蝶閥控制系統(tǒng)開發(fā)及參數(shù)優(yōu)化

武德坤，杭晶烽，劉學(xué)勇

（華能太倉(cāng)電廠，江蘇 太倉(cāng) 215424）

0 引言

國(guó)家的經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展離不開工業(yè)生產(chǎn)能力的強(qiáng)力支撐，而進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)需要穩(wěn)定的電力保障，為工業(yè)生產(chǎn)提供安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)是電力生產(chǎn)的主要目標(biāo)。循環(huán)水泵是電廠的重要輔機(jī)設(shè)備，對(duì)于安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)電，起著極為重要的作用。

華能太倉(cāng)電廠一期工程2×320MW 機(jī)組共安裝4 臺(tái)循環(huán)水泵，每臺(tái)循環(huán)水泵對(duì)應(yīng)1 臺(tái)蝶閥設(shè)備，循泵蝶閥及其相關(guān)設(shè)備由湖北洪城通用機(jī)械有限公司生產(chǎn)。蝶閥安裝于循泵出口處，該蝶閥設(shè)備為純液壓式，全稱為蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥。

1 設(shè)備動(dòng)作原理

蝶閥采用純液壓式控制，蝶閥的開啟和關(guān)閉均為液壓驅(qū)動(dòng)，油壓高達(dá)16.5Mpa，動(dòng)作原理如圖1 所示。蝶閥開啟時(shí)，液壓油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)蝶閥的開啟動(dòng)作；蝶閥關(guān)閉時(shí)，液壓油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，同時(shí)無(wú)桿腔泄油，實(shí)現(xiàn)蝶閥的關(guān)閉動(dòng)作。

圖1 液壓系統(tǒng)原理Fig.1 Principle of hydraulic system

1.1 蝶閥的開啟過(guò)程

當(dāng)泵閥聯(lián)啟時(shí)，電磁閥14、17 上的電磁鐵YV1、YV2 同時(shí)得電，壓力油使插裝閥12、15 關(guān)閉，使液控單向閥13 打開。油液經(jīng)液控單向閥13 和油缸尾部的單向閥進(jìn)入油缸的無(wú)桿腔，推動(dòng)活塞桿伸出并帶動(dòng)閥門蝶板開啟，有桿腔回油經(jīng)節(jié)流閥16 和電磁球閥17 流回油箱，調(diào)節(jié)節(jié)流閥16 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開閥時(shí)間的控制。在閥門開啟或關(guān)閉的過(guò)程中，使電磁閥YV1 得電，YV2 失電，閥門的蝶板即停在任意位置。

當(dāng)?shù)y開啟至15°時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)循泵，同時(shí)蝶閥中停3s。在中停時(shí)間內(nèi)，若循泵未成功運(yùn)行，則觸發(fā)DCS 保護(hù)跳泵條件，同時(shí)蝶閥關(guān)閉，防止循環(huán)水母管壓力降低，影響凝汽器真空。蝶閥開啟后，油壓力低至14.5Mpa 以下，此時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)油泵[1]，將油壓增壓至16.5Mpa 時(shí)，停止油泵運(yùn)行。

1.2 蝶閥的關(guān)閉過(guò)程

當(dāng)?shù)y關(guān)閉時(shí)，YV1、YV2 失電，壓力油經(jīng)插裝閥15、單向閥6-3 到油缸有桿腔，無(wú)桿腔回油經(jīng)尾部快關(guān)調(diào)速閥、插裝閥12 流回油箱并實(shí)現(xiàn)快關(guān)，調(diào)節(jié)快關(guān)調(diào)速閥，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)閥時(shí)間的控制。

當(dāng)?shù)y關(guān)至30°時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)信號(hào)，該信號(hào)直接送DCS，DCS 接收后發(fā)停循泵6KV 指令，停止循泵運(yùn)行。關(guān)至30°停止循泵運(yùn)行，一方面可以防止打悶泵從而起到保護(hù)循泵的作用，另一方面可以防止循環(huán)水倒流，導(dǎo)致循環(huán)水壓力降低，影響機(jī)組安全。

2 設(shè)備現(xiàn)狀

本廠一期工程4 臺(tái)循泵蝶閥液壓系統(tǒng)位于循泵坑內(nèi)，由兩臺(tái)PLC 控制柜實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備的控制。就地PLC 控制柜位于循泵坑上方，液壓系統(tǒng)電磁閥、壓力開關(guān)、限位開關(guān)、油壓變送器，經(jīng)蝶閥坑內(nèi)接線盒將信號(hào)送至就地PLC 控制柜，PLC 控制柜內(nèi)信號(hào)送至DCS 并接收DCS 的相關(guān)指令。

2.1 PLC控制柜現(xiàn)狀

由于設(shè)備的長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，該P(yáng)LC 控制柜內(nèi)的控制線路老化嚴(yán)重，且安裝之初的線路標(biāo)簽已模糊不清，對(duì)于故障排查增加了很大難度，且曾經(jīng)因循泵房屋頂漏水導(dǎo)致2號(hào)PLC 控制柜進(jìn)水，內(nèi)部線路絕緣性差，缺陷故障率高，影響了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 壓力開關(guān)及電磁閥現(xiàn)狀

壓力開關(guān)控制油泵的啟停動(dòng)作：當(dāng)油壓降至14.5Mpa以下時(shí)，壓力開關(guān)動(dòng)作啟動(dòng)油泵，油壓升至16.5Mpa 時(shí)開關(guān)動(dòng)作停止油泵。油泵啟動(dòng)的瞬間，由于沖擊作用會(huì)使油壓瞬時(shí)升高，壓力開關(guān)精度若變得靈敏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力開關(guān)油壓高信號(hào)動(dòng)作。但實(shí)際油壓并未升高很多，沖擊壓力消散后，又使壓力低信號(hào)動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致油泵頻繁啟停，致使燒壞油泵。

電磁閥為普通國(guó)產(chǎn)電磁閥，動(dòng)作電壓為24V，電磁閥得失電切換油路實(shí)現(xiàn)蝶閥的啟閉動(dòng)作。電磁閥切換不到位，關(guān)閉不嚴(yán)，或者油品質(zhì)下降，臟污堵塞油孔，均會(huì)導(dǎo)致蝶閥動(dòng)作不正常，影響機(jī)組運(yùn)行。

2.3 PLC控制邏輯現(xiàn)狀

PLC 控制系統(tǒng)[2]采用三菱PLC，其邏輯設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的控制功能。但對(duì)于可能發(fā)生的較低概率事件邏輯設(shè)計(jì)中不夠完善，例如對(duì)于蝶閥油泵頻繁啟?，F(xiàn)象的監(jiān)視，由于蝶閥油系統(tǒng)在正常情況下壓力保持很穩(wěn)定，正常運(yùn)行中油泵的啟停次數(shù)很少，因而油泵若頻繁啟停，說(shuō)明系統(tǒng)保壓情況不良。原PLC 邏輯中無(wú)應(yīng)對(duì)此現(xiàn)象的功能設(shè)計(jì)，出現(xiàn)保壓情況差時(shí)無(wú)法及時(shí)反饋，邏輯設(shè)計(jì)有待完善。

2.4 控制電源現(xiàn)狀

PLC 控制柜由雙路電源實(shí)現(xiàn)冗余供電，一路為110V電源經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)為24V 至就地控制柜，一路為220V 電源經(jīng)UPS 送至就地控制柜變壓器轉(zhuǎn)為24V 供電。在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于線路老化絕緣性變差，上級(jí)UPS 電源經(jīng)常過(guò)載，導(dǎo)致UPS 電源斷電，控制柜變?yōu)閱温饭╇姷姆绞?，存在安全隱患。

3 對(duì)現(xiàn)狀做出的優(yōu)化措施

3.1 控制柜的優(yōu)化設(shè)計(jì)

利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，拆除老舊控制柜，并對(duì)控制柜進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，定制蝶閥控制系統(tǒng)外形尺寸：590mm×360mm×1500mm（長(zhǎng)×寬×高），采用不銹鋼321 材料，防腐防銹，厚度2.5mm。

新就地控制柜主要由可編程序控制器、數(shù)字量輸入輸出模塊、觸摸屏、斷路器、中間繼電器、交流接觸器、熱繼電器、指示燈，及各類按鈕等電器元器件組成。重新設(shè)計(jì)后觸摸屏畫面如圖2 所示。

圖2 蝶閥控制系統(tǒng)畫面顯示Fig.2 Butterfly valve control system screen display

新控制柜以及至就地控制線路全部換新，并在線路接頭加裝標(biāo)簽，徹底解決了電纜絕緣性差以及線路模糊不清問(wèn)題，有利于后期的設(shè)備維護(hù)以及故障排查。

3.2 PLC邏輯及參數(shù)的優(yōu)化

PLC 更改為西門子S7-200，穩(wěn)定性更高，可用網(wǎng)線直連電腦進(jìn)行邏輯修改，將運(yùn)行中常見的故障現(xiàn)象通過(guò)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，具體邏輯優(yōu)化如下：

1）蝶閥油泵壓力開關(guān)觸點(diǎn)斷開后，即油壓達(dá)到定值16.5Mpa 之上，需要3s 延時(shí)才發(fā)出停泵信號(hào)，防止脈沖壓力造成假信號(hào)導(dǎo)致油泵的頻繁啟停故障。

2）開閥至15°信號(hào)來(lái)時(shí)停閥3s，3s 過(guò)后繼續(xù)開閥，此處延時(shí)時(shí)間等待循泵電機(jī)啟動(dòng)。

3）油泵故障延時(shí)時(shí)間設(shè)置為30min，油泵連續(xù)運(yùn)行30min 而油箱壓力無(wú)法達(dá)到定值，則發(fā)出報(bào)警。

4）液控閥開超時(shí)延時(shí)時(shí)間設(shè)置為2min，在開閥指令發(fā)出后2min 若開反饋未到位，則發(fā)液控閥故障聯(lián)鎖停泵信號(hào)，觸發(fā)保護(hù)邏輯，停泵并關(guān)蝶閥。

5）壓力持續(xù)低延時(shí)時(shí)間設(shè)置為5min，油泵運(yùn)行5min 無(wú)法建立油壓則進(jìn)行報(bào)警。

6）泵啟停過(guò)于頻繁報(bào)警。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，正常運(yùn)行中液控系統(tǒng)保壓時(shí)間較長(zhǎng)，4h 內(nèi)啟停超過(guò)兩次即報(bào)警，提醒運(yùn)行人員液控系統(tǒng)可能存在漏油。

7）蝶閥失電報(bào)警信號(hào)，任一路24V 供電失去即發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行檢查。

8）油泵故障報(bào)警，除了油泵連續(xù)運(yùn)行及壓力持續(xù)低外，增加油泵故障停運(yùn)信號(hào)作為油泵故障報(bào)警點(diǎn)。

9）未接收到關(guān)指令，但蝶閥開反饋失去且15°行程開關(guān)信號(hào)來(lái)，則發(fā)液控閥故障聯(lián)鎖停泵信號(hào)，觸發(fā)保護(hù)邏輯，停泵并關(guān)蝶閥。

通過(guò)設(shè)計(jì)蝶閥控制系統(tǒng)，優(yōu)化各種報(bào)警和跳閘信號(hào)，解決了蝶閥控制系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計(jì)不合理，跳閘后故障排查困難，運(yùn)行不可靠等諸多難題。

3.3 控制柜電源優(yōu)化

由于為蝶閥電源柜供給的110V 及220V 電源均自帶UPS 供電，可以保障不間斷供電，因而對(duì)控制柜的電源進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，取消了UPS 電源在電源柜內(nèi)將110V 電源及220V 電源經(jīng)由變壓器轉(zhuǎn)為24V 送至就地PLC 控制柜實(shí)現(xiàn)冗余供電[3]，就地PLC 柜內(nèi)均為24V 低壓電路。取消UPS 可以減少整個(gè)供電回路中的故障點(diǎn)，降低缺陷率。

4 新控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1）人機(jī)交互界面友好：對(duì)于蝶閥油泵狀態(tài)指示、管路液壓油流向均有詳細(xì)展示。如對(duì)于蝶閥的狀態(tài)顯示，紅閃：正在開；紅平光：開到位；15：位于15°的位置；綠閃：正在關(guān)；綠平光：關(guān)到位。顯示屏為觸屏式設(shè)計(jì)，且加裝了塑料蓋板，不僅操作方便而且可以防止非專業(yè)人員誤觸。

2）參數(shù)調(diào)試便捷：蝶閥控制模式分正常模式、調(diào)試模式，具體調(diào)試畫面如圖3 所示。調(diào)試模式時(shí)，單獨(dú)手動(dòng)操作電磁閥、油泵，檢測(cè)電磁閥、油泵是否能正常動(dòng)作。還可以進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置畫面，對(duì)壓力開關(guān)延時(shí)時(shí)間、液控閥開15°延時(shí)時(shí)間、油泵故障延時(shí)時(shí)間和油泵頻繁啟停故障次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)這些設(shè)計(jì)可以配合機(jī)務(wù)專業(yè)對(duì)蝶閥進(jìn)行單操，滿足了現(xiàn)場(chǎng)不同工況調(diào)試的需要。

圖3 調(diào)試畫面Fig.3 Debug screen

3）故障定位迅速：裝置運(yùn)行中對(duì)電源故障、液控蝶閥故障、油泵故障等故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在報(bào)警記錄畫面中進(jìn)行詳細(xì)記錄，具體故障示例如圖4 所示；在事件記錄畫面對(duì)蝶閥設(shè)備的具體動(dòng)作事件進(jìn)行了詳細(xì)記錄，有利于對(duì)故障進(jìn)行快速定位，具體事件記錄示例如圖5 所示，成果展示如圖6 所示。

圖4 故障記錄畫面Fig.4 Fault record screen

圖5 事件記錄畫面Fig.5 Event record screen

圖6 控制柜成果圖Fig.6 Control cabinet results

5 常見故障處理

1）控制柜失電故障：在設(shè)備運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)某一路電源失去的故障，這時(shí)控制柜故障指示燈會(huì)亮起，同時(shí)顯示屏的報(bào)警記錄會(huì)詳細(xì)顯示主備用電源的故障信息和故障的具體時(shí)間，設(shè)備維護(hù)人員可快速由此信息進(jìn)行線路排查工作。在最初控制柜送電時(shí)，雙路電源開關(guān)送電有先后，因此也會(huì)出現(xiàn)控制柜電源失電報(bào)警，屬于正常在報(bào)警記錄中復(fù)位即可。

2）油泵跳閘故障：該故障信號(hào)由油泵熱繼電器析出至PLC，此時(shí)故障燈會(huì)亮起，顯示屏報(bào)警記錄中顯示油泵跳閘故障信息，電氣維護(hù)人員可據(jù)此進(jìn)行油泵及熱繼電器狀態(tài)檢查，快速定位故障。

3）蝶閥溜閥故障：該故障的具體判定條件為蝶閥在開啟狀態(tài)時(shí)未收到關(guān)指令，開反饋信號(hào)丟失且15°信號(hào)來(lái)，表示在蝶閥正常開啟狀態(tài)下蝶閥自行關(guān)閉，同時(shí)會(huì)觸發(fā)保護(hù)跳泵條件。此時(shí)控制柜故障燈會(huì)亮起，顯示屏報(bào)警記錄中會(huì)顯示蝶閥溜閥故障，設(shè)備維護(hù)人員可據(jù)此對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，排查故障。

4）蝶閥開超時(shí)故障：該故障信號(hào)的判定為自蝶閥開啟指令發(fā)出起計(jì)時(shí)2 min 開到位信號(hào)不到，觸發(fā)保護(hù)跳泵條件，此時(shí)控制柜故障燈亮起，顯示屏報(bào)警記錄中會(huì)顯示蝶閥開超時(shí)故障信息。設(shè)備維護(hù)人員可據(jù)此對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，排查故障。

5）油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行故障：該故障判定為自油泵啟動(dòng)開始計(jì)時(shí)30 min 油泵未停止，此時(shí)控制柜故障燈亮起，顯示屏報(bào)警記錄中會(huì)顯示油泵長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行故障信息，設(shè)備維護(hù)人員可據(jù)此對(duì)液壓系統(tǒng)和油泵進(jìn)行檢查，排查故障。

6）油泵頻繁啟停故障：該故障信號(hào)判定為4 h 之內(nèi)油泵啟停次數(shù)超過(guò)2 次，此時(shí)控制柜故障燈亮起，顯示屏報(bào)警記錄中會(huì)顯示油泵頻繁啟停故障信息，設(shè)備維護(hù)人員可據(jù)此判定液壓系統(tǒng)可能保壓情況不良，或者有泄漏情況，進(jìn)而對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，運(yùn)行人員會(huì)定期對(duì)循泵進(jìn)行切換，或者調(diào)試過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)此故障報(bào)警屬于正常，在報(bào)警記錄中復(fù)位即可。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于本廠一期循泵蝶閥控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，專業(yè)部門根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)有針對(duì)性地進(jìn)行了蝶閥控制系統(tǒng)的開發(fā)與參數(shù)優(yōu)化工作。新設(shè)計(jì)蝶閥控制系統(tǒng)人機(jī)界面友好，調(diào)試方便，故障判斷快速，報(bào)警信號(hào)和保護(hù)信號(hào)設(shè)置合理，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)符合實(shí)際設(shè)備運(yùn)行情況，有效保障了蝶閥系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，不僅提高了專業(yè)班組人員對(duì)于蝶閥設(shè)備的熟悉程度，而且提高了班組成員的技能水平。新設(shè)計(jì)的蝶閥控制系統(tǒng)整體效果良好，自投運(yùn)以來(lái)一直安全平穩(wěn)運(yùn)行，整套系統(tǒng)可復(fù)制性強(qiáng)，可以為同行們提供參考。