胡海東，劉曉丹，孫紹華

（廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 廊坊065000）

在工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中，PLC的應(yīng)用非常廣泛，在石油化工、機(jī)械制造、汽車、輕工業(yè)、冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。在生產(chǎn)設(shè)備中引入基于PLC的自動(dòng)控制技術(shù)，不但能提高自動(dòng)化水平，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，還可提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的安全性。

新疆桑南凝析油氣處理站的一臺(tái)酸氣灼燒爐在一次點(diǎn)爐過(guò)程中，突然出現(xiàn)回火爆燃現(xiàn)象，造成燃燒器燒毀的事故。經(jīng)調(diào)查，燃燒器屬于引射燃燒器，由于生產(chǎn)年代較遠(yuǎn)，存在刮風(fēng)容易熄火、再次點(diǎn)火困難、燃燒頭老化等諸多問(wèn)題。為盡快恢復(fù)生產(chǎn)，作業(yè)區(qū)制定了灼燒爐燃燒系統(tǒng)改造方案，重新定做焚燒爐燃燒控制設(shè)備，通過(guò)修改引射燃燒器為強(qiáng)制鼓風(fēng)式燃燒器（強(qiáng)排式燃燒器），該設(shè)備能夠自動(dòng)控制燃燒器的吹掃、點(diǎn)火及火焰檢測(cè)，熄火報(bào)警遠(yuǎn)傳等。此套設(shè)備主要分為三部分：燃燒控制、灼燒爐控制和遠(yuǎn)端控制。

1 燃燒控制部分

燃燒控制部分在完成點(diǎn)火前具有自動(dòng)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、火焰自動(dòng)檢測(cè)、停爐后自動(dòng)吹掃、安全連鎖等功能，由機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分組成?？刂浦黧w是西門子LFL1.1322系列燃燒控制器和S7－200PLC，機(jī)械主體是噴嘴結(jié)構(gòu)。

燃燒控制系統(tǒng)采用全自動(dòng)強(qiáng)排式廢氣燃燒器，具有自動(dòng)點(diǎn)火和安全連鎖功能。燃燒點(diǎn)火過(guò)程嚴(yán)格按照TSGZB001-2008《燃油燃?xì)馊紵靼踩夹g(shù)規(guī)則》執(zhí)行。當(dāng)火焰建立穩(wěn)定后，開(kāi)啟廢氣閥門實(shí)施焚燒。如果出現(xiàn)意外熄火，則切斷燃料氣閥門和廢氣閥門。

1.1 點(diǎn)火控制

燃燒器采用西門子LFL1.1322系列燃燒控制器，通過(guò)其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火控制。具體的功能：有點(diǎn)火前自動(dòng)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、火焰自動(dòng)檢測(cè)、廢氣燃燒自動(dòng)配風(fēng)、停爐后自動(dòng)吹掃、熄火連鎖燃?xì)馇袛啾Ｗo(hù)、獨(dú)立手動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等。

當(dāng)燃燒控制器啟動(dòng)后，首先進(jìn)行火焰檢測(cè)（無(wú)火為正常）和設(shè)備安全連鎖檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)合格后啟動(dòng)燃燒鼓風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，實(shí)時(shí)進(jìn)行風(fēng)機(jī)風(fēng)壓檢測(cè)，直到燃燒器至停運(yùn)狀態(tài)為止。若在啟動(dòng)后6秒鐘內(nèi)探測(cè)不到風(fēng)壓信號(hào)，則燃燒器鎖定并報(bào)警。當(dāng)風(fēng)壓檢測(cè)通過(guò)后，風(fēng)門開(kāi)啟到最大位置進(jìn)行全風(fēng)量的吹掃，吹掃時(shí)間為1~3分鐘，在吹掃完畢后，風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉達(dá)到起始位置。電子打火器開(kāi)始打火，打火2秒鐘后開(kāi)啟燃料氣，如果2秒鐘內(nèi)檢測(cè)不到火焰存在，系統(tǒng)會(huì)立即鎖定燃燒器并報(bào)警。燃料氣火焰建立并穩(wěn)定8秒鐘后開(kāi)啟廢氣電磁閥，并緩慢的釋放廢氣同時(shí)隨動(dòng)調(diào)節(jié)配風(fēng)，至此點(diǎn)火過(guò)程完成。

1.2 安全連鎖

安全連鎖功能通過(guò)S7-200PLC實(shí)現(xiàn)，主機(jī)型號(hào)為CPU224XP，選配兩塊EM231模擬量輸入模塊和一塊EM232模擬量輸出模塊。EM231模塊采集溫度、流量傳感器傳入的4-20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，通過(guò)PLC程序轉(zhuǎn)換為工程量并在觸摸屏監(jiān)控界面上顯示，實(shí)時(shí)與PLC內(nèi)設(shè)定的排煙溫度、爐膛溫度、廢氣流量報(bào)警值相比較，當(dāng)燃燒器自身發(fā)生故障、燃燒過(guò)程中出現(xiàn)意外熄火或當(dāng)排煙溫度、爐膛溫度、廢氣流量高于其設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，輸出繼電器Q0.0動(dòng)作驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，輸出繼電器Q0.1動(dòng)作，在關(guān)閉燃燒器的同時(shí)關(guān)閉燃料氣閥門和廢氣閥門，實(shí)現(xiàn)安全連鎖功能。

1.3 噴嘴結(jié)構(gòu)

燃燒器的噴嘴部分重新設(shè)計(jì)制作，新噴嘴的結(jié)構(gòu)可將廢氣和燃料氣同時(shí)從燃燒器出口噴出，實(shí)現(xiàn)廢氣直接噴入穩(wěn)定火焰根部，讓廢氣全程通過(guò)火焰的高溫區(qū)，保證廢氣可靠分解。

2 灼燒爐控制部分

灼燒爐控制部分采用西門子S7-200PLC作為控制核心，通過(guò)觸摸屏組態(tài)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和監(jiān)控。灼燒爐控制系統(tǒng)有兩個(gè)重要的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能和一個(gè)手動(dòng)控制功能。

2.1 配風(fēng)、溫度的PID調(diào)節(jié)功能

在工程實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)，高性能的S7-200PLC具有PID控制功能，作為PID控制器，根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分參數(shù)計(jì)算出控制量從而進(jìn)行控制。

灼燒爐設(shè)備在改造之前，助燃風(fēng)閥門和冷卻風(fēng)閥門不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，存在配風(fēng)不足廢氣燃燒不充分、配風(fēng)過(guò)量過(guò)度耗費(fèi)燃料氣、熱量排放過(guò)多等問(wèn)題。

該灼燒爐在廢氣燃燒時(shí)配風(fēng)具有PID[1]自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)原理是根據(jù)廢氣流量值調(diào)節(jié)助燃風(fēng)閥門的開(kāi)度，由用戶設(shè)定一個(gè)理想的廢氣流量值作為目標(biāo)值。當(dāng)實(shí)際廢氣流量值低于目標(biāo)值時(shí)，完全燃燒廢氣所需要的空氣量減小，則助燃風(fēng)閥門的開(kāi)度就調(diào)小；當(dāng)廢氣流量高于目標(biāo)值時(shí)，燃燒廢氣所需要的空氣量較大，則助燃風(fēng)閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的調(diào)大，其開(kāi)度由EM232模塊的AQW4口輸出4-20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)助燃風(fēng)閥門伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。助燃風(fēng)和廢氣是通過(guò)同一管口噴出的，助燃風(fēng)量增加，則廢氣量減小，反之廢氣量則增加，兩個(gè)量增減方向相反。通過(guò)此項(xiàng)PID調(diào)節(jié)功能可使廢氣流量保持穩(wěn)定，自動(dòng)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)量，確保廢氣被完全燃燒，有效地提高廢氣燃燒的效率。

排煙溫度也具有PID自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)原理是根據(jù)排煙溫度值按比例調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)閥門的開(kāi)度，由用戶設(shè)定排煙溫度的目標(biāo)值，比如70℃，當(dāng)排煙溫度低于70℃時(shí)，為使排煙溫度所需要的冷卻風(fēng)量減少，則冷卻風(fēng)閥門的開(kāi)度就調(diào)小，當(dāng)排煙溫度高于70℃時(shí)，則冷卻風(fēng)閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的調(diào)大，其開(kāi)度由EM232模塊的AQW6口輸出4-20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)閥門伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。通過(guò)此項(xiàng)PID調(diào)節(jié)功能可使排煙溫度保持穩(wěn)定，有效地減少熱量的排放，節(jié)省大量的燃料氣。

2.2 手動(dòng)控制功能

為方便現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，灼燒爐控制系統(tǒng)專門設(shè)定了手動(dòng)控制功能，在需要手動(dòng)控制助燃風(fēng)閥門或冷卻風(fēng)閥門的開(kāi)度時(shí)，將觸摸屏上相應(yīng)的控制滑桿推到“手動(dòng)”位置，在屏上手動(dòng)值區(qū)域內(nèi)觸摸并鍵入開(kāi)度值，即可手動(dòng)控制助燃風(fēng)閥門或冷卻風(fēng)閥門的開(kāi)度。當(dāng)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)閥門或冷卻風(fēng)閥門時(shí)，將觸摸屏上的控制滑桿推到“自動(dòng)”位置，灼燒控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)廢氣燃燒配風(fēng)和排煙溫度的準(zhǔn)確自動(dòng)控制。

3 遠(yuǎn)端控制部分

針對(duì)灼燒爐作業(yè)區(qū)和中控室相距較遠(yuǎn)不便于經(jīng)常往返操作的現(xiàn)狀，采用了遠(yuǎn)程控制解決方案，實(shí)現(xiàn)灼燒爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)的上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控，在S7-200PLC中編寫(xiě)符合Modbus協(xié)議[2]的從站通訊程序，實(shí)時(shí)將灼燒爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)RS485總線上傳至上位機(jī)，上位機(jī)的監(jiān)控軟件采用VB語(yǔ)言[3]開(kāi)發(fā)定制，遠(yuǎn)程監(jiān)控廢氣切斷閥、燃?xì)馇袛嚅y的狀態(tài)和灼燒爐的遠(yuǎn)端停爐。

4 結(jié)束語(yǔ)

在灼燒爐設(shè)備中，采用重新設(shè)計(jì)制造的噴嘴結(jié)構(gòu)，引入以西門子S7-200PLC和燃燒控制器為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了廢氣燃燒的效率，減少了熱量的排放，節(jié)省了燃料氣，另外還避免了可燃物吹掃置換不干凈的隱患。通過(guò)灼燒爐控制系統(tǒng)改造，克服了刮風(fēng)容易熄火、熄火后不易點(diǎn)火、點(diǎn)火電極容易燒變形損壞、燃燒頭老化等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了灼燒過(guò)程的自動(dòng)控制，減少了人工操作，設(shè)備生產(chǎn)的安全性得到了很大提升。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)用效果良好。

[1]西門子公司.SIMATICS7-200可編程控制器手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

[2]喬永衛(wèi).基于Modbus協(xié)議的自動(dòng)控制系統(tǒng)的通信研究[J].自動(dòng)化與儀表，2012(08):34-37.

[3]王韋偉.Visual Basic程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2012.