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基于PLC的輸油熱媒爐控制系統(tǒng)

文檔作者：夏志英文檔來源：中油管道長春輸油氣分公司牧羊輸油站		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月26日
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《自動化技術(shù)與應用》201 0年第29卷第7期 經(jīng)驗交流
TechnicaI Communications
基于P L C的輸油熱媒爐控制系統(tǒng)
夏志英
(中油管道長春輸油氣分公司牧羊輸油站，吉林松原131 101)
摘 要：通過羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)在熱媒爐中的應用，分析了該系統(tǒng)的特點和軟硬件的設計思想。針對該裝置典型回路的控
制方案，介紹了軟件(組態(tài)設計方案及實施效果。該系統(tǒng)的應用確保了熱媒爐的安全、平穩(wěn)、優(yōu)化運行，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)
濟和技術(shù)效益。
關鍵詞：ControlLogix系統(tǒng)；控制器；以太網(wǎng)；組態(tài)；控制圖
中圖分類號：TP273．5 文獻標志碼：B 文章編號：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
中國石油管道公司長春輸油氣分公司4650KW 國
產(chǎn)熱媒爐即間接式原油加熱爐大修理工程，將控制裝置
由原來的首鋼單回路控制器改為羅克韋爾公司
ControlLogix控制系統(tǒng)。控制程序由公司技術(shù)人員自主
研發(fā)。新系統(tǒng)人機界面友好，組態(tài)、編程方便，自投運
以來穩(wěn)定運行、能夠滿足長周期安全生產(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／煙氣預熱器，空
氣／ 煙氣換熱器以及其它附屬配套設備組成的一種加
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
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。允許
混合使用多個處理器，多種網(wǎng)絡和I／O。系統(tǒng)靈活性強，
易于集成，模塊化設計，開放式結(jié)構(gòu)特有的升級固件，使
得系統(tǒng)在應用中功能強大、安全可靠。
3．1 設計原則
分公司下設五個站，每個站四臺熱媒爐，下面以牧
羊輸油站為例。系統(tǒng)總點數(shù)為136點。其中：44點AI模
擬量輸人、12點AO模擬量輸出、48點DI開關量輸入、
32點DO開關量輸出0為了滿足安全生產(chǎn)的需要，在系
統(tǒng)設計中采用了以下原則-．．1①系統(tǒng)功能成套完整，系統(tǒng)
硬件可保證長周期運行并且具有較高的可靠性? ；②系
統(tǒng)是經(jīng)過現(xiàn)場實際驗證的 并且是出 廠前最新的硬件和
軟件版本；③系統(tǒng)允許在不關閉系統(tǒng)的情況下在線更換
系統(tǒng)模塊或組件，系統(tǒng)中任何組件通電或掉電都不會影
經(jīng)驗交流
Technical CommunIcations
《自動化技術(shù)與應用》201 0年第29卷第7期
響其他組件的運行【 】；④系統(tǒng)允許在線修改軟件或程序，
數(shù)據(jù)點的修改僅僅影響被修改的回路，回路的輸出將保
持在修改前最后時刻的數(shù)值。⑤擴展余量大，為系統(tǒng)擴
張?zhí)峁┙涌?，現(xiàn)有設備I／O模塊留有30％備用量，當系
統(tǒng)增加30％ 左右的操作站和控制站時，系統(tǒng)的通信量和
負載量仍然可滿足要求。
3。2 系統(tǒng)構(gòu)成
該控制系統(tǒng)主要由控制器、機架、電源模塊、I／O
模塊、網(wǎng)絡通訊、操作站、服務器、打印機八部分組成。
① 控制器(1756-L55)。該系統(tǒng)選用2套1756-L55
控制器。每臺控制器最大尋址量1 28000點DI／O，4000
點AI／O及回路。ControlLogix平臺通過背板提供了高
速數(shù)據(jù)傳輸。各控制器能產(chǎn)生和使用系統(tǒng)標簽，這種技
術(shù)使得多個控制器共享輸入信息和輸出狀態(tài)，非常實
用。可選用戶內(nèi)存1．5Mb。
② 機架(1756～A13)。選l3槽機架2個。所有的模
塊都可以帶電插拔，以便于維護。特有的電子鎖功能可
確保ControlLogix框架中的模塊為正確的類型和版本，
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，與機架分離不占槽位，安裝在機架的左邊，直接給
機架背板提供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、時間標識，閃存升級、電子
保險、單獨隔離等功能。該控制系統(tǒng)的I／O模塊有：8臺
隔離模擬量輸入模塊(175一IF6I)、4臺隔離模擬量輸出
模塊(1756-OF6CI)、4臺帶通道級診斷能力的數(shù)字量直
流輸入模塊(1756一IB16D)、4臺單獨隔離輸出的數(shù)字量
觸點輸出模塊(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24口的交換機相連，將數(shù)據(jù)路由到服
務器上。
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終端進行通訊。
⑦ 操作站。操作站選用2臺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下對各裝置進行控制和監(jiān)視操作
站的功能如下：顯示全部的過程變量及有關參數(shù)；操作所
有控制回路的參數(shù)，如改變設定點、工作方式、回路輸
出、報警顯示、過程流程圖顯示、仿真曲線參數(shù)設置等。
⑧ 服務器。最新選用l臺Dell Precision 390服
務器，其配置為：Intel Core 2 Duo E6300處理器，主頻
為1．86G，前端總線為1066MHz，2MB二級緩存，2GB
ECC DDR2 667內(nèi)存，250GB SATA硬盤，128M獨立
顯卡。22英寸Dell液晶顯示器。服務器具有動態(tài)數(shù)據(jù)
高速緩沖、報警、人機界面、歷史數(shù)據(jù)收集和報表生成
等功能。是系統(tǒng)工程及維護的主要設備，同時具有操作
站功能，使其既可組態(tài)又可操作和監(jiān)視。
⑨ 打印機。選用EPSON l600K vI型針式打印機
1臺。用于打印系統(tǒng)、過程報警信息和報表等。
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
臺操作站、1臺服務器和1臺打印機，和站控系統(tǒng)共用
一個控制室?？刂剖覂?nèi)放置4臺熱媒爐控制機柜。機柜
內(nèi)有接地極，室內(nèi)有空調(diào)設備。室內(nèi)網(wǎng)絡電纜、信號電
纜、電源電纜均使用單獨的溝、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、通用的操作畫面、診
斷和糾錯工具。RSView32是高度集成、基于組件的人
機界面，發(fā)揮微軟領先技術(shù)優(yōu)勢的監(jiān)控軟件，其開放性
與第三方程序具有高度兼容性。RSLinx為現(xiàn)場設備連
接羅克韋爾自動化產(chǎn)品的通訊軟件，界面友好、功能強
大、支持不同網(wǎng)絡上的設備通訊。
4 系統(tǒng)控制功能解決方案
本系統(tǒng)裝置工藝復雜，控制要求較高，具有多個復
雜的控制回路，在此系統(tǒng)上實現(xiàn)了復雜的控制方案。在
此舉兩例典型的控制方案加以說明。
4。1 熱媒出爐溫度串級調(diào)節(jié)
熱媒出爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由風油調(diào)節(jié)閥、爐控機的
熱媒溫度調(diào)節(jié)模塊、750L／h標度變換模塊、風油仿真
模塊、燃料油流量計、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)是一個串級調(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)過程
是，當熱媒出爐溫度升高且超過給定值時，反作用熱媒
溫度調(diào)節(jié)模塊(PID 1)的輸出值減少，經(jīng)過750L／h標度變
換模塊，作為反作用燃料油流量調(diào)節(jié)模塊(PID2)的給定
自動化技術(shù)與應用 20l0年第29卷第7期 經(jīng)驗交流
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值，這時其調(diào)節(jié)模塊的輸出減少，燃料油調(diào)節(jié)閥關小，
熱媒溫度下降。當熱媒溫度降低到熱媒溫度給定值
時，燃料油調(diào)節(jié)閥停關，燃料油流量維持不變。燃料油
調(diào)節(jié)閥動作，燃料油流量一定變化，它的一路作為燃料
油流量調(diào)節(jié)模塊的過程值，一路作為油風仿真模塊的
燃料油流量值。仿真模塊的風閥閥位值隨動于燃料油
流量值，使助燃風調(diào)節(jié)閥隨之動作。因為燃料油流量
降低，助燃風量隨之降低。當燃料油流量不變時，助燃
風的流量也就不變了。當熱媒溫度降低時，調(diào)節(jié)方向
與上述情況正好相反。
熱媒出爐溫度串級調(diào)節(jié)組態(tài)：進入控制程序，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。熱媒出爐溫度串級控制圖如圖1所示。圖中模塊是
通過梯形圖編程來實現(xiàn)的。
圖1 熱媒出爐溫度串級控制圖
4．2 油風隨動調(diào)節(jié)
參與熱媒爐燃燒的助燃風量隨動于燃料油量。在
程序中我們是通過建立仿真模塊來實現(xiàn)的。下面舉例
說明具體的建立過程。首先，如表1所示建立油風仿真
數(shù)據(jù)表。
表1 油風仿真數(shù)據(jù)表
標稱負荷(％) 標稱油流量(L／h) 實際油流量x(Llh) 風閥閥位電信號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，啟爐前霧化風壓力0 2MPa，油溫8O'(2
該表的數(shù)據(jù)通過逐點實測得出的。測量時，應記下
有關的溫度和壓力值，每點數(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。做法是先將實際油流量手
動調(diào)至最大標稱值附近(540L)，然后手動由最大至小調(diào)
整風量，待剛冒煙時穩(wěn)定5Min，觀察氧量值。然后在每
次調(diào)大風量使氧量升高i％，穩(wěn)定l0min后，記下實際風
閥閥位Y(90％)。按照同樣辦法，測出其他8組數(shù)，就可
以填滿表了。如果以X為橫坐標，以Y為縱坐標，并把
9個點之間連成線，就可以得到該臺熱媒爐的油風仿真
曲線。這樣的曲線不是用數(shù)學公式推導出的，也不是
根據(jù)某組典型試驗數(shù)據(jù)給出的。因此曲線與每臺爐的
實際情況更為接近。另外檢測儀表特別是煙氣含氧量
檢測儀表測量的正確性較差，但重復性很好。燃料油
流量計、助燃風閥位執(zhí)行器和氧量檢測儀表的重復性
都能較好地滿足控制需要。所以在爐控機程序軟件中
采用仿真曲線不僅顯著提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量，而且在很大
程度上減少了對儀表品質(zhì)的依賴，并且延長了有關儀
表的使用壽命。
其次，．在梯形圖中建立實際油流量及風閥閥位系
統(tǒng)標簽，在操作站中輸入表l中所示的實測值，將標
簽連接到仿真模塊中，仿真模塊的輸出值Y 的計算公
式如下：
Y=Yl+(Y2一Y1)(X—X1)／(X2一X1)
式中：Y為風閥閥位輸出；X為控制輸出的燃料油流
量；X1、X2為實測燃料油流量；Yl、Y2為實測風閥閥
位，其中Xl

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