技术

·         前言

执行器作为控制的终端元件广泛地用于过程自动化控制中。气动执行器由于其具有本质安全防爆、结构简单可靠、维修方便等突出的优点，更是一直为执行器的主流产品，是一类广泛用于电力、冶金、石化、化工、造纸、建材和食品饮料等行业的工业自动化仪表产品。为了提高气动执行器的性能，阀门定位器是不可或缺的配套产品。近年来，智能阀门定位器由于其卓越的性能和强大的功能已越来越受广大用户的青睐，其中，西门子的智能阀门定位器SIPART PS2更由于其性能优越、可靠性极高而在智能阀门定位器市场上处于领先地位。

气动执行器及智能阀门定位器正常地工作，要求过程控制系统能够持续地提供正确的气源、电源和信号源。但在实际应用中，过程控制系统显然无法提供百分之百的保证。对于某些工艺过程，为了避免在发生断气、断电或断信号故障时出现事故，要求控制阀保持在故障前的最后一个位置上，如安装在锅炉减温系统中的喷水减温调节阀，它通过改变节流部位面积调节喷水量，控制蒸汽温度，保证锅炉正常运行。如果故障时，阀门运行到全开或全关位置，都会导致蒸汽温度过低或过高，这就要求控制阀在设计上实现故障—安全的三断（断气、断电、断信号）保护措施。下面介绍两种方案，让我们使用西门子定位器如何实现“三断“保护功能。

·         方案一（两线制方案）：

图1 两线制定位器三断保护原理图

本方案主要由气动控制阀、两线制西门子阀门定位器（6DR50xx-，6DR51xx-）、电子开关（失信号比较器）、单电控电磁换向阀、气动保位阀组成，见图1。

其工作原理如下：

1、断气源：单作用定位器可选用单通道气动保位阀，双作用定位器可选用双通道气动保位阀。当气源系统发生故障（失气）时，气动保位阀自动切断定位器与气动控制阀之间的通道，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡或两气室的压力平衡，气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。该保位阀应设定在略低于气源的最小值时启动，因西门子定位器正常工作的压力范围是0.14~0.7MPa，切换点可设为0.14MPa。

2、断电源：电磁阀可选用二位二通24VDC单电控常闭型。当控制系统电源故障（失电）时，电磁换向阀失电，电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀执行相当于“断气“时的动作，使气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。

3、断信号：电子开关可选用西门子定位器专用模块，可安装在西门子定位器内。当控制系统信号故障（失信号）时，电子开关检测到后，断掉电磁换向阀的电压信号，电磁阀执行相当于“断电“时的动作，使气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。

本方案的优点：“三断”保护启动时，系统反应较快，动作迅速。本方案的缺点：电磁阀长期带电，要求较高。配用附件较多，安装、调试复杂一些。

·         方案二（四线制方案）：

图2四线制定位器断信号保位接线图

使用四线制西门子阀门定位器（6DR52xx-，6DR53xx-），采用图2的接线方式，不需其他任何装置，即可实现断信号保位功能。

端子2和4分别接至直流电源18~30V，设定数字输入通道功能参数42或43至Stop（数字输入通道处于“低“电平时，压电阀闭锁）。在4~20mA输入电流回路中串接一个180Ω的电阻，即电阻的一端接至端子6，另一端接至4~20mA正，数字输入通道1（端子9和10）或数字输入通道2（端子21和22）分别接至电阻两端（如图2 ）。这样，当4~20mA信号丢失时，数字输入通道就从“高“电平到“低“电平，根据事先的设定，压电阀闭锁，执行机构保持在原位。

对于双作用无弹簧复位的气动执行机构，定位器本身可实现断气保位功能。

本方案的优点：简单易于实现，无需任何附件，即可实现断信号及断气（对双作用执行机构）保位，是一种低成本的优选方案。本方案的缺点：供电电源不允许中断，否则定位器会驱动气动控制阀至全开或全关位置；对小型执行机构，应调节定位器上的节流阀，使全行程时间大于3秒，否则受压电阀动作滞后的影响，不能达到理想的保位功能。