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ESD系统是如何控制电磁阀的得失电!
发布时间:2026-01-03        浏览次数:14        返回列表

ESD(紧急停车系统)控制电磁阀得失电的核心逻辑是 “安全优先、故障安全型设计”,通过硬接线回路 + 可编程逻辑的双重控制,确保在工艺参数超标、设备故障或人员紧急操作时,电磁阀能按预设的故障安全模式(失电开 / 失电关)动作,切断危险介质或触发安全联锁。以下是具体控制原理、回路设计和动作流程:

一、 核心前提:电磁阀的故障安全型选型

ESD 系统控制的电磁阀必须为 “故障安全型”,其得失电逻辑与工艺安全要求强相关,分为两种类型:

电磁阀类型常态状态(ESD 正常)ESD 触发状态适用场景
失电关(NC,常闭式)得电→阀芯打开,介质流通失电→弹簧复位→阀芯关闭燃料气、有毒介质管路(ESD 触发时切断供应)
失电开(NO,常开式)得电→阀芯关闭,介质切断失电→弹簧复位→阀芯打开安全泄压、紧急放空管路(ESD 触发时开启泄压)

关键原则:ESD 系统的核心是 “失电触发安全动作”,而非得电,避免因系统失电导致安全功能失效。

二、 ESD 控制电磁阀的两种典型回路

ESD 系统对电磁阀的控制分为 直接硬接线控制 和 PLC 软逻辑 + 硬联锁控制 两种,前者适用于关键安全回路,后者适用于复杂联锁场景。

1. 直接硬接线控制(最高安全等级,SIL3/SIL4)

此方案为纯硬件回路,不依赖 PLC 程序,响应速度最快(ms 级),适用于易燃易爆、剧毒介质的紧急切断回路(如液氯、氨气输送阀)。

组成部件

  • ESD 紧急停车按钮(常开触点,按下闭合)

  • ESD 安全继电器(双通道冗余设计,强制导向触点)

  • 故障安全型电磁阀(NC/NO)

  • 24V DC 安全电源(冗余配置)

动作流程

  1. 正常工况

    • ESD 按钮未触发,安全继电器线圈得电,其常开触点闭合;

    • 24V DC 电源通过继电器触点给电磁阀供电,电磁阀按工艺要求保持得电开 / 得电关状态;

    • 现场介质正常流通或切断。

  2. ESD 触发工况

    • 当工艺参数超标(如压力超高、温度超限)或按下紧急停车按钮时,ESD 系统发出跳闸信号

    • 安全继电器线圈失电,其常开触点断开,切断电磁阀的供电回路;

    • 电磁阀失电,通过内部弹簧复位到故障安全位置(NC 阀关闭,NO 阀打开);

    • 实现紧急切断或泄压,保障设备和人员安全。

关键设计

  • 安全继电器采用 双通道冗余,任一通道故障都会触发报警,避免误动作或拒动作;

  • 回路采用 “断电触发”,即使 ESD 系统失电,安全继电器也会断开,电磁阀执行安全动作。

2. PLC 软逻辑 + 硬联锁控制(SIL2/SIL3,复杂联锁)

此方案结合ESD PLC 程序逻辑硬件安全联锁,适用于多参数联锁的场景(如压缩机停机、反应器超温联锁)。

组成部件

  • ESD PLC(冗余 CPU,如霍尼韦尔 FSC、西门子 S7-400F)

  • 输入模块(采集压力、温度、液位等安全联锁信号)

  • 输出模块(安全型 DO 模块,双通道输出)

  • 安全继电器

  • 故障安全型电磁阀

动作流程

  1. 正常工况

    • ESD PLC 的输入模块实时采集现场安全参数(如压力变送器的 4-20mA 信号);

    • PLC 程序判断参数在安全范围内,输出模块保持得电,驱动安全继电器闭合;

    • 电磁阀得电,维持正常工作状态。

  2. ESD 触发工况

    • 当任一安全参数超标(如压力 > 设定值),PLC 程序触发联锁逻辑,输出模块失电

    • 安全继电器触点断开,电磁阀供电切断,失电复位到安全位置

    • 同时,PLC 将联锁状态上传至中控室,声光报警提醒操作人员。

  3. 手动复位

    • 故障排除后,操作人员在中控室或现场按下复位按钮,PLC 程序复位,输出模块重新得电;

    • 电磁阀再次得电,恢复正常工作状态。

关键设计

  • ESD PLC 采用 “故障安全型”,程序遵循失效安全原则(如 CPU 故障时,输出模块强制失电);

  • DO 模块采用 双通道输出,两路信号同时控制安全继电器,只有两路都得电,继电器才会闭合,避免单点故障导致误动作。

三、 关键控制要点

  1. 供电冗余设计ESD 系统的电磁阀供电必须采用 双路冗余 24V DC 电源,并加装电源监视模块,确保一路电源故障时,另一路能无缝切换,避免正常工况下电磁阀误失电。

  2. 防浪涌与干扰电磁阀线圈断电时会产生反向电动势,需在线圈两端并联 续流二极管或浪涌抑制器,保护 ESD 输出模块和安全继电器。

  3. 状态反馈与诊断重要回路的电磁阀需加装 位置反馈开关(如接近开关),将阀芯的 “开 / 关” 状态反馈给 ESD PLC,实现阀位校验:若 PLC 发出 “开阀” 信号,但反馈为 “关”,则触发报警,提示电磁阀卡滞故障。

  4. 定期测试(SIL 验证)需定期对 ESD - 电磁阀回路进行 功能测试(如每年一次的部分行程测试 PST),模拟 ESD 触发工况,验证电磁阀能否可靠动作,确保回路符合 SIL 等级要求。

四、 典型应用案例(液氯储罐紧急切断)

液氯属于剧毒介质,其出料阀采用 NC 型故障安全电磁阀,由 ESD 系统硬接线控制:

  • 正常工况:ESD 安全继电器得电,电磁阀得电→阀芯打开,液氯正常输送;

  • 触发条件:储罐压力超高(压力开关动作)或按下紧急停车按钮→ESD 继电器失电→电磁阀失电→阀芯关闭,切断液氯输送;

  • 阀位反馈:电磁阀的位置开关将 “关闭” 状态反馈给 ESD 系统,中控室显示联锁动作完成。

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