控制閥的（三斷）保護方案及分析
摘要：闡述了控制閥（三斷）保護的各種方案，分析了各種方案的工作原理及、缺點及適用條件。
關(guān)鍵詞：三斷保護、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)的保護措施，即控制閥的三斷（斷氣源、電源、信號源）保護措施。
實際上，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，控制閥的三斷保護措施及方案又會各有不同。一般情況下采取三斷保護措施的控制閥大多需要有位置反饋裝置，輸出反饋信號，配有手輪機構(gòu)，實現(xiàn)故障時的手動操作。本文根據(jù)三斷保護的不同要求，列舉不同的保護方案，并對不同的保護方案進行分析，與業(yè)界同行共同探討。
本文討論的三斷保護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現(xiàn)位置反饋。
本方案的點：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。“三斷"保護啟動時，系統(tǒng)反應(yīng)較快，動作迅速。
本方案的缺點：電磁閥長期帶電，影響使用壽命。整體造價較，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：“三斷"保護啟動時，系統(tǒng)反應(yīng)較快，動作迅速。整體造價比方案（一）低。
本方案的缺點：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。
位置反饋信號由閥位信號返回器給出。
本方案的點：無需電源保護，只實現(xiàn)兩斷保護即可，可用于防爆要求嚴格的場合。
本方案的缺點：斷信號保護時，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。
位置反饋信號由閥位信號返回器給出。
本方案的點：配用附件較少，方便安裝、調(diào)試。整體造價較低，可用于防爆要求特別的場合。
本方案的缺點：斷信號保護時，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)行機構(gòu)與閥門組成，智能電動執(zhí)行機構(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：無需接入氣源，只實現(xiàn)兩斷保護即可。占用空間較小。安裝、調(diào)試比較方便、簡單、快捷?！皟蓴?保護啟動時，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：整體造價較，在防爆要求特別嚴格的場合，使用受限。
以上方案是三斷保護方案的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，雙作用閥門實現(xiàn)全開或全閉的保護方案。見圖5
圖5
本方案主要由控制閥、氣控換向閥、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，將氣控換向閥的控制氣源撤消，氣控換向閥的滑閥在彈簧的作用下復(fù)位，兩個氣控換向閥中的其中一個排氣，另一個進氣，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)整氣控換向閥的連接方式實現(xiàn)。
如果要實現(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，取消氣控換向閥、單向閥、儲氣罐即可。
若要實現(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方案只是幾種基本形式，若要實現(xiàn)不同的保護目的可在上述方案中適當(dāng)修改。由于所列方案各有、缺點，在實際使用中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的體情況，可按實際需要選用不同的方案。對于三斷保護，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）。
