基于PLC的输油热媒炉控制系统.pdf

自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第7 期 经 验 交 流 T e c hn i c aI Comm u nic at i on s 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1 3 1 1 0 1 摘 要 通过罗克韦尔 C o n t r o l L o g i x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 C o n t r o l L o g i x系统； 控制器 ； 以太网； 组态； 控制图 中图分类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 7 0 l 1 4 - 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Ro c k we l l ’ S Co n t r o l L o g i x Sy s t e m i n HTM He a t e r XI A Zh i - r i n g Mu y a n g Oi l S t a t i o n o f P e t r o c h i n a P i p e l i n e C h a n g c h u n Oi l ＆Ga s T r a n s p o r t a t i o n S u b c o mp any ， S o n g y u an 1 3 1 1 0 1 C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f Ro c k we l l ’ S Co n t r o l Lo g i x S y s t e m i n HTM h e a t e r ， t h e f e a t u r e o f t h e s y s t e m a n d t h e d e s i g n c o n c e p t f o r h a r d wa r e a n d s o f t ware a r e a n a l y z e d． I n a c c o r da n c e wi t h t h e t y p i c a l c o n t r o l s c h e me o f t h e l o o p s ， t h e d e s i g n s t r a t e g y o f s o f t wa r e c o n fig u r a t i o n a n d i mp l e me n t a t i o n e f f e c t s a r e i n t r o d u c e d ．Th e a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m e ns u r e s s a f e ，s t a b l e ， a n d o p t i ma l o p e r a t i o n o f HTM h e a t e r a n d b r i n g s e c o n o mi c a n d t e c h n i c a l e f f e c t i v e n e s s t o t h e e n t e r pr i s e ． Ke y wo r d Co n t r o l Lo g i x s y s t e m； c o n tro l l e r ； e t h e r n e t ； c o n fig u r a t i o n； c o n t r o l d i a g r a m 1 引言 中国石油管道公司长春输油气分公司 4 6 5 0 KW 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 C o n t r o l L o g i x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。 2 装置概述 4 6 5 0 KW 热媒间接加热系统由热媒加热炉， 热媒 ／ 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。 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 2 7 3 系统组成和控制功 能的特点 选用罗克韦尔 C o n t r o l L o g i x系统。该控制系统是 将单纯的P LC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 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 羊输油站为例。系统总点数为 1 3 6点。其中 4 4点 AI 模 拟量输人、1 2 点 AO模拟量输出、4 8 点 D I 开关量输入、 3 2 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 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 T ec h n i c al Comm u nIc at i on s 自动化技 术与应用2 0 1 0年第 2 9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， 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 3 0 ％备用量 ， 当系 统增加 3 0 ％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 。 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 1 7 5 6 - L 5 5 。该系统选用 2套 1 7 5 6 - L 5 5 控制器。每台控制器最大寻址量 1 2 8 0 0 0 点 DI ／ O， 4 0 0 0 点AI ／ O及回路。C o n t r o l L o g i x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 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 ． 5 Mb 。 ② 机架 1 7 5 6 ～A1 3 。选 l 3 槽机架 2 个。所有的模 块都可以带电插拔， 以便于维护。特有的电子锁功能可 确保 C o n t r o l L o g i x框架中的模块为正确的类型和版本 ， 避免发生替换故障。 ③ 电源模块 1 7 5 6 一P A7 2 ／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 ． 2 V、3 ． 3 V、5 V 和 2 4 V直流 电源 。还 可配置冗余电源模块。 ④I ／ O模块。1 7 5 6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 1 7 5 一 I F6 I 、4台隔离模拟量输出 模块 1 7 5 6 - OF 6 C I 、4台带通道级诊断能力的数字量直 流输入模块 1 7 5 6 一 I B1 6 D 、4台单独隔离输出的数字量 触点输出模块 1 7 5 6 - OW 1 6 I 。 ⑤ 以太网接 口模块 1 7 5 6 一E NB TA 。以太网接 口模块和 1台 2 4口的交换机相连 ， 将数据路 由到服 务 器 上 。 ⑥ 通讯模块 1 7 5 6 -C NB ／ D 。该模块用于I ／ O数据 与控制器及 P a n e l Vi e w终端进行通讯。 ⑦ 操作站。操作站选用 2台P a n e l V i e w 1 0 0 0 。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 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。 ⑧ 服务器。最新选用 l台D e l l P r e c i s i o n 3 9 0服 务器， 其配置为 I n t e l C o r e 2 D u o E 6 3 0 0处理器 ， 主频 为 1 ． 8 6 G， 前端总线为 1 0 6 6 MHz ， 2 MB二级缓存， 2 G B E CC DD R2 6 6 7内存， 2 5 0 G B S AT A硬盘， 1 2 8 M独立 显卡。2 2英寸 De l l 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 E P S O N l 6 0 0 K 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 ． 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 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。 3 ． 4 系统软件 C o n t r o l L o g i x系统需要 R S L o g i x 5 0 0 0 企业版软件、 R S V i e w3 2 软件和 R S L i n x软件。RS L o g i x 5 0 0 0 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。RS Vi e w3 2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。RS L i n x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。 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。 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、7 5 0 L ／ 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。 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 P I D 1 的输出值减少 ， 经过 7 5 0 L ／ h标度变 换模块， 作为反作用燃料油流量调节模块 PI D2 的给定 自 动 化 技 术与 应 用 2 0 l 0 年 第2 9 卷 第7 期 经 验 交 流 T e c hn i c a I Co m mun i c a t i on s 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 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 。 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。 图1 热媒出炉温度串级控制图 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 。 表 1 油风仿真数据表 标称负荷 ％ 标称油流量 L ／ h 实际油流量x L l h 风阀阀位电信号Y ％ 3 6 1 9 4 4 1 9 4 42 4 4 2 3 7 6 2 3 6 48 5 2 2 8 0 8 2 8 2 54 6 0 3 2 4 0 3 2 5 6 0 6 8 3 6 7 2 3 7 0 6 6 7 6 4 1 0 4 4 1 i 7 2 8 4 4 5 3 6 4 5 0 7 8 9 2 4 9 6 8 4 9 7 84 1 O 0 5 4 0 0 5 4I 9 0 减压阀后压力0 5 5 M P a ， 启炉前雾化风压力0 2 M P a ， 油温8 O 2 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 5 4 0 L ， 然后手动由最大至小调 整风量， 待刚冒烟时稳定 5 Mi n， 观察氧量值。然后在每 次调大风量使氧量升高 i ％， 稳定 l 0 mi n后， 记下实际风 阀阀位 Y 9 0 ％ 。按照同样办法， 测出其他 8组数 ， 就可 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 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 。 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 Y 2 一 Y1 X X1 ／ X 2 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XlXX2 。仿真模块的输出值 Y通过 9 ／ 1 0缩小模块和加法模块使助燃风调节阀随之动作。 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 带来可观的经济和技术效益。该系统可靠性高、功耗 低、人机界面 良好、成本低， 作为 C o n t r o l L o g i x系统在 热媒炉中的典型应用 ， 具有很强的理论和现实意义。 参考文献 [ 1 】李延兵， 侯立刚． C E N TUM C S 3 0 0 0 在催化裂化生产中 的应用[ J ] ． 自动化仪表， 2 0 0 7 ， 2 8 1 2 4 5 4 8 ． [ 2 ]朱凌云． 霍尼韦尔E x p e r i o n P KS系统在硝酸装置中的 应用【 J ] ． 自动化仪表， 2 0 0 8 ， 2 9 1 2 4 4 4 8 ． 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 。