國(guó)華北京熱電分公司循環(huán)泵出口蝶閥在原控制系統(tǒng)中存在一些問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題，提出了循環(huán)泵出口蝶閥的控制系統(tǒng)改造方案。改造后解決了原運(yùn)行方式中存在的問(wèn)題。主要對(duì)改造中PLC控制邏輯的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，對(duì)今后類(lèi)似的改造有一定借鑒意義。

1、引言

　　國(guó)華北京熱電分公司4臺(tái)循環(huán)水泵均配有鐵嶺閥門(mén)有限公司生產(chǎn)的重錘式保壓型蝶閥。該系統(tǒng)于1999年隨機(jī)組投入使用，至今已運(yùn)行十三年，BFS++上共發(fā)生缺陷137項(xiàng)，主要是舉升油壓保持不住，油泵頻繁啟動(dòng)，液壓元件泄漏，閥門(mén)偷關(guān)等缺陷。這些缺陷和隱患嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。2012年12月，北京熱電分公司對(duì)這四套出口蝶閥液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的改造。經(jīng)分析，改造后的控制系統(tǒng)中仍存在一些隱患和問(wèn)題，因此需要繼續(xù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造完善。

2、工作原理

　　循環(huán)泵出口蝶閥工作過(guò)程：(1)重錘保壓蝶閥開(kāi)閥時(shí)，油泵啟動(dòng)，高壓油經(jīng)濾油器、單向閥，進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)與之相連的杠桿舉起重錘開(kāi)閥。開(kāi)閥到位后行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)保壓系統(tǒng)啟動(dòng)，電機(jī)繼續(xù)給保壓蓄能器充壓。壓力達(dá)高壓力設(shè)定點(diǎn)后(16MPa)，油泵停止運(yùn)行。系統(tǒng)泄漏，壓力降至低壓力設(shè)定點(diǎn)(4MPa)，油泵電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，達(dá)高壓力設(shè)定值后停油泵。(2)重錘保壓蝶閥關(guān)閥時(shí)，得到關(guān)閥命令。電磁閥得電，在重錘重力作用下油缸內(nèi)液壓油經(jīng)節(jié)流閥、高壓膠管、電磁閥回到油箱。(3)當(dāng)電磁閥故障或停電時(shí)，可以進(jìn)行手動(dòng)操作。手動(dòng)打壓，閥門(mén)直接開(kāi)啟。關(guān)閥時(shí)打開(kāi)截止閥，油缸的油在重錘重力作用下流回油箱，閥門(mén)關(guān)閉。

　　液壓控制系統(tǒng)包含一個(gè)西門(mén)子S7-200系列PLC，一個(gè)電磁閥和一個(gè)量程為0～20MPa的羅斯蒙特壓力變送器。電磁閥用于控制蝶閥的關(guān)閉;一個(gè)壓力變送器控制系統(tǒng)油壓不高于16MPa，不低于4MPa。

　　循環(huán)泵出口蝶閥的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)有兩種方式。第一種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)投入狀態(tài)下，蝶閥開(kāi)關(guān)由循環(huán)泵啟停狀態(tài)聯(lián)鎖;第二種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)解除狀態(tài)下，通過(guò)控制室及就地電控箱按鈕，可操作蝶閥開(kāi)關(guān)。

3、問(wèn)題提出

　　目前循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

　　(1)循環(huán)泵啟停狀態(tài)信號(hào)可能存在干擾，在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)投入情況下，會(huì)導(dǎo)致蝶閥誤動(dòng)。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因雷雨天閃電導(dǎo)致蝶閥誤關(guān)的事件。

　　(2)控制室內(nèi)及就地電控箱上的蝶閥開(kāi)關(guān)按鈕直接控制蝶閥的開(kāi)關(guān)，可能有人員不小心碰觸或誤操作而導(dǎo)致蝶閥誤動(dòng)。當(dāng)循環(huán)泵停運(yùn)時(shí)，如果其出口蝶閥打開(kāi)，會(huì)使循環(huán)水倒流，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致跳機(jī)。

　　(3)系統(tǒng)補(bǔ)壓的定值判斷由壓力變送器信號(hào)提供，若壓力變送器發(fā)生故障，則可能發(fā)生系統(tǒng)不停補(bǔ)壓，如果系統(tǒng)沒(méi)有可靠的泄壓通道可能導(dǎo)致液壓油管爆裂。

　　因此，需要對(duì)循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證循環(huán)泵出口蝶閥的正常開(kāi)關(guān)。

4、解決方案

　　針對(duì)上述幾點(diǎn)循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)中的問(wèn)題，提出以下技術(shù)解決方案。

　　(1)控制程序的設(shè)計(jì)中需要屏蔽輸入信號(hào)干擾。信號(hào)的干擾基本都是一瞬間的，所以在程序設(shè)計(jì)中將瞬間輸入信號(hào)屏蔽掉就可以了。

　　(2)控制系統(tǒng)中需要加入防止人員誤操作的設(shè)計(jì)。具體在控制程序中可以設(shè)置出口蝶閥開(kāi)閉鎖，即只有當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，其出口蝶閥才能打開(kāi)。這樣就可以避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

　　(3)需要增加系統(tǒng)補(bǔ)壓的安全保護(hù)，同時(shí)又不能限制系統(tǒng)的正常補(bǔ)壓。具體可以在控制程序中增加補(bǔ)壓時(shí)間限制，但是這個(gè)限制時(shí)間必須略長(zhǎng)于系統(tǒng)正常補(bǔ)壓所需的時(shí)間。

　　綜上所述，解決方案的技術(shù)要點(diǎn)就落在PLC控制邏輯的設(shè)計(jì)上。根據(jù)預(yù)想功能，設(shè)計(jì)循環(huán)泵出口蝶閥控制邏輯圖如圖1～圖4所示。

圖1 蝶閥聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)指令

圖2 蝶閥關(guān)閥邏輯

圖3 蝶閥開(kāi)閥邏輯

圖4 油系統(tǒng)補(bǔ)壓邏輯

　　具體控制說(shuō)明如下：

　　就地開(kāi)閥：在“就地”模式下，當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，按下就地盤(pán)柜開(kāi)閥按鈕后，電動(dòng)機(jī)得電，液壓泵高壓油注入液壓油缸驅(qū)動(dòng)閥門(mén)蝶板執(zhí)行開(kāi)閥命令，并同時(shí)閉鎖關(guān)閥，開(kāi)閥中接收到開(kāi)到位位置反饋時(shí)蝶板動(dòng)作停止，開(kāi)閥過(guò)程結(jié)束。若發(fā)出開(kāi)閥命令后一定時(shí)間內(nèi)閥未全開(kāi)到位，停止開(kāi)閥并發(fā)出開(kāi)閥失敗信號(hào)。

　　就地關(guān)閥：在“就地”模式下，無(wú)論循環(huán)泵是否運(yùn)行，當(dāng)按下就地盤(pán)柜關(guān)閥按鈕后，執(zhí)行關(guān)閥命令，電磁閥得電，在重錘重力作用下，驅(qū)動(dòng)油缸內(nèi)液壓油回到集油箱，實(shí)現(xiàn)關(guān)閥動(dòng)作，并同時(shí)閉鎖開(kāi)閥，關(guān)閥過(guò)程中接收到關(guān)閥到位反饋后延時(shí)停止關(guān)閥。若發(fā)出關(guān)閥命令后一定時(shí)間內(nèi)閥未全關(guān)到位，停止關(guān)閥并發(fā)出關(guān)閥失敗信號(hào)。

　　遠(yuǎn)方開(kāi)閥：在“遠(yuǎn)控”模式下，在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖投入情況下，只要接收到聯(lián)鎖開(kāi)閥指令(循環(huán)泵啟動(dòng)信號(hào))后，執(zhí)行開(kāi)閥命令;在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖解除情況下，在循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，當(dāng)按下主控室盤(pán)開(kāi)閥按鈕，也執(zhí)行開(kāi)閥命令。開(kāi)閥過(guò)程情況與上述“就地開(kāi)閥”一樣。

　　遠(yuǎn)方關(guān)閥：在“遠(yuǎn)控”模式下，在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖投入情況下，只要接收到聯(lián)鎖關(guān)閥指令(循環(huán)泵停止信號(hào))后，執(zhí)行關(guān)閥命令;在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖解除情況下，當(dāng)按下主控室盤(pán)關(guān)閥按鈕，也執(zhí)行關(guān)閥命令。關(guān)閥過(guò)程情況與上述“就地關(guān)閥”一樣。

　　就地停止：在開(kāi)關(guān)閥過(guò)程中，按下就地停止按鈕(就地盤(pán)柜上)，立即停止開(kāi)/關(guān)閥動(dòng)作，閥門(mén)可停在中間任意位置。

　　當(dāng)?shù)�閥由于某種意外的原因由全開(kāi)位置關(guān)到75度角位置時(shí)，并且這時(shí)循環(huán)泵運(yùn)行、循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)投入情況下，則液控站發(fā)出蝶閥開(kāi)啟的指令，確保循環(huán)泵運(yùn)行期間，出口蝶閥可靠打開(kāi)。

　　開(kāi)閥補(bǔ)壓：有閥門(mén)開(kāi)到位信號(hào)且沒(méi)有關(guān)到位信號(hào)的情況下，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于壓力下限設(shè)定值4Mpa且無(wú)關(guān)閥指令時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)向蓄能器及開(kāi)閥油缸補(bǔ)壓，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力上限設(shè)定值16Mpa時(shí)或者系統(tǒng)補(bǔ)壓時(shí)限到時(shí)，電機(jī)失電補(bǔ)壓結(jié)束。當(dāng)閥門(mén)在關(guān)位置時(shí)，不允許系統(tǒng)補(bǔ)壓。

5、方案實(shí)施

　　按照解決方案設(shè)計(jì)的邏輯圖，對(duì)西門(mén)子S7-200系列PLC進(jìn)行編程。

　　PLC的輸入輸出I/O表如下：

　　輸入端：

　　I0.0——就地開(kāi)閥

　　I0.1——就地關(guān)閥

　　I0.2——停止

　　I0.3——遠(yuǎn)程開(kāi)閥

　　I0.4——遠(yuǎn)程關(guān)閥

　　I0.5——循泵開(kāi)啟

　　I0.6——循泵停止

　　I0.7——聯(lián)鎖投入

　　I1.0——聯(lián)鎖解除

　　I1.1——關(guān)閥到位

　　I1.2——開(kāi)閥到位

　　I1.3——75度信號(hào)

　　I1.4——電機(jī)故障

　　I1.5——就地/遠(yuǎn)控

　　輸出端：

　　Q0.0——油泵電機(jī)

　　Q0.1——關(guān)閥電磁閥

　　Q0.2——開(kāi)閥到位

　　Q0.3——關(guān)閥到位

　　Q0.4——開(kāi)閥失敗

　　Q0.5——關(guān)閥失敗

　　Q0.6——電機(jī)故障

　　Q0.7——開(kāi)閥指示

　　編寫(xiě)PLC程序如下：

　　TITLE=循環(huán)泵出口蝶閥開(kāi)關(guān)程序

　　Network1//壓力變送器數(shù)值轉(zhuǎn)換

　　//壓力變送器量程為0~20MPa;4~20mA對(duì)應(yīng)數(shù)值6400~32000;VW20為轉(zhuǎn)換輸出數(shù)值

　　Network2//系統(tǒng)壓力高定值判斷

　　//≤16MPa

　　Network3//系壓力低定值判斷

　　//≥4MPa

　　Network4//補(bǔ)壓程序

　　Network5//開(kāi)閥程序

　　//開(kāi)閥失敗時(shí)間為90s

　　Network6//關(guān)閥程序

　　//關(guān)閥失敗時(shí)間為90s

　　Network7

　　//循泵開(kāi)啟(延遲0.5s確認(rèn)，為屏蔽信號(hào)干擾)

　　Network8

　　//循泵停止(延遲0.5s確認(rèn)，為屏蔽信號(hào)干擾)

　　Network9

　　//啟動(dòng)油泵電機(jī)

　　Network10

　　//關(guān)閥電磁閥

　　Network11

　　//開(kāi)閥到位燈

　　Network12

　　//關(guān)閥到位燈

　　Network13

　　//開(kāi)閥時(shí)間大于90s開(kāi)閥失敗燈

　　Network14

　　//關(guān)閥時(shí)間大于90s關(guān)閥失敗燈

　　Network15

　　//電機(jī)故障

　　Network16

　　//開(kāi)閥指示燈

6、結(jié)論

　　國(guó)華北京熱電分公司4臺(tái)循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)改造后運(yùn)行3個(gè)月以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，沒(méi)有發(fā)生過(guò)異常事件，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)的控制功能，確保了循環(huán)泵設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，改造實(shí)施圓滿成功。本改造項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)今后類(lèi)似的PLC控制系統(tǒng)改造具有一定的借鑒意義。