自动保压重锤式液控蝶阀及其控制系统综合故障分析

        一、液控蝶阀及控制原理
        以小舜江泵站为例说明。
        1.机械系统。蝶阀的机械系统主要由驱动机构、阀体、蝶板、阀轴、轴封部件和阀轴定位部件组成。驱动机构由固定在阀轴上的连接头、重锤、内外墙板和夹在两墙板中间用于驱动阀轴的液压油缸组成，驱动机构通过阀轴带动蝶板在90°范围内转动。
        2.液压控制系统。液压控制系统主要包括油泵电机、溢流阀、调速阀、手动阀、电磁阀等各种控制阀，液压原理见图1。

        3.PLC电气控制系统。本控制系统由主回路和控制回路组成，主回路由一台7.5kW油泵电机组成，用于控制阀门的开启。控制回路主要采用三菱FXIS可编程控制器，通过操作箱、电控箱上转换开关SA可实现现场、远方及与泵联动操作。通过数字智能开度数显仪可将阀门的位置信号（DC4-20MA）送至控制室；阀门各种主要状态及故障通过无源触点送至控制室。
        4.阀门动作原理。以现场操作为例说明：按下现场开阀按钮SO，在PLC程序的控制下，KM通电，液阀油泵电机启动，压力油进入油缸，阀门开启。至全开时，行程开关SQ1动作，油泵电机停止。延时3s，KM通电，油泵电机启动补油，当油压上升至10MPa时，高压停止行程开关SQ4动作，KM断电，油泵电机停止，开启结束。当系统泄漏压力下降至5MPa时，低压补油行程开关SQ3动作，KM通电，油泵电机启动补油，当系统压力至10MPa时，高压停止行程开关SQ4动作，KM断电，油泵电机停止以保证系统压力在正常范围之内，确保重锤不下掉。同样按下现场关阀按钮SC，电磁铁YA断电，液压系统泄压，阀门在重锤作用下关闭。至全关时，全关行程开关SQ2动作5s后，电磁铁YA通电，关阀结束。在开关阀过程中，按下现场SS阀门即可在任意位停留。
        二、不同控制系统联系纽带是区分故障类型及分析故障的根本方法
        1.PLC是联系计算机控制系统（外部控制系统）与液控蝶阀（带PLC电气控制）的纽带，接受远方PC指令并把阀门各种信号送至控制室；通过远方现场切换开关可区分是外部输入出现故障还是液控蝶阀本身故障引起的。如果远方能正常启闭而现场不能正常动作，说明现场输入开关元件出现故障。
        2.油泵电机是电磁阀联系电气控制系统与液压系统的纽带。手并联阀与电磁阀、手摇泵与油泵电机分别有同样的启闭阀的功能。如果手动能启闭而PLC电气不能，应确定是元件本身（电磁阀与油泵）或者PLC电气控制系统故障；如果都不能启闭，应确定是液压系统或PLC电气控制系统故障；如果手动不能启闭而PLC电气能控制，则应确定是相关液压元件本身（即并联手动阀与手摇泵）故障，其他液压元件及液压控制回路，PLC电气控制系统等是没有问题的（以上分析假设机械系统正常）。其中要详细单独诊断PLC电气控制系统故障、液压系统故障。
        3.特别要注意，液压油缸是PLC电气控制系统或液压系统的总开关，如有故障，两者都不能进行启闭。开阀时间、快慢关时间及角度分别靠液压元件（依次为调速阀、快关时间调节阀、慢关时间调节阀和快慢关角度调节阀）调整，跟行程开关无关。
        4.全开行程开关、全关行程开关反映阀门开度，通过PLC控制油泵电机，也通过PLC把状态信息传递给上位机。阀门开不到位分析：取下全开行程开关能开到位说明全开行程开关调整位置不对（或故障），反之取下全开行程开关仍不能开到位说明机械系统有故障。阀门关不到位分析：取下全关行程开关能关到位说明全关行程开关调整不对（或有故障），反之取下全关行程开关仍不能关到位说明机械系统有故障。以上分析假设液压系统正常。
        5.只有在重锤作用下（液压及电气不起作用）时，不能顺利启闭（如用行车来起吊重锤）阀应确定是机械系统故障。
        三、案例分析
        某泵站开泵时，液控阀在快开阶段突然停止，运行人员把转换开关SA从远方转换到现场进行关阀，无反应，再进行手动关阀后也无反应，20s后液控阀自动关闭，整个过程油泵电机并没有跳闸，后开备用泵。事后此阀（不开泵时）进行远方、现场及手动启闭均正常，按照上面所述方法初步可确定：外部控制系统、PLC电气控制系统及机械系统均正常，如PLC突然死机液控阀应停止20s后不会自动关阀，并且手动应能够关阀；如机械系统有问题电机跳闸后也不太可能自动恢复，同样如全开行程开关调整不到位手动应能够关阀。综上所述并考虑到故障有暂时性及恢复性，最后认定液压油有杂质而导致液压油缸卡住。更换液压油并清洗液压元件启闭液控阀正常。
        笔者从不同系统之间的联系纽带这个切入点着手，系统分析和判断液控阀各种故障类型。不仅对液控阀而言，对于有多系统组成的产品也有一定参考作用。
        参考文献：
        [1]刘美俊.PLC的故障诊断与维护方法.中华纸业，2006，03.