论文部分内容阅读
[摘 要]通过取消循泵液压蝶阀执行器的就地PLC控制部分，将远控功能移至DCS控制站，精简了控制环节，减少了回路中的接点，减少故障发生率，提高控制系统的通用性和开放性，提高循环水系统的可靠性系数。
[关键词]PLC DCS 蝶阀
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0011-01
1 引言
沧东电厂一期循环水泵出口液控蝶阀采用爱合德ERHARD重锤蓄能式液控执行器，蝶阀在得电情况下正常工作，失电的情况下靠重锤关闭。其控制方式采用就地设立PLC控制箱，可以现实远程和就地操作。蝶阀采用西门子S7-200系列PLC控制，程序由厂家编写，不提供原程序及逻辑，且内部布线复杂。若PLC的硬件出现故障时，基本无法解决，严重影响机组的安全稳定运行。
2 故障情况
自机组投产以来，由于蝶阀工作异常导致关闭进而导致循泵跳闸的现象已经发生多次，有些是因为电源回路设计问题，有些是因为控制回路的接线问题，有些是因为电气、电子设备的寿命问题及环境问题。循泵蝶阀逻辑存在不足，多次出现过出口蝶阀没有正常开启后，开阀指令无法清除，启动步序停止进行的故障。PLC无事件记忆功能，蝶阀发生故障时，查找故障原因非常困难。另外蝶阀油压监视、保护通过油压高、油压低两个压力开关实现，由于循泵坑环境潮湿腐蚀严重，无法拆卸校验确定动作值的准确性。
运行过程中曾出现的典型故障，均直接影响到机组的稳定运行的问题有：
1、继电器接线松动。
2、蓄电池故障。
3、电缆内接线腐蚀故障短接。
4、蝶阀启动过程中未打开指令无法复位。
5、电磁阀无法励磁。
为了保证液控蝶阀的可靠性，研究决定取消就地PLC及其附属电子器件，优化逻辑控制并做到DCS系统中，就地搭设可自保持的继电器回路，将控制回路与电磁阀动力回路分开，精简就地接线箱内部配线，大大提高了液控蝶阀的可靠性。
3 改造方案
3.1 液压油泵控制回路
液压油泵只有一个启动指令信号，无启动指令则停止。就地应使用继电器控制接触器的方法。DCS上液压油泵使用motor/solenoid驱动块。此外，为防止蝶阀关闭过程中仍发油泵启动指令，可以设计一个油泵连锁投入按钮，当连锁投入时，油泵接受自启停指令，连锁退出时，可以由运行人员手动操作或接受顺控指令。同时，油泵接触器需要有一个辅助节点能够送一个油泵运行反馈信号至DCS。液压油泵逻辑如下：
1）A ON指令：“连锁投入&循泵运行&无100%开度&有90%开度”或“顺控指令”
2）A OFF指令：“100%开度”或“顺控指令”
3）P OFF指令：“油压高”或“循泵停运”脉冲
液压油泵连锁按钮逻辑如下：
1）A OFF指令：循泵停運
3.2 卸载电磁阀控制回路
卸载电磁阀带电时将卸油回路关闭，蝶阀可以开启；卸载电磁阀失电时卸油回路打开，蝶阀失去液压油，靠重锤的作用使蝶阀关闭。经过分析，可以有以下三种方案供选择：
方案一：就地使用继电器的NO节点控制电磁阀，DCS只控制一个开指令（长指令）。此种方案简单，但隐患是当出现信号中断时（循环水远程站通讯故障、双侧CPU死机等），可能出现的蝶阀关闭但循泵不跳闸问题。
方案二：就地使用继电器的NC节点控制电磁阀，DCS只控制一个关指令（长指令）。此种方案较方案1复杂，安全性有所提高，但同样也存在隐患。蝶阀关闭时继电器需长期带电，如控制回路有断线或检修人员误碰等问题则电磁阀能恢复带电，此时如果系统有油压则蝶阀可能开启。如将控制回路彻底断电则该循泵又不能作为备用。
方案三：就地使用带电、失电两个继电器，DCS控制带电、失电两个指令，并搭接一个带电自保持回路。此种方案能够确保回路安全和可靠，但回路搭接比较复杂，必须使用三个继电器才能完成（另两种方案只需一个继电器）。同时可要求DCS的开、关指令必须为短指令。（见图1）
经分析方案三最为可靠，仅控制DCS的短指令，当发生DCS死机等情况时，液控蝶阀通过自保持回路仍能保持蝶阀开、关位置，保证循泵的正常出力。
3.3 就地与远方控制回路
经过分析，除部分必要就地设备外，其他设备全部实现远方控制。蝶阀就地控制回路保留的设备有：
1）控制柜面板上的蝶阀阀位反馈表。
2）液压油泵电源监视。
3）卸载电磁阀电源监视。
4）0%、20%、50%、90%、100%行程开关指示灯。
3.4 顺序控制回路
由于循泵是需要实现启停顺序控制的，因此可将顺控回路修改如下：
启动顺控：启动开始→卸载电磁阀带电→液压油泵启动→开度20%→循泵启动→开度100%→液压油泵停止→启动结束
停止顺控：停止开始→液压油泵停止→卸载电磁阀失电→开度20%→循泵停止→开度0→停止结束
3.5 DCS与PLC通讯方式的选择
由于沧东一期循环水控制系统是以远程控制站（S7-400系列PLC）方式接入DCS，因此DCS和远程控制站之间的通讯也是必须要考虑的问题。
油泵的控制使用SLC功能块需单独做一个DO通讯输出至PLC，此种方案较简单，同时画面需做一个单独的油泵运行显示信号。
电磁阀的设计同样可以使用motor/solenoid驱动块或SLC功能块。由于电磁阀没有反馈信号，使用motor/solenoid驱动块意义不大，因此使用SLC功能块，在逻辑做完后进行通讯传动试验。 3.6 增加油压变送器
油压改用压力变送器测量方式，油压高、低开关在运行中多次出现报警。其连接接头为非标准件，不能在线拆卸。将压力开关改为变送器测量，有如下优点：
1）变送器远离潮湿环境，长期运行不会造成元件本身性能退化；
2）变送器维护简单方便，定值调整很容易；
3）变送器价格较低。变送器送DCS显示后，油压高、低两个开关可以通过将模拟量截限值的方式实现，原油压高、低开关因此可以取消。
3.7 就地接线箱控制回路
就地控制箱重新布置，搭设控制回路，尽可能的简化接线数量，每个信号控制单独的继电器，并且保留了紧急关阀功能，将24V回路从控制箱进口分为电磁阀动力回路、电磁阀控制回路、面板指示燈回路，保证电磁阀回路的可靠性，
4 总结
改造后的液压蝶阀有以下几个优点：
1）取消就地PLC，将所有控制逻辑在DCS系统中实现，方便了逻辑修改、故障原因分析，消除了由于PLC故障造成蝶阀故障的隐患。
2）重新设计精简了就地控制回路接线，并将24V动力、控制电源分开，最大程度的避免了因接线腐蚀、松动造成电磁阀失电蝶阀故障的可能。
3）增加了就地阀位指示数显表及油泵电源、控制电源的失电报警功能，便于运行人员远方就地监视。
4）取消了油泵压力高、低两台压力开关，增加了一台压力变送器，运行人员可实时监视油泵压力，同时取样接头改为不锈钢接头压垫密封方式，防止因长期腐蚀造成元件漏油，变送器方便校验及定值修改。
5）电磁阀控制回路设计了自保持，DCS开、关阀指令用短指令控制，这样即使DCS系统CPU死机或故障，也可避免蝶阀误动作。
6）画面增加蝶阀油泵联锁按钮，运行人员可根据实际要求选择油泵根据就地蝶阀开度自动启停或者手动启停油泵。
通过改造液压蝶阀的隐患从根本上得到了治理，使循环水系统运行的可靠性大大提高，有效的保障了机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]《贵溪发电公司循环水泵出口液控蝶阀控制系统改进》王永新 中国高新技术企业 2008
[2]《提高循环水泵系统可靠性的策略》刘爱民 华北电力技术 2007
作者简介：
[1]安琪（1981.10—），男，2004年毕业于华北电力大学计算机科学与技术专业，本科，学士学位。神华河北国华沧东发电有限责任公司，维护部，热工专业主任工助理。
[关键词]PLC DCS 蝶阀
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0011-01
1 引言
沧东电厂一期循环水泵出口液控蝶阀采用爱合德ERHARD重锤蓄能式液控执行器，蝶阀在得电情况下正常工作，失电的情况下靠重锤关闭。其控制方式采用就地设立PLC控制箱，可以现实远程和就地操作。蝶阀采用西门子S7-200系列PLC控制，程序由厂家编写，不提供原程序及逻辑，且内部布线复杂。若PLC的硬件出现故障时，基本无法解决，严重影响机组的安全稳定运行。
2 故障情况
自机组投产以来，由于蝶阀工作异常导致关闭进而导致循泵跳闸的现象已经发生多次，有些是因为电源回路设计问题，有些是因为控制回路的接线问题，有些是因为电气、电子设备的寿命问题及环境问题。循泵蝶阀逻辑存在不足，多次出现过出口蝶阀没有正常开启后，开阀指令无法清除，启动步序停止进行的故障。PLC无事件记忆功能，蝶阀发生故障时，查找故障原因非常困难。另外蝶阀油压监视、保护通过油压高、油压低两个压力开关实现，由于循泵坑环境潮湿腐蚀严重，无法拆卸校验确定动作值的准确性。
运行过程中曾出现的典型故障，均直接影响到机组的稳定运行的问题有：
1、继电器接线松动。
2、蓄电池故障。
3、电缆内接线腐蚀故障短接。
4、蝶阀启动过程中未打开指令无法复位。
5、电磁阀无法励磁。
为了保证液控蝶阀的可靠性，研究决定取消就地PLC及其附属电子器件，优化逻辑控制并做到DCS系统中，就地搭设可自保持的继电器回路，将控制回路与电磁阀动力回路分开，精简就地接线箱内部配线，大大提高了液控蝶阀的可靠性。
3 改造方案
3.1 液压油泵控制回路
液压油泵只有一个启动指令信号，无启动指令则停止。就地应使用继电器控制接触器的方法。DCS上液压油泵使用motor/solenoid驱动块。此外，为防止蝶阀关闭过程中仍发油泵启动指令，可以设计一个油泵连锁投入按钮，当连锁投入时，油泵接受自启停指令，连锁退出时，可以由运行人员手动操作或接受顺控指令。同时，油泵接触器需要有一个辅助节点能够送一个油泵运行反馈信号至DCS。液压油泵逻辑如下：
1）A ON指令：“连锁投入&循泵运行&无100%开度&有90%开度”或“顺控指令”
2）A OFF指令：“100%开度”或“顺控指令”
3）P OFF指令：“油压高”或“循泵停运”脉冲
液压油泵连锁按钮逻辑如下：
1）A OFF指令：循泵停運
3.2 卸载电磁阀控制回路
卸载电磁阀带电时将卸油回路关闭，蝶阀可以开启；卸载电磁阀失电时卸油回路打开，蝶阀失去液压油，靠重锤的作用使蝶阀关闭。经过分析，可以有以下三种方案供选择：
方案一：就地使用继电器的NO节点控制电磁阀，DCS只控制一个开指令（长指令）。此种方案简单，但隐患是当出现信号中断时（循环水远程站通讯故障、双侧CPU死机等），可能出现的蝶阀关闭但循泵不跳闸问题。
方案二：就地使用继电器的NC节点控制电磁阀，DCS只控制一个关指令（长指令）。此种方案较方案1复杂，安全性有所提高，但同样也存在隐患。蝶阀关闭时继电器需长期带电，如控制回路有断线或检修人员误碰等问题则电磁阀能恢复带电，此时如果系统有油压则蝶阀可能开启。如将控制回路彻底断电则该循泵又不能作为备用。
方案三：就地使用带电、失电两个继电器，DCS控制带电、失电两个指令，并搭接一个带电自保持回路。此种方案能够确保回路安全和可靠，但回路搭接比较复杂，必须使用三个继电器才能完成（另两种方案只需一个继电器）。同时可要求DCS的开、关指令必须为短指令。（见图1）
经分析方案三最为可靠，仅控制DCS的短指令，当发生DCS死机等情况时，液控蝶阀通过自保持回路仍能保持蝶阀开、关位置，保证循泵的正常出力。
3.3 就地与远方控制回路
经过分析，除部分必要就地设备外，其他设备全部实现远方控制。蝶阀就地控制回路保留的设备有：
1）控制柜面板上的蝶阀阀位反馈表。
2）液压油泵电源监视。
3）卸载电磁阀电源监视。
4）0%、20%、50%、90%、100%行程开关指示灯。
3.4 顺序控制回路
由于循泵是需要实现启停顺序控制的，因此可将顺控回路修改如下：
启动顺控：启动开始→卸载电磁阀带电→液压油泵启动→开度20%→循泵启动→开度100%→液压油泵停止→启动结束
停止顺控：停止开始→液压油泵停止→卸载电磁阀失电→开度20%→循泵停止→开度0→停止结束
3.5 DCS与PLC通讯方式的选择
由于沧东一期循环水控制系统是以远程控制站（S7-400系列PLC）方式接入DCS，因此DCS和远程控制站之间的通讯也是必须要考虑的问题。
油泵的控制使用SLC功能块需单独做一个DO通讯输出至PLC，此种方案较简单，同时画面需做一个单独的油泵运行显示信号。
电磁阀的设计同样可以使用motor/solenoid驱动块或SLC功能块。由于电磁阀没有反馈信号，使用motor/solenoid驱动块意义不大，因此使用SLC功能块，在逻辑做完后进行通讯传动试验。 3.6 增加油压变送器
油压改用压力变送器测量方式，油压高、低开关在运行中多次出现报警。其连接接头为非标准件，不能在线拆卸。将压力开关改为变送器测量，有如下优点：
1）变送器远离潮湿环境，长期运行不会造成元件本身性能退化；
2）变送器维护简单方便，定值调整很容易；
3）变送器价格较低。变送器送DCS显示后，油压高、低两个开关可以通过将模拟量截限值的方式实现，原油压高、低开关因此可以取消。
3.7 就地接线箱控制回路
就地控制箱重新布置，搭设控制回路，尽可能的简化接线数量，每个信号控制单独的继电器，并且保留了紧急关阀功能，将24V回路从控制箱进口分为电磁阀动力回路、电磁阀控制回路、面板指示燈回路，保证电磁阀回路的可靠性，
4 总结
改造后的液压蝶阀有以下几个优点：
1）取消就地PLC，将所有控制逻辑在DCS系统中实现，方便了逻辑修改、故障原因分析，消除了由于PLC故障造成蝶阀故障的隐患。
2）重新设计精简了就地控制回路接线，并将24V动力、控制电源分开，最大程度的避免了因接线腐蚀、松动造成电磁阀失电蝶阀故障的可能。
3）增加了就地阀位指示数显表及油泵电源、控制电源的失电报警功能，便于运行人员远方就地监视。
4）取消了油泵压力高、低两台压力开关，增加了一台压力变送器，运行人员可实时监视油泵压力，同时取样接头改为不锈钢接头压垫密封方式，防止因长期腐蚀造成元件漏油，变送器方便校验及定值修改。
5）电磁阀控制回路设计了自保持，DCS开、关阀指令用短指令控制，这样即使DCS系统CPU死机或故障，也可避免蝶阀误动作。
6）画面增加蝶阀油泵联锁按钮，运行人员可根据实际要求选择油泵根据就地蝶阀开度自动启停或者手动启停油泵。
通过改造液压蝶阀的隐患从根本上得到了治理，使循环水系统运行的可靠性大大提高，有效的保障了机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]《贵溪发电公司循环水泵出口液控蝶阀控制系统改进》王永新 中国高新技术企业 2008
[2]《提高循环水泵系统可靠性的策略》刘爱民 华北电力技术 2007
作者简介：
[1]安琪（1981.10—），男，2004年毕业于华北电力大学计算机科学与技术专业，本科，学士学位。神华河北国华沧东发电有限责任公司，维护部，热工专业主任工助理。