山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂 动力车间 山东济南 250104
摘要：卷烟工业生产过程中，暖水的提供或通过电加热器或通过太阳能。电加热器供水管线上的阀门与太阳能供水管线上的阀门若同时打开，则有“跑水”隐患。针对此问题，本文论述了暖水供水管阀门联锁装置的设计思路、设计过程以及最终实施效果。通过两条供水管线上阀门互锁，杜绝了两阀门同时打开的可能性，从而消除了隐患。
关键词：暖水供水；联锁装置；阀门互锁
引言
在卷烟工业生产中，烟丝加工工艺过程回潮等工艺阶段需要消耗大量暖水，暖水温度一般控制在40-45℃。暖水的获得需要电加热器或利用太阳能对市政自来水进行升温，当夏天温度高时为了节能降耗，充分利用自然环境，使用太阳能，当冬天温度较低，则使用电加热器。其他过渡季节则视情况电加热器与太阳能配合使用。在电加热器冷水供应管道与太阳能加热出水管道上均有截止阀门，以实现两种暖水供水方式的水路切换。本文所讨论的即为实现水路切换的暖水供水管道阀门联锁装置的设计与实现。
1.供水运行现状及问题分析
1.1供水管网结构及运行现状
在本厂共有两个暖水出水口供生产车间烟丝加工工艺使用，均使用混水阀将冷水与加热后的热水混合，控制温度在40-45℃，热水来源为太阳能储水箱或电加热器水箱。太阳能储水箱中自来水为市政供水，供水压力为0.14MPa。同时，厂内部建设有自用地下蓄水池，容积为2700m3，电热水器储水箱供水来自于地下蓄水池，由功率为110KW的水泵送出，供水压力为0.7MPa。另一方面，暖水出水处混水阀的冷水也由该水泵泵水提供。暖水供水管网结构示意图如图1。
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图1 暖水供水管网结构示意图
为表述方便，将各水路管线编号，由圆圈加数字表示，如图1中所示。原本暖水供水运行方案为当使用太阳能能源时，则开启1号手动阀门，关闭2号手动阀门。市政自来水供水进入太阳能储水器，由太阳能受热面接受阳光转化为热量使水升温。进行回潮加工时，打开1号截止阀，热水通过6号管道与8号管道进入混水阀热水端，与4号、9号管道中冷水混合，通过1、2号暖水出水口供应40-45℃暖水。当使用电加热器时，则打开2号手动阀门，关闭1号手动阀门。由水泵将水箱中自来水通过3号管道泵入电加热器储水箱进行加热，热水通过5-6-8管道进入1号暖水出水口的混水阀热水端，通过5-7管道进入2号暖水出水口的混水阀热水端，与4号、9号管道中冷水混合，通过1、2号暖水出水口供应40-45℃暖水。
1.2存在的问题分析
此管网运行系统在设计之初采用手动截止阀控制太阳能与电加热器的热水供应切换，不仅耗费人力成本，并且由于部分人为失误，存在自来水“跑水”风险，造成水资源浪费。即当人为失误将1、2号手动截至阀门同时打开时，由于水泵供水压力大，为0.7MPa，将造成地下蓄水池中水沿管道2-3-5-6逆向进入太阳能储水箱，当储水箱中水压达到临界值，超压溢流阀开启，水就由太阳能储水箱溢出到厂房建筑顶部覆盖面，由下水管道排入污水处理处，造成水资源浪费。同时，地下蓄水池中水经过电加热器停留时间短，为流动状态，电加热器检测水温始终处于低值，则持续加热，也造成电能无端损耗。
2供水管阀门联锁装置的设计
考虑到设计成本及施工难度等方面的问题，供水管阀门联锁装置设计应在原有运行的管网结构中改变阀门控制方式，而不应重新搭建整个暖水供水管管网结构与运行系统。
2.1硬件选型及布线
通过比较功能与价格，最终决定选择DELIXI常闭型电磁阀，订购数量为2个，流量孔径为400mm，本体材质为黄铜及不锈钢，线圈类型为IP65方线圈，可通入24VDC，油封材质为三元乙丙橡胶EPDM。其安装形式如图2所示。
其控制单元选择车间原有西门子S7-300PLC，此逻辑控制器为控制回潮工艺生产过程的控制器，通过查阅技术图纸及资料及现场调查可知其DI模块上预留有备用DI输入接口，DO模块上预留有DO输出接口。
其输入部分选择选择黄绿红带灯三按钮的按钮排，其中黄色按钮灯亮代表电加热器端阀开而太阳能端阀关，绿色按钮灯亮代表电加热器端阀关而太阳能端阀开，红色按钮灯亮代表电加热器端阀、太阳能端阀均关闭。
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图2 电磁阀安装示意图
接线时需要3个PLC的DI输入接口及２个DO输出接口，通过现场勘察及查看PLC组态信息，查明I7.0，I7.1，I7.2输入接口未占用，为预留备用接口，Q5.6，Q5.7输出接口未占用，为预留备用接口。因西门子PLC输入端为漏型DI模块，所以将24VDC串联按钮常开侧然后接入DI输入接口，黄色按钮接I7.0，绿色按钮接I7.1，红色按钮接I7.2。DO模块输出为高电平有效，因此PLC输出直接电磁阀驱动电磁阀动作。Q5.6接电加热器端电磁阀即图1所示2号阀门处，Q5.7接太阳能端电磁阀即图1所示1号阀门处，出线直接连入公共地端。
2.2联锁装置的软件设计与编程实现
在STEP7软件程序块中创建FC31块，将其块标题描述部分填写为暖水供水阀门联锁程序。并在OB1中调用该程序块。然后在符号表中添加输入输出变量信息。根据接线布局，将输入输出变量名称与地址正确对应。其符号表变量名称及地址如表1所示。
表1 输入输出变量名称及地址
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要实现的功能为当使用电加热器时，电加热器端的电磁阀打开而太阳能端的电磁阀关闭，当使用太阳能时，太阳能端的电磁阀打开而电加热器端的电磁阀关闭，当停产阶段或不需运行回潮工艺时，电加热器端电磁阀与太阳能端电磁阀均关闭。绝对禁止电加热器端电磁阀与太阳能端电磁阀同时打开。
分析可知，此功能实现可通过位逻辑指令梯形图编程完成阀门互锁，因此可在FC31块中编写两个程序段。其梯形图逻辑指令如图3所示。
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图3 联锁功能实现的梯形图程序
将该程序块及修改后的OB1块下载到PLC中运行，就可实现电加热器阀门与太阳能阀门互锁的逻辑功能。
3结语
通过对暖水供水管阀门联锁装置的设计，实现了电加热器阀门与太阳能阀门之间的互锁，杜绝了电加热器阀门与太阳能阀门同时打开，从而杜绝了“跑水”隐患，该方案设计简便，功能性强，经济实用，花费较少，实施以来效果良好。
参考文献：
[1]张圣驰，带式输送机联锁启停装置设计[J].煤矿机电，2017（4）：98-99，103