基于PLC的输油热媒炉控制系统

《自动化技术与应用》２０１　０年第２９卷第７期　经验交流　ＴｅｃｈｎｉｃａＩ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　基于Ｐ　Ｌ　Ｃ的输油热媒炉控制系统　夏志英　（中油管道长春输油气分公司牧羊输油站，吉林松原１３１　１０１）　摘　要：通过罗克韦尔ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统在热媒炉中的应用，分析了该系统的特点和软硬件的设计思想。针对该装置典型回路的控　制方案，介绍了软件（组态设计方案及实施效果。该系统的应用确保了热媒炉的安全、平稳、优化运行，给企业带来可观的经　济和技术效益。　关键词：ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统；控制器；以太网；组态；控制图　中图分类号：ＴＰ２７３．５　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００３—７２４１（２０１０）０７—０ｌ１４－０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｏｃｋｗｅｌｌ’Ｓ　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ＨＴＭ　Ｈｅａｔｅｒ　ＸＩＡ　Ｚｈｉ－ｒｉｎｇ　（Ｍｕｙａｎｇ　Ｏｉｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｏｉｌ＆Ｇａｓ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｕｂ—ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｏｎｇｙｕａｎ　１３１　１０１　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｏｃｋｗｅｌｌ’Ｓ　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ＨＴＭ　ｈｅａｔｅｒ，ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｆｏｒ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｏｐｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｎｓｕｒｅｓ　ｓａｆｅ，ｓｔａｂｌｅ，ａｎｄ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＴＭ　ｈｅａｔｅｒ　ａｎｄ　ｂｒｉｎｇｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｅｔｈｅｒｎｅｔ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｉａｇｒａｍ　１　引言　中国石油管道公司长春输油气分公司４６５０ＫＷ国　产热媒炉即间接式原油加热炉大修理工程，将控制装置　由原来的首钢单回路控制器改为罗克韦尔公司　３　系统组成和控制功能的特点　选用罗克韦尔ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统。该控制系统是　将单纯的ＰＬＣ和ＤＣＳ控制融合发展的控制平台。允许　混合使用多个处理器，多种网络和Ｉ／Ｏ。系统灵活性强，　易于集成，模块化设计，开放式结构特有的升级固件，使　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制系统。控制程序由公司技术人员自主　研发。新系统人机界面友好，组态、编程方便，自投运　以来稳定运行、能够满足长周期安全生产的要求。　得系统在应用中功能强大、安全可靠。　３．１设计原则　分公司下设五个站，每个站四台热媒炉，下面以牧　２　装置概述　４６５０ＫＷ热媒间接加热系统由热媒加热炉，热媒／　羊输油站为例。系统总点数为１３６点。其中：４４点ＡＩ模　拟量输人、１２点ＡＯ模拟量输出、４８点ＤＩ开关量输入、　原油换热器，热媒循环供给系统，热媒／烟气预热器，空　气／烟气换热器以及其它附属配套设备组成的一种加　热装置。原油的热量由热媒间接加热获得。　３２点ＤＯ开关量输出０为了满足安全生产的需要，在系　统设计中采用了以下原则－．．１①系统功能成套完整，系统　硬件可保证长周期运行并且具有较高的可靠性…；②系　统是经过现场实际验证的　并且是出　厂前最新的硬件和　软件版本；③系统允许在不关闭系统的情况下在线更换　收稿日期：２　０１　０—０１—２　７　系统模块或组件，系统中任何组件通电或掉电都不会影　经验交流　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＣｏｍｍｕｎＩｃａｔｉｏｎｓ　《自动化技术与应用》２０１　０年第２９卷第７期　响其他组件的运行【　】；④系统允许在线修改软件或程序，　⑧服务器。最新选用ｌ台Ｄｅｌｌ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　３９０服　数据点的修改仅仅影响被修改的回路，回路的输出将保　持在修改前最后时刻的数值。⑤扩展余量大，为系统扩　张提供接口，现有设备Ｉ／Ｏ模块留有３０％备用量，当系　统增加３０％左右的操作站和控制站时，系统的通信量和　负载量仍然可满足要求。　务器，其配置为：Ｉｎｔｅｌ　Ｃｏｒｅ　２　Ｄｕｏ　Ｅ６３００处理器，主频　为１．８６Ｇ，前端总线为１０６６ＭＨｚ，２ＭＢ二级缓存，２ＧＢ　ＥＣＣ　ＤＤＲ２　６６７内存，２５０ＧＢ　ＳＡＴＡ硬盘，１２８Ｍ独立　显卡。２２英寸Ｄｅｌｌ液晶显示器。服务器具有动态数据　高速缓冲、报警、人机界面、历史数据收集和报表生成　等功能。是系统工程及维护的主要设备，同时具有操作　站功能，使其既可组态又可操作和监视。　⑨打印机。选用ＥＰＳＯＮ　ｌ６００Ｋ　ｖＩ型针式打印机　１台。用于打印系统、过程报警信息和报表等。　３。２系统构成　该控制系统主要由控制器、机架、电源模块、Ｉ／Ｏ　模块、网络通讯、操作站、服务器、打印机八部分组成。　①控制器（１７５６－Ｌ５５）。该系统选用２套１７５６－Ｌ５５　控制器。每台控制器最大寻址量１　２８０００点ＤＩ／Ｏ，４０００　点ＡＩ／Ｏ及回路。ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ平台通过背板提供了高　速数据传输。各控制器能产生和使用系统标签，这种技　３．３系统硬件结构　根据以上硬件配置要求，安装在控制室，室内放置２　台操作站、１台服务器和１台打印机，和站控系统共用　一术使得多个控制器共享输入信息和输出状态，非常实　用。可选用户内存１．５Ｍｂ。　②机架（１７５６～Ａ１３）。选ｌ３槽机架２个。所有的模　个控制室。控制室内放置４台热媒炉控制机柜。机柜　内有接地极，室内有空调设备。室内网络电缆、信号电　缆、电源电缆均使用单独的沟、槽、盒。　块都可以带电插拔，以便于维护。特有的电子锁功能可　确保ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ框架中的模块为正确的类型和版本，　避免发生替换故障。　３．４系统软件　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统需要ＲＳＬｏｇｉｘ５０００企业版软件、　ＲＳＶｉｅｗ３２软件和ＲＳＬｉｎｘ软件。ＲＳＬｏｇｉｘ５０００梯形图编　程软件，有灵活易用的编辑功能、通用的操作画面、诊　断和纠错工具。ＲＳＶｉｅｗ３２是高度集成、基于组件的人　机界面，发挥微软领先技术优势的监控软件，其开放性　与第三方程序具有高度兼容性。ＲＳＬｉｎｘ为现场设备连　接罗克韦尔自动化产品的通讯软件，界面友好、功能强　大、支持不同网络上的设备通讯。　③电源模块（１７５６一ＰＡ７２／Ｃ）。该系统选用非冗余　电源，与机架分离不占槽位，安装在机架的左边，直接给　机架背板提供１．２Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ和２４Ｖ直流电源。还　可配置冗余电源模块。　④Ｉ／Ｏ模块。１７５６系列智能Ｉ／０模块，可拆卸端　子，具有带电插拔、自诊断、时间标识，闪存升级、电子　保险、单独隔离等功能。该控制系统的Ｉ／Ｏ模块有：８台　隔离模拟量输入模块（１７５一ＩＦ６Ｉ）、４台隔离模拟量输出　模块（１７５６－ＯＦ６ＣＩ）、４台带通道级诊断能力的数字量直　流输入模块（１７５６一ＩＢ１６Ｄ）、４台单独隔离输出的数字量　触点输出模块（１７５６－ＯＷ１６Ｉ）。　４　系统控制功能解决方案　本系统装置工艺复杂，控制要求较高，具有多个复　杂的控制回路，在此系统上实现了复杂的控制方案。在　此举两例典型的控制方案加以说明。　⑤以太网接口模块（１７５６一ＥＮＢＴＡ）。以太网接　口模块和１台２４口的交换机相连，将数据路由到服　务器上。　４。１热媒出炉温度串级调节　热媒出炉温度调节系统由风油调节阀、炉控机的　热媒温度调节模块、７５０Ｌ／ｈ标度变换模块、风油仿真　模块、燃料油流量计、燃料油流量变送器和热媒出炉温　度变送器所组成。　⑥通讯模块（１７５６－ＣＮＢ／Ｄ）。该模块用于Ｉ／Ｏ数据　与控制器及ＰａｎｅｌＶｉｅｗ终端进行通讯。　⑦操作站。操作站选用２台ＰａｎｅｌＶｉｅｗ　１０００。操　作站是操作员了解各装置全部信息的接口单元，操作员　可在正常或异常情况下对各装置进行控制和监视操作　站的功能如下：显示全部的过程变量及有关参数；操作所　此系统是一个串级调节系统，主被调参数为热媒出　炉温度、副被调参数为燃料油流量。助燃风调节阀的阀　位跟随燃料油流量的变化而变化。该系统的调节过程　是，当热媒出炉温度升高且超过给定值时，反作用热媒　温度调节模块（ＰＩＤ　１）的输出值减少，经过７５０Ｌ／ｈ标度变　有控制回路的参数，如改变设定点、工作方式、回路输　出、报警显示、过程流程图显示、仿真曲线参数设置等。　换模块，作为反作用燃料油流量调节模块（ＰＩＤ２）的给定　自动化技术与应用　２０ｌ０年第２９卷第７期　经验交流　ＴｅｃｈｎｉｃａＩ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　值，这时其调节模块的输出减少，燃料油调节阀关小，　热媒温度下降。当热媒温度降低到热媒温度给定值　时，燃料油调节阀停关，燃料油流量维持不变。燃料油　调节阀动作，燃料油流量一定变化，它的一路作为燃料　油流量调节模块的过程值，一路作为油风仿真模块的　以填满表了。如果以Ｘ为横坐标，以Ｙ为纵坐标，并把　９个点之间连成线，就可以得到该台热媒炉的油风仿真　曲线。这样的曲线不是用数学公式推导出的，也不是　根据某组典型试验数据给出的。因此曲线与每台炉的　实际情况更为接近。另外检测仪表特别是烟气含氧量　燃料油流量值。仿真模块的风阀阀位值随动于燃料油　流量值，使助燃风调节阀随之动作。因为燃料油流量　降低，助燃风量随之降低。当燃料油流量不变时，助燃　风的流量也就不变了。当热媒温度降低时，调节方向　与上述情况正好相反。　检测仪表测量的正确性较差，但重复性很好。燃料油　流量计、助燃风阀位执行器和氧量检测仪表的重复性　都能较好地满足控制需要。所以在炉控机程序软件中　采用仿真曲线不仅显著提高了调节质量，而且在很大　程度上减少了对仪表品质的依赖，并且延长了有关仪　表的使用寿命。　热媒出炉温度串级调节组态：进入控制程序，建立　控制器和Ｉ／Ｏ模块、以太网模块以及通讯模块，然后将　所有的模块分配到控制器中，组态Ｉ／Ｏ模块，下载控制程　序。热媒出炉温度串级控制图如图１所示。图中模块是　通过梯形图编程来实现的。　其次，．在梯形图中建立实际油流量及风阀阀位系　统标签，在操作站中输入表ｌ中所示的实测值，将标　签连接到仿真模块中，仿真模块的输出值Ｙ的计算公　式如下：　Ｙ＝Ｙｌ＋（Ｙ２一Ｙ１）（Ｘ—Ｘ１）／（Ｘ２一Ｘ１）　式中：Ｙ为风阀阀位输出；Ｘ为控制输出的燃料油流　量；Ｘ１、Ｘ２为实测燃料油流量；Ｙｌ、Ｙ２为实测风阀阀　位，其中Ｘｌ＜Ｘ＜Ｘ２。仿真模块的输出值Ｙ通过９／　图１　热媒出炉温度串级控制图　１　０缩小模块和加法模块使助燃风调节阀随之动作。　４．２油风随动调节　参与热媒炉燃烧的助燃风量随动于燃料油量。在　程序中我们是通过建立仿真模块来实现的。下面举例　说明具体的建立过程。首先，如表１所示建立油风仿真　数据表。　５　结束语　本文介绍的系统已成功应用于中油管道长春输油　气分公司热媒炉的实时监测中，运行效果良好。该系统　以软件编程和硬件检测、通讯为支撑，可靠实现了热媒　炉的安全、平稳、优化运行，降低了生产耗能，给企业　表１　油风仿真数据表　标称负荷（％）　３６　４４　５２　６０　６８　带来可观的经济和技术效益。该系统可靠性高、功耗　４２　４８　５４　６０　６６　标称油流量（Ｌ／ｈ）　１９４　４　２３７　６　２８０　８　３２４　０　３６７　２　实际油流量ｘ（Ｌｌｈ）　１９４　２３６　２８２　３２５　３７０　风阀阀位电信号Ｙ（％）　低、人机界面良好、成本低，作为ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统在　热媒炉中的典型应用，具有很强的理论和现实意义。　７６　８４　９２　１Ｏ０　４１０　４　４５３　６　４９６　８　５４０　０　４１ｉ　４５０　４９７　５４Ｉ　７２　７８　８４　９０　参考文献：　［１】李延兵，侯立刚．ＣＥＮＴＵＭ　ＣＳ３０００在催化裂化生产中　减压阀后压力０　５５ＭＰａ，启炉前雾化风压力０　２ＭＰａ，油温８Ｏ＇（２　的应用［Ｊ］．自动化仪表，２００７，２８（１２）：４５—４８．　［２］朱凌云．霍尼韦尔Ｅｘｐｅｒｉｏｎ　ＰＫＳ系统在硝酸装置中的　应用【Ｊ］．自动化仪表，２００８，２９（１２）：４４—４８．　该表的数据通过逐点实测得出的。测量时，应记下　有关的温度和压力值，每点数据组的建立均以肉眼观察　烟的黑度状态加以确定的。做法是先将实际油流量手　动调至最大标称值附近（５４０Ｌ），然后手动由最大至小调　整风量，待刚冒烟时稳定５Ｍｉｎ，观察氧量值。然后在每　次调大风量使氧量升高ｉ％，稳定ｌ０ｍｉｎ后，记下实际风　作者简介：夏志英（１　９　７　３一），女，学士，工程师，主要从事仪表　管理＿Ｔ－作。　阀阀位Ｙ（９０％）。按照同样办法，测出其他８组数，就可