CN112049785B - 一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，是通过PLC控制器中的预置程序监控与m台除氧器对应的气动液位调节阀LVi的开度，并采用手/自动转换开关S1和安全联动控制电路控制n台软化水供给泵的启动或者停止，其中，n≥3，m≥2，i＝1，2，…，m；PLC控制器中的预置程序是指一个气动液位调节阀LVi的开度达到90％以上时，自动逐台启动软化水供给泵至每个LVi的开度均＜90％，所有气动液位调节阀LVi的开度均达到50％以下时，自动逐台停止软化水供给泵至其中一个LVi的开度＞50％。通过除氧器使用负荷，软化水供给泵根据流量需要，自动确定在线运行数量，节约能耗，延长了机泵的使用寿命。

Description

一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统
技术领域
本发明属于蒸汽锅炉系统技术领域，涉及一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统。
背景技术
在容器中，溶解于水中的气体量是与水面上气体的分压成正比。热力除氧是指利用蒸汽将锅炉给水加热到大气式热力除氧器压力(0.018MPa)下的饱和温度，这时水表面蒸汽压力接近于水面的全压力，溶解在水中的各种气体的分压力接近于零，给水不具备溶解气体的能力，溶解在水中的气体就会析出，从而达到除去氧气，保护热力设备及管道的目的。除氧器的主要作用是利用热力除氧的原理，保证给水的品质。若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，溶解氧对锅炉的腐蚀作用，缩短锅炉设备的使用寿命，直接威胁设备的安全运行。
目前的除氧器控制系统中，软化水供给泵的控制主要采用单台手动控制水泵起停方法，或多台泵均须处于在线备用状态下，方可实现自动控制。
当系统切换至自动运行时，现场起停控制按钮失效，软化水供给泵接收系统控制中心自动发出起停命令控制，多台软化水供给泵通常投入两台同时起动运行，供水量调节阀根据除氧器液位进行自动调节开度，实现闭环控制，当除氧器负荷较低时，系统仍同时运行两台软化水供给泵，造成能源浪费。而且，系统在自动运行时，若要对软化水供给泵进行故障检修，则整个系统需要切换至手动控制，将对应供电设备断电后方能检修，影响设备安全操作，操作过程繁杂。
当系统切换至手动运行时，软化水供给泵现场起停控制操作按钮参与起停控制，操作人员需人工监视除氧器温度、压力、液位，实时调整相关参数，保证除氧器控制系统安全稳定运行。
因此，研究一种在自动运行状态的除氧器控制系统中，既可以实现自动调节软化水供给泵的运行数量，还可以解决检修时可以单独控制要检修的设备，而不需要改变整个系统的运行状态的方法，具有十分重要的的意义。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统；具体是：在多台软化水供给泵为除氧器供水的工艺系统中，通过对软化水供给泵二次回路进行改造，将现场操作按钮锁停位(STj带保持锁停位功能)串入现场启动与远程PLC控制器启动控制回路中，系统在手动或自动状态下现场操作按钮均能停机，及时为后续故障处理提供安全保障；本发明还优化人机界面，每台泵都设有“投入运行”和“屏蔽检修”选择开关，当对应机泵设备需要检修时，使切入“屏蔽检修”状态，控制系统仍能自动运行；通过预置程序实现供水量阀门开度调节，减少软化水供给泵在线运行数量，当软化水供给管线阀门开度较小时，说明供水压力充足，可适当降低主管道供水压力，系统自动停一台供给泵，实现节约能源、延长设备使用寿命的目的。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，通过PLC控制器中的预置程序监控与m台除氧器对应的气动液位调节阀LVi的开度，并采用手/自动转换开关S1和安全联动控制电路控制n台软化水供给泵的启动或者停止，其中，n≥3，m≥2，i＝1，2，…，m；
安全联动控制电路包括手/自动切换控制回路L0、每台软化水供给泵的控制回路Lj和主电路为Lj#，其中，j＝1，2，……，n；
手/自动切换控制回路L0主要包括：单相电源L7和N7、与单相电源N7连接的手/自动转换开关S1、与手/自动转换开关S1串联的中间继电器KA，用于实现对安全联动控制电路的手/自动切换功能；
软化水供给泵的控制回路Lj主要包括：与单相电源L7连接的常开按钮SQj，与常开按钮SQj依次串联的中间继电器KA的常开触点、常闭按钮STj、交流接触器KMj和热继电器FRj的常闭触点，热继电器FRj的常闭触点接入单相电源N7构成回路，其中，常开按钮SQj与交流接触器KMj的常开辅助触点并联，中间继电器KA常闭触点一端与PLC控制器对应输出端口Ij串联后也与常闭按钮STj连接，热继电器FRj的常开触点的一端与单相电源N7连接构成回路，L7连接热继电器FRj常开触点与中间继电器KAj串联，再接入单相电源N7构成回路；
软化水供给泵的主电路Lj#主要包括：含主断路器QK1(低压断路器)的三相电供电母线、与母线连接的低压断路器QFj，与低压断路器QFj依次串联的交流接触器KMj的主触点、热继电器FRj和电机Mj；
第j台软化水供给泵的启动按钮和停止按钮分别为常开按钮SQj和常闭按钮STj；
PLC控制器中的预置程序是指一个气动液位调节阀LVi的开度＞90％时，自动逐台启动软化水供给泵至每个LVi的开度均＜90％，所有气动液位调节阀LVi的开度均＜50％时，自动逐台停止软化水供给泵至其中一个LVi的开度＞50％。
通过得电的KA触点接通手动启动按钮SQj并断开PLC输出端口实现手动控制，或通过失电的KA触点断开手动启动按钮SQj并接通PLC输出端口实现自动控制；然后通过控制回路Lj控制对应主电路Lj#中交流接触器KMj的通断，实现j#进水泵电机的起停控制。
作为优选的技术方案如下：
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，n台软化水供给泵由同一出水管引出至m个分支管线，m个分支管线分别与m台除氧器连接；每台除氧器由蒸汽供给管提供蒸汽调节温度，并安装蒸汽阀门。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，PLC控制器还控制蒸汽阀门的开度(即图1中的TV01、TV02)。PLC控制器通过读取m台除氧器的压力和温度，并串级控制调节蒸汽阀门的开度，形成扰动量闭环控制回路。PLC程序有可调用的PID调节功能块程序。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，所述逐台启动是指PLC控制器输出端口Ij依次输出高电平(与该输出端口连接的控制回路Lj所控制的接触器KMj接通，即对应的泵启动)，逐台停止是指PLC控制器输出端口Ij依次输出低电平(与该输出端口连接的控制回路Lj所控制的接触器KMj断电，即对应的泵停止)。自动状态时，高电平时接触器KMn通，低电平接触器KMn断。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，交流接触器KMj的常开辅助触点、中间继电器KAj的常开辅助触点和手/自动转换开关S1分别与PLC控制器的输入端口独立连接。起到将电机运行的状态信号传递给PLC的作用。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，PLC控制器中对n台软化水供给泵均独立设置投入运行按钮和屏蔽检修按钮，并可以通过人机界面控制，具体为屏幕虚拟按钮(即投入运行按钮和屏蔽检修按钮)与PLC直接通讯，PLC内部中间寄存器参与控制。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，第i台除氧器上分别装有液位变送器LTi、温度变送器TEi、压力变送器PTi。m台除氧器分别由各自的出水管引至除氧水供水泵组。
如上所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，所述液位变送器LTi、温度变送器TEi、压力变送器PTi与PLC控制器的输入端口连接。
本发明的发明构思为：
在自动运行状态下，现有技术是多台泵处于在线备用状态、负荷较低时仍有多台泵运行，会产生能源浪费问题；本申请通过接入PLC控制系统，并根据阀门开度来调节泵的启动和停止的运行数量；且在自动运行状态下，若检修其中一台设备时，现有技术需要将系统切换至手动，且人工监控负荷，会产生操作复杂和操作安全性的问题；本申请通过在每个泵的控制电路中单独接入停止按钮，并将该按钮接在电机启动控制电路的手/自动公共端，提高了安全性，人机界面上设置泵运行状态虚拟按钮，参与PLC程序控制。
有益效果
(1)本发明的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，通过二次回路线路改造，将现场电机操作按钮停止串入手动与自动启动信号回路中，操作人员可根据情况现场停止供给泵电机；
(2)本发明的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，在人机界面上增加软化水供给泵状态选择按钮“投入运行”和“屏蔽检修”，通过优化程序使系统在检修机泵状态下仍可自动运行；
(3)本发明的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，通过除氧器使用负荷，软化水供给泵根据流量需要，自动确定在线运行数量，节约能耗，延长了机泵的使用寿命。
附图说明
图1为除氧器软化水供水泵的工艺流程图；
图2为除氧器软化水供水泵的主电路图；
图3为除氧器软化水供水泵的控制电路图；
图4为除氧器软化水供水泵的控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，包括3台软化水供给泵(P01、P02和P03)、2台除氧器；3台软化水供给泵由同一软化水供水主管线供水，且由同一出水管线引出至2个分支管线将其与2台除氧器连接，2台除氧器进水管上分别装有气动液位调节阀(即LV01和LV02)，2台除氧器由蒸汽供给管提供蒸汽调节温度，每个除氧器的蒸汽供给管上安装装有压力和温度控制蒸汽阀门(即图1中的TV01、TV02)，2台除氧器上还分别安装液位变送器(即LT01和LT02)、温度变送器(即TE01和TE02)和压力变送器(即PT02和PT02)；2台除氧器的出水管在锅炉补水泵之前汇合实现共同供水，该工艺流程图如图1所示；通过PLC控制器中的预置程序监控与2台除氧器对应的气动液位调节阀LVi的开度，并采用手/自动转换开关S1和安全联动控制电路控制3台软化水供给泵的启动或者停止，其中，i＝1，2；
安全联动控制电路包括手/自动切换控制回路L0、每台软化水供给泵的控制回路Lj和主电路为Lj#，其中，j＝1，2，3；
第1台软化水供给泵(即1#进水泵)的主电路L1#包括串联的电机M1、低压断路器QF1、交流接触器KM1的主触点和热继电器FR1；第2台软化水供给泵(即2#进水泵)的主电路L2#包括串联的电机M2、低压断路器QF2、交流接触器KM2的主触点和热继电器FR2；第3台软化水供给泵(即3#进水泵)的主电路L3#包括串联的电机M3、低压断路器QF3、交流接触器KM3的主触点和热继电器FR3；主电路L1#、L2#和L3#分别将3台软化水供给泵与由接入主断路器QK1(低压断路器)的三相电供电母线连接；3台软化水供水泵的主电路图如图2所示；
为了实现对3台软化水供给泵和2台除氧器的联动控制，一方面是通过手/自动转换开关S1控制除氧器软化水供给泵安全联动的自动运行状态和手动运行状态；具体电路(即手/自动切换控制回路L0)原理如图3所示：手/自动转换开关S1引入单相电源(即L7和N7对应的供电电源)，手/自动转换开关S1与中间继电器KA(即图3中的KA)串联并与单相电源连接形成手/自动切换控制回路L0；手/自动转换开关S1引入单相电源控制中间继电器KA的通断与吸合；中间继电器KA可以切换软化水供给泵的手/自动控制；
另一方面，如图3所示，在上述L7和N7对应的供电电源上，还形成3台软化水供给泵的控制回路L1～3，分别为：
1#进水泵的控制回路L1包括：与电源线L7连接的常开按钮SQ1(1#进水泵的手动启动按钮)，常开按钮SQ1依次串联中间继电器KA的常开触点、常闭按钮ST1(1#进水泵的停止按钮)、交流接触器KM1、热继电器FR1的常闭触点，热继电器FR1的常闭触点与电源线N7连接，且常开按钮SQ1与1#进水泵交流接触器KM1的常开辅助触点并联(其目的是为了构成点动自锁)，中间继电器KA常闭触点一端与PLC控制器对应输出端口I1(即图3中的输出端口0.0)串联，另一端与常闭按钮ST1连接(其目的是为了实现自动启动回路)；热继电器FR1的常开触点的一端与电源线L7连接，另一端与中间继电器KA1串联，中间继电器KA1接入电源线N7。
2#进水泵的控制回路L2包括：与L7连接的常开按钮SQ2(2#进水泵的手动启动按钮)，常开按钮SQ2依次串联中间继电器KA的常开触点、常闭按钮ST2(2#进水泵的停止按钮)、交流接触器KM2、热继电器FR2的常闭触点，热继电器FR2的常闭触点与电源线N7连接，且常开按钮SQ2与2#进水泵交流接触器KM2的常开辅助触点并联(其目的是为了构成2#进水泵的点动自锁)，中间继电器KA常闭触点一端与PLC控制器对应输出端口I2(即图3中的输出端口0.1)串联，另一端与常闭按钮ST2连接(其目的是为了实现2#进水泵的自动启动回路)；热继电器FR2的常开触点的一端与电源线L7连接，另一端与中间继电器KA2串联，中间继电器KA2接入电源线N7。
3#进水泵的控制回路L3包括：与L7连接的常开按钮SQ3(3#进水泵的手动启动按钮)，常开按钮SQ3依次串联中间继电器KA的常开触点、常闭按钮ST3(3#进水泵的停止按钮)、交流接触器KM3、热继电器FR3的常闭触点，热继电器FR3的常闭触点与电源线N7连接，且常开按钮SQ3与3#进水泵交流接触器KM3的常开辅助触点并联(其目的是为了构成3#进水泵的点动自锁)，中间继电器KA常闭触点一端与PLC控制器对应输出端口I3(即图3中的输出端口0.2)串联，另一端与常闭按钮ST3连接(其目的是为了实现3#进水泵的自动启动回路)；热继电器FR3的常开触点的一端与电源线L7连接，另一端与中间继电器KA3串联，中间继电器KA3接入电源线N7。
PLC控制器输出端口由构成的单相电源L6、N6供电，通过上述的控制回路L1、L2和L3分别控制主电路(即L1#、L2#和L3#)中交流接触器(即KM1、KM2和KM3)的主触点的通断，实现程序与继电保护控制；
交流接触器(即KM1、KM2和KM3)的常开辅助触点、中间继电器(即KA1、KA2和KA3)的常开辅助触点和手/自动转换开关S1分别与PLC控制器的输入端口(由工控电源DC24V提供电源)独立连接，即KM1的常开辅助触点连接输入端口0.1，KM2的常开辅助触点连接输入端口0.3，KM3的常开辅助触点连接输入端口0.5，KA1的常开辅助触点连接输入端口0.2，KA2的常开辅助触点连接输入端口0.4，KA3的常开辅助触点连接输入端口0.6，S1连接输入端口I0.0。起到将电机运行的状态信号传递给PLC的作用。
PLC控制器中对n台软化水供给泵均独立设投入运行按钮和屏蔽检修按钮，并可以通过人机界面控制，具体为屏幕虚拟按钮(即投入运行按钮和屏蔽检修按钮)与PLC直接通讯，PLC内部中间寄存器参与控制。
PLC控制器中的预置程序通过检测液位变送器LT01和LT02实际液位信号，分别经内置PID运算模块计算输出控制气动液位调节阀LV01和LV02的开度，从而实现液位达到液位设定值；再通过监控气动液位调节阀LV01和LV02的开度来处理对3台软化水供给泵的启动或者停止。
PLC控制器中的预置程序设置为：当一个气动液位调节阀的开度达到＞90％时，自动逐台启动(PLC控制器输出端口(即I1、I2和I3)依次输出高电平，则与该输出端口连接的控制回路所控制的接触器接通，即对应的进水泵启动)软化水供给泵至每个气动液位调节阀的开度均＜90％，当所有气动液位调节阀的开度均＜50％时，自动逐台停止(PLC控制器输出端口(即I1、I2和I3)依次输出低电平，则与该输出端口连接的控制回路所控制的接触器断电，即对应的泵停止)软化水供给泵至其中一个气动液位调节阀的开度＞50％。当气动液位调节阀的开度＝90％或者＝50％时保持原始状态运行。
若二台以上的软化水供给泵处于正常状态(即可随时投入运行的状态)，通过人机界面提示将正常状态的软化水供给泵切换至“投入运行”状态，现场电机控制按钮停止位复位。
该除氧器软化水供给泵安全联动控制系统运用在自动或者手动状态时，其控制逻辑图如图4所示：
当运用至自动状态中，是将手/自动转换开关S1切换至自动状态，系统自动运行，中间继电器KA失电，PLC控制器执行预置程序，输出端口0.0输出高电平，电流通过闭合的KA常闭触点和常闭的停止按钮ST1，热继电器FR1常闭触点，使交流接触器KM1得电，KM1的主触点吸合，先启动1#进水泵，通过读取两台除氧器液位变送器的检测变量，调节两台除氧器进水阀门开度，当开度均达到90％以上时，PLC控制器执行预置程序，输出端口0.1输出高电平，电流通过常闭的停止按钮ST2，热继电器FR2常闭触点，使交流接触器KM2得电，KM2的主触点吸合，2#进水泵运转。当调节两台除氧器进水阀门开度均小于50％时，PLC控制器执行预置程序，输出0.1输出低电平，自动停止2#进水泵。
当操作人员发现运行的1#或2#进水泵故障时，可通过按下现场电机停止按钮(ST1或ST2)，并保持锁停位，及时停止机泵故障状态运行，再通过人机界面将该对应的故障供给泵切换至“屏蔽检修”状态(屏蔽检修对应的是电路中PLC内部中间寄存器，程序中作为中间变量参与控制)；
PLC控制器仍会处于自动状态下，当气动调节阀LV01、LV02阀门开度均达到90％以上时，PLC控制器执行预置程序，输出端口0.2输出高电平，自动启动3#进水泵；当调节两台除氧器进水阀门开度均小于50％时，PLC控制器执行预置程序，输出端口0.2输出低电平，自动停止3#进水泵。
该除氧器软化水供给泵安全联动控制系统运用在手动状态中，是将手/自动转换开关S1切换至手动状态，系统手动运行，中间继电器KA得电(KA的常开按钮闭合、常闭触点断开)，PLC控制器输出端口0.0、0.1、0.2不参与控制。操作人员现场按下1#进水泵电机启动按钮SQ1，电流通过常开触点的SQ1、得电闭合的触点KA、常闭的停止按钮ST1，热继电器FR1常闭触点，使交流接触器KM1得电，KM1的主触点吸合，1#进水泵运转。当1#进水泵的电机电流过大，热继电器FR1动作断开后，交流接触器KM1线圈失电断开，1#进水泵的电机故障停止。2#和3#进水泵与之相同。
PLC控制器通过读取2台除氧器的压力和温度控制蒸汽阀门的开度(即图1中的TV01、TV02)。PLC控制器内部程序串级控制调节蒸汽阀门的开度，形成以压力为主控变量、温度为参考量的闭环控制回路。根据除氧器工艺原理，压力与饱和温度是正相关的对应关系，通过检测压力信号经过程序运算调节蒸汽阀门开度，在一定的温度下使溶解氧降低，从而达到最终除氧的目的。

Claims (6)

1.一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征是：通过PLC控制器中的预置程序监控与m台除氧器对应的气动液位调节阀LVi的开度，并采用手/自动转换开关S1和安全联动控制电路控制n台软化水供给泵的启动或者停止，其中，n≥3，m≥2，i＝1，2，…，m；
安全联动控制电路包括手/自动切换控制回路L0、每台软化水供给泵的控制回路Lj和主电路为Lj#，其中，j＝1，2，……，n；
手/自动切换控制回路L0主要包括：与单相电源L7和N7连接的手/自动转换开关S1、与手/自动转换开关S1串联的中间继电器KA，用于实现对安全联动控制电路的手/自动切换功能；
软化水供给泵的控制回路Lj主要包括：与单相电源L7连接的常开按钮SQj，与常开按钮SQj依次串联的中间继电器KA的常开触点、常闭按钮STj、交流接触器KMj和热继电器FRj的常闭触点，热继电器FRj的常闭触点接入单相电源N7构成回路，其中，常开按钮SQj与交流接触器KMj的常开辅助触点并联，中间继电器KA常闭触点一端与PLC控制器对应输出端口Ij串联后也与常闭按钮STj连接，热继电器FRj的常开触点的一端与单相电源N7连接构成回路，L7连接热继电器FRj常开触点与中间继电器KAj串联，再接入单相电源N7构成回路；
软化水供给泵的主电路Lj#主要包括：接入主断路器QK1的三相电供电母线、与母线连接的低压断路器QFj，与低压断路器QFj依次串联的交流接触器KMj的主触点、热继电器FRj和电机Mj；
第j台软化水供给泵的启动按钮和停止按钮分别为常开按钮SQj和常闭按钮STj；
PLC控制器中的预置程序是指一个气动液位调节阀LVi的开度＞90％时，自动逐台启动软化水供给泵至每个LVi的开度均＜90％，所有气动液位调节阀LVi的开度均＜50％时，自动逐台停止软化水供给泵至其中一个LVi的开度＞50％。
2.根据权利要求1所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征在于，n台软化水供给泵由同一出水管引出至m个分支管线，m个分支管线分别与m台除氧器连接；每台除氧器由蒸汽供给管提供蒸汽调节温度，并安装蒸汽阀门。
3.根据权利要求2所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征在于，PLC控制器还控制蒸汽阀门的开度。
4.根据权利要求1所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征在于，所述逐台启动是指PLC控制器输出端口Ij依次输出高电平，逐台停止是指PLC控制器输出端口Ij依次输出低电平。
5.根据权利要求1所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征在于，交流接触器KMj的常开辅助触点、中间继电器KAj的常开辅助触点和手/自动转换开关S1分别与PLC控制器的输入端口独立连接。
6.根据权利要求1所述的一种除氧器软化水供给泵安全联动控制系统，其特征在于，PLC控制器中对n台软化水供给泵均独立设置投入运行按钮和屏蔽检修按钮。
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