加熱爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

姜宏 范文斌 褚海威 南嘉雪

摘要：加熱爐在石油行業(yè)廣泛適用于原油加熱與站區(qū)取暖，對站外加熱爐的運(yùn)行情況只能通過巡檢完成監(jiān)測，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，對自動(dòng)化的需求越來越大，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)監(jiān)控已成為生產(chǎn)過程不可缺少的環(huán)節(jié)。青海油田采油三廠現(xiàn)有加熱爐70臺(tái)，燃燒器采用程控器控制，對站外加熱爐的運(yùn)行情況只能通過巡檢完成監(jiān)測。增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，在安全生產(chǎn)方面存在著隱患。本文針對存在問題，對加熱爐燃燒器的電路及點(diǎn)火原理進(jìn)行研究，將加熱爐燃燒的程控器控制進(jìn)行改進(jìn)。應(yīng)用PLC控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)化組態(tài)軟件，在加熱爐加裝小型PLC，實(shí)現(xiàn)加熱爐燃燒器自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。減輕一線員工的勞動(dòng)強(qiáng)度有著重要意義。

關(guān)鍵詞：加熱爐;遠(yuǎn)程啟停;PLC;組態(tài)軟件

1 前言

目前在油田上使用的加熱爐都是獨(dú)立的控制單元，對加熱的溫度控制主要依靠現(xiàn)場溫控儀和燃燒器內(nèi)部程序控制器完成，操作員工對加爐運(yùn)行參數(shù)是通過巡檢得知。加熱爐在運(yùn)行過程中如發(fā)生故障、集輸管線凍堵、泄漏時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問題，易引發(fā)安全事故，存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，對自動(dòng)化的需求越來越大，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)監(jiān)控已成為生產(chǎn)過程不可缺少的環(huán)節(jié)。青海油田采油三廠分管七個(gè)泉、花土溝等四個(gè)采油區(qū)塊和花土溝聯(lián)合站，現(xiàn)有加熱爐70臺(tái)，燃燒器采用程控器控制。對站外加熱爐的運(yùn)行情況只能通過巡檢完成，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，在安全生產(chǎn)方面存在著隱患。針對存在問題，對加熱爐燃燒器的電路及點(diǎn)火原理進(jìn)行研究，將加熱爐燃燒的程控器控制進(jìn)行改進(jìn)，由加熱爐燃燒器的程控器控制轉(zhuǎn)換成PLC控制，在加熱爐加裝小型PLC，可遠(yuǎn)程監(jiān)控加熱爐溫度、壓力、液位，使燃燒器自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)需求選用了S7-224-CN、EM231 、CP243-1，本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。

模擬量擴(kuò)展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，可適用于復(fù)雜的控制場合直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連。

2.2 系統(tǒng)組成

燃燒器系統(tǒng)主要由 PLC（可編程邏輯控制器）、檢測傳感器（溫度、壓力、液位、）、天然氣控制閥（電磁閥）、空氣供給裝置（風(fēng)機(jī)）、空氣檢查裝置（風(fēng)壓開關(guān)）、燃燒室和點(diǎn)火裝置、火焰檢查裝置（火焰探針）、燃?xì)饧翱諝饪刂蒲b置（伺服電機(jī)）。系統(tǒng)利用熱電阻測得爐內(nèi)溫度值，輸入給可編程控制器?？删幊炭刂破靼演斎胄盘?hào)與給定值比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算。再將運(yùn)算結(jié)果經(jīng)D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換，向燃燒器發(fā)出點(diǎn)火;停爐及大小火轉(zhuǎn)化等控制指令。

2.3 系統(tǒng)功能

PLC改造后的燃燒器控制系統(tǒng)具有的主要功能有爐膛自動(dòng)吹掃及合理配風(fēng)、自動(dòng)點(diǎn)火和滅火、爐內(nèi)溫度控制、爐膛安全檢測、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等功能。

爐膛自動(dòng)吹掃及合理配風(fēng)。停爐后點(diǎn)火、點(diǎn)火失敗或運(yùn)行過程中，都需要對爐膛及煙道系統(tǒng)完成一次吹掃。點(diǎn)火前吹風(fēng)可以有效地清除在爐膛及煙道中可能集聚的可燃?xì)怏w，提高燃燒器運(yùn)行的安全性。

自動(dòng)點(diǎn)火和滅火。燃燒器未改造之前點(diǎn)火時(shí)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測燃燒狀況、預(yù)測突發(fā)故障，易出現(xiàn)傷害事故。PLC改造后的點(diǎn)火過程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在成功吹掃完成后，進(jìn)行點(diǎn)火準(zhǔn)備，點(diǎn)火成功后，點(diǎn)火指示燈亮。若 PLC 在掃吹后未接收到點(diǎn)火成功的信號(hào)，就會(huì)發(fā)出“報(bào)警”（點(diǎn)火指示燈滅），立即停止所有設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)行故障檢測

爐內(nèi)溫度控制。加熱爐燃燒過程中溫度過高，導(dǎo)致壓力上升，可造成爆炸事故，對爐內(nèi)溫度的控制尤為重要。根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度比較后，按照檢測結(jié)果向燃燒器執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出啟停爐及大小火轉(zhuǎn)換的指令信號(hào)。改造后的燃燒器通過控制伺服電機(jī)對風(fēng)門及氣門的調(diào)節(jié)來控制大小火的轉(zhuǎn)換?？刂乒裼|摸屏顯示的功能。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

所有信號(hào)通過PLC通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑渌g機(jī)房，由交換機(jī)完成數(shù)據(jù)交換，小站值班室通過組態(tài)后的監(jiān)控圖實(shí)時(shí)監(jiān)控到加熱爐的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生故障可第一時(shí)間進(jìn)行處理，提高了加熱爐運(yùn)行安全性、可靠性。避免了因巡檢不及時(shí)造成故障后停爐時(shí)間過長引起的管線壓力升高問題，影響原油生產(chǎn)。

2.5 上位機(jī)組態(tài)

在上位機(jī)上利用力控組態(tài)軟件進(jìn)行程序開發(fā)，首先經(jīng)過硬件I/O組態(tài)，使硬件聯(lián)通，再進(jìn)行數(shù)據(jù)組態(tài)，把監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)采集上來，最后再進(jìn)行圖形功能組態(tài)，實(shí)現(xiàn)加熱爐主監(jiān)控畫面、報(bào)警畫面、報(bào)表、歷史趨勢等效果。遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面。

3 應(yīng)用效果

3.1 實(shí)現(xiàn)加熱爐遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過對加熱爐運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了燃燒器故障智能報(bào)警提示，員工在值班室可以及時(shí)解決問題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了巡檢費(fèi)用。

3.2 優(yōu)化燃燒狀態(tài)，提高效率，降低污染。

根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度比較，按照檢測結(jié)果向燃燒器執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出啟停爐及大小火轉(zhuǎn)換的指令信號(hào)。對燃燒器的燃燒狀態(tài)、加熱爐進(jìn)、出口油溫實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對燃燒器風(fēng)門進(jìn)行優(yōu)化控制，使燃燒更加充分，提高加熱爐效率，降低環(huán)境污染。

3.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，協(xié)助安全生產(chǎn)部署。

實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，使加熱運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)室的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并以WEB形式發(fā)布在單位信息網(wǎng)上，授權(quán)用戶可隨時(shí)上網(wǎng)查看，統(tǒng)一管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉華波等編著.西門子S7-300/400 PLC編程與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[2]西門子（中國）有限公司編著.深入淺出西門子S7-200.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.7

[3]王軍.自動(dòng)控制原理. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2008

作者簡介：

姜 宏，1970年9月出生，男，集團(tuán)公司技能專家，儀表自動(dòng)化助理工程師，現(xiàn)在青海油田采油三廠主要從事儀表自動(dòng)化平臺(tái)建設(shè)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集優(yōu)化等工作。