國華北京熱電分公司循環(huán)泵出口蝶閥在原控制系統(tǒng)中存在一些問題。本文針對這些問題，提出了循環(huán)泵出口蝶閥的控制系統(tǒng)改造方案。改造后解決了原運行方式中存在的問題。主要對改造中PLC控制邏輯的設(shè)計進行了分析，對今后類似的改造有一定借鑒意義。

1、引言

　　國華北京熱電分公司4臺循環(huán)水泵均配有鐵嶺閥門有限公司生產(chǎn)的重錘式保壓型蝶閥。該系統(tǒng)于1999年隨機組投入使用，至今已運行十三年，BFS++上共發(fā)生缺陷137項，主要是舉升油壓保持不住，油泵頻繁啟動，液壓元件泄漏，閥門偷關(guān)等缺陷。這些缺陷和隱患嚴(yán)重影響了機組的安全運行。2012年12月，北京熱電分公司對這四套出口蝶閥液壓控制系統(tǒng)進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題，因此需要繼續(xù)對控制系統(tǒng)進行改造完善。

2、工作原理

　　循環(huán)泵出口蝶閥工作過程：(1)重錘保壓蝶閥開閥時，油泵啟動，高壓油經(jīng)濾油器、單向閥，進入油缸，推動活塞，帶動與之相連的杠桿舉起重錘開閥。開閥到位后行程開關(guān)動作，自動保壓系統(tǒng)啟動，電機繼續(xù)給保壓蓄能器充壓。壓力達高壓力設(shè)定點后(16MPa)，油泵停止運行。系統(tǒng)泄漏，壓力降至低壓力設(shè)定點(4MPa)，油泵電機自動啟動，達高壓力設(shè)定值后停油泵。(2)重錘保壓蝶閥關(guān)閥時，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，可以進行手動操作。手動打壓，閥門直接開啟。關(guān)閥時打開截止閥，油缸的油在重錘重力作用下流回油箱，閥門關(guān)閉。

　　液壓控制系統(tǒng)包含一個西門子S7-200系列PLC，一個電磁閥和一個量程為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)泵出口蝶閥的開關(guān)設(shè)計有兩種方式。第一種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入狀態(tài)下，蝶閥開關(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)鎖開關(guān)解除狀態(tài)下，通過控制室及就地電控箱按鈕，可操作蝶閥開關(guān)。

3、問題提出

　　目前循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)存在以下問題：

　　(1)循環(huán)泵啟停狀態(tài)信號可能存在干擾，在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入情況下，會導(dǎo)致蝶閥誤動。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過因雷雨天閃電導(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關(guān)按鈕直接控制蝶閥的開關(guān)，可能有人員不小心碰觸或誤操作而導(dǎo)致蝶閥誤動。當(dāng)循環(huán)泵停運時，如果其出口蝶閥打開，會使循環(huán)水倒流，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致跳機。

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

　　因此，需要對循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，以保證循環(huán)泵出口蝶閥的正常開關(guān)。

4、解決方案

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

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

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

　　(3)需要增加系統(tǒng)補壓的安全保護，同時又不能限制系統(tǒng)的正常補壓。具體可以在控制程序中增加補壓時間限制，但是這個限制時間必須略長于系統(tǒng)正常補壓所需的時間。

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

圖1 蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)指令

圖2 蝶閥關(guān)閥邏輯

圖3 蝶閥開閥邏輯

圖4 油系統(tǒng)補壓邏輯

　　具體控制說明如下：

　　就地開閥：在“就地”模式下，當(dāng)循環(huán)泵運行時，按下就地盤柜開閥按鈕后，電動機得電，液壓泵高壓油注入液壓油缸驅(qū)動閥門蝶板執(zhí)行開閥命令，并同時閉鎖關(guān)閥，開閥中接收到開到位位置反饋時蝶板動作停止，開閥過程結(jié)束。若發(fā)出開閥命令后一定時間內(nèi)閥未全開到位，停止開閥并發(fā)出開閥失敗信號。

　　就地關(guān)閥：在“就地”模式下，無論循環(huán)泵是否運行，當(dāng)按下就地盤柜關(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)動油缸內(nèi)液壓油回到集油箱，實現(xiàn)關(guān)閥動作，并同時閉鎖開閥，關(guān)閥過程中接收到關(guān)閥到位反饋后延時停止關(guān)閥。若發(fā)出關(guān)閥命令后一定時間內(nèi)閥未全關(guān)到位，停止關(guān)閥并發(fā)出關(guān)閥失敗信號。

　　遠(yuǎn)方開閥：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)鎖開閥指令(循環(huán)泵啟動信號)后，執(zhí)行開閥命令;在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖解除情況下，在循環(huán)泵運行時，當(dāng)按下主控室盤開閥按鈕，也執(zhí)行開閥命令。開閥過程情況與上述“就地開閥”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)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)按下主控室盤關(guān)閥按鈕，也執(zhí)行關(guān)閥命令。關(guān)閥過程情況與上述“就地關(guān)閥”一樣。

　　就地停止：在開關(guān)閥過程中，按下就地停止按鈕(就地盤柜上)，立即停止開/關(guān)閥動作，閥門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位置關(guān)到75度角位置時，并且這時循環(huán)泵運行、循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入情況下，則液控站發(fā)出蝶閥開啟的指令，確保循環(huán)泵運行期間，出口蝶閥可靠打開。

　　開閥補壓：有閥門開到位信號且沒有關(guān)到位信號的情況下，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于壓力下限設(shè)定值4Mpa且無關(guān)閥指令時，電動機啟動向蓄能器及開閥油缸補壓，當(dāng)系統(tǒng)壓力達到壓力上限設(shè)定值16Mpa時或者系統(tǒng)補壓時限到時，電機失電補壓結(jié)束。當(dāng)閥門在關(guān)位置時，不允許系統(tǒng)補壓。

5、方案實施

　　按照解決方案設(shè)計的邏輯圖，對西門子S7-200系列PLC進行編程。

　　PLC的輸入輸出I/O表如下：

　　輸入端：

　　I0.0——就地開閥

　　I0.1——就地關(guān)閥

　　I0.2——停止

　　I0.3——遠(yuǎn)程開閥

　　I0.4——遠(yuǎn)程關(guān)閥

　　I0.5——循泵開啟

　　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——開閥到位

　　I1.3——75度信號

　　I1.4——電機故障

　　I1.5——就地/遠(yuǎn)控

　　輸出端：

　　Q0.0——油泵電機

　　Q0.1——關(guān)閥電磁閥

　　Q0.2——開閥到位

　　Q0.3——關(guān)閥到位

　　Q0.4——開閥失敗

　　Q0.5——關(guān)閥失敗

　　Q0.6——電機故障

　　Q0.7——開閥指示

　　編寫PLC程序如下：

　　TITLE=循環(huán)泵出口蝶閥開關(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//補壓程序

　　Network5//開閥程序

　　//開閥失敗時間為90s

　　Network6//關(guān)閥程序

　　//關(guān)閥失敗時間為90s

　　Network7

　　//循泵開啟(延遲0.5s確認(rèn)，為屏蔽信號干擾)

　　Network8

　　//循泵停止(延遲0.5s確認(rèn)，為屏蔽信號干擾)

　　Network9

　　//啟動油泵電機

　　Network10

　　//關(guān)閥電磁閥

　　Network11

　　//開閥到位燈

　　Network12

　　//關(guān)閥到位燈

　　Network13

　　//開閥時間大于90s開閥失敗燈

　　Network14

　　//關(guān)閥時間大于90s關(guān)閥失敗燈

　　Network15

　　//電機故障

　　Network16

　　//開閥指示燈

6、結(jié)論

　　國華北京熱電分公司4臺循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)改造后運行3個月以來，運行狀況良好，沒有發(fā)生過異常事件，實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計的控制功能，確保了循環(huán)泵設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，改造實施圓滿成功。本改造項目的實施，對今后類似的PLC控制系統(tǒng)改造具有一定的借鑒意義。