CN103470843A - 双作用气动执行器自锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双作用气动执行器自锁装置，包括气源、供电电源、输入信号源、过滤减压阀、西门子智能阀门定位器和双作用气动执行器，还包括一体化的自锁装置箱，自锁装置箱上设有连接口，过滤减压阀的入口与气源相连接，出口管路分别与压力开关、西门子智能阀门定位器的气源压力入口相连接；两位四通电磁阀的两个入口分别与西门子智能阀门定位器的气源压力出口P1、P2相连接，两个出口分别与双作用气动执行器的上、下气缸相连接；端子排通过电缆穿入口与供电电源、西门子智能阀门定位器、输入信号源相连接。该自锁装置结构简单，采用一体化结构，用户可以方便地进行安装和连接，可以与带报警模块的西门子智能阀门定位器配合使用。

Description

双作用气动执行器自锁装置

技术领域

本发明涉及一种自锁装置，尤其涉及一种当气源、供电电源或输入信号源突然中断时使用的双作用气动执行器自锁装置。

背景技术

双作用气动执行器属于气动执行器中的一类，包含双作用气动活塞式执行机构和长行程执行机构，它以压缩空气或氮气作为动力气源，作用是接受调节器或PLC可编程控制器发出的控制信号，通过输出转角（0-90°）和力矩，改变与之连接的调节蝶阀的开度，达到控制工业介质流量的目的。

国内目前常用的双作用气动执行器，气源23的压力为0.4～0.6MPa，供电电源20采用24VDC或220VAC，输入信号源24为4～20mA标准信号。其锁定原理如图1所示，当N₂或压缩空气气源23、供电电源20或4～20mA.DC输入信号源24均正常工作时，N₂或压缩空气经过滤减压阀8减压至0.4～0.6MPa，经开启的电磁阀9，一路气源进入西门子智能阀门定位器21，另一路气源进入气锁阀26。西门子智能阀门定位器21输出两路气动信号，在气锁阀通畅的情况下分别进入双作用气动执行器22的上、下气缸中驱动气缸动作。当经过滤减压阀8的N₂或压缩空气气源的压力低于0.4MPa时（西门子阀门定位器要求的工作气源压力下限），气锁阀26因压力低，锁死进入双作用气动执行器22的上、下气缸气路，使双作用气动执行器22保持原位；当供电电源20失电时，电子开关25失去工作电源，24V.DC电磁阀9也会因失电自动关闭气源，连锁气锁阀26锁死，使双作用气动执行器22保持原位；当4～20mA.DC输入信号源24出现短路或断路时，电子开关25判断输入信号源24中断，即断开供给气源23管路上的24V.DC电磁阀线包电源，关闭电磁阀气路，气锁阀26因气源23断开，锁死进入双作用气动执行器22的上、下气缸气路，使双作用气动执行器22保持原位。 

在实际使用过程中，气源、供电电源、输入信号源突然中断时，使用现有技术的自锁装置主要存在以下问题：

1.由于气锁阀内部采用的气动放大组件，在北方冬季寒冷的环境下极易出现气动组件因热胀冷缩变形卡滞的现象，造成其锁定失效。

2.气锁阀锁定压力限值长期使用后，会因其内部弹簧弹性系数降低或气动组件磨损而发生变化，双作用气动执行器运行时，维护人员会因无法准确掌握并调整气锁阀的锁定压力下限导致其锁定失效。

3、当西门子智能阀门定位器自身出现故障时，气源、供电电源及输入信号源均正常，因而无法实现自锁功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双作用气动执行器自锁装置，既能保证在北方冬季寒冷环境气温下，当气源、供电电源或输入信号源突然中断时，可以有效锁定双作用气动执行器，又能实现当西门子智能阀门定位器自身出现故障时，双作用气动执行器可以自动锁定。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种双作用气动执行器自锁装置，包括气源、供电电源、输入信号源、过滤减压阀、西门子智能阀门定位器和双作用气动执行器，还包括一体化的自锁装置箱，自锁装置箱上开设有连接口，所述过滤减压阀的入口与所述气源相连接，所述过滤减压阀的出口管路分别与压力开关、西门子智能阀门定位器的气源压力入口相连接；两位四通电磁阀的两个入口分别与所述西门子智能阀门定位器的气源压力出口P1、P2相连接，两个出口分别与双作用气动执行器的上、下气缸相连接；端子排通过电缆穿入口与供电电源、西门子智能阀门定位器、输入信号源相连接。

所述自锁装置箱上开设有6个气路连接口，左侧设有气源入口、双作用气动执行器上气缸接口、双作用气动执行器下气缸接口，右侧开设有西门子智能阀门定位器空气接入口，下部开设有西门子智能阀门定位器P2接入出口、西门子智能阀门定位器P1接入出口；下部还开设有电缆穿入口。

所述两位四通电磁阀通过压力开关、固态继电器从端子排获得电源；所述端子排的一侧端子分别与西门子智能阀门定位器的报警输出端子、供电电源相连接，另一侧端子分别给固态继电器、压力开关提供电源。

所述过滤减压阀与气源之间设有气源入口截止阀。

所述过滤减压阀出口侧的气源输出管路与压力开关之间设有压力开关截止阀。

所述双作用气动执行器的上、下气缸气路之间安装有上下气缸连通截止阀。

所述端子排的第一端子、第二端子、第三端子并联，接入所述供电电源的正极，第六端子、第七端子、第八端子并联，接入所述供电电源的负极，第三端子、第四端子分别与所述西门子智能阀门定位器的报警模块端子相连接。 

所述固态继电器的固态继电器控制端接线端子通过端子排的第三端子、第四端子经所述电缆穿入口与西门子智能阀门定位器的报警常闭输出端子相连接，固态继电器常闭触点接线端子的一端通过所述端子排经电缆穿入口接入供电电源的正极，另一端与所述两位四通电磁阀的线包正极相连接。

所述压力开关的测量气路接在所述过滤减压阀的出口管路上，压力开关报警常闭输出信号接线端子与所述固态继电器的固态继电器控制端接线端子串联。

采用本发明提供的双作用气动执行器自锁装置，结构简单，采用一体化结构，用户可以方便地进行安装和电气、气路的连接；可以与带报警模块的SIPART PS2系列西门子智能阀门定位器配合使用，当双作用气动执行器动作过程中出现气源、供电电源或输入信号源突然中断时，能保证双作用气动执行器保持中断前的工作位置，防止因中断后双作用气动执行器动作位置的突然变化而对生产或人身安全造成的危害；还可以实现在西门子智能阀门定位器在自身故障时双作用气动执行器的自动锁定。

附图说明

图1为现有技术的自锁原理结构图。

图2为本发明的结构示意图。

图中，1-自锁装置箱，2-气源入口，3-西门子智能阀门定位器P₁接入出口，4-西门子智能阀门定位器P₂接入出口，5-西门子智能阀门定位器气源P_Z接入出口，6-双作用气动执行器上气缸接口，7-双作用气动执行器下气缸接口，8-过滤减压阀，9-气源入口截止阀，10-两位四通电磁阀,11-上下气缸连通截止阀，12-端子排，13-固态继电器，14-压力开关，15-压力开关截止阀，16-固态继电器常闭触点接线端子，17-固态继电器控制端接线端子，18-压力开关报警常闭输出信号接线端子，19-压力开关电源接线端子，20-供电电源,21-西门子智能阀门定位器，22-双作用气动执行器,23-气源，24-输入信号源,25-电子开关，26-气锁阀，27-电缆穿入口。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图2所示，本发明提供的双作用气动执行器自锁装置，包括气源23、供电电源20、输入信号源24、过滤减压阀8、西门子智能阀门定位器21和双作用气动执行器22，还包括一体化的自锁装置箱1，自锁装置箱1上开设有连接口，过滤减压阀8的入口与气源23相连接，过滤减压阀8的出口管路分别与压力开关14、西门子智能阀门定位器的气源压力入口P_z相连接。两位四通电磁阀10的两个入口分别与西门子智能阀门定位器21的气源压力出口P₁、P₂相连接，两个出口分别与双作用气动执行器22的上、下气缸相连接。端子排12通过电缆穿入口27与供电电源20、西门子智能阀门定位器21、输入信号源24相连接，实现与自锁装置箱1内部件的电源与信号连接。

自锁装置箱1的箱体的尺寸长×宽×深为300×250×150mm，自锁装置箱1上开设有6个气路连接口，左侧开设有气源入口2、双作用气动执行器上气缸接口6、双作用气动执行器下气缸接口7，右侧开设有西门子智能阀门定位器P_z空气接入口5，下部开设有西门子智能阀门定位器P₂接入出口3、西门子智能阀门定位器P₁接入出口4。6个接口分别都是G1/4的螺纹接口。自锁装置箱1的下部还开设有电缆穿入口27。

过滤减压阀8与气源23之间安装有气源入口截止阀9。过滤减压阀8的入口与气源入口截止阀9的出口相连接，过滤减压阀8的出口管道通过西门子智能阀门定位器气源P_Z接入出口5与西门子智能阀门定位器21的气源压力入口Pz相连接。气源入口截止阀9的入口通过气源入口2与气源23相连接。过滤减压阀8的最高工作压力为1MPa，过滤精度5μm，调压范围 0.05～0.8MPa。过滤减压阀8将氮气或压缩空气气源中＞5μm的颗粒过滤，并将压力减至0.4～0.6 MPa。气源入口截止阀9的最大承受压力1.6MPa，可用于检修或更换过滤减压阀8时切断压力源。过滤减压阀8出口侧的气源输出管路与压力开关14之间安装有压力开关截止阀15。压力开关截止阀15与压力开关14的测量接口相连接，用于检修或更换压力开关14时切断压力源。压力开关截止阀15的最大承受压力1MPa。

两位四通电磁阀10通过压力开关14、固态继电器13从端子排12获得电源。端子排12的一侧端子分别与西门子智能阀门定位器21的报警输出端子第31号端子和第32号端子、供电电源20相连接，另一侧端子分别给固态继电器13、压力开关14提供电源。输入信号源24将4-20mA电流控制信号送入西门子智能阀门定位器21。

两位四通电磁阀10的两个入口分别通过西门子智能阀门定位器P₁接入出口4、西门子智能阀门定位器P₂接入口3与西门子智能阀门定位器21的气源压力出口P₁、西门子智能阀门定位器21的气源压力出口P₂相连接，两个出口分别通过双作用气动执行器上气缸接口6、双作用气动执行器下气缸接口7与双作用气动执行器上气缸、双作用气动执行器下气缸相连接，其余两个出口封死。两位四通电磁阀10采用24VDC供电，当两位四通电磁阀10的线包得电时，西门子智能阀门定位器21的气源压力出口P₁、P₂分别与双作用气动执行器上、下气缸相连通，双作用气动执行器22由西门子智能阀门定位器21驱动控制。当两位四通电磁阀10的线包失电时，气路切断，双作用气动执行器22因上、下气缸气路封死，固定原有位置不动。

双作用气动执行器22的上、下气缸气路之间安装有上下气缸连通截止阀11。上下气缸连通截止阀11连通双作用气动执行器22的上、下气缸气路。上下气缸连通截止阀11的最大承受压力为1MPa，在手动操作双作用气动执行器22时开启，可避免因自锁装置保护导致气动执行器无法实现手动操作。

端子排12的规格为10×1.5mm，通过电缆穿入口27实现供电电源20、西门子智能阀门定位器21与自锁装置箱1内部件的信号连接。端子排12的第一端子①、第二端子②、第三端子③并联，接入24V.DC供电电源20的正极，第六端子⑥、第七端子⑦、第八端子⑧并联，接入24V.DC供电电源20的负极，第三端子③、第四端子④分别与所述西门子智能阀门定位器的报警模块第31号端子、第32号端子相连接。

固态继电器13的固态继电器控制端接线端子17通过端子排12的第三端子③、第四端子④经电缆穿入口27与西门子智能阀门定位器21的报警常闭输出端子第31号端子、第32号端子连接，固态继电器常闭触点接线端子16的一端通过端子排12经电缆穿入口27接入24V.DC供电电源20的正极，另一端与两位四通电磁阀10的线包正极相连接。固态继电器13的控制电流≤8mA，电压为24V.DC，触电容量≤220VAC，20A。

压力开关14的测量气路接在过滤减压阀8的出口管路上，压力开关报警常闭输出信号接线端子18与固态继电器13的固态继电器控制端接线端子17串联。压力开关14带有压力显示及低限报警输出功能，压力量程为0～1MPa。供电电源20的电压为24VDC。气源23的压力≤0.4 MPa时压力下限报警输出，该限值可通过压力开关菜单设置进行调整。

本发明提供的双作用气动执行器三断自锁装置,工作过程如下：

自外部接入0.8～1.0MPa的N₂或压缩空气气源23,经气源入口截止阀9进入过滤减压阀8，过滤减压阀8将气源压力过滤减压至0.4～0.6MPa，一路气源经压力开关截止阀15进入压力开关14，另一路气源与西门子智能阀门定位器的气源压力入口Pz相连接，供给西门子智能阀门定位器工作气源。西门子智能阀门定位器21的两路输出气动信号经P₁、P₂分别进入两位四通阀10后与双作用气动执行器上、下气缸入口管路相连接。

由外部接入的24V.DC供电电源20正负极分别经电缆穿入口27、端子排12的①、⑥端子进入自锁装置箱1，一路电源接入压力开关14的电源接线端子19，另一路电源经固态继电器13的固态继电器常闭触点接线端子16串连压力开关14的报警压力开关报警常闭输出信号接线端子18后连接两位四通阀10的线包，还有一路电源经端子排12的③端子连接西门子智能阀门定位器21的报警模块31号端子，经32号端子送出后连接固态继电器13的固态继电器控制端接线端子17。

断气保位：当经过滤减压阀8减压后的气源压力≤0.4MPa时，压力开关14发出报警信号，报警常闭输出信号接线端子18断开，导致两位四通电磁阀10的线包供电电源回路，使两位四通电磁阀10失电，进入双作用气动执行器上、下气缸气路闭锁，从而使双作用气动执行器22保持原有位置，双作用气动执行器保位完成。

断信号保位：当输入信号源24连接西门子智能阀门定位器21的4～20mADC线路出现短路、断路情况或输入信号源24故障无输出时，西门子智能阀门定位器21会因此出现失电，西门子智能阀门定位器报警常闭输出端子31、32接通，使与其连接的固态继电器13的控制端接线端子17得电，固态继电器13固态继电器常闭触点端子16断开，连锁两位四通电磁阀10的线包失电，双作用气动执行器上、下气缸气路被锁死，双作用气动执行器保位完成。

断电源保位：当供给双作用气动执行器自锁装置的24VDC供电电源20断路时，两位四通电磁阀10的线包均会因无电源失电，两位四通电磁阀10关闭，双作用气动执行器上、下气缸气路被锁死，双作用气动执行器22保位完成。

西门子定位器故障状态保位：当西门子智能阀门定位器21因自身硬件故障或其他异常输出报警状态时，西门子智能阀门定位器21报警常闭输出端子31、32号端子闭合，固态继电器13因其控制端接线端子17得电，固态继电器常闭触点端子16断开无24V输出，两位四通电磁阀10的线包均会因无电源失电，两位四通电磁阀10关闭，双作用气动执行器上、下气缸气路被锁死，双作用气动执行器保位完成。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限本发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双作用气动执行器自锁装置，包括气源（23）、供电电源（20）、输入信号源（24）、过滤减压阀（8）、西门子智能阀门定位器（21）和双作用气动执行器（22），其特征在于，还包括一体化的自锁装置箱（1），自锁装置箱（1）上开设有连接口，所述过滤减压阀（8）的入口与所述气源（23）相连接，所述过滤减压阀（8）的出口管路分别与压力开关（14）、西门子智能阀门定位器的气源压力入口P1、P2相连接；两位四通电磁阀（10）的两个入口分别与所述西门子智能阀门定位器（21）的气源压力出口相连接，两个出口分别与双作用气动执行器（22）的上、下气缸相连接；端子排（12）通过电缆穿入口（27）与供电电源（20）、西门子智能阀门定位器（21）、输入信号源（24）相连接。

2.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述自锁装置箱（1）上开设有6个气路连接口，左侧设有气源入口（2）、双作用气动执行器上气缸接口（6）、双作用气动执行器下气缸接口（7），右侧开设有西门子智能阀门定位器空气接入口（5），下部开设有西门子智能阀门定位器P₂接入出口（3）、西门子智能阀门定位器P₁接入出口（4）；下部还开设有电缆穿入口（27）。

3.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述两位四通电磁阀（10）通过压力开关（14）、固态继电器（13）从端子排（12）获得电源；所述端子排（12）的一侧端子分别与西门子智能阀门定位器的报警输出端子、供电电源（20）相连接，另一侧端子分别给固态继电器（13）、压力开关（14）提供电源。

4.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述过滤减压阀（8）与气源（23）之间设有气源入口截止阀（9）。

5.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述过滤减压阀（8）出口侧的气源输出管路与压力开关（14）之间设有压力开关截止阀（15）。

6.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述双作用气动执行器（22）的上、下气缸气路之间安装有上下气缸连通截止阀（11）。

7.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述端子排（12）的第一端子、第二端子、第三端子并联，接入所述供电电源（20）的正极，第六端子、第七端子、第八端子并联，接入所述供电电源（20）的负极，第三端子、第四端子分别与所述西门子智能阀门定位器的报警模块端子相连接。

8.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述固态继电器（13）的固态继电器控制端接线端子（17）通过端子排（12）的第三端子、第四端子经所述电缆穿入口（27）与西门子智能阀门定位器的报警常闭输出端子相连接，固态继电器常闭触点接线端子（16）的一端通过所述端子排（12）经电缆穿入口（27）接入供电电源（20）的正极，另一端与所述两位四通电磁阀（10）的线包正极相连接。

9.根据权利要求1所述的双作用气动执行器自锁装置，其特征在于，所述压力开关（14）的测量气路接在所述过滤减压阀（8）的出口管路上，压力开关报警常闭输出信号接线端子（18）与所述固态继电器（13）的固态继电器控制端接线端子（17）串联。

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