載熱體加熱爐計算機控制技術(shù)

汪琦俞紅嘯 蔣偉忠 汪萍

（上海熱油爐設(shè)計開發(fā)中心)（常州新區(qū)能源設(shè)備制造有限公司）

載熱體加熱爐計算機控制技術(shù)

汪琦*俞紅嘯 蔣偉忠 汪萍

（上海熱油爐設(shè)計開發(fā)中心)（常州新區(qū)能源設(shè)備制造有限公司）

載熱體加熱爐采用計算機過程控制具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。闡述了用于載熱體加熱爐的計算機控制系統(tǒng)的組成、分類及其發(fā)展方向。

加熱爐計算機控制載熱體自動化

1 載熱體加熱爐計算機控制的優(yōu)點

對載熱體加熱爐來說，采用計算機過程控制的自動化生產(chǎn)具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.1 節(jié)約能源

爐子節(jié)能途徑很廣，如爐體改革、煙氣余熱回收等，提高爐子運行的自動化水平也是一個行之有效的節(jié)能途徑。眾所周知，爐子存在一個最優(yōu)燃料消耗問題。通常，如果靠人工操作，根據(jù)火焰形狀、透明度和顏色是不難辨別缺氧的，但空氣超量卻不易察覺。實測表明，大多數(shù)手動操作的爐子廢氣中O2濃度為8%～10%，因此耗能是過大的。只有在有效的監(jiān)測和控制下才能保持爐子在2%的低氧濃度下工作。經(jīng)驗表明，在爐子上采用常規(guī)控制儀表，其節(jié)能率為3%～5%；應(yīng)用微機控制技術(shù)，其節(jié)能率可達(dá)4%～15%。

1.2 改善環(huán)境

爐子在生產(chǎn)中，如果不能充分燃燒，不但會造成能源浪費，還會給環(huán)境造成污染。如果是欠氧燃燒，由于燃燒沒有足夠的氧氣，燃燒不充分，便會冒出黑煙。而過氧燃燒則會產(chǎn)生有害氣體，如氮氧化合物NOx及硫化氣體SOx。采用計算機控制系統(tǒng)對燃燒過程進(jìn)行有效的控制，可使燃燒在合理的空燃比條件下進(jìn)行，大大地減少爐子中燃料燃燒對環(huán)境的污染。

1.3 提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量

計算機過程控制為爐子提供了更穩(wěn)定的運行條件和控制精度，防止熱氣從爐內(nèi)噴出造成熱量損失和爐管燒損，延長爐子使用壽命，減少爐子維修次數(shù)。

1.4 改善勞動條件

計算機自動控制代替了部分的人工頻繁操作，減少了工人爐前操作時間，改善了工人勞動條件。

1.5 為生產(chǎn)管理和技術(shù)改造創(chuàng)造條件

計算機在載熱體加熱爐上的應(yīng)用，為生產(chǎn)工藝過程提供了方便而直觀的過程參量檢測、顯示、記錄以及處理的手段，不但為生產(chǎn)管理、設(shè)備檢查維修提供了條件和依據(jù)，也為爐體改革和爐子特性的測試分析提供了數(shù)據(jù)，從而可促進(jìn)載熱體加熱爐設(shè)計、生產(chǎn)的科學(xué)化。

2 計算機控制系統(tǒng)的組成

載熱體加熱爐計算機過程控制系統(tǒng)是利用計算機做為自動化工具，對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位、濃度等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動控制的控制系統(tǒng)。圖1給出了計算機控制系統(tǒng)的組成框圖。

圖1 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

由圖1可以看出，控制系統(tǒng)主要由四個部分組成：

（1）載熱體加熱爐；

（2）一次儀表和執(zhí)行機構(gòu)；

（3）控制計算機及外部設(shè)備（包括通道接口）；

（4）各種程序軟件。

3 計算機控制系統(tǒng)的分類

3.1 按系統(tǒng)組成方式分類

（1）就地分散式控制

多臺爐子，各自獨立形成自己的控制系統(tǒng)，互不相關(guān)，某臺控制機出現(xiàn)故障，不會影響其它系統(tǒng)。但同時管理多臺爐子時，管理、操作和監(jiān)視的工作量大，功能重復(fù)多，總成本較高。

（2）集中型控制系統(tǒng)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高速、大容量的計算機系統(tǒng)。一臺控制機同時對多臺爐子進(jìn)行過程控制的系統(tǒng)稱為集中型控制系統(tǒng)。采用這種方式組成控制系統(tǒng)成本最低，各爐子間同步性能好。但這種方式的可靠性要求高，主機故障影響面大，危險集中，容易給生產(chǎn)帶來很大損失。

（3）集散式控制系統(tǒng)

集中分散式控制系統(tǒng)是在前兩種控制方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這種控制方式，一方面有獨立的單元DDC級（直接數(shù)字控制系統(tǒng)）控制器，另一方面又有集中監(jiān)視管理的工作站和計算機。這種系統(tǒng)的特點是：

（a）公共數(shù)據(jù)資源共享；

（b）爐子維護(hù)可以分散單純化；

（c）系統(tǒng)擴展方便；

（d）子系統(tǒng)檢查管理自動化；

（e）故障危險分散。

3.2 按組成規(guī)模和適用范圍分類

（1）專用型控制器

它是一種針對各種特定對象、特定范圍爐型專門設(shè)計的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)各種配置比較精煉，因而結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用性能好，造價低，安裝調(diào)試方便，但使用局限性較大。專用型控制器是加熱爐設(shè)備自動化、產(chǎn)品化的發(fā)展方向。

（2）通用型DDC爐子計算機控制裝置

這種控制裝置與專用型控制器一樣，用于對生產(chǎn)過程的直接控制。所不同的是，它由通用性較強的工業(yè)控制機系列或多回路、單回路智能儀表組成。由于其系列化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化和開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)設(shè)計者在設(shè)計和實施實用系統(tǒng)時，可以把各個功能單元組合成實用控制系統(tǒng)，所以它具有很強的靈活性和可擴展性。但對于特定控制來說，用工業(yè)控制機系列組成的系統(tǒng)往往顯得器件過多、功能冗余，因而與專用控制器相比其成本較高，并且安裝調(diào)試技術(shù)要求高，工作量大。

（3）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)

監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)，是指計算機根據(jù)生產(chǎn)過程的信息（測量值）和其它信息（給定值等），按照生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型（或用其它方法），去自動改變DDC級工業(yè)控制機或模擬儀表調(diào)節(jié)器的給定值，從而使生產(chǎn)過程在最優(yōu)化的工況下進(jìn)行。

（4）分級控制系統(tǒng)

分級控制系統(tǒng)是由多個計算機組成的，其中最高級的是具有經(jīng)營管理功能的分級系統(tǒng)。分級一般是混合式的，即除計算機直接控制外，還有儀表控制和直接現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)。級間用數(shù)據(jù)通訊線連接。它可形成車間級的整體控制。

4 結(jié)束語

載熱體加熱爐計算機控制的發(fā)展方向：

（1）提高國產(chǎn)測量儀表及控制器的可靠性，提高成套儀表的工藝水平及質(zhì)量，提高生產(chǎn)應(yīng)用儀表和控制設(shè)備的可靠性。

（2）提高控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備水平，提高其可用性、可維護(hù)性，加強軟件配套工作和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化，減少構(gòu)成系統(tǒng)的時間和工作量。

（3）加強儀表、電控、計算機系統(tǒng)的一體化工作，加強從控制裝置到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的配套產(chǎn)品的研制，使其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，并使控制系統(tǒng)向更高的層次發(fā)展。

（4）降低設(shè)備造價，發(fā)展專用化控制裝置，使控制設(shè)備的成本降低。

（5）加強檢測技術(shù)的研究，提高溫度、壓力、流量檢測的水平，大力發(fā)展智能化儀表。

（6）加強現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于載熱體加熱爐的研究和數(shù)學(xué)模型的研究。

Compute Control Technology of Heat Carrier Furnace

Wang QiYu Hong xiao Jiang Weizhong Wang Ping

Heat carrier furnace using computer process control has significant economic benefit and social benefit.This paper expounds composition,classification and development direction of computer control system for heat carrier furnace.

Furnace;Compute control;Heat carrier;Automation

TQ 056

*汪琦，男，1961年生，碩士，高級工程師。上海市，200042。

2011-10-15）