部压力条件不符合排水器要求

8. 压力表不归零或显示异常

可能原因：

• 压力表机械损坏

• 指针卡住

• 压力表受过压冲击

• 接口堵塞

• 压力表精度下降

• 系统仍有残余压力

不能只根据压力表判断系统完全无压力。

维修气路前必须主动关闭气源并排尽残余压力。

十一、如何通过万用表或PLC监控定位故障

普通气源处理组件是机械元件，万用表无法直接测量气压。

万用表主要用于检测配套的压力开关或电控阀。

1. 通过压力表判断

先观察三个状态：

设备静止时压力 单个气缸动作时压力 多个气缸同时动作时压力

情况一：静止时压力也低

重点检查：

• 总气源

• 截止阀

• 调压设定

• 过滤器堵塞

• 上游气管

情况二：静止时正常，动作时大幅下降

重点检查：

• 气源处理组件流量不足

• 主气管过细

• 接头内径过小

• 过滤器堵塞

• 同时动作元件过多

• 总气源供气能力不足

情况三：压力正常，但气缸无力

重点检查：

• 气缸本身

• 电磁阀

• 调速阀

• 机械卡滞

• 气缸缸径选型

2. 通过PLC监控压力开关

假设压力开关接入PLC输入点：

X10 = 气压正常

PLC程序可以这样处理：

X10 = ON：允许设备启动 X10 = OFF：设备停止并报警

故障时先观察PLC输入点。

压力表正常，PLC输入点OFF

可能原因：

• 压力开关设定错误

• 压力开关损坏

• 线路断路

• PNP/NPN不匹配

• PLC输入公共端接错

• 插头松动

压力表低，PLC输入点也OFF

说明PLC输入可能正常，重点排查气源系统。

3. 用万用表测压力开关

以DC 24V三线制压力开关为例，常见线色为：

棕色：+24V 蓝色：0V 黑色：输出信号

但不同厂家可能不同，必须以说明书为准。

测量步骤：

1. 测棕线与蓝线之间是否约为DC 24V。

2. 测黑线相对0V的输出电压。

3. 改变气压，观察输出是否切换。

4. 对比压力开关显示状态和PLC输入状态。

PNP输出有效时，黑线可能输出接近24V。

NPN输出有效时，黑线可能被拉向0V。

4. 分段隔离漏气

排查漏气时，可以从上游向下游逐段关闭。

例如：

气源处理组件 ↓ 总气路阀 ↓ 阀岛 ↓ 各气缸支路

先关闭下游总阀。

• 如果压力仍下降，问题可能在气源处理组件或前端管路。

• 如果压力不再下降，说明漏气在下游。

再逐个关闭支路，缩小故障范围。

也可以在接头和管路表面涂肥皂水，观察是否产生气泡。

十二、安装位置和机械结构有什么要求

1. 安装在设备气源入口附近

气源处理组件通常安装在：

• 设备机架侧面

• 电控柜外侧

• 气动控制板上

• 便于操作和观察的位置

应方便操作人员：

• 开关气源

• 调节压力

• 查看压力表

• 观察积水

• 排水

• 更换滤芯

2. 注意气流方向

组件壳体上一般有箭头：

IN → OUT

必须按照箭头方向安装。

如果接反，可能出现：

• 无法正常调压

• 流量明显下降

• 排水功能异常

• 减压阀失效

3. 一般要求竖直安装

过滤器和油雾器通常要求杯体朝下、竖直安装。

原因是：

• 冷凝水需要沉降到杯底

• 自动排水器依赖重力

• 油雾器需要保持正常油位

• 水杯倾斜会影响分离效果

不能随意横着安装。

4. 留出维护空间

下方需要留出足够空间，用于：

• 拆卸水杯

• 排水

• 更换滤芯

• 添加润滑油

上方也要留出调节旋钮的操作空间。

5. 避免振动和冲击

气源处理组件不适合安装在强振动机构上。

振动可能导致：

• 压力表损坏

• 螺纹接头松动

• 杯体开裂

• 调压值变化

6. 管路不能对组件产生过大应力

气管、金属管或接头不能强行拉扯组件接口。

否则可能造成：

• 螺纹开裂

• 壳体变形

• 接口漏气

• 组件安装支架损坏

重量较大的组件应使用专用支架固定，不能完全依靠管路悬挂。

7. 注意排水方向

自动排水口下方需要连接排水管，把水排到合适位置。

不能让冷凝水直接滴入：

• 电控柜

• 电机

• 传感器

• 产品区域

• 人员通道

8. 避免阳光和化学品

透明水杯应避免长期阳光直射，也不能接触不兼容的有机溶剂。

某些清洗剂可能导致透明杯变脆、开裂甚至爆裂。

十三、同类产品为什么有几十种型号

气源处理组件型号繁多，主要是因为以下参数组合不同：

接口尺寸 额定流量 过滤精度 调压范围 最高入口压力 排水方式 杯体材质 是否带压力表 压力表方向 是否带油雾器 是否带截止阀 是否带软启动功能 是否带安全排气功能 安装支架形式 螺纹标准 使用温度 是否适合洁净环境 是否防爆

例如看起来相同的二联件，可能分别是：

G1/4接口，5 μm过滤，手动排水 G1/4接口，40 μm过滤，自动排水 G1/2接口，5 μm过滤，带金属杯 G1/2接口，5 μm过滤，低压调节型

外形相似，并不代表可以直接互换。

十四、二联件、三联件和精密过滤组合的区别

气源二联件

过滤器 + 减压阀

有些产品把过滤器和减压阀做成一个整体，称为过滤减压阀。

适合大多数现代非标自动化设备。

气源三联件

过滤器 + 减压阀 + 油雾器

适合明确需要油雾润滑的气动系统。

精密气源处理组合

可能采用多级过滤：

主管路过滤器 ↓ 5 μm过滤器 ↓ 0.01 μm精密过滤器 ↓ 活性炭过滤器 ↓ 减压阀

适用于：

• 喷涂

• 仪表空气

• 洁净气源

• 精密测量

• 半导体或医疗相关设备

十五、气源处理组件与气源开关的关系

很多设备在气源处理组件前面还会安装手动截止阀。

常见形式有：

• 手滑阀

• 球阀

• 锁定式截止阀

• 残压释放阀

• 软启动阀

其中残压释放阀在关闭气源时，不只是切断进气，还会把设备内部残余压力排出。

气路可能设计为：

工厂气源 ↓ 手动残压释放阀 ↓ 过滤减压阀 ↓ 电控软启动阀 ↓ 阀岛 ↓ 气缸

这种设计比单纯安装一个过滤减压阀更完整。

十六、软启动阀的作用

大型气动设备突然通气时，气缸可能瞬间动作，或者管路受到气压冲击。

软启动阀在刚通气时，先通过小通道缓慢建立压力。

当下游压力达到一定比例后，再完全打开主通道。

其作用是：

• 减小突然通气冲击

• 防止气缸突然快速动作

• 减少管路震动

• 提高设备启动安全性

急停或断电时，安全排气阀还可以迅速排掉下游压力。

需要注意：

普通减压阀不等于安全排气阀 普通电磁阀也不一定具有安全功能

涉及人员进入设备、机械可能因残压动作时，需要专门评估气动安全回路。

十七、气源处理组件的典型选型思路

假设一台普通非标自动化设备使用：

• 多个小型气缸

• DC 24V电磁阀

• 工作压力约0.5 MPa

• 无油气动元件

• 厂房气源约0.7 MPa

可以按以下思路选择：

形式：过滤减压二联件 接口：根据主气管和总流量选择G1/4或G3/8 过滤精度：5 μm或40 μm 调压范围：覆盖0.5 MPa 压力表：0～1.0 MPa 排水方式：手动或自动排水 油雾器：不需要 杯体：透明杯带保护罩 额定流量：高于设备最大瞬时耗气量

如果设备连续运行、无人值守，应优先考虑自动排水。

如果多个大缸同时动作，应重点核算流量，而不能只看接口尺寸。

十八、理解气源处理组件时最重要的几个结论

1. 气源处理组件不是负责控制气缸动作，而是负责提供合格的压缩空气。

2. 过滤器主要处理杂质和部分冷凝水，不能完全替代空压站的冷干机。

3. 减压阀只能降压，不能在入口压力不足时主动升压。

4. 压力正常不代表流量一定足够。静态压力正常、动作时压力大幅下降，通常属于流量或供气能力问题。

5. 现代无油气动系统通常使用过滤器和减压阀，不一定需要油雾器。

6. 普通气源处理组件不需要接PLC，也没有PNP、NPN之分；只有配套压力开关等电气元件才涉及电气接线。

7. 气流方向、竖直安装、排水和过滤芯维护非常重要。

8. 选型时不能只看接口尺寸，还要看最大瞬时流量、过滤精度、调压范围和排水方式。

9. 维修气路前必须关闭进气并释放残余压力，压力表显示为零也应确认机械内部不存在储能和负载下落风险。