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数控电液阀在火车装车中的应用

马波

油品销售车间
2011-2-21

数控电液阀在火车装车中的应用
马波
（乌鲁木齐石化分公司炼油厂）
摘要：数控电液阀是一种可实现多级控制的阀门，本文介绍了数控电液阀的工作原理，操作过程及在大鹤管定量装车控制过程中的实际应用，并对应用过程中存在的问题进行了分析，根据存在的问题提出了相应的解决办法及后续需采取的措施。
关键词：数控式电液阀、原理、操作

131AF-3型号的阀是CIa-VaI 自动控制阀中一个主阀，它是一个由介质压力控制膜片执行器的球型或角型阀门。该阀由三部分组成：阀体，组合膜片装置和阀盖。这个组合膜片装置是唯一一个可移动部件，膜片是用尼龙织物和橡胶合成。占整个组合膜片三分之一的固定压盘和导向器的合成橡胶盘，当压力作用于膜片上方时与阀座形成一个密封。组合膜片在阀的上部形成一个密闭的腔体，将来自管线上的压力分开。
1、131AF-3 数控式电液阀工作原理
当阀门入口的压力（或者其它独立的同等压力）作用于阀体内的膜片室时，阀将紧紧关闭。当施加在膜片室内的压力释放到低压区（通常是大气），阀门入口管线内的压力（最小 5PSI）使阀打开。

全支撑无摩擦的膜片
移动的组合部件

出口
入口

可更换的阀座

弹性盘

2、131AF-3 数控式电液阀调节作用
当膜片承受压力保持在入口和出口压力平衡点时，阀门具有调节功能。Cla-Val 阀门的调节功能，随被控介质压力变化，施加在膜片上的压
力也随之变化，因而阀门自动抵消和补偿介质压力的变化，起到调节作用。

紧闭关阀 全开操作

9
3、131AF-3 数控式电液阀的操作
1.定量装车操作
1.1阀门开启之前先要设定此车装车量（公斤），下图
1.2根据操作要求，开始装油时需要用较小的阀开度缓慢装油，以减少静电积累量，待油罐内油量没过鹤管后，可以开大阀门，加快装油速度。右图的参数就是要设定进多少公斤油后，允许进油阀开大。
1.3当设定进油量和装车进油量相差小于等于下图中的关阀设定值时，阀门开始关闭到小开

调节作用

序号 元件
1 1 、主阀（可反转流向）
2 2、电磁阀
33、 手动阀（电磁阀旁路）

4、阀位指示器

5、单向阀（出口压力释放）

6、过滤网

7、 关阀速度

8、 开阀速度

9、 辅助阀（可反转流向）

4度，保持一定的流量进行装车。
11.4下图是设定阀门全关的提前量，当进油量距设定量还有“阀全关提前量”值时，阀门开始关闭，等阀门全关后，装油量和设定值之差在误差要求之内。右图的参数在运行过程中，如果装油量和设定值之差超过误差，程序将自动修改该参数，等下节罐车装车时能更加精确。
1.5小开度流量参数设定值是设定装车进行到最后，距设定装车量还差“关阀设定值”（1000）大小时，将阀门关闭到小开度，维持“小开度流量”值。从某种意义上，调整该参数可以延长或缩短装车时间。
1.6起始小开流量指装油开始时，按“小阀开启”按钮后，阀门开始打开，等流量达到右图中的“起始小开流量”值时，阀保持此开度进油。
油泵开启后，管线内的压力使进油阀开启，在开启到小开度流量时，阀门自动保持该流量装车（观测装油流量）。
1# 装 油 设 定 量 5 0 0 0 0
2# 装 油 设 定 量 4 8 0 0 0

1# 阀 全 开 进 油 量 2 5 0 0
2# 阀 全 开 进 油 量 2 5 0 0

1# 关 阀 设 定 值 2 0 0 0
2# 关 阀 设 定 值 2 0 0 0

1# 阀 全 关 提 前 量 2 0 0
2# 阀 全 关 提 前 量 2 0 0

1# 关 阀 小 开 流 量 1 0 0 0 0
2# 关 阀 小 开 流 量 1 0 0 0 0

1# 阀 全 关 提 前 量 2 0 0
2# 阀 全 关 提 前 量 2 0 0

1# 起 始 小 开 流 量 1 0 0 0 0
2# 起 始 小 开 流 量 1 0 0 0 0

2.装车进行过程中的操作步骤：
2.1当前鹤管装油量到达需要关闭大开度时，出现报警声音，这时，按下个鹤位的“小阀开启”按钮，小开度流量装车进油，观察流量变化。
2.2按照本鹤位前罐车的装车情况，适当调整装车参数。
2.3在按完“小阀开启”按钮后，装油过程开始按照事先设定好的参数自动运行，装车人员需要认真观察运行情况。在装油累积量未达到2.5吨前，按“小阀开启”和“大阀开启”按钮均无效，按“小阀关闭”和“大阀关闭”有效（流量大约在100t/h以下）。
2.4当装车累积量达到2.5吨后，程序控制阀门大开度，流量达到180～210t/h.这个过程需要进行7～10分钟左右，因此可以对另一个鹤管参数进行设定；也可以改变正在装载罐车的参数。
2.5当装车过程进行到离“装油设定值”相差“关阀设定值”（2吨）时，系统自动关闭阀门到一个“小开度流量”（80t/h）,维持小开度流量装车，同时发出报警，提示操作人员可以打开另一个鹤管进油阀，防止装车油泵憋压。
2.6如发现流量过小，可按“小阀开启”按钮，提高装油流量，但如果超过“关闭小开度流量”，系统又自动将阀关闭到小流量，如此反复。这种情况下，要等下一个罐车前调整好“关闭小开度流量”参数（注意该参数调整过大，会出现过装情况，因此，应该和“关阀提前量”协调）。
4、数控式电液阀的使用过程中存在的问题
2008年改造更换了4台数控多级电液控制阀门，目的是能够满足密闭定量装车的要求，但由于控制系统基本硬件结构未能得到彻底改变，目前使用的质量流量计、数控多级控制电液阀的未能发挥其应有作用，装车量误差过大的情况频繁发生，目前控制系统存在的问题如下：
1.PLC1(西门子S7-200)是一个小型PLC，其运算能力和I/O能力有限，针对现有流量计的多类型信号（瞬时量、累积量、压力、温度等）仅能采集累积量信号，再将累积量信号通过计算转换为瞬时量参与控制，参与控制的变量精度受到影响，后续控制输出误差很大。
2.流量计的累积值经PLC1(西门子S7-200)采集后进行计算判断，将计算结果通过I/O信号送到PLC2(欧姆龙 CS1G)，PLC2经过逻辑运算后发信号至电液阀，去控制电液阀的开度。系统中的信号流向是单向的，不能构成反馈式的计算与控制，同时受容量、速度、通讯方向的制约，数控多级控制电液阀仅能使用大小开度的三种状态设定。即装车开始时的小流量、装车结束前的小流量、提前量关断。若考虑提高装车精度，则需要对于装车时的压力、流量及累积量进行多切点的控制，设置多级阀位输出来配合流量、累积量、压力的运算关系。在工况发生变化时，能根据多类型过程变量实现数控阀的多级关断(开启)。即：依据压力、流量及累积量来实现数控阀的多阶梯式阀门定位开启或关闭，逐级尽可能平滑的来逼近设定点，而不仅仅只使用目前的三个状态点。
3.由于2台PLC串接工作，增加运算环节，使系统存在较大的滞后，无法依据流量同步精确控制阀门的开度，从而在装车进行过程中设计程序对流量的调整存在困难。
4.来自建南罐区和建北罐区油品，存在不同的压力、流量、温度等参数，为保证装车量精度，要求控制系统针对不同的工况预设不同的控制方案来减少人为估算设定操作带来的误差。
5.人机接口(西门子TD200)操作显示面板能力有限，人机交互的定量操作受到较大程度的限制
流量计
定量操作显示PLC1
大鹤管、装油控制PLC2
电液阀

5、数控式电液阀的操作不当造成超装的原因
a、装车量设定值过高:注意车型，及时更改设定值
b、装车过程中，按“小阀开启”和“大阀全开”按钮时机是在程序运行到“阀全关提前量”（200kg）以后，这以后，关闭阀门就要手工关闭，如果关阀时机掌握不好，就会出现过装情况。
C、关阀提前量过小：阀门有关闭时间，如果关阀提前量过小，发出关阀命令到阀门关闭这段时间内进油量超出了“关阀提前量”，出现过装。
d、阀门全关提前量过小：阀门全关提前量过小，阀门从小开度到完全关闭这段时间内的进油量，超过了全关提前量。
e、流量计指示偏低或者故障无累积量。
f、阀门出现卡堵现象无法关闭：正常情况下，阀门即使出现故障，只能是不能打开的情况发生，但由于介质内外来污物堵塞控制导管，即使程序或者人工都能正确操作阀门开关，也会出现阀门不能关闭的情况。
装车前需设定的参数：
1．装车设定值SP
2．允许阀门打开度的累积值S1
3．关大开度提前量（2吨）
4．阀全关提前量
5．起始小开度流量
6．关阀小开度流量
造成超欠装的人为原因
a.人员文化水平低,车型变化设定量也要随之变化，且设定量较复杂，容易出错。
b.油品车间开泵流量大小偏差太大，造成阀门流量调节困难。
造成超欠装的设备原因
a.在装车时如液位到设置上限置位，则表示液位已达到规定的上限,ＰＬＣ发出控制信号立即关闭控制阀停止装车，控制信号滞后。
b.ＰＬＣ无法按预先设定量自动调节。
c.流量计误差大。
6、目前采取的措施及后续需改进措施
6.1根据装油情况对阀位的开度进行调整，步骤下：
（1）当第一个装的鹤位离设定量相差4.5吨时（报警开始），打开另一个鹤位的阀。
（2）观察第一个鹤位的装油量，如高于100吨/小时，必须对阀位进行手动干预，即按小阀关闭按钮一次，直到装油量达到100吨以下。
6.2根据装油情况及时调整各装车位的装车参数，步骤如下：
（1）调整装车设定量

（2）调整关阀提前量
6.3需改进的措施
（1）三台1#、2#汽油鹤位，3#、4#柴油鹤位，共计4台欧姆龙 OMRON SYS系列CS1G PLC系统保留。
（2）每套欧姆龙 PLC原有DI卡件4块、DO卡件4块，现需增加AI卡件1块，脉冲卡件1块(或信号转换器2台)，DO卡件1块，必要时增加I/O接口单元1块、电源1台；
（3）三台1#、2#汽油鹤位，3#、4#柴油鹤位，共计2台西门子SIEMENS S7-200 PLC系统取消。
（4）三台1#、2#汽油鹤位，3#、4#柴油鹤位，共计2台西门子SIEMENS TD200 人机接口触摸屏取消。
（5）增加2台OMRON SYS系列CS1G PLC系统兼容人机接口触摸屏。
作者简介：
马波，1991年参加工作，1999年调入炼油厂，目前任油品销售车间设备技术员。