循環(huán)泵出口蝶閥控制系統改造
國華北京熱電分公司循環(huán)泵出口蝶閥在原控制系統中存在一些問(wèn)題。本文針對這些問(wèn)題，提出了循環(huán)泵出口蝶閥的控制系統改造方案。改造后解決了原運行方式中存在的問(wèn)題。主要對改造中PLC控制邏輯的設計進(jìn)行了分析，對今后類(lèi)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(mén)有限公司生產(chǎn)的重錘式保壓型蝶閥。該系統于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(dòng)，液壓元件泄漏，閥門(mén)偷關(guān)等缺陷。這些缺陷和隱患嚴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進(jìn)行了硬件和軟件的改造。經(jīng)分析，改造后的控制系統中仍存在一些隱患和問(wèn)題，因此需要繼續對控制系統進(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)保壓系統啟動(dòng)，電機繼續給保壓蓄能器充壓。壓力達高壓力設定點(diǎn)后(16MPa)，油泵停止運行。系統泄漏，壓力降至低壓力設定點(diǎn)(4MPa)，油泵電機自動(dòng)啟動(dòng)，達高壓力設定值后停油泵。(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液壓油經(jīng)節流閥、高壓膠管、電磁閥回到油箱。(3)當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油壓不高于16MPa，不低于4MPa。
循環(huán)泵出口蝶閥的開(kāi)關(guān)設計有兩種方式。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存在以下問(wèn)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(kāi)關(guān)投入情況下，會(huì )導致蝶閥誤動(dòng)。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因雷雨天閃電導致蝶閥誤關(guān)的事件。
(2)控制室內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致蝶閥誤動(dòng)。當循環(huán)泵停運時(shí)，如果其出口蝶閥打開(kāi)，會(huì )使循環(huán)水倒流，嚴重時(shí)可能導致跳機。
(3)系統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)生系統不停補壓，如果系統沒(méi)有可靠的泄壓通道可能導致液壓油管爆裂。
因此，需要對循環(huán)泵出口蝶閥控制系統進(jìn)行優(yōu)化設計，以保證循環(huán)泵出口蝶閥的正常開(kāi)關(guān)。
4、解決方案
針對上述幾點(diǎn)循環(huán)泵出口蝶閥控制系統中的問(wèn)題，提出以下技術(shù)解決方案。
(1)控制程序的設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，所以在程序設計中將瞬間輸入信號屏蔽掉就可以了。
(2)控制系統中需要加入防止人員誤操作的設計。具體在控制程序中可以設置出口蝶閥開(kāi)閉鎖，即只有當循環(huán)泵運行時(shí)，其出口蝶閥才能打開(kāi)。這樣就可以避免危險情況的發(fā)生。
(3)需要增加系統補壓的安全保護，同時(shí)又不能限制系統的正常補壓。具體可以在控制程序中增加補壓時(shí)間限制，但是這個(gè)限制時(shí)間必須略長(cháng)于系統正常補壓所需的時(shí)間。
綜上所述，解決方案的技術(shù)要點(diǎn)就落在PLC控制邏輯的設計上。根據預想功能，設計循環(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(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 油系統補壓邏輯
具體控制說(shuō)明如下：
就地開(kāi)閥：在“就地”模式下，當循環(huán)泵運行時(shí)，按下就地盤(pán)柜開(kāi)閥按鈕后，電動(dòng)機得電，液壓泵高壓油注入液壓油缸驅動(dòng)閥門(mén)蝶板執行開(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)程結束。若發(fā)出開(kāi)閥命令后一定時(shí)間內閥未全開(kāi)到位，停止開(kāi)閥并發(fā)出開(kāi)閥失敗信號。
就地關(guān)閥：在“就地”模式下，無(wú)論循環(huán)泵是否運行，當按下就地盤(pán)柜關(guān)閥按鈕后，執行關(guān)閥命令，電磁閥得電，在重錘重力作用下，驅動(dòng)油缸內液壓油回到集油箱，實(shí)現關(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)間內閥未全關(guān)到位，停止關(guān)閥并發(fā)出關(guān)閥失敗信號。
遠方開(kāi)閥：在“遠控”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)后，執行開(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)泵運行時(shí)，當按下主控室盤(pán)開(kāi)閥按鈕，也執行開(kāi)閥命令。開(kāi)閥過(guò)程情況與上述“就地開(kāi)閥”一樣。
遠方關(guān)閥：在“遠控”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，當按下主控室盤(pán)關(guān)閥按鈕，也執行關(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。
當蝶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)泵運行期間，出口蝶閥可靠打開(kāi)。
開(kāi)閥補壓：有閥門(mén)開(kāi)到位信號且沒(méi)有關(guān)到位信號的情況下，當系統壓力低于壓力下限設定值4Mpa且無(wú)關(guān)閥指令時(shí)，電動(dòng)機啟動(dòng)向蓄能器及開(kāi)閥油缸補壓，當系統壓力達到壓力上限設定值16Mpa時(shí)或者系統補壓時(shí)限到時(shí)，電機失電補壓結束。當閥門(mén)在關(guān)位置時(shí)，不允許系統補壓。
5、方案實(shí)施
按照解決方案設計的邏輯圖，對西門(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——遠程開(kāi)閥
I0.4——遠程關(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
I1.4——電機故障
I1.5——就地/遠控
輸出端：
Q0.0——油泵電機
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//壓力變送器數值轉換
//壓力變送器量程為0~20MPa;4~20mA對應數值6400~32000;VW20為轉換輸出數值
Network2//系統壓力高定值判斷
//≤16MPa
Network3//系壓力低定值判斷
//≥4MPa
Network4//補壓程序
Network5//開(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，為屏蔽信號干擾)
Network8
//循泵停止(延遲0.5s確認，為屏蔽信號干擾)
Network9
//啟動(dòng)油泵電機
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
//電機故障
Network16
//開(kāi)閥指示燈
6、結論
國華北京熱電分公司4臺循環(huán)泵出口蝶閥控制系統改造后運行3個(gè)月以來(lái)，運行狀況良好，沒(méi)有發(fā)生過(guò)異常事件，實(shí)現了預期設計的控制功能，確保了循環(huán)泵設備的安全穩定運行，改造實(shí)施圓滿(mǎn)成功。本改造項目的實(shí)施，對今后類(lèi)似的PLC控制系統改造具有一定的借鑒意義。
