在化工、石油、医药等行业无论是间歇性反应、批量生产过程还是配料系统精确的进料是非常必要的。特别是在批量控制系统中，根据控制系统的要求为了提高控制精度，关键的进料控制一般采用大口径
调节阀和小口径
阀门并联或1台阀门控制不同开度两种方式。对于这两种控制方式无论是从性能价格比，还是从控制方案上进行比较，采用1台阀门的控制方式可获得更好的控制效果。
一、应用现状 在某一大型化工装置批量控制系统中，为了生产出不同牌号的产品，提高产品质量，完成联锁切断、批量进料的控制过程，对关键进料阀门采用了1台气动
切断阀来实现故障切断、50%开阀以及阀门全开的三位控制功能。如图1所示为切断阀动作开度示意图。
二、控制方案
利用气动切断阀来实现联锁、故障切断、阀门不同开度等控制功能，必须同时满足系统对切断阀切断速度、泄露量（完全切断）的要求，关键点就在于
气动执行机构的选取和气动
执行机构附件的巧妙设置。采用不同形式的执行机构，不同的控制气路，控制方案也就不尽相同。
1、双作用执行机构气路控制方案 双作用执行机构即双气缸的活塞执行机构，通过设置储气罐实现故障开或故障关的功能。图2为双作用执行机构气路控制原理图。由逻辑开关输出的控制信号来控制两台四通
电磁阀，切断阀50%的阀位开度通过作用于活塞的平衡力来实现。供气正常时，两台气动
三通调节阀的1，2导通，保证气路的畅通；当电磁阀1和电磁阀2带电励磁时，电磁阀1的1和2导通，3和4导通，将上气缸内的气压放空，电磁阀2的1和2导通，将气压信号直接送至执行机构的下气缸。气缸活塞在强大的气压推动下，快速打开切断阀，实现全开功能；当电磁阀1失电，电磁阀2带电励磁时，电磁阀1的1和3导通，2和4导通，而电磁阀2的1和2导通，此时相同大小的力同时送到执行机构的两个气缸，活塞在平衡力的作用下保持平衡，使切断阀的阀位定位在50%的开度；当两台电磁阀都失电时，电磁阀1动作方式如上所述，电磁阀2的2和4导通，将下气缸内的气压放空，切断阀在上气缸气压的作用下实现完成切断。当气源系统意外发生故障，导致供气中断时，气动三通阀的2，3动作，储气罐内的气压迅速充满执行机构的上气缸，下气缸内的气压被放空，实现故障切断。
在此方案中，采用连杆式活塞机构，执行机构有三个气路接口。
2、单作用执行机构气路控制方案 相对于双作用执行机构而言，单作用执行机构即单气缸有弹簧的活塞执行机构，通过弹簧进行复位，就能实现故障开或故障关的功能。图3为单作用执行机构气路控制原理图。由来自逻辑开关的信号来控制两台三通电磁阀，由气动
定位器执行切断阀由全开到预置阀位的定位工作。当电磁阀1和电磁阀2带电励磁时，两台电磁阀1，2导通，输入气动控制信号给定位器，气缸活塞在气压的推动下，克服弹簧的作用力，实现阀门的全开功能；当电磁阀1失电，而电磁阀2带电励磁时，电磁阀1的2，3和电磁阀2的1，2导通，气缸活塞在定位器预置阀位的气压推动下，实现阀门的50%开功能；当两台电磁阀都失电时，两台电磁阀2，3导通，弹簧作用力作用于气缸活塞，实现完全切断功能；在切断阀气源意外中断时，通过弹簧的复位，完成故障切断。
在此方案中，比较重要的环节就是气动定位器和电磁阀。定位器是提高
控制阀性能的重要手段之一。不带定位器时，阀位信号压力不是直接与阀位比较，而是力的平衡，故精度低，不平衡力变化大，阀位变化也大。采用定位器后，首先使气源压力得到充分利用，克服不平衡力，增大了执行机构的输出力，相应阀门能切断更大的压差；其次，定位器靠位置来进行反馈，当摩擦力较大时，便产生较大的回差，定位器可改变输出压力使阀定位在相应的位置上，具有提高阀门位置精度的作用；第三，减小了信号的传递滞后，提高阀门的供气速度，使切断阀的动作速度加快。
电磁阀有多种类型，但在气路控制方案中多采用先导式电磁阀，此类电磁阀又有内部先导和外部先导之分。内部先导式电磁阀，线圈励磁后需要一定的启动压差才能动作，并且压差的大小取决于很多因素，如电磁阀前的阻流件的数量，配管的形式等，因而不同的场合电磁阀的最小动作压差是不一样的；而外部先导式电磁阀，由于已有一路气源通到电磁阀，起到了先导的作用，电磁阀不需要启动压差就可以动作，使得切断阀的开关动作更稳定。将图3所示的气路控制方案略加优化即可得到如图4所示的单作用执行机构气路控制原理。
三、气路控制方案比较
无论是采用单作用执行机构还是双作用执行机构的气路控制方案。要保证切断阀完全切断无泄露，就必须克服阀门关闭时的工作压差。通常用阀门关闭时的
允许压差来表示，允许压差越大，此项功能就越好。当物料通过阀门时受流体作用力的影响，会产生不平衡力（矩），不平衡力（矩）对阀门的影响使阀芯产生顶开或压闭趋势，克服这两种趋势的关键在于执行机构的输出力。在阀门处于关闭位置时，执行机构应具有克服不平衡力（矩）对阀芯产生的顶开趋势，以保证阀门的密闭。执行机构的输出力应足够地大于介质的不平衡力、摩擦力等。如果该问题考虑不周，会造成阀门关不到位，泄露量超标。
活塞式执行机构可充分利用气源。单作用执行机构通过利用弹簧的复位，实现切断功能，并抵抗不平衡力的变化，增加执行机构的刚度，提高阀门的稳定性，但同时也抵消了一部分输出力。在图3及图4所示的原理图中，由于采用了气动阀门定位器，使得单作用执行机构的输出力比较大，定位比较精确，克服了信号的滞后。对于连杆式双作用活塞执行机构，输出的力矩比较大，但由于摩擦力大一些，易造成执行机构的回差大，动作不够灵敏。
在上述两个方案中，电磁阀得到了充分的应用，四通电磁阀在气路的控制上要灵活一些，但其价格要比三通电磁阀昂贵。就性能价格比而言，三通电磁阀有一定的优势。
由于单作用执行机构的控制气路采用了气动阀门定位器，在装置调试开车时，可以根据实际情况来调整切断阀的阀位，具有一定的灵活性。而对于双作用执行机构的控制气路，切断阀的中间阀位只能固定在50%，有一定的局限性。同时单作用执行机构的控制气路也比较简单。
在该化工装置中，根据控制要求，对上述几种方案不仅进行了充分的论证和优化，而且还进行了模拟实验，最终择优采用了图4所示的控制方案。该装置自2001年10月开车以来，运行一直平稳，批量进料的各种控制指标均达到了设计要求。该控制方案对保证产品质量，提高经济效益起到了关键性的作用。
四、结论 实现1台气动切断阀全开50%开度，完全切断的三位控制功能，其控制气路有很多种方式。要根据装置的实际情况对切断速度、切断时间、阀门的泄露量等的不同要求进行综合比较，采用合理切实可行的方案。上述几种控制方案在不同类型的装置中都得到了很好的应用，并且均达到了预期的控制效果实现了精确的进料。
作者简介 孙旭（1970-），男，吉林磐石人，1992年毕业于吉林化工学院自动化系生产过程自动化专业，获学士学位，现任CPE东北分公司（原吉林化工工程公司）自控室主任，工程师，一直从事自控专业设计工作。
参考文献 [1]明赐东.调节阀计算选型使用[M]. 成都：科技大学出版社，1999.
