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機蝶閥電動執(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。電動煙道蝶閥應用于化工、建材、電站、玻璃等行業(yè)中的通風、環(huán)保工程的含塵冷風或熱風氣體管道中，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當水平安裝。很好地解決了實際問題，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

離心式鍋爐引風機是電解廠凈化車間的關(guān)鍵設備。主要承擔電解車間廠房的煙氣凈化。電解車間煙氣凈化風量的大小是由引風機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，調(diào)整值長期過大會將電解槽的高溫煙氣帶入袋濾室內(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)運行過程中，必須保證引風機煙道蝶閥動作靈敏、準確，嚴禁出現(xiàn)風門關(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：

1.設計新穎、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
標準：國標 
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機進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，平均故障間隔時間(MTBF)為10000h左右;(3)沒有力矩保護和行程開關(guān)，雖然電動機能堵轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)矩(或力矩)一直施加在閥門或生產(chǎn)設備上，使閥門或生產(chǎn)設備容易受損而減少使用壽命、增加維修費用，嚴重地影響電解車間正常生產(chǎn);(4)在機械上不能自鎖，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。

電動水冷式高溫煙道蝶閥 參數(shù)

2 PLC診斷機電設備故障的基本原理

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)雙斷閥機電設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的故障進行診斷。

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控制機電設備時，設備中的壓力、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，每個輸入端子在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個“位”，每個“位”在內(nèi)存中為一個地址。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，光敏三級管飽和導通，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，實質(zhì)就是將PLC正常的輸人位狀態(tài)值與相應的輸入位的實際狀態(tài)值相比較的過程。如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明機電設備處于正常工況，不一致則表明對應輸入位的設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，故障定位準確，可進行實時在線診斷。通過PLC的梯形圖編程，還可將故障診斷融入過程控制，達到保護機電設備的目的。

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，實質(zhì)就是將在相應A/D通道讀到的監(jiān)測信號的模擬量的實際值與系統(tǒng)允許的極限值相比較的過程。如果比較的結(jié)果是實際值遠離極限值，則表明機電設備對應的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，如果實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實際系統(tǒng)相應的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設定開關(guān)可設置該極限值。當模擬量的實際值達到模擬量設定開關(guān)的設定值，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)此實現(xiàn)對機電設備的控制。

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，由PLC的CPU執(zhí)行的中斷;

(2)間隔定時器中斷一由一定精度的間隔定時器啟動執(zhí)行的中斷;

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

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

將機電設備的故障信號作為PLC的輸入中斷源，一旦出現(xiàn)故障信號，CPU立即響應，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，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，PLC的主程序仍處于運行狀態(tài)。因此，要根據(jù)故障對機電設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現(xiàn)對設備的在線監(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警裝置和受控機電設備的運行過程，顯示屏可作為人機界面使用。

3 PLC控制執(zhí)行器原理

PLC控制執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)正反向動作，是通過改變執(zhí)行器電機所外加電源相序決定的。控制執(zhí)行器電機的是開關(guān)信號，故直接由PLC對電動機執(zhí)行器進行控制。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)場應用

電動煙霧通風蝶閥安裝說明：

1. 電動煙道蝶閥安裝位置、高度、進出口方向必須符合設計要求，注意介質(zhì)流動的方向應與閥體所標箭頭方向一致，連接應牢固緊密。
2. 電動煙道蝶閥安裝前必須進行外觀檢查，閥門的銘牌應符合現(xiàn)行國家標準《通用閥門標志》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，安裝前應進行強度和嚴密性能試驗，合格后方準使用。強度試驗時，試驗壓力為公稱壓力的1.5倍，持續(xù)時間不少于5min，閥門殼體、填料應無滲漏為合格。嚴密性試驗時，試驗壓力為公稱壓力的1.1倍；試驗持續(xù)的時間符合GB 50243要求

性能指標：

電動通風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，每個系統(tǒng)有兩套凈化系統(tǒng)，電動執(zhí)行器直接擔負凈化風機蝶閥控制，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進行調(diào)節(jié)控制。

控制1臺執(zhí)行器，需占用PLCl個模擬量輸入通道用于采集執(zhí)行器位置反饋信號，2個開關(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認輸出均可，用PLC模擬量輸入通道應根據(jù)信號類型調(diào)整計算機模板中的跳線，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)，應在輸入通道初始化時，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)場實際情況，風門機械故障較多，容易卡死，造成執(zhí)行器堵轉(zhuǎn)，電機電流過大，不能用PLC的開關(guān)量輸出直接控制執(zhí)行器電機，在執(zhí)行器和開關(guān)量輸出通道之間加裝了2個接觸器，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，接觸器觸點的一端接電源的火線和零線，觸點的另一端接執(zhí)行器的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)接線端子。當控制執(zhí)行器動作的命令發(fā)出后，相應的開關(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置相應通道類型，初始化通道設置采樣方式、采樣時間、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)行器電機動作的慣性和測量的滯后，控制程序中設置死區(qū)范圍，以防止執(zhí)行器動作頻繁甚至產(chǎn)生振蕩。當位置反饋小于給定值偏差大于設定的死區(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)行器的運動，位置反饋信號逐漸增大;當偏差小于設定的死區(qū)值時，停止送電，而執(zhí)行器的電機由于慣性和測量的滯后，偏差還會進一步縮小，反之亦然。

③特殊情況處理：程序設置手動、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)行器外帶風門卡死，造成執(zhí)行器電機堵轉(zhuǎn)。出現(xiàn)問題，報警，判斷當前操作方式，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，應及時處理故障。

5效果分析

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

(2)維護簡單、方便。

(3)由于采用PLC程序控制，可靈活改變輸出控制特性，適應離心鍋爐引風機特性的變化，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