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1、文章编号:10019944(1999)04005404热媒间接加热炉的PL C控制系统殷振兴,白生虎,邢玉庆(中石化管道储运公司胜利输油公司,山东 潍坊261021)摘要:本文主要介绍了东营-黄岛输油管线采用的热媒间接加热炉控制系统的硬件配置软件编程及其功能特点,并详细分析了控制系统中热媒流量控制、燃油流量控制和助燃风控制3个回路。关键词:热媒间接加热炉;过程控制;可编程控制器;安全节能中图分类号:T P214+.7文献标识码:B1引言间接热媒加热炉(简称热媒炉)是我国石油工业长距离输油管线上主要原油加热设备,由于它克服了直接加热炉体积庞大、热效率低、输油量变化大时容易导致严重偏流或结焦等缺点
2、,因此间接热媒加热炉在东北和华东输油管线上被逐渐推广应用。间接加热炉通过加热导热油(热媒),再通过导热油经过换热器加热管线原油。但使设备增多。因此为了保证输油生产的安全平稳经济地运行,则需要有一套安全可靠的控制系统来完成对热媒间接加热炉的自动控制和调节,完成热媒间接加热炉燃烧的最佳控制。2控制对象的描述和控制系统构成热媒间接加热炉主要有热媒稳定供给系统、燃油雾化风供给系统、助燃风供给系统和燃料油供给系统几大供给系统。因此根据热媒炉工艺特点和燃烧需要设计3个热媒炉燃烧控制子系统:热媒流量控制、燃油流量控制和助燃风控制。(1)热媒流量控制热媒入炉流量是保证热媒炉负荷稳定的关键,它采用是质量流量控制
3、、是一个简单P I D控制,其控制流程框图如图1所示。图1P ID控制流程图(2)燃油流量控制系统它采用串级变化值控制,由主副两个回路组成,控制系统框图如图2所示。燃油流量控制系统是基于热负荷平衡的具有热媒出炉温度校正的燃油流量控制系统。副回路是一个随动系统,根据公式(13),求出相应的热媒炉热负荷的燃油流量比值,该比值作为副回路的给定值。Qf sp1=H0-H2Ef(1)式中Qf sp 1相应的燃油流量比值H0-H2净热负荷(KJS)Ef燃油热值 热效率主回路是一个闭环校正回路,它根据热媒出炉温度与给定值的偏差进行变比值控制,通过修正燃油流量比值达到控制热媒出炉温度的目的,主回路输出K控制按
4、(2)式计算K=KPEn+TsTz2mi=0Ei+TzTs(En-E(n-1)0.4+0.8=0.8(2)式中KP比例增益?45?计算机应用 收稿日期:1999203217(磁盘稿)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -图2燃油流量控制系统框图TS采样时间TZ积分时间En偏差综上所燃油流量给定值最终表达式为Qf sp2=Qf sp1(0.8-1.2)(3)为防止随机干扰引起的失调,采用了选小控制。(3)助燃风量控制系统这是热媒炉燃烧控制中一个直接影响节能效果的重要系统。它采用氧化锆氧含量分析仪在线测量烟气中的氧含量来控制燃烧效果。控制原理框图如3所示。由于影响
5、烟气氧含量的干扰因素主要是燃图3助燃风量控制系统框图油流量的大小,为及时克服此干扰的影响,采用燃油流量给定值Qf sp和燃油流量、测量值Qmf进行选大,比较燃油流量的波动,通过前馈调节可以及时加以校正,防止黑烟产生。氧含量的给定值由操作人员人工设定,给定值是一个经验数据,一般取3.0?。3硬件配置东营黄岛输油管线上的输油站根据最大热负荷需要各配置了34台热媒间接加热炉,因此采用1台工控机作为这几台炉的上位机,用于监视和操作全站热媒炉的运行情况,同时把各台炉的运行参数送往输油站控制中心进行监视。采用上位机的目的主要是为了集中管理,实现全线的自动控制。下位机则选用了性能稳定的SiM A T IC2
6、95UPLC可编程逻辑器作为各台炉的热媒间接加热炉控制器,用于控制热媒炉的自动保护、顺序启停及运行的自动调节。每套95U热媒炉控制系统根据外围输入输出点采用8块S5295U系列模块,来完成整个控制的输入输出和与上位工控机通信。4炉控系统的软件编程4.1PLC 95U部分编程PLC95U部分编程采用SI M A T IC S5编程语言进行编制,整个编制按3块进行编程:(1)参数采集和处理模拟量参数的采集是由95U主CPU和闭环控制IP262模块共同完成模拟量的输入,在95U模块上有8路模拟输入和一个模拟输出,我们采用其中的7个输入,它的编程是通过一个编程功能块设定其模拟量的上下限把模拟量转化为相
7、应数字值放入DB 60的数据块中并进行PID运算和报警处理,而IP262模拟量输入的编程则通过对IP262专用数据块DB 11216的设定来完成,95U只需通过与IP262的总线?55?自动化与仪表第14卷1999年第4期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -通讯直接读取输入模拟量的数值并送入DB 60的相应数据字。(2)点停炉过程处理PLC检测的模拟量和开关量都在安全运行范围内,当由点炉请求时,则进入自动启炉程序。在炉运行过程中,当PL C检测到有停炉报警或人为停炉请求时,就进入自动停炉程序自动点炉停炉程序流程框图见图4。图4点炉、停炉程序框图(3)3大控制
8、回路的P I D运算和输出编程3大控制回路编程是该控制系统控制质量优劣的关键,热媒流量调节和热媒出口温度调节的编程可通过SI M A T IC 95U系列模块的闭环控制模块IP262完成。它的编程通过闭环控制模块IP262的专用数据块进行组态编制,而烟道含氧量的调节则利用95U的功能块来编制完成。4.2通讯模块CP 521的编程CP521是西门子S5系列的通讯模块,它分2部分编程。(1)CP521与95U通讯编程语言采用CP 521的专用命令语句完成PL C295U和CP521的数据交换。(2)CP521与上位机通讯采用CP521的类BA SIC语言编程,把一要发送数组和一握手信号一起送往上位
9、机,同时接收上位机发来的信息,进行处理并送往95U,参与炉的运行操作。4.3上位工控机编程上位工控机编程,我们采用W INDOW S环境下工控软件“VM”,编制相应的用户软件完成与PL C 95U数据通讯,并把现场参数放入相应的数据库中,并把数据库中的数据进行处理,显示参数值、运行状态和报警指示。同时编制界面操作开关用于实现对下位机热媒炉PL C的操作,用户程序采用BORLANDC3.1编制。5系统功能和特点整个控制系统具有如下功能和特点:(1)自动安全保护和自动顺序启停热媒炉在停炉状态,当PL C检测的模拟量和开关量都在安全运行范围内,一旦有点炉请求,PLC立即进入自动启炉。当热媒炉运行时,
10、PL C检测到有报警或人为停炉请求时,就进入自动停炉程序,以保护整个运行的安全。(2)连续自动调节热媒流量、燃油流量、炉出口温度及烟道含氧量。(3)动态运行操作界面本控制系统充分发挥上位机良好的W in2dow s操作界面,编制了生动形象的运行操作界面,把运行操作和参数显示集中于同一界面上。使热媒炉的运行情况直观,在此界面上可进行对站上各台热媒炉的点停炉操作,现场运行参数的检测和即时显示。相应停炉报警信息和报警提示(声音和文字),供操作人员准确判断处理故障。(4)良好的通信性能由于本控制系统采用了工控机作为上位?65?计算机应用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4
11、页 -机,使其与外围设备的通信能力大大增强,系统热煤炉运行参数和运行状态可送往泵站控制中心,再由泵站控制中心送往潍坊中央控制中心。提高了全线输油生产的自动化程度。(5)历史记录和参数报表打印当热媒炉有报警停炉或点停炉情况发生时,自动记录事件的原因、时间,并打印输出。用户需要打印参数时,按界面上的打印输出按钮即可得到热媒炉的参数报表。(6)PL C控制系统的其它特点a.本系统采用高新技术设备,对自动控制方案进行了优化。在现场助燃风供给系统一改以往风门挡板控制助燃风量的控制方案,采用节能降耗的风机变频器,通过变频器改变助燃风机转速,达到控制助然风量目的。有效地节省了风机耗电和设备损耗。b.本系统根
12、据工艺和安全需要,设置了9个参数测量点、7个开关量,用来保护热媒炉的安全运行。如在热媒循环供给中(炉体热媒工艺部分)设置热媒出口温度、热媒流量、管壁温度停炉报警点,多重有效地防止炉子运行中出现过热烧塌、热媒结焦、炉管变型等严重事故的发生.在主要执行部位采用了双执行机构以防止事故隐患,如燃油电磁阀和液化汽电磁阀,有效地防止停炉时燃料油和液化汽泄漏进入炉膛,消除了事故隐患。6结束语采用热媒间接加热炉PLC控制系统解决了东营黄岛输油管线生产中热媒炉自动控制的问题,保证了东黄线正常安全的输油加温工作,同时通过优化控制系统,使系统能耗有了进一步减少。良好通讯能力使热媒炉监控上位机直接可以放在空压机值班室
13、,把热媒炉岗和空压机岗合二为一,减少值班人员,节省了劳动力,良好人机汉化操作界面,大大减轻工人的劳动强度,使操作工方便容易地掌握了解炉的运行状况,便于对炉进行相应的操作。自1997年以来通过对PL C 95U炉控系统实际运行,系统表现出良好稳定性能。参考文献 1 毛 宝 湖.CE2NA TCO热 媒 炉 操 作 手 册M.1987.PLCControl System of HeatM ediu m HeaterYEN Zhen-xing,BAI Sheng-hu,XINGYu-qing(上接第39页)参考文献 1 姚昭章,炼焦学M.北京:冶金工业出版社,1995.2刘向杰,柴天佑,刘红波.动力
14、锅炉燃烧系统的模糊控制策J.自动化学报,1998,24(4)3黄奇帆.焦炉加热微型机最优控制系统J.炼焦化学,1984,18(270)4刘春华.焦炉集气管自寻优模糊控制系统的研制与应用J.冶金自动化,1997,12(5)5 龙升照.FU ZZY控制规则的自调整问题 J.模糊数学,1982,2(3)6李友善.模糊控制理论及其在过程控制中的应用J.北京:国防工业出版社,1993.Application ofM ultimodelFuzzyControl in Heati ng System of CoalOvenNINGFang-qing,YAO Shao-zhang(EastChina Univ
15、ersityofM etallurgy,Maanshang243000,China)Abstract:This essay dealswith amethodof flue temperature onlinemonitor.By usingmultimodelfuzzycontroltechnique,theproblem sof flue temperature undulatingviolently andmoreflue consum edaresolved.Keywords:cokeovenheatingcontrol;fuzzycontrol;temperaturecontrol;flue temperature?75?自动化与仪表第14卷1999年第4期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -