控制閥的(三斷)保護(hù)方案及分析
摘要:闡述了控制閥(三斷)保護(hù)的各種方案,分析了各種方案的工作原理及、缺點(diǎn)及適用條件。
關(guān)鍵詞:三斷保護(hù)、控制閥、智能(模擬)電-氣閥門定位器、電-氣轉(zhuǎn)換器、保位閥、電磁換向閥。
控制閥在過程控制系統(tǒng)的重要作用是人所共知的,控制閥正常工作時需要系統(tǒng)提供氣(電)源、信號源,其氣(電)源、信號源的正確提供是控制閥正常工作的z基礎(chǔ)的保證。由于控制閥工作的重要性要求,因此,要求過程控制系統(tǒng)要保證氣(電)源、信號源能夠正確、連續(xù)的提供給控制閥。而實(shí)際情況是:過程控制系統(tǒng)無法 100﹪毫無差錯地保證上述氣(電)源、信號源(簡稱三源)正確、連續(xù)的提供,因此,在控制閥上要采取相應(yīng)的保護(hù)措施,即控制閥的三斷(斷氣源、電源、信號源)保護(hù)措施。
實(shí)際上,控制閥的控制方式有許多種,連接的附件又是多種多樣的,那么,控制閥的三斷保護(hù)措施及方案又會各有不同。一般情況下采取三斷保護(hù)措施的控制閥大多需要有位置反饋裝置,輸出反饋信號,配有手輪機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)故障時的手動操作。本文根據(jù)三斷保護(hù)的不同要求,列舉不同的保護(hù)方案,并對不同的保護(hù)方案進(jìn)行分析,與業(yè)界同行共同探討。
本文討論的三斷保護(hù)方案主要有以下幾種:
一、 智能電-氣閥門定位器方案(控制閥配用智能電-氣閥門定位器)
二、 模擬電-氣閥門定位器方案(控制閥配用模擬電-氣閥門定位器)
三、 電-氣轉(zhuǎn)換器+氣動閥門定位器方案(控制閥配用電-氣轉(zhuǎn)換器+氣動閥門定位器)
四、 模擬氣動閥門定位器方案(控制閥配用模擬氣動閥門定位器)
五、 智能電動控制閥方案
另外本文還將討論其他特殊情況下的保護(hù)方案。 一、 智能電-氣閥門定位器方案(控制閥配用智能電-氣閥門定位器)
其體方案見圖1
圖1
本方案主要由氣動控制閥、智能電-氣閥門定位器、失電(信號)比較器、單電控電磁換向閥、氣動保位閥等組成。其工作原理如下:
1、斷氣源:當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時,氣動保位閥自動關(guān)閉將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于氣源的z小值時啟動。
2、斷電源:當(dāng)控制系統(tǒng)電源故障(失電)時,失電(信號)比較器控制單電控電磁換向閥的輸出電壓消失,單電控電磁換向閥失電,單電控電磁換向閥內(nèi)的滑閥在復(fù)位彈簧的作用下滑動,電磁閥換向,將氣動保位閥的膜室壓力排空,氣動保位閥關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。
3、斷信號:當(dāng)控制系統(tǒng)信號故障(失信號)時,失電(信號)比較器檢測到后,斷掉單電控電磁換向閥的電壓信號,單電控電磁換向閥失電,單電控電磁換向閥內(nèi)的滑閥在復(fù)位彈簧的作用下滑動,電磁閥換向,將氣動保位閥的膜室壓力排空,氣動保位閥關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。
位置反饋信號由智能電-氣閥門定位器給出,無需配用閥位信號返回器。一般情況下,智能電-氣閥門定位器本身自帶或附加位置反饋模塊即可實(shí)現(xiàn)位置反饋。
本方案的點(diǎn):所用附件相對較少(無需閥位信號返回器),占用空間較小。安裝、調(diào)試比較方便、簡單、快捷?!叭龜唷北Wo(hù)啟動時,系統(tǒng)反應(yīng)較快,動作迅速。
本方案的缺點(diǎn):電磁閥長期帶電,影響使用壽命。整體造價(jià)較,對所配用的附件性要求較。
二、 模擬電-氣閥門定位器方案(控制閥配用模擬電-氣閥門定位器)
其體方案見圖2
圖2
本方案主要由氣動控制閥、模擬電-氣閥門定位器、失電(信號)比較器、單電控電磁換向閥、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理與智能電-氣閥門定位器方案相同。
位置反饋信號由閥位信號返回器給出。
本方案的點(diǎn):“三斷”保護(hù)啟動時,系統(tǒng)反應(yīng)較快,動作迅速。整體造價(jià)比方案(一)低。
本方案的缺點(diǎn):電磁閥長期帶電,影響使用壽命。配用附件較多,安裝、調(diào)試比方案(一)復(fù)雜一些,閥位反饋需另配閥位信號返回器,在配用手輪的情況下,比較復(fù)雜。
三、 電-氣轉(zhuǎn)換器+氣動閥門定位器方案(控制閥配用電-氣轉(zhuǎn)換器+氣動閥門定位器)
其體方案見圖3
圖3
本方案主要由氣動控制閥、模擬氣動閥門定位器、電-氣轉(zhuǎn)換器、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理如下:
1、斷氣源:當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時,用于控制氣源丟失的氣動保位閥自動關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于氣源的z小值時啟動。
2、斷信號:當(dāng)控制系統(tǒng)信號故障(失信號)時,電-氣轉(zhuǎn)換器的輸出信號壓力同步丟失,用于控制信號丟失的氣動保位閥自動關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于輸入信號的z小值時啟動。
由于本方案沒有電源,故無斷電源保護(hù)。
位置反饋信號由閥位信號返回器給出。
本方案的點(diǎn):無需電源保護(hù),只實(shí)現(xiàn)兩斷保護(hù)即可,可用于防爆要求嚴(yán)格的場合。
本方案的缺點(diǎn):斷信號保護(hù)時,有極短時的滯后,配用附件較多,安裝、調(diào)試比方案(一)復(fù)雜一些,閥位反饋需另配閥位信號返回器,在配用手輪的情況下,比較復(fù)雜。
四、 模擬氣動閥門定位器方案(控制閥配用模擬氣動閥門定位器)
其體方案見圖4
圖4
本方案主要由氣動控制閥、模擬氣動閥門定位器、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理如下:
1、斷氣源:當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時,用于控制氣源丟失的氣動保位閥自動關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于氣源的z小值時啟動。
2、斷信號:當(dāng)控制系統(tǒng)信號故障(失信號)時,用于控制信號丟失的氣動保位閥自動關(guān)閉,將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi),輸出信號壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡,氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于輸入信號的z小值時啟動。斷信號保護(hù)時,有一定的滯后,滯后的時間與氣動信號管線的長短有關(guān)。
由于本方案沒有電源,故無斷電源保護(hù)。
位置反饋信號由閥位信號返回器給出。
本方案的點(diǎn):配用附件較少,方便安裝、調(diào)試。整體造價(jià)較低,可用于防爆要求特別的場合。
本方案的缺點(diǎn):斷信號保護(hù)時,有一定的滯后,滯后的時間信號管線的長短有關(guān)。閥位反饋需另配閥位信號返回器,在配用手輪的情況下,比較復(fù)雜。只適用于氣動信號場合。
五、智能電動控制閥方案
智能電動控制閥是由智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門組成,智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身有斷電源保位功能,斷信號時可選擇保持原位、全關(guān)、全開的功能。并且本身帶有閥位信號返回功能。應(yīng)用范圍較廣。(工作原理圖略)
本方案的點(diǎn):無需接入氣源,只實(shí)現(xiàn)兩斷保護(hù)即可。占用空間較小。安裝、調(diào)試比較方便、簡單、快捷?!皟蓴唷北Wo(hù)啟動時,系統(tǒng)反應(yīng)較快,動作迅速。閥門本身有閥位信號返回功能,無需另裝閥位信號返回器。
本方案的缺點(diǎn):整體造價(jià)較,在防爆要求特別嚴(yán)格的場合,使用受限。
以上方案是三斷保護(hù)方案的z基本的方案,且在三斷時,閥門保持在原位置(保位)。
如果需要其它保護(hù)方式,可在以上方案上變化即可。
下面介紹一種氣源故障(失氣)時,雙作用閥門實(shí)現(xiàn)全開或全閉的保護(hù)方案。見圖5
圖5
本方案主要由控制閥、氣控?fù)Q向閥、定位器、自鎖閥、單向閥、減壓閥、儲氣罐等組成。其工作原理如下:
當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時,自鎖閥(其作用方式與保位閥相反)自動打開,將氣控?fù)Q向閥的控制氣源撤消,氣控?fù)Q向閥的滑閥在彈簧的作用下復(fù)位,兩個氣控?fù)Q向閥中的其中一個排氣,另一個進(jìn)氣,單向閥關(guān)閉,氣源由儲氣罐中儲存的氣源向閥門供氣,從而實(shí)現(xiàn)閥門的全關(guān)或全開。全關(guān)或全開的轉(zhuǎn)換可通過調(diào)整氣控?fù)Q向閥的連接方式實(shí)現(xiàn)。
如果要實(shí)現(xiàn)閥門保位,加裝氣動保位閥并改變管路連接,用自鎖閥直接控制保位閥,取消氣控?fù)Q向閥、單向閥、儲氣罐即可。
若要實(shí)現(xiàn)斷氣源時,能夠保證閥門有若干次的動作,可采用以下方案。見圖6
圖6
本方案由儲氣罐、單向閥、閉鎖閥、截止閥等組成。其工作原理如下:
當(dāng)氣源故障(失氣)時,單向閥關(guān)閉,閉鎖閥失氣,在閉鎖閥的滑閥在彈簧的作用下復(fù)位,氣路換向,斷開系統(tǒng)的氣源管路,接通儲氣罐管路,由儲氣罐向閥門供氣,以保證閥門有若干次動作,實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的目的。由于儲氣罐的容量有限,且儲氣罐中的氣源壓力隨著閥門動作不斷下降,不可長期使用儲氣罐為閥門供氣。本方案配用儲氣罐的容量應(yīng)比一般保護(hù)用儲氣罐的容量大。本方案在斷氣源時,閥門動作的次數(shù)與儲氣罐的容量有關(guān)。
以上列出的若干種保護(hù)方案只是幾種基本形式,若要實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)目的可在上述方案中適當(dāng)修改。由于所列方案各有、缺點(diǎn),在實(shí)際使用中,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的體情況,可按實(shí)際需要選用不同的方案。對于三斷保護(hù),在預(yù)算可能的情況下,綜合各種因素,筆者推薦方案(一)、方案(五)。