1 引言
國華北京熱電分公司4臺循環水泵均配有鐵嶺閥門有限公司生產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(zhi)系統(tong)(tong)進行(xing)(xing)了硬件和(he)軟件的改造(zao)。經分(fen)析(xi)，改造(zao)后的控制(zhi)系統(tong)(tong)中仍存在一些(xie)隱患和(he)問題，因(yin)此需要繼續對控制(zhi)系統(tong)(tong)進行(xing)(xing)改造(zao)完善(shan)。
2 工作原理
循環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動作，自動保壓系統啟動，電機繼續給保壓蓄能器充壓。壓力達高壓力設定點后（16MPa），油泵停止運行。系統泄漏，壓力降至低壓力設定點（4MPa），油泵電機自動啟動，達高壓力設定值后停油泵。（2）重錘保壓蝶閥關閥時，得到關閥命令。電磁閥得電，在重錘重力作用下油缸內液壓油經節流閥、高壓膠管、電磁閥回到油箱。（3）當電磁閥故障或停電時，可以進行手動操作。手動打壓，閥門直接開啟。關閥時打開截止閥，油缸的油在重錘重力作用下流回油箱，閥門關閉。
液壓(ya)控(kong)制系(xi)(xi)統包(bao)含一個西門子(zi)S7-200系(xi)(xi)列PLC，一個電(dian)磁閥(fa)和一個量程為0～20MPa的(de)羅斯(si)蒙特壓(ya)力(li)(li)變送(song)器(qi)。電(dian)磁閥(fa)用于(yu)控(kong)制蝶閥(fa)的(de)關閉(bi)；一個壓(ya)力(li)(li)變送(song)器(qi)控(kong)制系(xi)(xi)統油(you)壓(ya)不高于(yu)16MPa，不低于(yu)4MPa。
循(xun)環泵出(chu)(chu)(chu)口(kou)(kou)蝶(die)閥的開(kai)關(guan)設計有兩種(zhong)方式。第(di)一種(zhong)方式循(xun)環泵與出(chu)(chu)(chu)口(kou)(kou)蝶(die)閥聯(lian)鎖(suo)(suo)開(kai)關(guan)投入狀(zhuang)態(tai)下，蝶(die)閥開(kai)關(guan)由循(xun)環泵啟停(ting)狀(zhuang)態(tai)聯(lian)鎖(suo)(suo)；第(di)二種(zhong)方式循(xun)環泵與出(chu)(chu)(chu)口(kou)(kou)蝶(die)閥聯(lian)鎖(suo)(suo)開(kai)關(guan)解除狀(zhuang)態(tai)下，通過控制室及就地電控箱(xiang)按鈕，可(ke)操作蝶(die)閥開(kai)關(guan)。
3 問題提出
; 目前循環(huan)泵出口蝶閥控制系統存在以下問題：
（1）循環(huan)泵啟(qi)停狀態信號可能存在干(gan)擾(rao)，在循環(huan)泵與(yu)出(chu)口蝶(die)閥(fa)聯鎖開關(guan)投入(ru)情況(kuang)下，會導致蝶(die)閥(fa)誤(wu)動(dong)。歷史上曾經發生過(guo)因(yin)雷雨天閃(shan)電導致蝶(die)閥(fa)誤(wu)關(guan)的(de)事件(jian)。
（2）控(kong)制室(shi)內及就地電控(kong)箱上的蝶(die)(die)閥(fa)(fa)開(kai)(kai)關按鈕直(zhi)接控(kong)制蝶(die)(die)閥(fa)(fa)的開(kai)(kai)關，可(ke)能(neng)有人員不小心碰(peng)觸(chu)或誤操(cao)作(zuo)而導致(zhi)蝶(die)(die)閥(fa)(fa)誤動(dong)。當循(xun)環(huan)泵停運時(shi)，如果(guo)其出(chu)口蝶(die)(die)閥(fa)(fa)打開(kai)(kai)，會(hui)使循(xun)環(huan)水(shui)倒(dao)流，嚴重時(shi)可(ke)能(neng)導致(zhi)跳機。
（3）系(xi)統補(bu)壓(ya)的(de)定值判(pan)斷由壓(ya)力(li)變(bian)送(song)器信(xin)號提供，若(ruo)壓(ya)力(li)變(bian)送(song)器發生(sheng)故障，則可(ke)能(neng)發生(sheng)系(xi)統不停補(bu)壓(ya)，如果系(xi)統沒有可(ke)靠的(de)泄壓(ya)通道可(ke)能(neng)導致液壓(ya)油管(guan)爆裂。
因(yin)此，需要對循環泵出(chu)口(kou)蝶閥(fa)控制系(xi)統進行優化設計(ji)，以保(bao)證循環泵出(chu)口(kou)蝶閥(fa)的正(zheng)常(chang)開(kai)關(guan)。
4 解決方案
針對上(shang)述幾點(dian)循(xun)環泵出口蝶閥控制系統(tong)中的(de)問題(ti)，提(ti)出以下技術解決方(fang)案。
（1）控制程序的設(she)(she)計(ji)中(zhong)需要屏蔽輸入信號(hao)干(gan)擾。信號(hao)的干(gan)擾基本都是一(yi)瞬(shun)間的，所以(yi)在程序設(she)(she)計(ji)中(zhong)將瞬(shun)間輸入信號(hao)屏蔽掉就可以(yi)了。
（2）控(kong)制系統中需要(yao)加入防止(zhi)人員(yuan)誤操作的(de)設計。具體在(zai)控(kong)制程序中可(ke)以(yi)(yi)設置(zhi)出(chu)口(kou)蝶(die)閥開閉(bi)鎖，即(ji)只有(you)當循(xun)環泵(beng)運(yun)行時(shi)，其出(chu)口(kou)蝶(die)閥才能打開。這樣就可(ke)以(yi)(yi)避免危險情況的(de)發(fa)生。
（3）需(xu)(xu)要(yao)增加系統(tong)補(bu)壓(ya)的(de)安全保(bao)護，同時(shi)又不(bu)能限(xian)制(zhi)系統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)補(bu)壓(ya)。具體(ti)可(ke)以在控制(zhi)程(cheng)序中增加補(bu)壓(ya)時(shi)間限(xian)制(zhi)，但(dan)是這個(ge)限(xian)制(zhi)時(shi)間必須略長于系統(tong)正(zheng)常(chang)補(bu)壓(ya)所需(xu)(xu)的(de)時(shi)間。
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綜(zong)上所述，解決方案的技術要點就落在PLC控制(zhi)邏輯的設計(ji)上。根據(ju)預想功能，設計(ji)循環泵出口蝶閥(fa)控制(zhi)邏輯圖如圖1～圖4所示。
圖1 蝶閥聯(lian)鎖開(kai)關指令
圖2 蝶閥關閥邏輯
圖3 蝶閥開閥邏輯
圖(tu)4 油(you)系統補壓邏輯
具體控制說明如(ru)下：
就地開(kai)閥(fa)(fa)：在“就地”模式下，當循環泵(beng)運行時(shi)，按(an)下就地盤柜開(kai)閥(fa)(fa)按(an)鈕后，電(dian)動機得電(dian)，液壓泵(beng)高壓油注入液壓油缸驅動閥(fa)(fa)門蝶板(ban)執行開(kai)閥(fa)(fa)命(ming)(ming)令(ling)，并同時(shi)閉鎖關閥(fa)(fa)，開(kai)閥(fa)(fa)中接收到(dao)開(kai)到(dao)位位置反饋時(shi)蝶板(ban)動作停止，開(kai)閥(fa)(fa)過程結束(shu)。若發出(chu)開(kai)閥(fa)(fa)命(ming)(ming)令(ling)后一定時(shi)間內(nei)閥(fa)(fa)未全開(kai)到(dao)位，停止開(kai)閥(fa)(fa)并發出(chu)開(kai)閥(fa)(fa)失敗信號。
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就(jiu)地(di)(di)(di)關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)：在“就(jiu)地(di)(di)(di)”模式(shi)下，無論循環(huan)泵是否運行，當按下就(jiu)地(di)(di)(di)盤柜關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)按鈕后(hou)，執(zhi)行關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)命令，電(dian)磁閥(fa)(fa)得電(dian)，在重錘重力作(zuo)用下，驅(qu)動油(you)缸內液壓油(you)回到集油(you)箱，實現關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)動作(zuo)，并(bing)同時(shi)閉鎖開閥(fa)(fa)，關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)過程(cheng)中接收到關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)到位(wei)反饋(kui)后(hou)延時(shi)停止(zhi)關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)。若發(fa)出關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)命令后(hou)一(yi)定時(shi)間內閥(fa)(fa)未全關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)到位(wei)，停止(zhi)關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)并(bing)發(fa)出關(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)失敗信(xin)號。
遠方開(kai)閥(fa)：在(zai)“遠控(kong)(kong)”模式下(xia)，在(zai)循環泵(beng)與出口蝶閥(fa)聯鎖(suo)投入情況下(xia)，只(zhi)要接收到聯鎖(suo)開(kai)閥(fa)指令（循環泵(beng)啟動信(xin)號(hao)）后，執行開(kai)閥(fa)命令；在(zai)循環泵(beng)與出口蝶閥(fa)聯鎖(suo)解除情況下(xia)，在(zai)循環泵(beng)運行時，當按下(xia)主控(kong)(kong)室盤開(kai)閥(fa)按鈕，也執行開(kai)閥(fa)命令。開(kai)閥(fa)過(guo)程情況與上述“就地開(kai)閥(fa)”一樣。
遠方關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)：在(zai)“遠控(kong)(kong)”模式下(xia)，在(zai)循環(huan)泵與出口(kou)蝶(die)閥(fa)(fa)聯鎖(suo)(suo)投入(ru)情(qing)況下(xia)，只要接收(shou)到聯鎖(suo)(suo)關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)指(zhi)令（循環(huan)泵停止信(xin)號）后(hou)，執行關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)命令；在(zai)循環(huan)泵與出口(kou)蝶(die)閥(fa)(fa)聯鎖(suo)(suo)解除情(qing)況下(xia)，當(dang)按下(xia)主控(kong)(kong)室盤關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)按鈕，也執行關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)命令。關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)過程情(qing)況與上(shang)述“就地關(guan)(guan)(guan)閥(fa)(fa)”一(yi)樣。
就地(di)停(ting)(ting)止：在(zai)(zai)開關閥(fa)(fa)過(guo)程中，按(an)下(xia)就地(di)停(ting)(ting)止按(an)鈕（就地(di)盤柜上），立即(ji)停(ting)(ting)止開/關閥(fa)(fa)動作，閥(fa)(fa)門可停(ting)(ting)在(zai)(zai)中間任意(yi)位置。
; 當蝶閥由(you)于某種(zhong)意外的原(yuan)因由(you)全開(kai)位(wei)(wei)置關到75度角位(wei)(wei)置時(shi)，并且這時(shi)循環(huan)泵(beng)運(yun)行、循環(huan)泵(beng)與(yu)出(chu)口(kou)(kou)蝶閥聯(lian)鎖開(kai)關投入情況下，則液控站發出(chu)蝶閥開(kai)啟的指令(ling)，確保循環(huan)泵(beng)運(yun)行期間，出(chu)口(kou)(kou)蝶閥可靠打開(kai)。
開(kai)閥補(bu)壓(ya)(ya)：有閥門(men)開(kai)到位信號且沒(mei)有關到位信號的(de)情況(kuang)下，當(dang)系(xi)(xi)統壓(ya)(ya)力低于壓(ya)(ya)力下限(xian)(xian)設(she)定(ding)值4Mpa且無關閥指令(ling)時(shi)(shi)(shi)，電動機(ji)啟動向蓄能器及開(kai)閥油缸補(bu)壓(ya)(ya)，當(dang)系(xi)(xi)統壓(ya)(ya)力達到壓(ya)(ya)力上限(xian)(xian)設(she)定(ding)值16Mpa時(shi)(shi)(shi)或(huo)者系(xi)(xi)統補(bu)壓(ya)(ya)時(shi)(shi)(shi)限(xian)(xian)到時(shi)(shi)(shi)，電機(ji)失電補(bu)壓(ya)(ya)結束。當(dang)閥門(men)在關位置時(shi)(shi)(shi)，不允許系(xi)(xi)統補(bu)壓(ya)(ya)。
5 方案實施
按照解決(jue)方(fang)案設計(ji)的(de)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(xia)：
輸入端：
I0.0——就(jiu)地開閥
I0.1——就地關閥
I0.2——停止(zhi)
I0.3——遠程開(kai)閥
I0.4——遠程(cheng)關閥
I0.5——循泵開啟
I0.6——循(xun)泵停止(zhi)
I0.7——聯鎖投入
I1.0——聯鎖解除
I1.1——關(guan)閥(fa)到位
I1.2——開閥到位(wei)
I1.3——75度信號
I1.4——電(dian)機故障
I1.5——就地/遠(yuan)控
輸出端：
Q0.0——油泵電機(ji)
Q0.1——關閥電磁(ci)閥
Q0.2——開閥到(dao)位
Q0.3——關閥到位(wei)
Q0.4——開閥失(shi)敗
Q0.5——關(guan)閥失敗
Q0.6——電機故(gu)障
Q0.7——開閥指示
編寫PLC程序如下：
TITLE=循(xun)環泵出口蝶閥(fa)開關程(cheng)序
Network1//壓力變送器數(shu)值轉換
//壓力變送器量(liang)程為0~20MPa；4~20mA對應數(shu)值6400~32000；VW20為轉(zhuan)換輸(shu)出數(shu)值
Network2//系統(tong)壓力高定(ding)值(zhi)判斷
//≤16MPa
Network3//系壓力低定值(zhi)判斷
//≥4MPa
Network4//補壓程序
Network5//開閥程序
//開閥失敗時間為90s
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Network6//關閥(fa)程(cheng)序
//關閥(fa)失(shi)敗(bai)時間為(wei)90s
Network7
//循(xun)泵開啟（延遲(chi)0.5s確認，為屏蔽信(xin)號干擾(rao)）
Network8
//循泵停(ting)止（延遲0.5s確認，為屏蔽信號干擾）
Network9
//啟動油泵電機
Network10
//關閥(fa)電磁閥(fa)
Network11
//開閥(fa)到位燈(deng)
Network12
//關閥到(dao)位燈
Network13
//開閥(fa)時(shi)間大于90s開閥(fa)失敗燈
Network14
//關(guan)閥時(shi)間大于90s關(guan)閥失敗燈
Network15
//電機故障
Network16
//開閥指示燈
6 結論
國華北京熱電分公司4臺(tai)循環泵出口蝶閥(fa)控制(zhi)系統(tong)改造后運(yun)行3個月以來(lai)，運(yun)行狀況良好，沒(mei)有(you)發生過異常事(shi)件，實(shi)現了(le)預期設計的控制(zhi)功能(neng)，確保了(le)循環泵設備(bei)的安全穩(wen)定運(yun)行，改造實(shi)施(shi)圓(yuan)滿成功。本改造項目的實(shi)施(shi)，對今后類似(si)的PLC控制(zhi)系統(tong)改造具有(you)一定的借鑒意義(yi)。
