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                              電動煙道蝶閥通過PLC控制

                               上海申弘閥門有限公司

之前介紹活塞式減壓閥在自動化應(yīng)用，現(xiàn)在介紹電動煙道蝶閥通過PLC控制簡要闡述了利用PLC開關(guān)量輸出控制離心式鍋爐引風(fēng)機(jī)蝶閥電動執(zhí)行器的開啟方法，并優(yōu)化了控制精度，煙道蝶閥是一種非密閉型蝶閥。電動煙道蝶閥應(yīng)用于化工、建材、電站、玻璃等行業(yè)中的通風(fēng)、環(huán)保工程的含塵冷風(fēng)或熱風(fēng)氣體管道中，作為氣體介質(zhì)調(diào)節(jié)流量或切斷的管道控制裝置。本類閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。很好地解決了實(shí)際問題，提高了自動化程度。 
關(guān)鍵詞：PLC;凈化煙道蝶閥;電動執(zhí)行器;控制;

0電動煙道蝶閥通過PLC控制引言

離心式鍋爐引風(fēng)機(jī)是電解廠凈化車間的關(guān)鍵設(shè)備。主要承擔(dān)電解車間廠房的煙氣凈化。電解車間煙氣凈化風(fēng)量的大小是由引風(fēng)機(jī)煙道蝶閥的開啟度來控制的，煙道蝶閥的調(diào)整值過大會使能源浪費(fèi)，調(diào)整值長期過大會將電解槽的高溫?zé)煔鈳氪鼮V室內(nèi)，燒壞布袋，影響凈化效果;煙道蝶閥的調(diào)整值過小影響到電解車間的凈化效果，凈化效果的好壞直接影響電解生產(chǎn)工人的身體健康。因此，要求系統(tǒng)運(yùn)行過程中，必須保證引風(fēng)機(jī)煙道蝶閥動作靈敏、準(zhǔn)確，嚴(yán)禁出現(xiàn)風(fēng)門關(guān)死或開得過大。電動煙道蝶閥是一種結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)節(jié)閥，同時(shí)也可用于低壓管道介質(zhì)的開關(guān)控制。 

電動煙道蝶閥特點(diǎn)：

1.設(shè)計(jì)新穎、合理、結(jié)構(gòu)*，重量輕，啟閉迅速。
2.力矩小，操作方便，省力靈巧。
3.采用適應(yīng)的材料以滿足低、中、高不同介質(zhì)溫度其及腐蝕性介質(zhì)等

電動通風(fēng)蝶閥參數(shù)說明：

型號：D941W-1C
公稱通徑：DN50-DN2000（mm）
材質(zhì)：鑄鋼、不銹鋼 
連接形式：法蘭 結(jié)
構(gòu)形式：垂直板式
適用介質(zhì)：空氣 
壓力環(huán)境：可定做 
工作溫度：高溫
標(biāo)準(zhǔn)：國標(biāo) 
流動方向：雙向 驅(qū)
動方式：電動
類型(通道位置)：直通式
適用介質(zhì)：水泥、粉塵、廢渣等顆粒介質(zhì)
電動方式：電動開關(guān)型、電動調(diào)節(jié)型
功能用途：開關(guān)切斷、比例調(diào)節(jié)、緊急切斷、緊急開啟

1存車的問題

我廠凈化車間離心式鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙道蝶閥的開啟均采用Dl(J型電動執(zhí)行器。電動蝶閥其控制電路存在的問題：(1)產(chǎn)品規(guī)格品種較單一，且只有一種位移速度，不能滿足一些復(fù)雜系統(tǒng)的要求;(2)制動器容易磨損，電容擊穿問題也較大，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)為10000h左右;(3)沒有力矩保護(hù)和行程開關(guān)，雖然電動機(jī)能堵轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)矩(或力矩)一直施加在閥門或生產(chǎn)設(shè)備上，使閥門或生產(chǎn)設(shè)備容易受損而減少使用壽命、增加維修費(fèi)用，嚴(yán)重地影響電解車間正常生產(chǎn);(4)在機(jī)械上不能自鎖，增加了對制動器的可靠性要求等問題。在此介紹PLC開關(guān)量輸出控制電動執(zhí)行器的方法，可有效地解決傳統(tǒng)控制方式存在的問題。

電動水冷式高溫?zé)煹赖y 參數(shù)

2 PLC診斷機(jī)電設(shè)備故障的基本原理

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥 雙關(guān)雙斷閥機(jī)電設(shè)備的故障信號有開關(guān)量和模擬量之分，PLC采用不同的方法對這兩種信號對應(yīng)的故障進(jìn)行診斷。

2.1 基于開關(guān)量信號的故障診斷

PLC對開關(guān)量信號的識別是通過其開關(guān)量輸入模塊完成的。

PLC控制機(jī)電設(shè)備時(shí)，設(shè)備中的壓力、溫度、液位、行程開關(guān)及操作按鈕等開關(guān)量傳感器與PLC的輸入端子相連，每個(gè)輸入端子在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個(gè)“位”，每個(gè)“位”在內(nèi)存中為一個(gè)地址。輸入“位”的工作原理，見圖l。

圖中IN為開關(guān)量輸人，COM為信號公共端。IN為ON時(shí)，光敏三級管飽和導(dǎo)通，否則截止。故PLC的內(nèi)部電路可以“感知”開關(guān)信號的有無。讀取PLC輸入位的狀態(tài)值可作為識別開關(guān)量故障信號的根據(jù)。診斷開關(guān)量故障的過程，實(shí)質(zhì)就是將PLC正常的輸人位狀態(tài)值與相應(yīng)的輸入位的實(shí)際狀態(tài)值相比較的過程。如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明機(jī)電設(shè)備處于正常工況，不一致則表明對應(yīng)輸入位的設(shè)備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于開關(guān)量信號故障的基本原理。

這種診斷方法，故障定位準(zhǔn)確，可進(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷。通過PLC的梯形圖編程，還可將故障診斷融入過程控制，達(dá)到保護(hù)機(jī)電設(shè)備的目的。

2.2基于模擬量信號的故障診斷

PLC對模擬量信號的識別是通過PLC的模擬量輸入輸出模塊來完成的。模擬量輸入輸出模塊采用A/D轉(zhuǎn)換原理，輸入端接收來自傳感器或信號發(fā)生器的模擬信號，輸出端輸出的模擬信號作用于PLC的控制對象。

PLC診斷模擬量故障的過程，實(shí)質(zhì)就是將在相應(yīng)A/D通道讀到的監(jiān)測信號的模擬量的實(shí)際值與系統(tǒng)允許的極限值相比較的過程。如果比較的結(jié)果是實(shí)際值遠(yuǎn)離極限值，則表明機(jī)電設(shè)備對應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，如果實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設(shè)定開關(guān)可設(shè)置該極限值。當(dāng)模擬量的實(shí)際值達(dá)到模擬量設(shè)定開關(guān)的設(shè)定值，PLC還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動開關(guān)量模塊上的輸出位，或者從PLC的通訊口主動發(fā)起通訊，從而輸出故障診斷的結(jié)果，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的控制。

2.3基于中斷方式的故障診斷

PLC的中斷方式有l(wèi)

(1)輸入中斷——開關(guān)量模塊的輸入位由OFF變?yōu)镺N時(shí)，由PLC的CPU執(zhí)行的中斷;

(2)間隔定時(shí)器中斷一由一定精度的間隔定時(shí)器啟動執(zhí)行的中斷;

(3)高速計(jì)數(shù)器中斷——根據(jù)PLC內(nèi)裝的高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值執(zhí)行的中斷。

其中，輸入中斷特別適合于機(jī)電設(shè)備的故障診斷。它對應(yīng)于工業(yè)計(jì)算機(jī)的硬中斷，屬于外部中斷，但PLC的輸人中斷可用PLC的外部指令來屏蔽。

將機(jī)電設(shè)備的故障信號作為PLC的輸入中斷源，一旦出現(xiàn)故障信號，CPU立即響應(yīng)，停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到中斷子程序中去，即可方便地對故障進(jìn)行處理。它與直接利用PLC的內(nèi)部邏輯完成故障診斷的不同之處在于：采用輸入中斷處理故障時(shí)，可停止PLC主程序的執(zhí)行過程，而直接利用PLC的輸入和內(nèi)部邏輯處理故障時(shí)，PLC的主程序仍處于運(yùn)行狀態(tài)。因此，要根據(jù)故障對機(jī)電設(shè)備的影響程度選擇合適的故障診斷方式。PLC的輸人中斷方式對后果嚴(yán)重的突發(fā)故障的處理特別有用。

PLC的開關(guān)量輸入模塊可用作為開關(guān)量故障信號的輸入裝置，模擬量輸入模塊可用作為模擬量故障信號的輸入裝置。這兩種模塊均能方便地實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的在線監(jiān)測。

PLC的輸出模塊可直接驅(qū)動故障診斷系統(tǒng)的輸出模塊。其中，輸出端子可用來控制聲光報(bào)警裝置和受控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行過程，顯示屏可作為人機(jī)界面使用。

3 PLC控制執(zhí)行器原理

PLC控制執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)正反向動作，是通過改變執(zhí)行器電機(jī)所外加電源相序決定的?？刂茍?zhí)行器電機(jī)的是開關(guān)信號，故直接由PLC對電動機(jī)執(zhí)行器進(jìn)行控制。利用開關(guān)量輸出和執(zhí)行器的位置反饋信號配合編程即可實(shí)現(xiàn)對電動執(zhí)行器的控制，通過軟件編程方便地改變執(zhí)行器的動作方式，滿足工藝和控制的要求，見圖2。

4現(xiàn)場應(yīng)用

電動煙霧通風(fēng)蝶閥安裝說明：

1. 電動煙道蝶閥安裝位置、高度、進(jìn)出口方向必須符合設(shè)計(jì)要求，注意介質(zhì)流動的方向應(yīng)與閥體所標(biāo)箭頭方向一致，連接應(yīng)牢固緊密。
2. 電動煙道蝶閥安裝前必須進(jìn)行外觀檢查，閥門的銘牌應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用閥門標(biāo)志》GB 12220的規(guī)定。對于工作壓力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切斷作用的閥門，安裝前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性能試驗(yàn)，合格后方準(zhǔn)使用。強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.5倍，持續(xù)時(shí)間不少于5min，閥門殼體、填料應(yīng)無滲漏為合格。嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱壓力的1.1倍；試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間符合GB 50243要求

性能指標(biāo)：

電動通風(fēng)蝶閥外形及連接尺寸：

電動執(zhí)行器及電動蝶閥布置見圖3，每個(gè)系統(tǒng)有兩套凈化系統(tǒng)，電動執(zhí)行器直接擔(dān)負(fù)凈化風(fēng)機(jī)蝶閥控制，其動作命令*由PLC程序來完成，其開度大小*由壓力傳感器檢測并由PLC進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

控制1臺執(zhí)行器，需占用PLCl個(gè)模擬量輸入通道用于采集執(zhí)行器位置反饋信號，2個(gè)開關(guān)量輸出通道用于輸出控制執(zhí)行器電動正反轉(zhuǎn)信號。

(1)輸入執(zhí)行器位置反饋信號利用原執(zhí)行器與伺服放大器配套使用的反饋模塊;0-10mA、4～20n認(rèn)輸出均可，用PLC模擬量輸入通道應(yīng)根據(jù)信號類型調(diào)整計(jì)算機(jī)模板中的跳線，考慮到位置反饋信號作為調(diào)節(jié)執(zhí)行器動作的依據(jù)，應(yīng)在輸入通道初始化時(shí)，盡量縮短采樣周期和死區(qū)范圍，提高控制精度。 

(2)輸出開關(guān)量輸出通道zui大允許通過電流為2A，考慮到現(xiàn)場實(shí)際情況，風(fēng)門機(jī)械故障較多，容易卡死，造成執(zhí)行器堵轉(zhuǎn)，電機(jī)電流過大，不能用PLC的開關(guān)量輸出直接控制執(zhí)行器電機(jī)，在執(zhí)行器和開關(guān)量輸出通道之間加裝了2個(gè)接觸器，開關(guān)量輸出只驅(qū)動接觸器，電流很小，與外界隔離，不易損壞，而接觸器觸點(diǎn)容量大，性能可靠，起到了“放大”和“隔離”的作用。

(3)開關(guān)量輸出模擬的公共端接電源的火線，開關(guān)量輸出接觸器線圈的一端，線圈的另一端接電源的零線，接觸器觸點(diǎn)的一端接電源的火線和零線，觸點(diǎn)的另一端接執(zhí)行器的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)接線端子。當(dāng)控制執(zhí)行器動作的命令發(fā)出后，相應(yīng)的開關(guān)輸出通道與公共端接通，輸出220V AC。執(zhí)行器執(zhí)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

(4)執(zhí)行器控制程序包括3部分，程序框圖見圖4。

①信號采樣：根據(jù)執(zhí)行器位置反饋信號類型設(shè)置相應(yīng)通道類型，初始化通道設(shè)置采樣方式、采樣時(shí)間、信號存放地址。

②信號處理及輸出：根據(jù)位置反饋信號和位置給定值的偏差，控制執(zhí)行器的正反轉(zhuǎn)。由于執(zhí)行器電機(jī)動作的慣性和測量的滯后，控制程序中設(shè)置死區(qū)范圍，以防止執(zhí)行器動作頻繁甚至產(chǎn)生振蕩。當(dāng)位置反饋小于給定值偏差大于設(shè)定的死區(qū)范圍，控制執(zhí)行器正轉(zhuǎn)的開關(guān)量輸出通道接通輸出220V AC，接觸器正轉(zhuǎn)，隨著執(zhí)行器的運(yùn)動，位置反饋信號逐漸增大;當(dāng)偏差小于設(shè)定的死區(qū)值時(shí)，停止送電，而執(zhí)行器的電機(jī)由于慣性和測量的滯后，偏差還會進(jìn)一步縮小，反之亦然。

③特殊情況處理：程序設(shè)置手動、自動兩種方式，程序自動判斷位置反饋信號是否正確，位置反饋故障一般有兩種情況：(a)反饋模塊損壞、信號線路故障，表現(xiàn)為反饋信號顯示zui大、zui小;(b)執(zhí)行器外帶風(fēng)門卡死，造成執(zhí)行器電機(jī)堵轉(zhuǎn)。出現(xiàn)問題，報(bào)警，判斷當(dāng)前操作方式，如果為自動方式，自動切換為手動方式，執(zhí)行器停留在當(dāng)前位置，可防止執(zhí)行器誤動作。手動方式由人工控制器的開關(guān)與反饋無關(guān)，切換為手動方式后，應(yīng)及時(shí)處理故障。

5效果分析

(1)該方法接線簡單、中間環(huán)節(jié)少、故障率低、運(yùn)行安全可靠，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

(2)維護(hù)簡單、方便。

(3)由于采用PLC程序控制，可靈活改變輸出控制特性，適應(yīng)離心鍋爐引風(fēng)機(jī)特性的變化，提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。與本文相關(guān)的論文：電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開關(guān)量控制