可編程控制器在熱媒爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、可編程控制器在熱媒爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要：熱媒間接式加熱爐（簡稱熱媒爐）主要完成 原油輸送、煉化生產(chǎn)過程中的加熱任務(wù)。熱媒爐的最大特點 是控制參數(shù)多，是大延時純滯后系統(tǒng)，控制回路復(fù)雜，原一 直采用模擬時序邏輯控制器，不易達(dá)到理想的效果，可編程 控制器在熱媒爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過內(nèi)部程序的運算， 實現(xiàn)了熱媒爐的最優(yōu)化運行。降低了系統(tǒng)復(fù)雜程度，提高了 熱媒爐效率和解決了環(huán)境污染問題。關(guān)鍵詞：可編程控制器；熱媒爐；控制系統(tǒng) 中圖分類號： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-130-20 引言 熱媒爐是原油長輸管道、煉化生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，主 要完成原油輸

2、送、煉化生產(chǎn)過程中的加熱任務(wù)。熱媒爐的最 大特點是控制參數(shù)多， 是大延時純滯后系統(tǒng)， 控制回路復(fù)雜， 不易達(dá)到理想的控制效果。但如果控制理想的話，節(jié)能效果 明顯，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均很顯著。1 熱媒爐自控系統(tǒng)的控制要求 根據(jù)熱媒爐的工藝特點及控制要求，結(jié)合熱媒爐檢修規(guī) 程，制定熱媒爐控制系統(tǒng)的技術(shù)要求如下：熱媒爐運行穩(wěn)定，自控設(shè)備抗干擾性強，質(zhì)量可靠。系統(tǒng)的性能應(yīng)在原爐的基礎(chǔ)上有所提高，控制可靠、量值 傳遞準(zhǔn)確。系統(tǒng)的運行操作應(yīng)簡單、方便，顯示界面設(shè)置 合理，參數(shù)讀取直觀，監(jiān)視、維修方便。燃料油壓力實現(xiàn) 自整定。在燃料油管線上安裝了兩臺自力式壓力調(diào)節(jié)閥，通 過修改定值達(dá)到了穩(wěn)定燃料油進(jìn)爐壓力的

3、目的。燃料油系 統(tǒng)配備三級電加熱器，并通過爐控機實現(xiàn)自動溫度控制。 簡化啟停爐操作。在燃料油系統(tǒng)運行正常的情況下，一鍵啟 爐，啟爐后PLC檢測“大小火開關(guān)”的狀態(tài)，當(dāng)其處于“小 火”位時，加熱爐維持在最低負(fù)荷狀態(tài)運行；當(dāng)其處于“大 火”位時，加熱爐將進(jìn)入自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。任何時刻可以手動 停爐。完善的加熱爐運行安全保護(hù)系統(tǒng)。對于參數(shù)超限或 儀表故障等情況能自動停爐，同時產(chǎn)生聲光報警，并且在爐 控機上有詳細(xì)的信息顯示。2 PLC控制器的硬件組成及功能 本次熱媒爐改造工程，經(jīng)過技術(shù)和市場調(diào)研，選用了Siemens公司的314型可編程序控制器，做為熱媒爐的控制 核心（爐控機）?？刂破鞯暮诵氖且訧ntel

4、 80486為基礎(chǔ)的314型CPU模 塊。它完成全部的控制、運算任務(wù)，并監(jiān)控其余功能模塊的 工作狀態(tài)。存儲模塊。是用戶程序或檢測、控制信息的存 放載體。通訊模塊，用于實現(xiàn)與上位機或編程器的信息交流。還可以與其他的 PLC連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更復(fù)雜的控制 任務(wù)。因上位機及其通訊協(xié)議未確定，所以該模塊及相關(guān)通 訊軟件暫未安裝。I/O模塊。用于開關(guān)量、數(shù)字量或RTD熱電偶、直流電壓、電流的輸入檢測及開關(guān)信號或直流標(biāo)準(zhǔn) 電壓、電流信號的輸出。3 控制系統(tǒng)軟件介紹根據(jù)熱媒爐的控制要求，PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)， 由主程序和若干子程序構(gòu)成。 用 STEP 7編程軟件支持的梯形 圖邏輯語言編寫。該程序是以

5、原熱媒爐自控系統(tǒng)的動作條件和邏輯為基 礎(chǔ)，結(jié)合實際運行經(jīng)驗，在保證熱媒爐運行安全的前提下編 制而成。本系統(tǒng)的燃燒控制采用“油風(fēng)流量比值仿真”調(diào)節(jié)，既 由人工根據(jù)熱媒爐的負(fù)荷百分比，調(diào)節(jié)燃料油流量，然后根 據(jù)熱媒爐的煙氣含氧量顯示，調(diào)整助燃風(fēng)流量。由此采集一 組數(shù)據(jù)，既建立“閥特性匹配模型” 。以此對應(yīng)某一工況下 熱媒爐的不同負(fù)荷，燃料油的流量是相對固定的，人工調(diào)整 助燃風(fēng)的流量，同時保證煙氣含氧量處于4%6%范圍內(nèi)，這一組參數(shù)就是該爐的最佳閥特性匹配參數(shù)，既該爐在某一 確定工況下的最佳燃燒油風(fēng)比例。4 熱媒爐自動化控制系統(tǒng)4.1 I/O 量分布11個Al量。即熱媒入爐溫度、出爐溫度、原油溫度、

6、 燃料油溫度、煙氣出爐溫度、排煙溫度、助燃風(fēng)流量、燃料 油流量、熱媒流量、煙氣含氧量和三通閥閥位。10個DI量。即大小火轉(zhuǎn)換開關(guān)、復(fù)位按鈕、啟爐按鈕、停爐按鈕、 燃料油壓力開關(guān)、助燃風(fēng)壓力開關(guān)、霧化風(fēng)壓力開關(guān)、火焰 故障、熱媒罐位低開關(guān)和熱媒罐位高開關(guān)。3個AO量。即燃料油調(diào)節(jié)閥開度、助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度和三通調(diào)節(jié)閥開度。5個DO量。即一為開助燃風(fēng)機、霧化風(fēng)機和吹掃電磁閥， 之二為副火電磁閥和點火電極帶電，之三為開主燃料油電磁 閥，之四為關(guān)覆蓋電磁閥、開滅火電磁閥、停熱媒循環(huán)泵、 霧化風(fēng)機和助燃風(fēng)機，之五為產(chǎn)生報警狀態(tài)信號。 （如圖 1 ）4.2 熱媒爐輔助控制系統(tǒng)及部分參數(shù)設(shè)定421熱媒溫度調(diào)節(jié)

7、系統(tǒng)（PID程序） 監(jiān)控?zé)崦匠鰻t溫度，根據(jù)熱媒溫度外設(shè)值調(diào)節(jié)輸出，范 圍 0-100%，為反作用調(diào)節(jié)。422原油溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（PID程序） 檢測原油出爐溫度，根據(jù)原油溫度外設(shè)值調(diào)節(jié)輸出，范 圍 0-100%（負(fù)荷），為反作用調(diào)節(jié)。P = 10；I = 0.5；D = 0.05。4.2.3氧量微調(diào)解系統(tǒng)（PID程序） 當(dāng)該回路置為自動時起作用。它檢測煙氣中的含氧量， 與給定值比較，運算后輸出 -10% +10%，疊加到風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，為反作用調(diào)節(jié)。P = 5； I = 0.5。4.2.4 燃料油調(diào)節(jié)系統(tǒng)（ PID 程序）在啟爐進(jìn)行0s時，輸出0 （負(fù)荷）；在150s時，輸出0.15（負(fù)荷）；在第

8、179s 后，檢測燃料油流量，根據(jù)燃料油 內(nèi)給定值輸出，范圍 0 100%，調(diào)節(jié)燃料油調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié) 作用為反作用。P = 4； I = 0.1。4.2.5 報警信息鎖存系統(tǒng) 當(dāng)停爐條件發(fā)生時，產(chǎn)生停爐報警信息，供操作人員檢查越限的工藝參數(shù)。4.2.6 上位機通訊系統(tǒng) 爐控機上傳的信息分別有原油出爐溫度、 加熱爐啟 /停狀態(tài)、停爐信息。 站控機下傳的信息是爐控機控制參數(shù)的修改、 爐控機程序的修改等。5 效益分析5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析熱媒爐控制系統(tǒng)改造前后，僅煙氣含氧量及合理的負(fù) 荷調(diào)整兩項， 經(jīng)委托能源測試中心實際測試， 提高爐效 2.7%， 按企業(yè)原有 10 臺熱媒爐年實際耗油量 23467 噸

9、計算，原油 價格按 4300 元/ 噸計，則每臺爐年節(jié)省燃料油費用為：0.43 X 23467 X 2.7%/10=27.25 （萬元）熱媒爐控制系統(tǒng)改造前，每臺爐每年的儀表維護(hù)費用大約需要 5 萬元。改造后，系統(tǒng)的各種表計實現(xiàn)了統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn)化，此項費用約可節(jié)省 3 萬元。單臺爐合計年節(jié)省費用約 30.25 萬元。年節(jié)約費用 30.25X 10=302.5萬元。5.2 社會效益分析改善了困擾各站多年的環(huán)境污染問題。熱媒爐控制系 統(tǒng)改造后，油風(fēng)配比良好，爐子燃燒充分，從根本上解決了 熱媒爐的煙塵污染。降低了維護(hù)人員的勞動強度。舊的自 控系統(tǒng)，設(shè)備表計陳舊、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 加之系統(tǒng)超期服役， 導(dǎo)致儀表維護(hù)人員的勞動強度很大。6 結(jié)束語 要保證熱媒爐的高效安全運行，自控系統(tǒng)十分重要。本 次熱媒爐改造工程，通過應(yīng)用新技術(shù)、新理論，實現(xiàn)了熱媒 爐的優(yōu)化運行，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。同時提高了 維護(hù)、運行員工的技術(shù)水平。熱媒爐的優(yōu)化運行機理是非常 復(fù)雜的，要完全實現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很多工作要做。參考文