加熱爐遠程監控系統的設計與應用

姜宏 范文斌 褚海威 南嘉雪

摘要：加熱爐在石油行業廣泛適用于原油加熱與站區取暖，對站外加熱爐的運行情況只能通過巡檢完成監測，隨著自動化技術的不斷發展，對自動化的需求越來越大，生產過程數據監控已成為生產過程不可缺少的環節。青海油田采油三廠現有加熱爐70臺，燃燒器采用程控器控制，對站外加熱爐的運行情況只能通過巡檢完成監測。增加了勞動強度，在安全生產方面存在著隱患。本文針對存在問題，對加熱爐燃燒器的電路及點火原理進行研究，將加熱爐燃燒的程控器控制進行改進。應用PLC控制技術、網絡通信技術、自動化組態軟件，在加熱爐加裝小型PLC，實現加熱爐燃燒器自動控制，實現了遠程監控功能。減輕一線員工的勞動強度有著重要意義。

關鍵詞：加熱爐;遠程啟停;PLC;組態軟件

1 前言

目前在油田上使用的加熱爐都是獨立的控制單元，對加熱的溫度控制主要依靠現場溫控儀和燃燒器內部程序控制器完成，操作員工對加爐運行參數是通過巡檢得知。加熱爐在運行過程中如發生故障、集輸管線凍堵、泄漏時，不能及時發現、解決問題，易引發安全事故，存在著一定的安全風險。

隨著自動化技術的不斷發展，對自動化的需求越來越大，生產過程數據監控已成為生產過程不可缺少的環節。青海油田采油三廠分管七個泉、花土溝等四個采油區塊和花土溝聯合站，現有加熱爐70臺，燃燒器采用程控器控制。對站外加熱爐的運行情況只能通過巡檢完成，增加了勞動強度，在安全生產方面存在著隱患。針對存在問題，對加熱爐燃燒器的電路及點火原理進行研究，將加熱爐燃燒的程控器控制進行改進，由加熱爐燃燒器的程控器控制轉換成PLC控制，在加熱爐加裝小型PLC，可遠程監控加熱爐溫度、壓力、液位，使燃燒器自動控制，實現了遠程監控功能。

2 遠程監控系統的設計

2.1 系統的硬件設計

根據需求選用了S7-224-CN、EM231 、CP243-1，本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O 點。16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，是具有較強控制能力的控制器。

模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，可適用于復雜的控制場合直接與傳感器和執行器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執行器直接相連。

2.2 系統組成

燃燒器系統主要由 PLC（可編程邏輯控制器）、檢測傳感器（溫度、壓力、液位、）、天然氣控制閥（電磁閥）、空氣供給裝置（風機）、空氣檢查裝置（風壓開關）、燃燒室和點火裝置、火焰檢查裝置（火焰探針）、燃氣及空氣控制裝置（伺服電機）。系統利用熱電阻測得爐內溫度值，輸入給可編程控制器?？删幊炭刂破靼演斎胄盘柵c給定值比較，根據比較結果進行邏輯運算。再將運算結果經D/A（數/模）轉換，向燃燒器發出點火;停爐及大小火轉化等控制指令。

2.3 系統功能

PLC改造后的燃燒器控制系統具有的主要功能有爐膛自動吹掃及合理配風、自動點火和滅火、爐內溫度控制、爐膛安全檢測、數據遠傳等功能。

爐膛自動吹掃及合理配風。停爐后點火、點火失敗或運行過程中，都需要對爐膛及煙道系統完成一次吹掃。點火前吹風可以有效地清除在爐膛及煙道中可能集聚的可燃氣體，提高燃燒器運行的安全性。

自動點火和滅火。燃燒器未改造之前點火時不能實時監測燃燒狀況、預測突發故障，易出現傷害事故。PLC改造后的點火過程全部實現自動化。在成功吹掃完成后，進行點火準備，點火成功后，點火指示燈亮。若 PLC 在掃吹后未接收到點火成功的信號，就會發出“報警”（點火指示燈滅），立即停止所有設備運行，進行故障檢測

爐內溫度控制。加熱爐燃燒過程中溫度過高，導致壓力上升，可造成爆炸事故，對爐內溫度的控制尤為重要。根據設定溫度與實際溫度比較后，按照檢測結果向燃燒器執行機構發出啟停爐及大小火轉換的指令信號。改造后的燃燒器通過控制伺服電機對風門及氣門的調節來控制大小火的轉換?？刂乒裼|摸屏顯示的功能。

2.4 數據傳輸

所有信號通過PLC通訊模塊將數據傳輸到鄰近配水間機房，由交換機完成數據交換，小站值班室通過組態后的監控圖實時監控到加熱爐的運行情況，一旦發生故障可第一時間進行處理，提高了加熱爐運行安全性、可靠性。避免了因巡檢不及時造成故障后停爐時間過長引起的管線壓力升高問題，影響原油生產。

2.5 上位機組態

在上位機上利用力控組態軟件進行程序開發，首先經過硬件I/O組態，使硬件聯通，再進行數據組態，把監控點數據采集上來，最后再進行圖形功能組態，實現加熱爐主監控畫面、報警畫面、報表、歷史趨勢等效果。遠程監控畫面。

3 應用效果

3.1 實現加熱爐遠程自動監控，降低職工勞動強度。

通過對加熱爐運行參數的遠程監控，實現了燃燒器故障智能報警提示，員工在值班室可以及時解決問題，降低了勞動強度，節約了巡檢費用。

3.2 優化燃燒狀態，提高效率，降低污染。

根據設定溫度與實際溫度比較，按照檢測結果向燃燒器執行機構發出啟停爐及大小火轉換的指令信號。對燃燒器的燃燒狀態、加熱爐進、出口油溫實時監控，并對燃燒器風門進行優化控制，使燃燒更加充分，提高加熱爐效率，降低環境污染。

3.3 生產數據統一管理，協助安全生產部署。

實現了聯網數據遠傳，使加熱運行數據上傳至計算機室的生產數據庫，并以WEB形式發布在單位信息網上，授權用戶可隨時上網查看，統一管理。

參考文獻：

[1] 劉華波等編著.西門子S7-300/400 PLC編程與應用.北京：機械工業出版社，2009

[2]西門子（中國）有限公司編著.深入淺出西門子S7-200.北京：北京航空航天大學出版社，2007.7

[3]王軍.自動控制原理. 重慶：重慶大學出版社，2008

作者簡介：

姜 宏，1970年9月出生，男，集團公司技能專家，儀表自動化助理工程師，現在青海油田采油三廠主要從事儀表自動化平臺建設、生產數據的采集優化等工作。