CN113027848A - 一种高可靠性电磁阀控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高可靠性电磁阀控制系统，包括：双电磁阀双阀门的配置，双电磁阀双阀门的配置中设有两组电磁阀、阀门A和阀门B，其中一组电磁阀包括电磁阀A和电磁阀B，另一组电磁阀包括电磁阀C和电磁阀D。本发明的有益效果是：本发明针对阀门保护关闭的场景，采用双电磁阀并联，并且双阀门串联；针对阀门保护开启的场景，采用双电磁阀串联，并且双阀门并联。相比单电磁阀控制回路，减少了系统误动风险，相比双电磁控制回路，减少了拒动风险，最终提高了系统的可靠性。本发明可应用于火力发电等工业领域，用于提高采用电磁阀控制的重要阀门的动作可靠性。

Description

一种高可靠性电磁阀控制系统
技术领域
本发明属于电磁阀失电阀门保护领域，尤其涉及一种高可靠性电磁阀控制系统。
背景技术
电磁阀是由电磁线圈和磁芯组成，是包含一个或几个孔的阀体。当线圈通电或断电时， 磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。一般用在控制系统 中液体和气体管路的开关控制。
过程控制中使用两位三通电磁阀作为两路阀或调节阀气路控制元件，压缩空气经电磁切 换气路后进出气缸，在压缩空气与气缸弹簧的共同作用下带动阀杆运行，进而达到气动阀门 开启/关闭的效果。本文气动门举例均为下气缸进气。
在火力发电领域，一般采用如图1所示单电磁阀进行气动阀门的控制；电磁阀6失电时， 进气口Ⅱ3、出气口4气路导通，气动门气缸5内的压缩空气经出气口4-进气口Ⅱ3排出泄气， 阀门7关闭(下气缸进气型气动阀门)。电磁阀6得电时，进气口Ⅰ2至出气口4的气路导通， 压缩空气由气源1经进气口Ⅰ2-出气口4进入气动门气缸5，阀门7开启(下气缸进气型气 动阀门)；但这种单电磁阀控制系统可靠性较低，控制系统的任一环节故障，比如单个电磁阀 的故障、气源管路故障、线缆故障、通道故障等都将导致电磁阀异常，进而引起阀门7误动 或拒动。以燃机为例，燃气事故关断阀、燃气事故排放阀、调压站ESD阀误关将导致机组跳 闸，压气机放气防喘阀等误开时也将导致机组跳闸，均会造成较大的经济损失。
现有的改进型的方案是采用如图2所示双电磁阀：1)正常运行时电磁阀B12带电，压缩 空气经电磁阀B的进气口Ⅰ13-电磁阀B的出气口15进入气缸5，气动门处于进气状态，阀 门A16处于开位置。2)若电磁阀B12异常失电，则电磁阀B的进气口Ⅱ14、电磁阀B的出气口15气路导通，压缩空气由气源1经电磁阀A的进气口A9-电磁阀A的出气口11-电磁阀B 的进气口Ⅱ14-电磁阀B的出气口15进入气缸5，气动门仍处于进气状态，阀门7不动。3) 若电磁阀A8正常，电磁阀B12异常失电，则电磁阀B的进气口Ⅰ13-电磁阀B的出气口15导 通，压缩空气经电磁阀B的进气口Ⅰ13-电磁阀B的出气口15进入气缸5，气动门处于进气 状态，阀门A16仍不动。4)只有电磁阀A8、电磁阀B12均失电时，气缸5气体经电磁阀B 的出气口15-电磁阀B的进气口Ⅱ14排出，阀门A16异常关闭。相比单电磁阀控制，现有双 电磁阀其可靠性有所提升。
目前仅有针对电磁阀失电阀门保护关的双电磁阀方案，未有考虑电磁阀得电阀门保护开 的双电磁阀方案。并且现有双电磁阀只是采用双冗余电磁阀，双电磁阀均动作则阀门动作， 该改进单电磁阀为双电磁阀的方式虽然减少了误动概率，但是提高了拒动风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高可靠性电磁阀控制系统。
这种高可靠性电磁阀控制系统，包括双电磁阀双阀门的配置，双电磁阀双阀门的配置中 设有两组电磁阀、阀门A和阀门B，其中一组电磁阀包括电磁阀A和电磁阀B，另一组电磁阀 包括电磁阀C和电磁阀D；
当电磁阀保护关停机时：电磁阀A和电磁阀B并联后一端接入气源，另一端接入气缸， 气缸连接阀门A；电磁阀C和电磁阀D并联后一端接入气源，另一端接入另一个气缸，另一 个气缸连接阀门B；阀门A和阀门B串联后接入系统管路；电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D中任一电磁阀故障导致失电时：气缸管路处于导通状态，对应的阀门A或阀门B保持开状态，系统管路导通；电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D中所有电磁阀均失电时：阀门A和阀门B均关闭，系统管路不导通；
当电磁阀保护开停机时，电磁阀A和电磁阀B串联后一端接入气源，另一端接入气缸， 气缸连接阀门A；电磁阀C和电磁阀D串联后一端接入气源，另一端接入另一个气缸，另一 个气缸连接阀门B；阀门A和阀门B并联后接入系统管路；机组正常运行时：电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D均处于失电状态，阀门A和阀门B均关闭；电磁阀A和电磁阀B 均带电，或电磁阀C和电磁阀D均带电，或电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D均带电 时，系统管路导通。
作为优选，双电磁阀双阀门的配置中选用两位三通式电磁阀。
作为优选，保护关停机的电磁阀包括：燃气事故关断阀、燃气事故排放阀和调压站ESD 阀。
作为优选，保护开停机的电磁阀有压气机放气防喘阀。
这种高可靠性电磁阀控制系统的设计及工作方法，包括如下步骤：
步骤1、当电磁阀失电时，针对阀门保护关停机设计电磁阀控制系统；
步骤1.1、将电磁阀A和电磁阀B并联后一端接入气源，另一端接入气缸，气缸连接阀 门A；将电磁阀C和电磁阀D并联后一端接入气源，另一端接入另一个气缸，另一个气缸连接阀门B；阀门A和阀门B串联后接入系统管路；
步骤1.2、机组正常运行时，电磁阀均带电，电磁阀A的进气口Ⅰ与电磁阀A的出气口导通，电磁阀A的出气口连接电磁阀B的进气口Ⅱ，电磁阀B的进气口Ⅰ和电磁阀B的出气 口导通，压缩空气经过气源经过电磁阀B的进气口Ⅰ、电磁阀B的出气口进入气缸；阀门A 保持开状态；电磁阀C和电磁阀D在机组正常运行时的工作模态参照电磁阀A和电磁阀B；
步骤1.3、电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D中任一电磁阀故障导致失电时，气缸的管路仍导通，阀门A和阀门B保持开状态，系统管路导通；
步骤1.4、每组并联的电磁阀中所有电磁阀均失电时，则该组电磁阀失电；当两组电磁 阀其中一组失电时，对应的阀门关闭；阀门A和阀门B中任一阀门关闭，系统管路切断；
步骤2、电磁阀得电时，针对阀门保护开停机设计电磁阀控制系统；
步骤2.1、电磁阀A和电磁阀B串联后一端接入气源，另一端接入气缸，气缸连接阀门 A；电磁阀C和电磁阀D串联后一端接入气源，另一端接入另一个气缸，另一个气缸连接阀门 B；阀门A和阀门B并联后接入系统管路；
步骤2.2、机组正常运行时，所有电磁阀均失电，电磁阀B的进气口Ⅱ和电磁阀B的出 气口导通，气缸通过电磁阀B的进气口Ⅱ排气，阀门A关闭；另一组串联的电磁阀C和电磁阀D中，气缸通过电磁阀D的进气口Ⅱ排气，阀门B关闭；
步骤2.3、阀门A和阀门B任一阀门开启时，系统管路导通:电磁阀A和电磁阀B均带电 时，压缩空气经气源由电磁阀B的进气口Ⅱ进入气缸，阀门A开启，系统管路导通；或电磁阀C和电磁阀D均带电时，压缩空气经气源由电磁阀D的进气口Ⅱ进入气缸，阀门B开启， 系统管路导通。
本发明的有益效果是：本发明提出一种高可靠性电磁阀控制系统，针对阀门保护关闭的 场景，采用双电磁阀并联，并且双阀门串联；针对阀门保护开启的场景，采用双电磁阀串联， 并且双阀门并联。相比单电磁阀控制回路，减少了系统误动风险，相比双电磁控制回路，减 少了拒动风险，最终提高了系统的可靠性。本发明可应用于火力发电等工业领域，用于提高 采用电磁阀控制的重要阀门的动作可靠性。
附图说明
图1为单电磁阀气动阀控制回路图；
图2为双电磁阀并联气动阀控制回路图；
图3为双电磁阀并联双关断阀串联控制回路图；
图4为双电磁阀串联双关断阀并联控制回路图。
附图标记说明：气源1、进气口Ⅰ2、进气口Ⅱ3、出气口4、气缸5、电磁阀6、阀门7、 电磁阀A8、电磁阀A的进气口Ⅰ9、电磁阀A的进气口Ⅱ10、电磁阀A的出气口11、电磁阀 B12、电磁阀B的进气口Ⅰ13、电磁阀B的进气口Ⅱ14、电磁阀B的出气口15、阀门A16、阀 门B17、电磁阀C18、电磁阀D19、系统管路20。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。 应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发 明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
一种高可靠性电磁阀控制系统，包括双电磁阀双阀门的配置，双电磁阀双阀门的配置中 设有两组电磁阀、阀门A16和阀门B17，其中一组电磁阀包括电磁阀A8和电磁阀B12，另一 组电磁阀包括电磁阀C18和电磁阀D19；
如图3所示，当电磁阀保护关停机时：电磁阀A8和电磁阀B12并联后一端接入气源1， 另一端接入气缸5，气缸5连接阀门A16；电磁阀C18和电磁阀D19并联后一端接入气源1，另一端接入另一个气缸5，另一个气缸5连接阀门B17；阀门A16和阀门B17串联后接入系统管路20；电磁阀A8、电磁阀B12、电磁阀C18和电磁阀D19中任一电磁阀故障导致失电时： 气缸5管路处于导通状态，对应的阀门A16或阀门B17保持开状态，系统管路20导通；电磁 阀A8、电磁阀B12、电磁阀C18和电磁阀D19中所有电磁阀均失电时：阀门A16和阀门B17 均关闭，系统管路20不导通；
如图4所示，当电磁阀保护开停机时，电磁阀A8和电磁阀B12串联后一端接入气源1， 另一端接入气缸5，气缸5连接阀门A16；电磁阀C18和电磁阀D19串联后一端接入气源1，另一端接入另一个气缸5，另一个气缸5连接阀门B17；阀门A16和阀门B17并联后接入系统管路20；机组正常运行时：电磁阀A8、电磁阀B12、电磁阀C18和电磁阀D19均处于失电状 态，阀门A16和阀门B17均关闭；电磁阀A8和电磁阀B12均带电，或电磁阀C18和电磁阀 D19均带电，或电磁阀A8、电磁阀B12、电磁阀C18和电磁阀D19均带电时，系统管路20导 通。
实施例2：
采用两位三通式电磁阀，如图1所示，电磁阀带电时进气口Ⅰ2和出气口4导通，失电时出气口4和进气口Ⅱ3导通。压缩空气经电磁阀及仪表管进入阀门下气缸5开启阀门，气缸5失气时，阀门关闭；
一、当电磁阀失电系统保护动作时，假设电磁阀误动概率为Q(0<Q<1)，拒动概率为P (0<P<1)。对于单电磁阀，系统的误动概率为Q，拒动概率为P。对于双电磁阀，两个电磁阀均失电阀门才动作，所以系统的误动概率为Q2，拒动概率为2P。该方案较大的减少了误动的概率(Q2<<Q)，但也同时提高了拒动的概率(2P>P)。
当机组或系统的阀门保护关停机，电磁阀常带电时，本实施例针对这种情况采用如图3 所示的双电磁阀并联，并且双阀门串联的电磁阀控制系统；将电磁阀A8和电磁阀B12并联后 一端接入气源1，另一端接入气缸5，气缸5连接阀门A16；将电磁阀C18和电磁阀D19并联 后一端接入气源1，另一端接入另一个气缸5，另一个气缸5连接阀门B17；阀门A16和阀门 B17串联后接入系统管路20；
机组正常运行时，阀门A16和阀门B17处于开启状态，任一阀门关闭则管路切断，系统 停运；机组正常运行时电磁阀均带电，电磁阀A的进气口Ⅰ9与电磁阀A的出气口11导通，电磁阀A的出气口11连接电磁阀B的进气口Ⅱ14，电磁阀B的进气口Ⅰ13和电磁阀B的出 气口15导通，压缩空气经过气源1经过电磁阀B的进气口Ⅰ13、电磁阀B的出气口15进入 气缸5；阀门A16保持开状态；电磁阀C18和电磁阀D19在机组正常运行时的工作模态参照 电磁阀A8和电磁阀B12；
电磁阀A8、电磁阀B12、电磁阀C18和电磁阀D19中任一电磁阀故障导致失电时，气缸 5的管路仍导通，阀门A16和阀门B17保持开状态，系统管路20导通：若电磁阀A8带电， 电磁阀B12失电，则电磁阀A的进气口Ⅰ9与电磁阀A的出气口11导通，电磁阀B的进气口 Ⅱ14与电磁阀B的出气口15导通，电磁阀A的出气口11和电磁阀B的进气口Ⅱ14相连通， 气缸5依然处于进气状态，阀门A16(气动阀)开启；若电磁阀A8失电，电磁阀B12带电， 则电磁阀A的进气口B10与电磁阀A的出气口11导通，电磁阀B的进气口Ⅰ13与电磁阀B 的出气口15导通，气缸5依然处于进气状态，阀门A16(气动阀)开启；
每组并联的电磁阀中所有电磁阀均失电时，则该组电磁阀失电：只有当电磁阀A8失电， 电磁阀B12也失电的时候，电磁阀A的进气口B10、电磁阀A的出气口11导通，电磁阀B的 进气口Ⅱ14、电磁阀B的出气口15导通，气缸5排气，阀门A16关闭，管路切断；当两组电磁阀其中一组失电时，对应的阀门关闭；阀门A16和阀门B17中任一阀门关闭，系统管路20切断，减少了系统的拒动风险。
上述双电磁阀并联，并且双阀门串联的电磁阀控制系统误动概率为2Q2，拒动概率为4P2。Q＝0.5，P＝0.25时，此电磁阀控制系统与单电磁阀的拒动误动概率相同，但由于P和Q都很 小，保守假设小于1/100，即相比单电磁阀方案，不仅较大的减少误动的概率(2Q2<<Q)，也 同时较大的减少了拒动的概率(4P2<<P)。
二、当电磁阀得电系统进行保护动作时，假设电磁阀误动概率为R(0<R<1)，拒动概率 为S(0<S<1)。对于正常的系统来说，R和S都应该很小。对于单电磁阀，系统的误动概率为R，拒动概率为S。对于双电磁阀，两个电磁阀均得电阀门才动作，所以系统的误动概率为R2，拒动概率为2S。该方案较大的减少了误动的概率，但也同时提高了拒动的概率。
当机组或系统的阀门保护开停机，电磁阀常失电时，本实施例采用如图4所示的双电磁 阀串联，并且双阀门并联的电磁阀控制系统；电磁阀A8和电磁阀B12串联后一端接入气源1， 电磁阀A的进气口Ⅰ9接入气源1，电磁阀A的出气口11接入电磁阀B的进气口Ⅰ13，电磁 阀B的出气口15连接电磁阀B的进气口Ⅰ13，电磁阀B的出气口15连接气缸5，气缸5连 接阀门A16；电磁阀C18和电磁阀D19串联后一端接入气源1，另一端接入另一个气缸5，另 一个气缸5连接阀门B17；阀门A16和阀门B17并联后接入系统管路20；
机组正常运行时，电磁阀A8带电和电磁阀B12均失电时，阀门A16和阀门B17均处于关 闭状态；电磁阀A的进气口Ⅱ10和电磁阀A的出气口11导通，电磁阀B的进气口Ⅱ14和电磁阀B的出气口15导通，气缸5通过电磁阀B的进气口Ⅱ14排气，阀门A16关闭；另一组 串联的电磁阀C18和电磁阀D19中，气缸5通过电磁阀D19的进气口Ⅱ排气，阀门B17关闭， 电磁阀C18和电磁阀D19的情况与之相同。
机组正常运行时，阀门A16和阀门B17任一阀门开启时，系统管路20导通，减少了系统 的拒动风险，电磁阀控制系统停运；电磁阀A8带电，电磁阀B12不带电时，电磁阀A的进气口Ⅰ9和电磁阀A的出气口11导通，磁阀B的进气口Ⅱ14和电磁阀B的出气口15导通，气 缸5不进气，阀门A16依然关闭。电磁阀A8不带电，电磁阀B12带电时，电磁阀A的进气口 Ⅱ10和电磁阀A的出气口11导通，电磁阀B的进气口Ⅰ13和电磁阀B的出气口15导通；气 缸5不进气，阀门A16依然关闭，电磁阀C18和电磁阀D19的情况与之相同。
机组正常运行时，电磁阀A8和电磁阀B12同时带电情况下，电磁阀A的进气口Ⅰ9和电 磁阀A的出气口11导通，电磁阀A的出气口11和电磁阀B的进气口Ⅰ13导通，电磁阀B的 进气口Ⅰ13导通和电磁阀B的出气口15导通，气缸5进气，阀门A16开启，系统管路20导 通。压缩空气经气源1由电磁阀B的进气口Ⅱ14进入气缸5，阀门A16开启，系统管路20导 通；或电磁阀C18和电磁阀D19均带电时，压缩空气经气源1由电磁阀D19的进气口Ⅱ进入 气缸5，阀门B17开启，系统管路20导通；
上述双电磁阀串联，并且双阀门并联的电磁阀控制系统的误动概率为2R2，拒动概率为 4S2；当R＝0.5，S＝0.25时，此方案与单电磁阀的拒动误动概率相同，但由于R和S都很小， 保守假设小于1/100，相比单电磁阀方案，不仅较多地减少误动的概率(2R2<<R)，同时也较 大的减少了拒动的概率(4S2<<S)。

Claims (5)

1.一种高可靠性电磁阀控制系统，其特征在于，包括双电磁阀双阀门的配置，双电磁阀双阀门的配置中设有两组电磁阀、阀门A(16)和阀门B(17)，其中一组电磁阀包括电磁阀A(8)和电磁阀B(12)，另一组电磁阀包括电磁阀C(18)和电磁阀D(19)；
当电磁阀保护关停机时：电磁阀A(8)和电磁阀B(12)并联后一端接入气源(1)，另一端接入气缸(5)，气缸(5)连接阀门A(16)；电磁阀C(18)和电磁阀D(19)并联后一端接入气源(1)，另一端接入另一个气缸(5)，另一个气缸(5)连接阀门B(17)；阀门A(16)和阀门B(17)串联后接入系统管路(20)；电磁阀A(8)、电磁阀B(12)、电磁阀C(18)和电磁阀D(19)中任一电磁阀故障导致失电时：气缸(5)管路处于导通状态，对应的阀门A(16)或阀门B(17)保持开状态，系统管路(20)导通；电磁阀A(8)、电磁阀B(12)、电磁阀C(18)和电磁阀D(19)中所有电磁阀均失电时：阀门A(16)和阀门B(17)均关闭，系统管路(20)不导通；
当电磁阀保护开停机时，电磁阀A(8)和电磁阀B(12)串联后一端接入气源(1)，另一端接入气缸(5)，气缸(5)连接阀门A(16)；电磁阀C(18)和电磁阀D(19)串联后一端接入气源(1)，另一端接入另一个气缸(5)，另一个气缸(5)连接阀门B(17)；阀门A(16)和阀门B(17)并联后接入系统管路(20)；机组正常运行时：电磁阀A(8)、电磁阀B(12)、电磁阀C(18)和电磁阀D(19)均处于失电状态，阀门A(16)和阀门B(17)均关闭；电磁阀A(8)和电磁阀B(12)均带电，或电磁阀C(18)和电磁阀D(19)均带电，或电磁阀A(8)、电磁阀B(12)、电磁阀C(18)和电磁阀D(19)均带电时，系统管路(20)导通。
2.根据权利要求1所述高可靠性电磁阀控制系统，其特征在于：双电磁阀双阀门的配置中选用两位三通式电磁阀。
3.根据权利要求1所述高可靠性电磁阀控制系统，其特征在于，保护关停机的电磁阀包括：燃气事故关断阀、燃气事故排放阀和调压站ESD阀。
4.根据权利要求1所述高可靠性电磁阀控制系统，其特征在于：在燃机中，保护开停机的电磁阀有压气机放气防喘阀。
5.一种如权利要求1所述高可靠性电磁阀控制系统的设计及工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、当电磁阀失电时，针对阀门保护关停机设计电磁阀控制系统；
步骤1.1、将电磁阀A(8)和电磁阀B(12)并联后一端接入气源(1)，另一端接入气缸(5)，气缸(5)连接阀门A(16)；将电磁阀C(18)和电磁阀D(19)并联后一端接入气源(1)，另一端接入另一个气缸(5)，另一个气缸(5)连接阀门B(17)；阀门A(16)和阀门B(17)串联后接入系统管路(20)；
步骤1.2、机组正常运行时，电磁阀均带电，电磁阀A的进气口Ⅰ(9)与电磁阀A的出气口(11)导通，电磁阀A的出气口(11)连接电磁阀B的进气口Ⅱ(14)，电磁阀B的进气口Ⅰ(13)和电磁阀B的出气口(15)导通，压缩空气经过气源(1)经过电磁阀B的进气口Ⅰ(13)、电磁阀B的出气口(15)进入气缸(5)；阀门A(16)保持开状态；电磁阀C(18)和电磁阀D(19)在机组正常运行时的工作模态参照电磁阀A(8)和电磁阀B(12)；
步骤1.3、电磁阀A(8)、电磁阀B(12)、电磁阀C(18)和电磁阀D(19)中任一电磁阀故障导致失电时，气缸(5)的管路仍导通，阀门A(16)和阀门B(17)保持开状态，系统管路(20)导通；
步骤1.4、每组并联的电磁阀中所有电磁阀均失电时，则该组电磁阀失电；当两组电磁阀其中一组失电时，对应的阀门关闭；阀门A(16)和阀门B(17)中任一阀门关闭，系统管路(20)切断；
步骤2、电磁阀得电时，针对阀门保护开停机设计电磁阀控制系统；
步骤2.1、电磁阀A(8)和电磁阀B(12)串联后一端接入气源(1)，另一端接入气缸(5)，气缸(5)连接阀门A(16)；电磁阀C(18)和电磁阀D(19)串联后一端接入气源(1)，另一端接入另一个气缸(5)，另一个气缸(5)连接阀门B(17)；阀门A(16)和阀门B(17)并联后接入系统管路(20)；
步骤2.2、机组正常运行时，所有电磁阀均失电，电磁阀B的进气口Ⅱ(14)和电磁阀B的出气口(15)导通，气缸(5)通过电磁阀B的进气口Ⅱ(14)排气，阀门A(16)关闭；另一组串联的电磁阀C(18)和电磁阀D(19)中，气缸(5)通过电磁阀D(19)的进气口Ⅱ排气，阀门B(17)关闭；
步骤2.3、阀门A(16)和阀门B(17)任一阀门开启时，系统管路(20)导通:电磁阀A(8)和电磁阀B(12)均带电时，压缩空气经气源(1)由电磁阀B的进气口Ⅱ(14)进入气缸(5)，阀门A(16)开启，系统管路(20)导通；或电磁阀C(18)和电磁阀D(19)均带电时，压缩空气经气源(1)由电磁阀D(19)的进气口Ⅱ进入气缸(5)，阀门B(17)开启，系统管路(20)导通。
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