沈雪東

（1.浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310000；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310000）

0 引言

目前，工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)得到高速的發(fā)展，特別是近幾年隨著智能制造的提出，在自動(dòng)控制領(lǐng)域擔(dān)當(dāng)重要角色的自動(dòng)化儀器及自動(dòng)化設(shè)備正朝著數(shù)字化、智能化、集成化的方向不斷發(fā)展。

圖1 ESD閥電磁閥氣路原理圖Fig.1 ESD Valve solenoid valve circuit diagram

圖2 雙電磁閥回路原理圖Fig.2 Schematic diagram of double solenoid valve circuit

圖3 雙電磁閥回路開(kāi)閥動(dòng)作原理圖Fig.3 Double solenoid valve circuit opening operation principle diagram

兩位三通單控電磁閥在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，然而兩位三通單控電磁閥不具有失電保位功能，在一些重要的工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其是電力、石油、天然氣等行業(yè)，電磁閥的誤動(dòng)作都將引起某個(gè)設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)停車事件的發(fā)生。雙電磁閥回路設(shè)計(jì)基于此問(wèn)題，提出了一種雙電磁閥冗余設(shè)計(jì)的控制裝置，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1 現(xiàn)存問(wèn)題分析

某調(diào)壓站ESD 閥（ESD 是緊急切斷閥）要求在緊急情況下迅速關(guān)閉，所以必須選擇單缸進(jìn)氣的氣缸，而電磁閥的單控還是雙控的選擇取決于閥門氣缸是單缸進(jìn)氣，還是雙缸進(jìn)氣，因此ESD 閥現(xiàn)場(chǎng)采用的是兩位三通單控電磁閥，ESD 閥電磁閥氣路原理圖如圖1 所示。

兩位三通單控電磁閥[1]，進(jìn)氣開(kāi)閥，關(guān)閉時(shí)靠彈簧可以滿足迅速關(guān)閉閥門的要求，與之對(duì)應(yīng)的雙控電磁閥雖然具有保位功能，但是不能滿足迅速關(guān)閉閥門的要求。兩位三通單控電磁閥不具備線圈失電保位功能，當(dāng)電磁閥線圈故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥門誤動(dòng)關(guān)閥，最終導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。

2 雙電磁閥回路設(shè)計(jì)與動(dòng)作分析

2.1 雙電磁閥回路設(shè)計(jì)

雙電磁閥回路由兩個(gè)兩位三通單控電磁閥、連接接頭及連接管路等組成、實(shí)現(xiàn)雙電磁閥冗余[2]設(shè)計(jì)的控制裝置，其特征在于所述控制裝置中電磁閥A 和電磁閥B 的輸入氣源1 端口共用一路儀用氣源，電磁閥A 的控制氣輸出端口2 連著電磁閥B 的排氣端口3，電磁閥A 的排氣端口3 排大氣，電磁閥B 的控制氣輸出端口2 作為整個(gè)控制裝置的控制氣輸出端口，雙電磁閥回路原理圖如圖2 所示。

所述的雙電磁閥冗余設(shè)計(jì)的控制裝置，其特征在于電磁閥A 的控制氣輸出端口連著電磁閥B 的排氣端口，實(shí)現(xiàn)兩電磁閥冗余控制。兩個(gè)電磁閥中任意一個(gè)電磁閥得電或者兩個(gè)電磁閥都得電該控制裝置控制氣輸出有氣，只有當(dāng)兩個(gè)電磁閥同時(shí)失電時(shí)才會(huì)導(dǎo)致該控制裝置控制氣輸出失氣。

2.2 雙電磁閥回路動(dòng)作分析

當(dāng)雙電磁回路中的電磁閥A 和電磁閥B 兩個(gè)電磁閥都得電，該控制裝置控制氣輸出有氣，處于開(kāi)閥動(dòng)作狀態(tài)。雙電磁閥回路開(kāi)閥動(dòng)作原理圖如圖3 所示。

當(dāng)雙電磁回路中的電磁閥A 和電磁閥B 兩個(gè)電磁閥都失電，該控制裝置控制氣輸出失氣，處于關(guān)閥動(dòng)作狀態(tài)。雙電磁閥回路關(guān)閥動(dòng)作原理圖如圖4 所示。

3 雙電磁閥冗余配置后誤動(dòng)與拒動(dòng)分析

3.1 誤動(dòng)分析

圖4 雙電磁閥回路關(guān)閥動(dòng)作原理圖Fig.4 Double solenoid valve circuit closing action principle

圖5 雙電磁閥冗余配置后單個(gè)電磁閥故障失電動(dòng)作原理圖Fig.5 Schematic diagram of single solenoid valve failure and power failure after dual solenoid valve redundancy configuration

圖6 電磁閥拒動(dòng)原因及所占百分比例示意圖Fig.6 Example of reasons and percentage of solenoid valve refusal

當(dāng)雙電磁回路中的電磁閥A 和電磁閥B 兩個(gè)電磁閥都得電，該控制裝置控制氣輸出有氣，處于開(kāi)閥動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)雙電磁回路中的電磁閥A 和電磁閥B 兩個(gè)電磁閥都失電，該控制裝置控制氣輸出失氣，處于關(guān)閥動(dòng)作狀態(tài)。所以誤動(dòng)的情況只可能發(fā)生在閥門處于開(kāi)閥動(dòng)作狀態(tài)時(shí)。當(dāng)雙電磁回路中的電磁閥A 和電磁閥B 兩個(gè)電磁閥中任意一個(gè)電磁閥故障失電時(shí)，由于電磁閥A 的控制氣輸出端口連著電磁閥B 的排氣端口，控制氣輸出有氣，仍然處于開(kāi)閥動(dòng)作狀態(tài)，可以成功地防止單個(gè)電磁閥故障導(dǎo)致閥門誤動(dòng)的出現(xiàn)。雙電磁閥冗余配置后單個(gè)電磁閥故障失電動(dòng)作原理圖如圖5 所示。

3.2 拒動(dòng)分析

雙電磁閥冗余配置后，拒動(dòng)情況在閥門開(kāi)閥狀態(tài)和關(guān)閥狀態(tài)時(shí)都有可能發(fā)生。查找雙電磁閥回路設(shè)計(jì)中采用的兩位三通單控電磁閥的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，電磁閥拒動(dòng)原因及所占百分比例如圖6 所示。

電磁閥拒動(dòng)原因中占比最高的為異物失效[3]（22%）：為來(lái)自外部無(wú)關(guān)的物質(zhì)（主要是灰塵）進(jìn)入到電磁閥閥芯內(nèi)部，出現(xiàn)閥芯卡澀或密封不嚴(yán)現(xiàn)象，影響電磁閥正常動(dòng)作；除此之外還有，密封失效[4]（15%）：電磁閥內(nèi)部彈性橡膠墊圈老化變硬或者腐蝕分解；工作壓差超標(biāo)（13%）：電磁閥在系統(tǒng)上使用時(shí)，不滿足廠家要求的最大（?。┙橘|(zhì)進(jìn)出口的壓差設(shè)計(jì)要求；電氣失效[5]（9%）：電磁閥線圈絕緣降級(jí)、物理?yè)p壞導(dǎo)致的短路現(xiàn)象和焊接頭、接線端子不牢固導(dǎo)致的開(kāi)路現(xiàn)象等。

4 結(jié)語(yǔ)

雙電磁閥冗余設(shè)計(jì)配置后，理論上來(lái)說(shuō)，雙電磁閥回路設(shè)計(jì)在防誤動(dòng)方面的可靠性提高了一倍，同時(shí)雙電磁閥回路設(shè)計(jì)發(fā)生拒動(dòng)的可能性也相應(yīng)地增加了。然而，通過(guò)對(duì)雙電磁閥回路設(shè)計(jì)發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)的原因分析，結(jié)合自身使用場(chǎng)景，從中取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以在防拒動(dòng)和防誤動(dòng)這對(duì)矛盾體中尋找新的平衡點(diǎn)。