王志芳 謝文奮 盧圣峰

(中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司 a.煉油廠；b.營(yíng)銷調(diào)運(yùn)處，新疆 克拉瑪依 833699)

在石油煉化企業(yè)，加熱爐煙道擋板和引風(fēng)機(jī)的控制尤為重要，常用于控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)3種方式，其中液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)因其推力大及動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，使用較為廣泛。

某煉油廠各裝置的加熱爐煙道擋板，采用ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，數(shù)量約20臺(tái)，控制效果較好。但是應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)也存在油泵無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停控制，以及PLC與DCS間的數(shù)據(jù)通信不暢等問(wèn)題。筆者總結(jié)了日常維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出了相應(yīng)整改措施。

ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于中小型蝶閥、閘閥、滑閥的控制，控制系統(tǒng)由集成PLC組成。其操作方式有就地操作和遠(yuǎn)程控制兩種，控制精度可達(dá)0.5%，既可用于過(guò)程調(diào)節(jié)，又可實(shí)現(xiàn)兩位控制；同時(shí)可作為直線位移控制或旋轉(zhuǎn)角位移控制。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)且抗油污能力強(qiáng)，使用壽命大于兩萬(wàn)小時(shí)。

1.1 液壓系統(tǒng)工作原理

液位系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。首先啟動(dòng)電機(jī)M，定量計(jì)量柱塞泵P經(jīng)吸油管從油箱中吸油獲得高壓油，通過(guò)過(guò)濾精度為5μm的精濾器F過(guò)濾，然后由先導(dǎo)式溢流閥YF將工作壓力調(diào)節(jié)到2～5MPa，壓力油經(jīng)單向閥D后將一部分液壓油的能源儲(chǔ)存在蓄能器X中；當(dāng)負(fù)載不運(yùn)行時(shí)，油泵輸出的液壓油經(jīng)溢流閥YF釋放回油箱。關(guān)閉回油截止閥J2打開(kāi)主油路截止閥J4，高壓油通過(guò)電磁換向閥DF或手動(dòng)換向閥SF，控制伺服油缸G，對(duì)閥位做直線位移控制，或通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)蝶閥作角位移控制。

圖1 液壓系統(tǒng)工作原理

1.2 電氣系統(tǒng)工作原理

由操作室來(lái)的220V(AC)電壓至供電控制柜的變壓器，一組220V(AC)給PLC供電，一組24V(DC)給電磁換向閥供電，并給直流位移傳感器提供12V(DC)的工作電源。

PLC接收位移傳感器反饋的4～20mA(DC)信號(hào)，一路反饋至操作室進(jìn)行0%～100%閥位顯示，一路與控制室4～20mA(DC)控制信號(hào)比較，通過(guò)內(nèi)部邏輯運(yùn)算控制繼電器吸合，從而分別控制電液系統(tǒng)中電磁換向閥DF的兩個(gè)電磁鐵，達(dá)到負(fù)載換向和閥位控制的目的。通過(guò)調(diào)節(jié)換向開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)切換自動(dòng)操作和手動(dòng)操作的功能。

2 電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在加熱爐煙道擋板的應(yīng)用

某煉油廠重整裝置共有8臺(tái)加熱爐，其加熱爐煙道、風(fēng)道和路膛負(fù)壓均采用ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制。根據(jù)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在煉油廠重整裝置的使用情況，與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)比，總結(jié)出以下優(yōu)勢(shì)[1]：

a. 控制精度高、性能好。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重復(fù)性、線性度、分辨率和負(fù)荷靈敏度均高于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制性能較好。

b. 輸出推力大，響應(yīng)速度快?？刂凭雀哌_(dá)1%，微小信號(hào)變化立即就能獲得響應(yīng)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法與之相比。

c. 控制核心部件采用PLC進(jìn)行信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)輸出部分采用高性能固態(tài)繼電器，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，且具有信號(hào)消失和動(dòng)力失電自鎖功能，可靠性高。

d. 動(dòng)作平穩(wěn)、無(wú)振蕩和噪音。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在極小的信號(hào)變化范圍內(nèi)就可獲得足夠的推力，因此其動(dòng)作平穩(wěn)，不存在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩和風(fēng)動(dòng)馬達(dá)噪音的問(wèn)題。

e. 操作功能多。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作除4～20mA電氣自動(dòng)控制外，還有液壓手動(dòng)操作功能和機(jī)械手動(dòng)操作功能，方便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

3 存在的問(wèn)題

3.1 油泵無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停控制

ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在加熱爐煙道擋板的應(yīng)用過(guò)程中，出現(xiàn)定量計(jì)量柱塞泵P無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟?？刂茊?wèn)題。當(dāng)油壓低于2MPa時(shí)，電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于驅(qū)動(dòng)力不足無(wú)法進(jìn)行控制，需要啟動(dòng)油泵提高輸出壓力。由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)遠(yuǎn)傳信號(hào)，工藝人員必須到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)啟電機(jī)和柱塞泵；當(dāng)壓力升高到5MPa時(shí)，工藝人員又得再次到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)停止電機(jī)和油泵。

人工操作不僅影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，且浪費(fèi)人力物力。如果壓力高于5MPa而工藝人員未及時(shí)關(guān)閉油泵，則會(huì)導(dǎo)致先導(dǎo)式溢流閥YF長(zhǎng)期處于打開(kāi)狀態(tài)，不但浪費(fèi)能源還對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

3.2 關(guān)鍵監(jiān)測(cè)信號(hào)缺少遠(yuǎn)傳控制

ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)為智能型儀表，控制核心部件采用PLC進(jìn)行信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理，其中較為關(guān)鍵的參數(shù)(如油壓、溫度及液位等測(cè)量和報(bào)警信號(hào))均在PLC內(nèi)部集成。但目前所使用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅通過(guò)硬接線將控制信號(hào)和閥位反饋信號(hào)傳輸至DCS，其余信號(hào)均未在DCS顯示，不利于電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行。

4 改進(jìn)措施

4.1 油泵的自動(dòng)啟停控制

為實(shí)現(xiàn)電機(jī)和定量計(jì)量柱塞泵P的自動(dòng)啟?？刂疲枰诂F(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)式溢流閥YF后的管路中增設(shè)帶報(bào)警設(shè)定點(diǎn)的電接點(diǎn)壓力表或壓力變送器，或?qū)⒆枘釅毫Ρ鞢的信號(hào)引入PLC，用于監(jiān)測(cè)油壓高低實(shí)現(xiàn)報(bào)警；然后在PLC內(nèi)部編制邏輯程序來(lái)進(jìn)行油泵自動(dòng)啟動(dòng)控制，PLC程序如圖2所示。

硬件接線方面，需要在控制柜內(nèi)增設(shè)隔離繼電器，將儀表控制信號(hào)與電氣380V(AC)信號(hào)進(jìn)行隔離傳輸。接線時(shí)將PLC輸出的油壓輸出低報(bào)警信號(hào)Q1.0連接至繼電器控制信號(hào)端(13、14)，將啟?？刂菩盘?hào)接至繼電器常開(kāi)端子(5、9)后傳輸至電氣，在電氣端進(jìn)行隔離并接入380V(AC)動(dòng)力電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)和柱塞泵的自動(dòng)啟?？刂?。電機(jī)控制繼電器接線示意圖如圖3所示。

圖2 電機(jī)和柱塞泵自動(dòng)啟停邏輯

圖3 繼電器接線示意圖

4.2 關(guān)鍵監(jiān)測(cè)信號(hào)增加遠(yuǎn)傳控制

該煉油廠所使用DCS為CS3000系統(tǒng)，ZFT電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)則由PLC控制。為此，需設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)間的通信，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)傳控制[2]。

PLC可通過(guò)Modbus通信協(xié)議與DCS實(shí)現(xiàn)通信。其中DCS作為Modbus主站， PLC作為從站，實(shí)現(xiàn)主站和從站的數(shù)據(jù)交換，將油壓、液位及溫度等信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS。

首先對(duì)CS3000 DCS中的串口通信卡ALR121進(jìn)行屬性設(shè)置。在組態(tài)管理軟件SYSTEM VIEW中，對(duì)已經(jīng)與子系統(tǒng)建立連接的ALR121卡進(jìn)行端口PORT1的通信參數(shù)(如波特率、奇偶校驗(yàn)及響應(yīng)時(shí)間等)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)定時(shí)要保持通信雙方的參數(shù)一致。定義完通信卡屬性后，在CS3000的Communication I/O builder中完成對(duì)通信數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的定義，如緩沖區(qū)SIZE、端口port、從站地址Station、設(shè)備類型和數(shù)據(jù)通信起始地址DEVICE & ADDRESS、數(shù)據(jù)類型Data Type及位號(hào)說(shuō)明Label等。這些參數(shù)要根據(jù)子系統(tǒng)提供的資料進(jìn)行定義。CS3000的Modbus軟件組態(tài)流程:開(kāi)始→ALR121通信卡硬件組態(tài)→通信接口選擇→出口軟件參數(shù)設(shè)備→通信方式選擇→關(guān)鍵參數(shù)設(shè)備→軟件下裝→結(jié)束。

PLC中需進(jìn)行Modbus從站協(xié)議的設(shè)置，對(duì)Modbus主站可訪問(wèn)的輸入、輸出、模擬輸入和保持寄存器(V區(qū))的數(shù)量進(jìn)行限定。Modbus從站設(shè)置程序如圖4所示。

圖4 PLC內(nèi)Modbus通信從站設(shè)置程序

最后，利用CS3000的Fuction Block建立一個(gè)通信顯示，將PLC通信給CS3000的原始16位整數(shù)值報(bào)文，轉(zhuǎn)換為CS3000所能識(shí)別的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC中所集成關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)的通信。

5 結(jié)束語(yǔ)

近幾年電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在加熱爐煙道擋板裝置的應(yīng)用較廣，其精準(zhǔn)性、快速性、平穩(wěn)運(yùn)行的特點(diǎn)適用于煙道擋板和路膛負(fù)壓的控制。筆者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的不足之處提出的整改措施，進(jìn)一步提高了電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制水平。

[1] 夏煥杉.過(guò)程控制儀表與裝置[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1991.

[2] 王翔,丁偉.Modbus通信協(xié)議在CS3000中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2011,47(1):57～60.