王 胡，陳慧如，任 凱

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

當(dāng)前的閥門控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于重要工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景。常見的有選用液壓閥門作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)先用變頻器控制電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制[1]。還有針對(duì)煤礦開采企業(yè)易發(fā)生瓦斯爆炸的高危情況，對(duì)礦井的排水閥門控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)中增加對(duì)控制電機(jī)的電壓、電流、力矩的測(cè)量，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)[2]。還有針對(duì)發(fā)電廠除塵難題，設(shè)計(jì)一套基于PLC 的閥門控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，可以實(shí)現(xiàn)人工與自動(dòng)兩種模式的切換，提高了設(shè)備的利用率，且便于實(shí)現(xiàn)分散控制[3]。

現(xiàn)有的閥門控制系統(tǒng)多以PLC、變頻器或其他復(fù)雜的邏輯控制器為核心，解決了較為重要的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的閥門控制問題?，F(xiàn)有控制系統(tǒng)體積龐大，造價(jià)高昂，維護(hù)更換難度較大。設(shè)計(jì)的閥門控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于小型氣體鋼瓶的閥門開關(guān)，僅用少量繼電器、切換開關(guān)及小型電磁閥門設(shè)計(jì)出一種輕質(zhì)、廉價(jià)的小型閥門控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼瓶閥門的延時(shí)關(guān)閉以及忘關(guān)閉提醒功能。

1 變壓器油化學(xué)分析工作簡(jiǎn)介

在電力系統(tǒng)的油化學(xué)分析工作中，其核心是分析變壓器油長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的分解產(chǎn)物，這些分解產(chǎn)物通常包含有烴類分解物即CH4、C2H6、C2H4和C2H2，以及其他非烴類氣體H2、O2、CO和CO2。主要采用的是色譜分析法，即利用各種化學(xué)分解產(chǎn)物在色譜分離柱中的分離系數(shù)不同，對(duì)混合氣體進(jìn)行分離定性分析[4]。整個(gè)分析過程中，對(duì)非烴類氣體H2、O2、CO 和CO2進(jìn)行燃燒轉(zhuǎn)化分析，過程中會(huì)產(chǎn)生高溫，因此整個(gè)過程必須通入惰性氣體保護(hù)，同時(shí)推動(dòng)各氣體成分在色譜儀中的流動(dòng)與分離[5]。

由于色譜分析儀較為精密，為保證分析精度，在分析工作完成后，必須通以30 min 的惰性氣體，正是由于其特殊要求，多次出現(xiàn)工作人員在分析工作結(jié)束后忘關(guān)閉閥門的情況，這也是油化工作的痛點(diǎn)之一。

2 鋼瓶閥門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

變壓器油化學(xué)分析工作屬于電氣試驗(yàn)的范疇，但又明顯區(qū)別于常規(guī)的電氣試驗(yàn)。由于該項(xiàng)工作涉及到諸多化學(xué)分析的基礎(chǔ)知識(shí)，在操作過程中有多個(gè)氣體鋼瓶的閥門開關(guān)，稍有疏忽就會(huì)出現(xiàn)漏關(guān)氣體鋼瓶閥門的情況。

根據(jù)上述的油化學(xué)分析中的痛點(diǎn)所在，設(shè)計(jì)的閥門控制系統(tǒng)必須具備閥門漏氣檢測(cè)、自動(dòng)關(guān)閉、以及報(bào)警提醒功能。對(duì)于漏氣的檢測(cè)主要是利用在鋼瓶漏氣時(shí)氣壓會(huì)緩慢降低，同時(shí)排氣口有氣體流過兩個(gè)物理現(xiàn)象，因此采用壓力傳感器與氣體流速傳感器相配合的方式；對(duì)于自動(dòng)關(guān)閉閥門和報(bào)警是在壓力傳感器有信號(hào)以后同時(shí)接通電磁閥電源與報(bào)警回路?；谏鲜龅脑O(shè)計(jì)構(gòu)想，利用少量繼電器與開關(guān)和指示燈等，完全可以實(shí)現(xiàn)基本的邏輯判斷與功能執(zhí)行，同時(shí)使該控制系統(tǒng)具備了輕量化、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

3 鋼瓶閥門控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

基于對(duì)上述閥門控制系統(tǒng)，氣壓感測(cè)、自動(dòng)關(guān)閉、報(bào)警提醒功能的分析。建立在簡(jiǎn)單的繼電器以及切換開關(guān)元件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的各元件電路連接邏輯如圖1 所示。

圖1 電路連接邏輯

利用到常見的交直流開關(guān)電源，即直流12 V/5 V 的開關(guān)電源。該電路同時(shí)需要DC 5 V 與DC 12 V 電源，所以在選取開關(guān)電源時(shí)可以選用多種電壓兼容的型號(hào)。圖1 的上半部分為鋼瓶的漏氣檢測(cè)和報(bào)警提示電路。其工作原理是在氣體壓力開關(guān)檢測(cè)到氣體流動(dòng)后，繼電器被激活，由繼電器的其他接點(diǎn)來啟動(dòng)電磁閥門的開關(guān)以及報(bào)警提醒電路。在該電路中同時(shí)還預(yù)留遠(yuǎn)程提醒與遠(yuǎn)程控制模塊，為后續(xù)的智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制提供了可能。圖1 的下半部分是延時(shí)開閉電路，其主要特點(diǎn)是將延時(shí)繼電器串接電磁閥的控制回路中，延時(shí)繼電器可以設(shè)定需要的延時(shí)時(shí)間，這是實(shí)現(xiàn)氣體延時(shí)通入的關(guān)鍵，同時(shí)設(shè)置手動(dòng)開關(guān)，利用備用電磁閥2 進(jìn)行手動(dòng)控制。

4 鋼瓶閥門控制系統(tǒng)的氣路設(shè)計(jì)

電路的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、延時(shí)、關(guān)斷、報(bào)警功能。而閥門控制系統(tǒng)的最終目標(biāo)是對(duì)鋼瓶氣體流動(dòng)的按需控制，因此氣路設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。惰性氣體鋼瓶的出口處的氣路設(shè)計(jì)如圖2 所示。將主要的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥加裝于鋼瓶出口，將控制部件安裝于色譜分析儀處，方便實(shí)現(xiàn)控制。特別說明圖2 中的多種顏色的箭頭狀圖形，代表的是不同型號(hào)的氣體管道的轉(zhuǎn)換接頭，淺灰色雙向、三向，直角箭頭分別代表2分外螺紋轉(zhuǎn)4 mm 穿板快插；4 mm 三通快插；2 分（1/4）外螺紋轉(zhuǎn)4 mm 直角快插。深灰色雙向箭頭代表3 mm 卡套轉(zhuǎn)4 mm穿板快插。黑色三向箭頭代表4 mm 三通快插轉(zhuǎn)2 分外螺紋。在不同應(yīng)用場(chǎng)景下分接頭可以根據(jù)實(shí)際調(diào)整，使該氣路設(shè)計(jì)具有良好的兼容性。

圖2 氣路設(shè)計(jì)

5 控制系統(tǒng)部件選型與實(shí)物樣機(jī)搭建

根據(jù)控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)與氣路設(shè)計(jì)，元件選型及數(shù)量見表1。

由上述部件搭建控制系統(tǒng)的調(diào)試樣機(jī)平臺(tái)如圖3 所示。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試所構(gòu)建的樣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)所需的檢測(cè)，自動(dòng)關(guān)閉，報(bào)警提醒的基本功能。且整體體積較小，成本較低。

圖3 控制系統(tǒng)的調(diào)試樣機(jī)平臺(tái)

6 結(jié)束語

在傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的閥門控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)氣體鋼瓶閥門忘關(guān)閉漏氣的情況，設(shè)計(jì)一套具有漏氣檢測(cè)、自動(dòng)關(guān)閉、報(bào)警提醒功能的小型氣體閥門控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是傳統(tǒng)復(fù)雜閥門控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，具有輕量化、低成本的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建了試驗(yàn)樣機(jī)，經(jīng)調(diào)試能夠很好地解決工作中的痛點(diǎn)。