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基于PLC的輸油熱媒爐控制系統(tǒng)

文檔作者：夏志英文檔來(lái)源：中油管道長(zhǎng)春輸油氣分公司牧羊輸油站		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月26日
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《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》201 0年第29卷第7期 經(jīng)驗(yàn)交流
TechnicaI Communications
基于P L C的輸油熱媒爐控制系統(tǒng)
夏志英
(中油管道長(zhǎng)春輸油氣分公司牧羊輸油站，吉林松原131 101)
摘 要：通過(guò)羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)在熱媒爐中的應(yīng)用，分析了該系統(tǒng)的特點(diǎn)和軟硬件的設(shè)計(jì)思想。針對(duì)該裝置典型回路的控
制方案，介紹了軟件(組態(tài)設(shè)計(jì)方案及實(shí)施效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用確保了熱媒爐的安全、平穩(wěn)、優(yōu)化運(yùn)行，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)
濟(jì)和技術(shù)效益。
關(guān)鍵詞：ControlLogix系統(tǒng)；控制器；以太網(wǎng)；組態(tài)；控制圖
中圖分類(lèi)號(hào)：TP273．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：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
中國(guó)石油管道公司長(zhǎng)春輸油氣分公司4650KW 國(guó)
產(chǎn)熱媒爐即間接式原油加熱爐大修理工程，將控制裝置
由原來(lái)的首鋼單回路控制器改為羅克韋爾公司
ControlLogix控制系統(tǒng)?？刂瞥绦蛴晒炯夹g(shù)人員自主
研發(fā)。新系統(tǒng)人機(jī)界面友好，組態(tài)、編程方便，自投運(yùn)
以來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行、能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)周期安全生產(chǎn)的要求。
2 裝置概述
4650KW 熱媒間接加熱系統(tǒng)由熱媒加熱爐，熱媒／
原油換熱器，熱媒循環(huán)供給系統(tǒng)，熱媒／煙氣預(yù)熱器，空
氣／ 煙氣換熱器以及其它附屬配套設(shè)備組成的一種加
熱裝置。原油的熱量由熱媒間接加熱獲得。
收稿日期：2 01 0—01—2 7
3 系統(tǒng)組成和控制功能的特點(diǎn)
選用羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是
將單純的PLC和DCS控制融合發(fā)展的控制平臺(tái)。允許
混合使用多個(gè)處理器，多種網(wǎng)絡(luò)和I／O。系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，
易于集成，模塊化設(shè)計(jì)，開(kāi)放式結(jié)構(gòu)特有的升級(jí)固件，使
得系統(tǒng)在應(yīng)用中功能強(qiáng)大、安全可靠。
3．1 設(shè)計(jì)原則
分公司下設(shè)五個(gè)站，每個(gè)站四臺(tái)熱媒爐，下面以牧
羊輸油站為例。系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)為136點(diǎn)。其中：44點(diǎn)AI模
擬量輸人、12點(diǎn)AO模擬量輸出、48點(diǎn)DI開(kāi)關(guān)量輸入、
32點(diǎn)DO開(kāi)關(guān)量輸出0為了滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要，在系
統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了以下原則-．．1①系統(tǒng)功能成套完整，系統(tǒng)
硬件可保證長(zhǎng)周期運(yùn)行并且具有較高的可靠性? ；②系
統(tǒng)是經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證的 并且是出 廠(chǎng)前最新的硬件和
軟件版本；③系統(tǒng)允許在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下在線(xiàn)更換
系統(tǒng)模塊或組件，系統(tǒng)中任何組件通電或掉電都不會(huì)影
經(jīng)驗(yàn)交流
Technical CommunIcations
《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》201 0年第29卷第7期
響其他組件的運(yùn)行【 】；④系統(tǒng)允許在線(xiàn)修改軟件或程序，
數(shù)據(jù)點(diǎn)的修改僅僅影響被修改的回路，回路的輸出將保
持在修改前最后時(shí)刻的數(shù)值。⑤擴(kuò)展余量大，為系統(tǒng)擴(kuò)
張?zhí)峁┙涌冢F(xiàn)有設(shè)備I／O模塊留有30％備用量，當(dāng)系
統(tǒng)增加30％ 左右的操作站和控制站時(shí)，系統(tǒng)的通信量和
負(fù)載量仍然可滿(mǎn)足要求。
3。2 系統(tǒng)構(gòu)成
該控制系統(tǒng)主要由控制器、機(jī)架、電源模塊、I／O
模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊、操作站、服務(wù)器、打印機(jī)八部分組成。
① 控制器(1756-L55)。該系統(tǒng)選用2套1756-L55
控制器。每臺(tái)控制器最大尋址量1 28000點(diǎn)DI／O，4000
點(diǎn)AI／O及回路。ControlLogix平臺(tái)通過(guò)背板提供了高
速數(shù)據(jù)傳輸。各控制器能產(chǎn)生和使用系統(tǒng)標(biāo)簽，這種技
術(shù)使得多個(gè)控制器共享輸入信息和輸出狀態(tài)，非常實(shí)
用?？蛇x用戶(hù)內(nèi)存1．5Mb。
② 機(jī)架(1756～A13)。選l3槽機(jī)架2個(gè)。所有的模
塊都可以帶電插拔，以便于維護(hù)。特有的電子鎖功能可
確保ControlLogix框架中的模塊為正確的類(lèi)型和版本，
避免發(fā)生替換故障。
③ 電源模塊(1756一PA72／C)。該系統(tǒng)選用非冗余
電源，與機(jī)架分離不占槽位，安裝在機(jī)架的左邊，直接給
機(jī)架背板提供1．2V、3．3V、5V和24V直流電源。還
可配置冗余電源模塊。
④ I／O模塊。1756系列智能I／0模塊，可拆卸端
子，具有帶電插拔、自診斷、時(shí)間標(biāo)識(shí)，閃存升級(jí)、電子
保險(xiǎn)、單獨(dú)隔離等功能。該控制系統(tǒng)的I／O模塊有：8臺(tái)
隔離模擬量輸入模塊(175一IF6I)、4臺(tái)隔離模擬量輸出
模塊(1756-OF6CI)、4臺(tái)帶通道級(jí)診斷能力的數(shù)字量直
流輸入模塊(1756一IB16D)、4臺(tái)單獨(dú)隔離輸出的數(shù)字量
觸點(diǎn)輸出模塊(1756-OW16I)。
⑤ 以太網(wǎng)接口模塊(1756一ENBTA)。以太網(wǎng)接
口模塊和1臺(tái)24口的交換機(jī)相連，將數(shù)據(jù)路由到服
務(wù)器上。
⑥ 通訊模塊(1756-CNB／D)。該模塊用于I／O數(shù)據(jù)
與控制器及PanelView終端進(jìn)行通訊。
⑦ 操作站。操作站選用2臺(tái)PanelView 1000。操
作站是操作員了解各裝置全部信息的接口單元，操作員
可在正?；虍惓Ｇ闆r下對(duì)各裝置進(jìn)行控制和監(jiān)視操作
站的功能如下：顯示全部的過(guò)程變量及有關(guān)參數(shù)；操作所
有控制回路的參數(shù)，如改變?cè)O(shè)定點(diǎn)、工作方式、回路輸
出、報(bào)警顯示、過(guò)程流程圖顯示、仿真曲線(xiàn)參數(shù)設(shè)置等。
⑧ 服務(wù)器。最新選用l臺(tái)Dell Precision 390服
務(wù)器，其配置為：Intel Core 2 Duo E6300處理器，主頻
為1．86G，前端總線(xiàn)為1066MHz，2MB二級(jí)緩存，2GB
ECC DDR2 667內(nèi)存，250GB SATA硬盤(pán)，128M獨(dú)立
顯卡。22英寸Dell液晶顯示器。服務(wù)器具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)
高速緩沖、報(bào)警、人機(jī)界面、歷史數(shù)據(jù)收集和報(bào)表生成
等功能。是系統(tǒng)工程及維護(hù)的主要設(shè)備，同時(shí)具有操作
站功能，使其既可組態(tài)又可操作和監(jiān)視。
⑨ 打印機(jī)。選用EPSON l600K vI型針式打印機(jī)
1臺(tái)。用于打印系統(tǒng)、過(guò)程報(bào)警信息和報(bào)表等。
3．3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)以上硬件配置要求，安裝在控制室，室內(nèi)放置2
臺(tái)操作站、1臺(tái)服務(wù)器和1臺(tái)打印機(jī)，和站控系統(tǒng)共用
一個(gè)控制室?？刂剖覂?nèi)放置4臺(tái)熱媒爐控制機(jī)柜。機(jī)柜
內(nèi)有接地極，室內(nèi)有空調(diào)設(shè)備。室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)電纜、信號(hào)電
纜、電源電纜均使用單獨(dú)的溝、槽、盒。
3．4 系統(tǒng)軟件
ControlLogix系統(tǒng)需要RSLogix5000企業(yè)版軟件、
RSView32軟件和RSLinx軟件。RSLogix5000梯形圖編
程軟件，有靈活易用的編輯功能、通用的操作畫(huà)面、診
斷和糾錯(cuò)工具。RSView32是高度集成、基于組件的人
機(jī)界面，發(fā)揮微軟領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)的監(jiān)控軟件，其開(kāi)放性
與第三方程序具有高度兼容性。RSLinx為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連
接羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品的通訊軟件，界面友好、功能強(qiáng)
大、支持不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通訊。
4 系統(tǒng)控制功能解決方案
本系統(tǒng)裝置工藝復(fù)雜，控制要求較高，具有多個(gè)復(fù)
雜的控制回路，在此系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的控制方案。在
此舉兩例典型的控制方案加以說(shuō)明。
4。1 熱媒出爐溫度串級(jí)調(diào)節(jié)
熱媒出爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由風(fēng)油調(diào)節(jié)閥、爐控機(jī)的
熱媒溫度調(diào)節(jié)模塊、750L／h標(biāo)度變換模塊、風(fēng)油仿真
模塊、燃料油流量計(jì)、燃料油流量變送器和熱媒出爐溫
度變送器所組成。
此系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主被調(diào)參數(shù)為熱媒出
爐溫度、副被調(diào)參數(shù)為燃料油流量。助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥的閥
位跟隨燃料油流量的變化而變化。該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程
是，當(dāng)熱媒出爐溫度升高且超過(guò)給定值時(shí)，反作用熱媒
溫度調(diào)節(jié)模塊(PID 1)的輸出值減少，經(jīng)過(guò)750L／h標(biāo)度變
換模塊，作為反作用燃料油流量調(diào)節(jié)模塊(PID2)的給定
自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 20l0年第29卷第7期 經(jīng)驗(yàn)交流
TechnicaI Communications
值，這時(shí)其調(diào)節(jié)模塊的輸出減少，燃料油調(diào)節(jié)閥關(guān)小，
熱媒溫度下降。當(dāng)熱媒溫度降低到熱媒溫度給定值
時(shí)，燃料油調(diào)節(jié)閥停關(guān)，燃料油流量維持不變。燃料油
調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，燃料油流量一定變化，它的一路作為燃料
油流量調(diào)節(jié)模塊的過(guò)程值，一路作為油風(fēng)仿真模塊的
燃料油流量值。仿真模塊的風(fēng)閥閥位值隨動(dòng)于燃料油
流量值，使助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥隨之動(dòng)作。因?yàn)槿剂嫌土髁?
降低，助燃風(fēng)量隨之降低。當(dāng)燃料油流量不變時(shí)，助燃
風(fēng)的流量也就不變了。當(dāng)熱媒溫度降低時(shí)，調(diào)節(jié)方向
與上述情況正好相反。
熱媒出爐溫度串級(jí)調(diào)節(jié)組態(tài)：進(jìn)入控制程序，建立
控制器和I／O模塊、以太網(wǎng)模塊以及通訊模塊，然后將
所有的模塊分配到控制器中，組態(tài)I／O模塊，下載控制程
序。熱媒出爐溫度串級(jí)控制圖如圖1所示。圖中模塊是
通過(guò)梯形圖編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖1 熱媒出爐溫度串級(jí)控制圖
4．2 油風(fēng)隨動(dòng)調(diào)節(jié)
參與熱媒爐燃燒的助燃風(fēng)量隨動(dòng)于燃料油量。在
程序中我們是通過(guò)建立仿真模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面舉例
說(shuō)明具體的建立過(guò)程。首先，如表1所示建立油風(fēng)仿真
數(shù)據(jù)表。
表1 油風(fēng)仿真數(shù)據(jù)表
標(biāo)稱(chēng)負(fù)荷(％) 標(biāo)稱(chēng)油流量(L／h) 實(shí)際油流量x(Llh) 風(fēng)閥閥位電信號(hào)Y(％)
36 194 4 194 42
44 237 6 236 48
52 280 8 282 54
60 324 0 325 60
68 367 2 370 66
76 410 4 41i 72
84 453 6 450 78
92 496 8 497 84
1O0 540 0 54I 90
減壓閥后壓力0 55MPa，啟爐前霧化風(fēng)壓力0 2MPa，油溫8O'(2
該表的數(shù)據(jù)通過(guò)逐點(diǎn)實(shí)測(cè)得出的。測(cè)量時(shí)，應(yīng)記下
有關(guān)的溫度和壓力值，每點(diǎn)數(shù)據(jù)組的建立均以肉眼觀察
煙的黑度狀態(tài)加以確定的。做法是先將實(shí)際油流量手
動(dòng)調(diào)至最大標(biāo)稱(chēng)值附近(540L)，然后手動(dòng)由最大至小調(diào)
整風(fēng)量，待剛冒煙時(shí)穩(wěn)定5Min，觀察氧量值。然后在每
次調(diào)大風(fēng)量使氧量升高i％，穩(wěn)定l0min后，記下實(shí)際風(fēng)
閥閥位Y(90％)。按照同樣辦法，測(cè)出其他8組數(shù)，就可
以填滿(mǎn)表了。如果以X為橫坐標(biāo)，以Y為縱坐標(biāo)，并把
9個(gè)點(diǎn)之間連成線(xiàn)，就可以得到該臺(tái)熱媒爐的油風(fēng)仿真
曲線(xiàn)。這樣的曲線(xiàn)不是用數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出的，也不是
根據(jù)某組典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的。因此曲線(xiàn)與每臺(tái)爐的
實(shí)際情況更為接近。另外檢測(cè)儀表特別是煙氣含氧量
檢測(cè)儀表測(cè)量的正確性較差，但重復(fù)性很好。燃料油
流量計(jì)、助燃風(fēng)閥位執(zhí)行器和氧量檢測(cè)儀表的重復(fù)性
都能較好地滿(mǎn)足控制需要。所以在爐控機(jī)程序軟件中
采用仿真曲線(xiàn)不僅顯著提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量，而且在很大
程度上減少了對(duì)儀表品質(zhì)的依賴(lài)，并且延長(zhǎng)了有關(guān)儀
表的使用壽命。
其次，．在梯形圖中建立實(shí)際油流量及風(fēng)閥閥位系
統(tǒng)標(biāo)簽，在操作站中輸入表l中所示的實(shí)測(cè)值，將標(biāo)
簽連接到仿真模塊中，仿真模塊的輸出值Y 的計(jì)算公
式如下：
Y=Yl+(Y2一Y1)(X—X1)／(X2一X1)
式中：Y為風(fēng)閥閥位輸出；X為控制輸出的燃料油流
量；X1、X2為實(shí)測(cè)燃料油流量；Yl、Y2為實(shí)測(cè)風(fēng)閥閥
位，其中Xl

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