循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)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(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(shè)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(chǎn)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(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(tǒng)進行了硬件和軟件的改造。經(jīng)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(jīng)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(guān)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(shè)定點后(16MPa),油泵停止運行。系統(tǒng)泄漏,壓力降至低壓力設(shè)定點(4MPa),油泵電機自動啟動,達高壓力設(shè)定值后停油泵。(2)重錘保壓蝶閥關(guān)閥時,得到關(guān)閥命令。電磁閥得電,在重錘重力作用下油缸內(nèi)液壓油經(jīng)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)設(shè)計有兩種方式。第一種方式循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入狀態(tài)下,蝶閥開關(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)鎖開關(guān)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(guān)。
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(lián)鎖開關(guān)投入情況下,會導(dǎo)致蝶閥誤動。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過因雷雨天閃電導(dǎo)致蝶閥誤關(guān)的事件。
(2)控制室內(nèi)及就地電控箱上的蝶閥開關(guān)按鈕直接控制蝶閥的開關(guān),可能有人員不小心碰觸或誤操作而導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)計,以保證循環(huán)泵出口蝶閥的正常開關(guān)。
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(shù)解決方案。
(1)控制程序的設(shè)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(shè)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(shè)計。具體在控制程序中可以設(shè)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(shù)要點就落在PLC控制邏輯的設(shè)計上。根據(jù)預(yù)想功能,設(shè)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)鎖開關(guān)指令
圖2 蝶閥關(guān)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(qū)動閥門蝶板執(zhí)行開閥命令,并同時閉鎖關(guān)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(jié)束。若發(fā)出開閥命令后一定時間內(nèi)閥未全開到位,停止開閥并發(fā)出開閥失敗信號。
就地關(guān)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(guān)閥按鈕后,執(zhí)行關(guān)閥命令,電磁閥得電,在重錘重力作用下,驅(qū)動油缸內(nèi)液壓油回到集油箱,實現(xiàn)關(guān)閥動作,并同時閉鎖開閥,關(guān)閥過程中接收到關(guān)閥到位反饋后延時停止關(guān)閥。若發(fā)出關(guān)閥命令后一定時間內(nèi)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(lián)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(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(zhí)行關(guān)閥命令;在循環(huán)泵與出口蝶閥聯(lián)鎖解除情況下,當按下主控室盤關(guān)閥按鈕,也執(zhí)行關(guān)閥命令。關(guān)閥過程情況與上述“就地關(guān)閥”一樣。
就地停止:在開關(guān)閥過程中,按下就地停止按鈕(就地盤柜上),立即停止開/關(guān)閥動作,閥門可停在中間任意位置。
當?shù)y由于某種意外的原因由全開位置關(guān)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(lián)鎖開關(guān)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(guān)到位信號的情況下,當系統(tǒng)壓力低于壓力下限設(shè)定值4Mpa且無關(guān)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(shè)定值16Mpa時或者系統(tǒng)補壓時限到時,電機失電補壓結(jié)束。當閥門在關(guān)位置時,不允許系統(tǒng)補壓。
5、方案實施
按照解決方案設(shè)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(guān)閥
I0.2——停止
I0.3——遠程開閥
I0.4——遠程關(guān)閥
I0.5——循泵開啟
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——開閥到位
Q0.3——關(guān)閥到位
Q0.4——開閥失敗
Q0.5——關(guān)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(guān)程序
Network1//壓力變送器數(shù)值轉(zhuǎn)換
//壓力變送器量程為0~20MPa;4~20mA對應(yīng)數(shù)值6400~32000;VW20為轉(zhuǎn)換輸出數(shù)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(guān)閥程序
//關(guān)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(guān)閥電磁閥
Network11
//開閥到位燈
Network12
//關(guān)閥到位燈
Network13
//開閥時間大于90s開閥失敗燈
Network14
//關(guān)閥時間大于90s關(guān)閥失敗燈
Network15
//電機故障
Network16
//開閥指示燈
6、結(jié)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(xiàn)了預(yù)期設(shè)計的控制功能,確保了循環(huán)泵設(shè)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。