應用技術
作者：王洪濤，蘇華東，趙連科
摘 要 本文分析了原油加熱爐特點，論述了原油加熱爐監控係統應采取的技術措施、性能特點及結構原理等。原油加熱爐監控係統以PLC為核心完成對加熱爐的監控，其主要功能有監視、控製、報警、異常工況模型識別、自動保護等。該係統已在輸油管道原油加熱爐上應用，實際應用效果表明該係統功能齊全、性能穩定適用於原油加熱爐監視及自動控製。
關鍵詞 原油加熱爐；模型識別；控製；PLC；研究
中圖分類號TE973 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）49-0177-02
0 引言
國內原油由於凝點較高，在使用管道輸送過程中大多采用加熱輸送，對原油加熱一般采用原油加熱爐。輸油生產持續不間斷的工藝特點和工業現場環境，要求原油加熱爐的監控係統必須具備高度的可靠性、靈活的調節功能及多種自動保護能力。為適應這一實際需要，我們研製了原油加熱爐監控係統，該監控係統以PLC為核心實現對我處某型燃油加熱爐的全自動監視、控製及自動保護等。實現燃油、風量的最佳配比，達到安全、低耗、優化運行的目的。
1 監控係統配置
根據原油加熱爐工藝對係統的要求，我們對某型原油加熱爐的監控係統采用了完全網絡化的控製和數據采集係統，監控軟件采用目前國內外優秀的工控組態軟件IFIX。PLC選用國外著名廠家A-B的產品。這樣搭配就把PLC在工業惡劣環境中的高可靠性與工控組態軟件豐富友好的用戶界麵有機地結合在一起，相得益彰，使整個係統過程控製特性、操作性、監控管理以及抗幹擾等諸多方麵都有較強的能力。
整個監控係統結構如圖1所示，主要由PLC（可編程監控器）、工業微機IPC（配置網卡、集線器）、打印機、現場儀表等組成。現場儀表主要包括壓力變送器、溫度傳感器、流量計、調節閥、電磁閥、電動閥等。PLC通過以太網（ENET）通訊模塊、集線器（HUB）與工業微機（IPC）相連，實現數據通訊。
2 軟件設計與選擇
2.1 PLC軟件及係統組態
下位機編程軟件一般根據PLC的型號具體規定，我們采用國外著名廠家A-B公司的SLC 500係列 PLC附帶的RS logic 500軟件，該軟件是一個基於Windows環境的編程軟件套件，支持梯形圖（LD）、指令語句表（IL）、順序功能圖（SFC）等多種語言模式，風格統一，使用簡單；具有在線編程、診斷和在線仿真調試等功能，支持DH、DH+、TCP/IP等通訊協議。
我們把加熱爐工藝所要求的每個任務獨立地設計成子程序，單獨寫入和調試，再通過主程序協調各子程序之間的運行，加熱爐監控係統主要包括：
1）主程序。負責協調各子程序之間的運行；
2）參數采集子程序：主要檢測各係統參數及報警；
3）模型識別應急保護子程序。加熱爐運行期間突然停輸，加熱爐爐管爆裂都將會導致重大火災事故的發生。為此首先通過對相關工況模擬試驗及對原油進出爐壓力、溫度，爐膛溫度，煙道溫度等參數在異常情況下的變化趨勢進行分析，建立停輸模型及爐管泄漏模型。計算機進行模型識別。一旦有停輸事件發生立即停爐。一旦有爐管泄漏事件發生立即停爐、打開放空閥、關閉原油進出口閥；
4）安全保護子程序。原油加熱爐是依靠火焰的熱輻射直接對在爐管中流動的原油進行加熱，在這種工況下，監控係統的安全性就顯得尤為重要。為此，係統設置了參數越限聲光報警功能，當出現諸如進出爐壓力過高、過低、燃油溫度超高、兩管程偏流超限等不安全因素時，顯示畫麵中該參數的顯示顏色便會發生變化，同時上位機會發出語音提示，以提醒值班人員采取相應措施，保證係統的安全穩定；
5）控製子程序：優化燃燒控製，以原油出口溫度監控為主回路，實現PID調節，保持低氧燃燒，使係統始終處於最佳燃燒工況，不僅降低能源消耗而且減少環境汙染。優化燃燒控製是本係統的核心部分，關係到加熱爐燃燒的穩定性和高效性。它以原油出口溫度控製回路為主回路，燃油流量控製回路和助燃風流量控製回路並聯串級組成雙交叉雙向限幅係統，實現原油加熱爐靜態尋優，動態限幅的功能，使係統無論是在靜態還是動態，都處於最佳的燃燒工況，不僅降低了能源消耗，減少了環境汙染，還解決了工業加熱爐滯後大，係統在動態過程中因各個參數變化率不同而造成的係統偏離最佳燃燒區的矛盾；
6）負壓控製子程序。通過控製煙道擋板的開度調節負壓的變化；