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系統進行了硬件和軟件的改造。經分析，改造后的控制系統中仍存在一些隱患和問題，因此需要繼續對控制系統進行改造完善。

    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。

    液壓控制系統包含一個西門子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閉；一個壓力變送器控制系統油壓不高于16MPa，不低于4MPa。

    循環泵出口蝶閥的開關設計有兩種方式。第一種方式循環泵與出口蝶閥聯鎖開關投入狀態下，蝶閥開關由循環泵啟停狀態聯鎖；第二種方式循環泵與出口蝶閥聯鎖開關解除狀態下，通過控制室及就地電控箱按鈕，可操作蝶閥開關。

    3 問題提出

    目前循環泵出口蝶閥控制系統存在以下問題：

    （1）循環泵啟停狀態信號可能存在干擾，在循環泵與出口蝶閥聯鎖開關投入情況下，會導致蝶閥誤動。歷史上曾經發生過因雷雨天閃電導致蝶閥誤關的事件。

    （2）控制室內及就地電控箱上的蝶閥開關按鈕直接控制蝶閥的開關，可能有人員不小心碰觸或誤操作而導致蝶閥誤動。當循環泵停運時，如果其出口蝶閥打開，會使循環水倒流，嚴重時可能導致跳機。

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

    因此，需要對循環泵出口蝶閥控制系統進行優化設計，以保證循環泵出口蝶閥的正常開關。

    4 解決方案

    針對上述幾點循環泵出口蝶閥控制系統中的問題，提出以下技術解決方案。

    （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閉鎖，即只有當循環泵運行時，其出口蝶閥才能打開。這樣就可以避免危險情況的發生。

    （3）需要增加系統補壓的安全保護，同時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間限制，但是這個限制時間必須略長于系統正常補壓所需的時間。

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    綜上所述，解決方案的技術要點就落在PLC控制邏輯的設計上。根據預想功能，設計循環泵出口蝶閥控制邏輯圖如圖1～圖4所示。

圖1 蝶閥聯鎖開關指令

圖2 蝶閥關閥邏輯

圖3 蝶閥開閥邏輯

圖4 油系統補壓邏輯

    具體控制說明如下：

    就地開閥：在“就地”模式下，當循環泵運行時，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動閥門蝶板執行開閥命令，并同時閉鎖關閥，開閥中接收到開到位位置反饋時蝶板動作停止，開閥過程結束。若發出開閥命令后一定時間內閥未全開到位，停止開閥并發出開閥失敗信號。

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    就地關閥：在“就地”模式下，無論循環泵是否運行，當按下就地盤柜關閥按鈕后，執行關閥命令，電磁閥得電，在重錘重力作用下，驅動油缸內液壓油回到集油箱，實現關閥動作，并同時閉鎖開閥，關閥過程中接收到關閥到位反饋后延時停止關閥。若發出關閥命令后一定時間內閥未全關到位，停止關閥并發出關閥失敗信號。

    遠方開閥：在“遠控”模式下，在循環泵與出口蝶閥聯鎖投入情況下，只要接收到聯鎖開閥指令（循環泵啟動信號）后，執行開閥命令；在循環泵與出口蝶閥聯鎖解除情況下，在循環泵運行時，當按下主控室盤開閥按鈕，也執行開閥命令。開閥過程情況與上述“就地開閥”一樣。

    遠方關閥：在“遠控”模式下，在循環泵與出口蝶閥聯鎖投入情況下，只要接收到聯鎖關閥指令（循環泵停止信號）后，執行關閥命令；在循環泵與出口蝶閥聯鎖解除情況下，當按下主控室盤關閥按鈕，也執行關閥命令。關閥過程情況與上述“就地關閥”一樣。

    就地停止：在開關閥過程中，按下就地停止按鈕（就地盤柜上），立即停止開/關閥動作，閥門可停在中間任意位置。

    當蝶閥由于某種意外的原因由全開位置關到75度角位置時，并且這時循環泵運行、循環泵與出口蝶閥聯鎖開關投入情況下，則液控站發出蝶閥開啟的指令，確保循環泵運行期間，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且無關閥指令時，電動機啟動向蓄能器及開閥油缸補壓，當系統壓力達到壓力上限設定值16Mpa時或者系統補壓時限到時，電機失電補壓結束。當閥門在關位置時，不允許系統補壓。

    5 方案實施

    按照解決方案設計的邏輯圖，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——就地關閥

    I0.2——停止

    I0.3——遠程開閥

    I0.4——遠程關閥

    I0.5——循泵開啟

    I0.6——循泵停止

    I0.7——聯鎖投入

    I1.0——聯鎖解除

    I1.1——關閥到位

    I1.2——開閥到位

    I1.3——75度信號

    I1.4——電機故障

    I1.5——就地/遠控

    輸出端：

    Q0.0——油泵電機

    Q0.1——關閥電磁閥

    Q0.2——開閥到位

    Q0.3——關閥到位

    Q0.4——開閥失敗

    Q0.5——關閥失敗

    Q0.6——電機故障

    Q0.7——開閥指示

    編寫PLC程序如下：

    TITLE=循環泵出口蝶閥開關程序

    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//開閥程序

    //開閥失敗時間為90s

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    Network6//關閥程序

    //關閥失敗時間為90s

    Network7

    //循泵開啟（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

    //啟動油泵電機

    Network10

    //關閥電磁閥

    Network11

    //開閥到位燈

    Network12

    //關閥到位燈

    Network13

    //開閥時間大于90s開閥失敗燈

    Network14

    //關閥時間大于90s關閥失敗燈

    Network15

    //電機故障

    Network16

    //開閥指示燈

    6 結論

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