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(tǒng)進行了硬件和軟件的改造。經分析，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(tǒng)啟動，電機繼續(xù)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(tǒng)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(jié)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(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)泵出口蝶閥的開關設計有兩種方式。第一種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯鎖開關投入狀態(tài)下，蝶閥開關由循環(huán)泵啟停狀態(tài)聯鎖;第二種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯鎖開關解除狀態(tài)下，通過控制室及就地電控箱按鈕，可操作蝶閥開關。

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)泵與出口蝶閥聯鎖開關投入情況下，會導致蝶閥誤動。歷史上曾經發(fā)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(huán)泵停運時，如果其出口蝶閥打開，會使循環(huán)水倒流，嚴重時可能導致跳機。

　　(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)化設計，以保證循環(huán)泵出口蝶閥的正常開關。

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(tǒng)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(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，解決方案的技術要點就落在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(tǒng)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(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動閥門蝶板執(zhí)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(fā)出開閥命令后一定時間內閥未全開到位，停止開閥并發(fā)出開閥失敗信號。

　　就地關閥：在“就地”模式下，無論循環(huán)泵是否運行，當按下就地盤柜關閥按鈕后，執(zhí)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(fā)出關閥命令后一定時間內閥未全關到位，停止關閥并發(fā)出關閥失敗信號。

　　遠方開閥：在“遠控”模式下，在循環(huán)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(huán)泵啟動信號)后，執(zhí)行開閥命令;在循環(huán)泵與出口蝶閥聯鎖解除情況下，在循環(huán)泵運行時，當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。

　　遠方關閥：在“遠控”模式下，在循環(huán)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(huán)泵停止信號)后，執(zhí)行關閥命令;在循環(huán)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(zhí)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(huán)泵運行、循環(huán)泵與出口蝶閥聯鎖開關投入情況下，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到位信號的情況下，當系統(tǒng)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(tǒng)壓力達到壓力上限設定值16Mpa時或者系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(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(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，實現了預期設計的控制功能，確保了循環(huán)泵設備的安全穩(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。