CN101814716A - 电流信号检测开关和阀门控制及故障保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测现场0～20mA环路电流信号的装置和一种气动过程控制中要求在断气、断电和断信号(4～20mA DC)故障时使气动执行机构保位、全开或全关的设备，尤其是电流信号检测开关和阀门控制及故障保护装置，其特点是，包括与控制信号电连接从而根据控制信号是否正常来开、闭的电流信号检测开关，还包括与气源连接从而根据气压是否正常来开、闭的压力开关，上述电流信号检测开关和压力开关串联在电源与至少一个电磁阀的控制端之间。在本发明中，电磁阀输出A口和B口选择接堵头、贮气罐或消声器可实现断气、断电和断信号时执行机构保位、全开或全关，对应单作用执行机构用一个电磁阀即可。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测现场0～20mA环路电流信号的装置和一种气动过程控制中要求在断气、断电和断信号(4～20mA DC)故障时使气动执行机构保位、全开或全关的设备，尤其是电流信号检测开关和阀门控制及故障保护装置。
背景技术
目前，工业过程控制中对环路电流信号检测并联锁反应的场合(如现场要求断气、断电和断信号保护的场合)通常采用电-气比例阀和气锁阀的组合。电-气比例阀使输出气压信号随输入环路电流信号比例变化，气锁阀监测来自电-气比例阀的气压信号，当气压信号低于气锁阀设定值时，实现气路切换，从而达到检测环路电流信号并联锁反应的目的。
其缺点包括，设定不便，只能在实际工况下调试；误差较大，无法实现环路电流信号精确检测，而符合要求的电-气比例阀无防爆型产品无法满足特殊工况的要求。
目前，工业过程控制中对气动控制阀的故障保护(断气、断电和断信号后控制阀保位、全开或全关)通常采用电气比例阀、电磁阀和气锁阀连接而成。
其缺点如下：气路连接复杂，接线调试不便，信号监测精度不高，通用性不强，系统出现故障时不易排查。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种电流信号检测开关，该装置检测精度高，可以克服环境温度、冲击、振动等方面的影响，容易实现防爆结构，增强了电流信号检测的适用性。
本发明的目的之二是提供一种使用上述电流信号检测开关(装置)的阀门控制及故障保护装置，能够实现在断气、断电和断信号时确保执行机构保位、全开或全关。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电流信号检测开关，其特别之处在于，包括第一电压跟随器，该第一电压跟随器的输入端通过电阻与输入信号连接从而将输入电流信号转换为电压信号，该第一电压跟随器的输出端接一电压放大电路的输入端，该电压放大电路的输出端接一电压比较器的一个输入端，还包括一第二电压跟随器，该第二电压跟随器的输入端与预设电压信号连接，该第二电压跟随器的输出端接前述电压比较器的另一个输入端，该电压比较器的输出端通过一开关电路接输出继电器的线圈从而控制继电器的触点动作。
其中开关电路为开关三极管，该开关三极管的基极接电压比较器的输出端，其发射极接电源，其集电极接继电器的控制端。
其中电压放大电路为由运算放大器和外部电阻组成的同相放大器电路，继电器为固态继电器。
一种阀门控制及故障保护装置，其特别之处在于，包括与控制信号电连接从而根据控制信号是否正常来开、闭的电流信号检测开关，还包括与气源连接从而根据气压是否正常来开、闭的压力开关，上述电流信号检测开关和压力开关串联在电源与至少一个电磁阀的控制端之间。
其中压力开关和电磁阀均安装在气路集装板上，在气路集装板外设有若干接气口，而压力开关或电磁阀上的每个接气端通过设在气路集装板内的管状空腔分别与接气口连通。
其中电磁阀为一个或两个，且均为2位3通阀。
本发明的电流信号检测开关通过模拟电路检测0～20mA环路电流信号，使输入信号与设定值相比较，当输入信号低于设定值时控制继电器输出。本发明将传统的检测电流信号后通过气压信号比较改为电压信号比较，从而控制联锁设备(如电磁阀)，它可以克服气压信号比较精度差、调试不便的缺陷，并可形成防爆结构。
本发明提出一种集装方案的阀门控制及保护装置。这种控制及保护装置使得用户对气动控制阀故障保护的需求成为一个独立的设备，极大的克服了安装和连接影响，减小了气动控制阀故障保护需求的实施难度，可推动气动控制阀故障保护的应用。此装置也可在不改变机体结构的情况下根据用户要求定制各种控制功能。在本发明中，电磁阀输出A口和B口选择接堵头、贮气罐或消声器可实现断气、断电和断信号时执行机构保位、全开或全关，对应单作用执行机构用一个电磁阀即可。
附图说明
附图1为本发明中阀门控制及故障保护装置的控制原理图；
附图2为本发明中阀门控制及故障保护装置的结构示意图；
附图3为本发明中电流信号检测开关的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明作进一步详细的说明：如图1所示，上方方形虚线框内为本发明，而执行机构1、定位器3、空气过滤减压阀6均为外部配套设备，目的是更直观的展示本发明的原理。
本发明采用弹性密封且无流动方向限制的电磁阀2(VT317)做为执行元件，如图双作用执行机构1用两只电磁阀2，单作用执行机构1用一只电磁阀2即可，用来在断电等故障发生时，切换气路通路。电磁阀2供电正常时1口和2口接通，此时连通定位器3输出与执行机构1的通路，供电断开时电磁阀2的1口和3口接通，此时可断开定位器3与执行机构1的气路，此电磁阀2内部无泄漏，可用于控制阀的保位场合，例如将A口和B口堵住即可实现执行机构1保位功能。如图1所示，电磁阀2为两个，且均为2位3通阀。
如图1所示，压力开关4用来监测气压信号，压力开关4常开触点串联到电磁阀2控制回路中，当气源正常时压力开关4触点1和4接通，闭合电磁阀2控制回路，当断气故障发生时压力开关4触点1和2接通，切断电磁阀2供电，从而使电磁阀2切换气路通路。
如图1所示，电流信号检测开关5监测电流信号，它的常闭触点也串联到电磁阀2控制回路中，当电流信号低于设定值时，触点1和4闭合，切断电磁阀2控制回路，从而切换气路通路，当电流信号高于设定值时，触点1和2闭合，接通电磁阀2控制回路。如图1所示，通过压力开关4和电流信号检测开关5串联的组合应用来控制电磁阀2，可完成气动控制阀在断气、断电和断信号故障发生时的切换气路通路要求。
如图2所示，压力开关4和电磁阀2均安装在气路集装板7上，在气路集装板7外设有若干接气口，而压力开关4或电磁阀2上的每个接气端通过设在气路集装板7内的管状空腔分别与接气口连通。本发明采用气路集装板7和铝压铸外壳8将电磁阀2、压力开关4和信号检测开关集中安装，内部无气路管件，所有气源通路均在气路集装板7、压力开关4和电磁阀2内部，压力开关4和电磁阀2均采用表面贴装技术和气路集装板7连为一体，统一接线并预留接线端子以方便现场配接，通过改变气路集装板7内气路的走向可实现气动控制阀的其它控制功能。
如图3所示，电流信号检测开关5包括第一电压跟随器(主要由运算放大器U1B型号LM2904组成)，该第一电压跟随器的输入端通过并联的电阻R8和电阻R9与输入信号连接从而将输入电流信号转换为电压信号(前端二极管D1和瞬态抑制二极管ZD1起电路保护作用，型号分别为M4和P6KE30A，防止输入信号接错损坏电路)，该第一电压跟随器的输出端接一电压放大电路(主要由运算放大器U2B型号LM2904组成)的输入端，该电压放大电路的输出端接一电压比较器(主要由运算放大器U2A型号LM2904组成)的一个(正)输入端，还包括一第二电压跟随器(主要由运算放大器U1A型号LM2904组成)，该第二电压跟随器的输入端与预设电压信号连接，该第二电压跟随器的输出端接前述电压比较器的另一个(负)输入端，该电压比较器的输出端通过一开关电路接输出继电器RL1的线圈从而控制继电器RL1的触点动作。
开关电路具体为开关三极管Q1，该开关三极管Q1的基极接电压比较器的输出端，其发射极接电源Vcc，其集电极接固态继电器RL1(型号G6B)引脚，开关三极管Q1型号9012。
电压放大电路具体为由运算放大器和外部电阻组成的同相放大器电路，预设电压信号由串联在电源Vcc和地之间的电阻R1和可变电阻RW1组成，通过可变电阻RW1的可变输出端输出至第二电压跟随器。
第一电压跟随器和第二电压跟随器主要起前后极电路隔离和阻抗匹配作用，电容C1、电容C2、电容C3、和电容C4为去耦电容，电阻R3、电阻R4、和电阻R6为反馈电阻，电阻R5和电阻R7为输入电阻，电阻R2为输出电阻。
Claims (6)
1.一种电流信号检测开关，其特征在于：包括第一电压跟随器，该第一电压跟随器的输入端通过电阻与输入信号连接从而将输入电流信号转换为电压信号，该第一电压跟随器的输出端接一电压放大电路的输入端，该电压放大电路的输出端接一电压比较器的一个输入端，还包括一第二电压跟随器，该第二电压跟随器的输入端与预设电压信号连接，该第二电压跟随器的输出端接前述电压比较器的另一个输入端，该电压比较器的输出端通过一开关电路接输出继电器(RL1)的线圈从而控制继电器(RL1)的触点动作。
2.如权利要求1所述的电流信号检测开关，其特征在于：其中开关电路为开关三极管(Q1)，该开关三极管(Q1)的基极接电压比较器的输出端，其发射极接电源，其集电极接继电器(RL1)的控制端。
3.如权利要求1或2所述的电流信号检测开关，其特征在于：其中电压放大电路为由运算放大器和外部电阻组成的同相放大器电路，继电器(RL1)为固态继电器。
4.一种阀门控制及故障保护装置，其特征在于：包括与控制信号电连接从而根据控制信号是否正常来开、闭的电流信号检测开关(5)，还包括与气源连接从而根据气压是否正常来开、闭的压力开关(4)，上述电流信号检测开关(5)和压力开关(4)串联在电源与至少一个电磁阀(2)的控制端之间。
5.如权利要求4所述的一种阀门控制及故障保护装置，其特征在于：其中压力开关(4)和电磁阀(2)均安装在气路集装板(7)上，在气路集装板(7)外设有若干接气口，而压力开关(4)或电磁阀(2)上的每个接气端通过设在气路集装板(7)内的管状空腔分别与接气口连通。
6.如权利要求4或5所述的一种阀门控制及故障保护装置，其特征在于：其中电磁阀(2)为一个或两个，且均为2位3通阀。
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