循环泵出口蝶阀控制系统改造

    国华北京热电分公司4台循环水泵均配有铁岭阀门有限公司生产的重锤式保压型蝶阀。该系统于1999年随机组投入使用，至今已运行十三年，BFS++上共发生缺陷137项，主要是举升油压保持不住，油泵频繁启动，液压元件泄漏，阀门偷关等缺陷。这些缺陷和隐患严重影响了机组的安全运行。2012年12月，北京热电分公司对这四套出口蝶阀液压控制系统进行了硬件和软件的改造。经分析，改造后的控制系统中仍存在一些隐患和问题，因此需要继续对控制系统进行改造完善。

    2 工作原理

    循环泵出口蝶阀工作过程：（1）重锤保压蝶阀开阀时，油泵启动，高压油经滤油器、单向阀，进入油缸，推动活塞，带动与之相连的杠杆举起重锤开阀。开阀到位后行程开关动作，自动保压系统启动，电机继续给保压蓄能器充压。压力达高压力设定点后（16MPa），油泵停止运行。系统泄漏，压力降至低压力设定点（4MPa），油泵电机自动启动，达高压力设定值后停油泵。（2）重锤保压蝶阀关阀时，得到关阀命令。电磁阀得电，在重锤重力作用下油缸内液压油经节流阀、高压胶管、电磁阀回到油箱。（3）当电磁阀故障或停电时，可以进行手动操作。手动打压，阀门直接开启。关阀时打开截止阀，油缸的油在重锤重力作用下流回油箱，阀门关闭。

    液压控制系统包含一个西门子S7-200系列PLC，一个电磁阀和一个量程为0～20MPa的罗斯蒙特压力变送器。电磁阀用于控制蝶阀的关闭；一个压力变送器控制系统油压不高于16MPa，不低于4MPa。

    循环泵出口蝶阀的开关设计有两种方式。第一种方式循环泵与出口蝶阀联锁开关投入状态下，蝶阀开关由循环泵启停状态联锁；第二种方式循环泵与出口蝶阀联锁开关解除状态下，通过控制室及就地电控箱按钮，可操作蝶阀开关。

    3 问题提出

    目前循环泵出口蝶阀控制系统存在以下问题：

    （1）循环泵启停状态信号可能存在干扰，在循环泵与出口蝶阀联锁开关投入情况下，会导致蝶阀误动。历史上曾经发生过因雷雨天闪电导致蝶阀误关的事件。

    （2）控制室内及就地电控箱上的蝶阀开关按钮直接控制蝶阀的开关，可能有人员不小心碰触或误操作而导致蝶阀误动。当循环泵停运时，如果其出口蝶阀打开，会使循环水倒流，严重时可能导致跳机。

    （3）系统补压的定值判断由压力变送器信号提供，若压力变送器发生故障，则可能发生系统不停补压，如果系统没有可靠的泄压通道可能导致液压油管爆裂。

    因此，需要对循环泵出口蝶阀控制系统进行优化设计，以保证循环泵出口蝶阀的正常开关。

    4 解决方案

    针对上述几点循环泵出口蝶阀控制系统中的问题，提出以下技术解决方案。

    （1）控制程序的设计中需要屏蔽输入信号干扰。信号的干扰基本都是一瞬间的，所以在程序设计中将瞬间输入信号屏蔽掉就可以了。

    （2）控制系统中需要加入防止人员误操作的设计。具体在控制程序中可以设置出口蝶阀开闭锁，即只有当循环泵运行时，其出口蝶阀才能打开。这样就可以避免危险情况的发生。

    （3）需要增加系统补压的安全保护，同时又不能限制系统的正常补压。具体可以在控制程序中增加补压时间限制，但是这个限制时间必须略长于系统正常补压所需的时间。

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    综上所述，解决方案的技术要点就落在PLC控制逻辑的设计上。根据预想功能，设计循环泵出口蝶阀控制逻辑图如图1～图4所示。

图1 蝶阀联锁开关指令

图2 蝶阀关阀逻辑

图3 蝶阀开阀逻辑

图4 油系统补压逻辑

    具体控制说明如下：

    就地开阀：在“就地”模式下，当循环泵运行时，按下就地盘柜开阀按钮后，电动机得电，液压泵高压油注入液压油缸驱动阀门蝶板执行开阀命令，并同时闭锁关阀，开阀中接收到开到位位置反馈时蝶板动作停止，开阀过程结束。若发出开阀命令后一定时间内阀未全开到位，停止开阀并发出开阀失败信号。

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    就地关阀：在“就地”模式下，无论循环泵是否运行，当按下就地盘柜关阀按钮后，执行关阀命令，电磁阀得电，在重锤重力作用下，驱动油缸内液压油回到集油箱，实现关阀动作，并同时闭锁开阀，关阀过程中接收到关阀到位反馈后延时停止关阀。若发出关阀命令后一定时间内阀未全关到位，停止关阀并发出关阀失败信号。

    远方开阀：在“远控”模式下，在循环泵与出口蝶阀联锁投入情况下，只要接收到联锁开阀指令（循环泵启动信号）后，执行开阀命令；在循环泵与出口蝶阀联锁解除情况下，在循环泵运行时，当按下主控室盘开阀按钮，也执行开阀命令。开阀过程情况与上述“就地开阀”一样。

    远方关阀：在“远控”模式下，在循环泵与出口蝶阀联锁投入情况下，只要接收到联锁关阀指令（循环泵停止信号）后，执行关阀命令；在循环泵与出口蝶阀联锁解除情况下，当按下主控室盘关阀按钮，也执行关阀命令。关阀过程情况与上述“就地关阀”一样。

    就地停止：在开关阀过程中，按下就地停止按钮（就地盘柜上），立即停止开/关阀动作，阀门可停在中间任意位置。

    当蝶阀由于某种意外的原因由全开位置关到75度角位置时，并且这时循环泵运行、循环泵与出口蝶阀联锁开关投入情况下，则液控站发出蝶阀开启的指令，确保循环泵运行期间，出口蝶阀可靠打开。

    开阀补压：有阀门开到位信号且没有关到位信号的情况下，当系统压力低于压力下限设定值4Mpa且无关阀指令时，电动机启动向蓄能器及开阀油缸补压，当系统压力达到压力上限设定值16Mpa时或者系统补压时限到时，电机失电补压结束。当阀门在关位置时，不允许系统补压。

    5 方案实施

    按照解决方案设计的逻辑图，对西门子S7-200系列PLC进行编程。

    PLC的输入输出I/O表如下：

    输入端：

    I0.0——就地开阀

    I0.1——就地关阀

    I0.2——停止

    I0.3——远程开阀

    I0.4——远程关阀

    I0.5——循泵开启

    I0.6——循泵停止

    I0.7——联锁投入

    I1.0——联锁解除

    I1.1——关阀到位

    I1.2——开阀到位

    I1.3——75度信号

    I1.4——电机故障

    I1.5——就地/远控

    输出端：

    Q0.0——油泵电机

    Q0.1——关阀电磁阀

    Q0.2——开阀到位

    Q0.3——关阀到位

    Q0.4——开阀失败

    Q0.5——关阀失败

    Q0.6——电机故障

    Q0.7——开阀指示

    编写PLC程序如下：

    TITLE=循环泵出口蝶阀开关程序

    Network1//压力变送器数值转换

    //压力变送器量程为0~20MPa；4~20mA对应数值6400~32000；VW20为转换输出数值

    Network2//系统压力高定值判断

    //≤16MPa

    Network3//系压力低定值判断

    //≥4MPa

    Network4//补压程序

    Network5//开阀程序

    //开阀失败时间为90s

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    Network6//关阀程序

    //关阀失败时间为90s

    Network7

    //循泵开启（延迟0.5s确认，为屏蔽信号干扰）

    Network8

    //循泵停止（延迟0.5s确认，为屏蔽信号干扰）

    Network9

    //启动油泵电机

    Network10

    //关阀电磁阀

    Network11

    //开阀到位灯

    Network12

    //关阀到位灯

    Network13

    //开阀时间大于90s开阀失败灯

    Network14

    //关阀时间大于90s关阀失败灯

    Network15

    //电机故障

    Network16

    //开阀指示灯

    6 结论

    国华北京热电分公司4台循环泵出口蝶阀控制系统改造后运行3个月以来，运行状况良好，没有发生过异常事件，实现了预期设计的控制功能，确保了循环泵设备的安全稳定运行，改造实施圆满成功。本改造项目的实施，对今后类似的PLC控制系统改造具有一定的借鉴意义。