陳東亮

(中石化儀征化纖股份有限公司，江蘇 儀征 211900)

作為聚酯裝置的關鍵熱設備，中石化儀征化纖股份有限公司20萬t/a聚酯項目的熱媒爐系統(tǒng)由航天部十一所成套設計，設備采用立式圓筒形結構，主要包括爐體、燃燒器及空氣預熱器等設備，子系統(tǒng)含燃氣供應系統(tǒng)、助燃風系統(tǒng)、點火系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等部分。為提高工業(yè)熱媒爐裝置的自控水平，保證安全生產(chǎn)，筆者基于PLC和組態(tài)王設計其控制系統(tǒng)。

1 工藝流程①

熱媒爐系統(tǒng)采用彎曲葉片穩(wěn)焰器配風結構的燃氣燃燒器，燃氣從燒嘴噴出，助燃風由喉部組件噴出，燃燒器燒嘴對稱分布，空氣路使用鼓風機為燃燒提供助燃風，在煙氣管路上設有一臺空氣預熱器，用來加熱助燃風。該系統(tǒng)以天然氣作為燃料氣，進入加熱爐區(qū)后經(jīng)流量調節(jié)和切斷閥組，最后分兩路通過阻火器和金色軟管進入燃燒器。系統(tǒng)點火采用自動程序二級點火方案，點火氣從焦爐氣管到引出，連接到燃燒器點火槍的點火氣接口，在點火燃氣管線中設有電磁切斷閥，由過程控制其點火過程中的開關動作。熱媒爐工藝流程如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能

熱媒爐的自控系統(tǒng)采用OMRON CS1W PLC實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的邏輯和調節(jié)控制功能，通過組態(tài)王設計系統(tǒng)的監(jiān)控流程畫面和參數(shù)的實時顯示與修改，這樣就實現(xiàn)了整個熱媒爐系統(tǒng)的自動控制。控制系統(tǒng)的技術特性是：燃氣流量和助燃風量既可獨立調節(jié)，又可以進行串級比例雙交叉限制調節(jié)；煙氣殘氧信號引入控制系統(tǒng)，有效地控制熱媒爐實施低氧燃燒，達到節(jié)約能源，減少排污的目的，同時采用氧含量分析儀對煙氣中的含氧量進行在線分析，經(jīng)過非線性調節(jié)器修正風/氣比，保證系統(tǒng)處于最佳燃燒狀態(tài)，從而達到提高熱效率的目的；程序設置保證了系統(tǒng)在手動-自動和串級-自動各運行狀態(tài)間無振動切換；對風機變頻和燃氣調節(jié)閥采用了限位措施，避免熱媒爐負荷調節(jié)變化較大時，由于閥位開度過小而引起爐滅火等問題；包含PLC在內的控制柜與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)通信連接，實現(xiàn)多處同時監(jiān)控，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，主要參數(shù)有熱媒爐進/出口溫度、燃氣流量、燃氣壓力、熱媒流量及風機運行狀態(tài)等。

圖1 熱媒爐工藝流程簡圖

3 硬件配置

熱媒爐控制系統(tǒng)采用PLC和上位機方式實現(xiàn)自動控制功能，PLC與上位機采用OMRON CS1G和Controller Link方式通信，PLC之間通過Controller Link網(wǎng)絡實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)鏈接，構成同級網(wǎng)絡結構。采用兩臺上位機實現(xiàn)雙機熱備，一臺為主機、一臺為從機，主/從機采用TCP/IP協(xié)議構成局域網(wǎng)，從機適時從主機獲得數(shù)據(jù)進行刷新。正常運行狀態(tài)中，只有主機可下發(fā)操作指令，從機只具有顯示功能；當主機運行中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動將從機切換為主機，代替原主機實現(xiàn)下發(fā)操作指令。PLC的主要硬件配置見表1。

表1 PLC硬件配置

4 軟件

4.1 點爐控制

點爐操作分自動點爐和手動點爐兩種。由于熱媒爐控制系統(tǒng)對安全系數(shù)要求較高，無特殊情況，一般采用自動點爐，其工作時序如圖2所示。

圖2 自動點爐時序

自動點爐程序的步驟如下：

a. 關風門，啟動風機；

b. 大風吹掃135s，風閥經(jīng)12s后回到點火開度；

c. 點火槍工作，15s后停止；

d. 點火燃氣閥打開，點火槍(點火變壓器)工作1s后，燃氣閥打開，將點火燃氣點燃；

e. 若點火燃氣已被點燃，紫外火檢和電離火檢接收到信號送至PLC，觀察流程畫面的火焰指示；

f. 風機變頻點火開度，進氣切斷閥打開，燃氣放空閥關閉，保持燃氣被點燃；

g. 當點火氣被引燃后，紫外火檢檢測信號穩(wěn)定，點爐成功。

實現(xiàn)了自動點爐后，按工藝要求進行升溫控制，熱媒爐進入正常的負荷調節(jié)控制，包括手動和自動調節(jié)方式。PLC系統(tǒng)上電后，調節(jié)回路自動鎖定在手動狀態(tài)。如果要從其他控制狀態(tài)切換至手動調節(jié)，點擊畫面上的“手動”鍵，修改MV值進行控制。自動調節(jié)狀態(tài)下，調節(jié)回路根據(jù)設定值自動調整閥門開度，以使測量值與設定值保持一致。

4.2 回路調節(jié)

熱媒爐控制系統(tǒng)包括助燃風調節(jié)回路、燃氣調節(jié)回路、煙氣殘氧調節(jié)回路和熱媒總管出口溫度調節(jié)回路。

4.2.1單回路調節(jié)

進入燃燒畫面，分別選擇燃氣和風量調節(jié)回路，按自動/手動鍵選擇相應狀態(tài)，通過設定SV(設定值)和MV(閥位輸出值)值進行自動或手動負荷調節(jié)。進行回路調節(jié)時，每次閥門開度MV應小于合理值，當SV給定或MV給定后，觀察測量值PV的變化，在PV接近SV時再進行下一次改變，同時注意氧量的變化。

4.2.2定燒調節(jié)

在進行定燒調節(jié)前，將氧量設定值SV設置在合理范圍內。進入燃燒畫面，通過選擇熱媒溫度調節(jié)回路，按“定燒”項選擇定燒方式，此時氣量默認狀態(tài)變?yōu)樽詣樱L量默認狀態(tài)變?yōu)榇?，可通過修改氣量設定值SV來調節(jié)負荷，風量會自動進行比例調節(jié)，不需要人為調整。切為定燒狀態(tài)后，氧量默認不修正，不參與風量調節(jié)，可將其打到修正狀態(tài)，改變設定值，對風量進行微調。進行定燒調節(jié)時，每次修改氣量設定值應小于合理值，當SV給定后，觀察測量值PV的變化，在PV接近SV時再進行下一次改變，同時注意氧量的變化。

4.2.3串級調節(jié)

在進行串級調節(jié)前，將氧量設定值SV設置在合理范圍內。進入燃燒畫面，選擇熱媒溫度調節(jié)回路，選擇自動方式，此時氣量和風量默認狀態(tài)都自動變?yōu)榇?，可緩慢改變熱媒出口溫度設定值SV，氣量和風量進行自動調節(jié)。切為自動狀態(tài)后，氧量默認不修正，不參與風量調節(jié)。進行串級調節(jié)時，每次修改溫度設定值應小于2℃，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。

4.3 聯(lián)鎖設置

為保證熱媒爐安全穩(wěn)定運行，針對系統(tǒng)特點，程序設置了重要參數(shù)停爐聯(lián)鎖，主要聯(lián)鎖停爐條件見表2。

表2 停爐的主要聯(lián)鎖條件

4.4 停爐控制

按下控制柜上的“停車”按鈕，可人為停止熱媒爐運行，PLC自動執(zhí)行后處理程序。正常停運按先停爐后降溫最后停運熱媒泵的順序進行操作。停爐后，熱媒泵和風機必須保持運行，直至熱媒溫度降至150℃以下方可停運。

5 人機界面

KingVIEW組態(tài)王監(jiān)控軟件提供友好的人機交互界面功能、圖形處理功能、報表處理功能、報警處理功能、查詢功能及用戶權限管理功能等，可對全系統(tǒng)各個回路進行操作，對設定值、輸出值、時間參數(shù)值、順控條件值和操作值進行調整操作。該系統(tǒng)具有完善的數(shù)據(jù)采集、控制運算及控制輸出等功能，有模擬量報警、工藝開關量報警和報警摘要，操作員通過報警畫面很方便地了解系統(tǒng)狀態(tài)和生產(chǎn)過程。

熱媒爐控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面設有操作員、管理員和系統(tǒng)管理員3個登錄用戶級別。操作員只具有操作權限；管理員具有操作、參數(shù)修改、系統(tǒng)測試及解鎖等高級權限；系統(tǒng)管理員除具有以上功能外還具有修改操作員和管理員登錄密碼的權限。系統(tǒng)運行時，界面上顯示登錄用戶名、操作權限和本機狀態(tài)指示。

6 結束語

基于PLC和組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了熱媒爐系統(tǒng)的重要狀態(tài)參數(shù)的顯示、記錄存檔和控制調節(jié)，為進行實時故障診斷提供了依據(jù)，同時使控制和修改運行工藝變得靈活方便。該系統(tǒng)投入運行以來，充分發(fā)揮了操作簡單及控制精確等特點，對于熱媒爐系統(tǒng)中的自動化程序控制推廣具有重要意義。