地面火炬蒸汽閥門的控制

摘 要：針對(duì)地面火炬中蒸汽加入控制中存在的難題，提出了解決的方法。詳細(xì)介紹了在Honeywell公司TPS中實(shí)現(xiàn)這種控制控制策略的方法，并給出了實(shí)際的CL程序。應(yīng)用結(jié)果表明，這種解決方法可靠性高、方便實(shí)用。為解決類似問題提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：蒸汽流量 ；霍尼韋爾；PM點(diǎn)；控制語(yǔ)言

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.042

1 引言

中國(guó)石化齊魯分公司塑料廠擬建一套地面火炬系統(tǒng)，通過(guò)招標(biāo)方式確定了某公司產(chǎn)品中標(biāo)?；鹁嫦到y(tǒng)采用一座鋼制燃燒塔獨(dú)立放散燃燒?；鹁孀畲笤O(shè)計(jì)排放量為150噸/小時(shí)。燃燒塔外側(cè)設(shè)置有混凝土式防風(fēng)墻，燃燒塔設(shè)計(jì)為自吸式負(fù)壓燃燒。塔體采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯耐高溫陶瓷纖維模塊。燃燒塔內(nèi)部設(shè)置有100多臺(tái)帶蒸汽消煙的燒嘴，在燃燒塔內(nèi)部分多級(jí)逐級(jí)排放燃燒。在排放過(guò)程中，與燃燒器相同級(jí)的消煙蒸汽也進(jìn)行同步的調(diào)節(jié)，操作人員根據(jù)攝像機(jī)畫面中燒嘴燃燒情況，調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥，改變消煙蒸汽流量，達(dá)到無(wú)煙燃燒的效果。

火炬采用多級(jí)排放燃燒，為了能夠根據(jù)火炬氣排放量來(lái)投入各級(jí)燃燒器，選用了西門子公司的S7-300[1]型PLC作為控制器?？删幊炭刂破鞒跗谥饕糜陧樞蚩刂芠2]，現(xiàn)在它不僅具有邏輯處理功能，還具有PID運(yùn)算、構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜功能[3]。除了控制室的點(diǎn)火按鈕和蒸汽控制回路以外，現(xiàn)場(chǎng)其他數(shù)據(jù)以通信的方式，由DCS從現(xiàn)場(chǎng)PLC中讀取。通過(guò)DCS在控制室內(nèi)調(diào)節(jié)蒸汽加入量，并可以有效監(jiān)控地面火炬系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)。

火炬氣在小流量時(shí)通過(guò)第一級(jí)燃燒器處理。在地面火炬的集氣總管上設(shè)有2臺(tái)壓力變送器。當(dāng)火炬氣來(lái)量超過(guò)第一級(jí)燃燒系統(tǒng)處理量時(shí)，集氣總管內(nèi)的壓力升高，壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，第二級(jí)燃燒系統(tǒng)管線上的氣動(dòng)切斷閥將打開，其上的地面燃燒器將投入使用。隨著排放量繼續(xù)增大，以后各級(jí)燃燒系統(tǒng)上的氣動(dòng)切斷閥也將相應(yīng)依次打開，更多的地面燃燒器投入使用。當(dāng)排放量降低時(shí)，各級(jí)燃燒系統(tǒng)上的氣動(dòng)切斷閥將反向操作，即最后一級(jí)燃燒系統(tǒng)上的氣動(dòng)切斷閥先關(guān)閉。PLC還控制燃燒系統(tǒng)管線上的氮?dú)獯祾唛y、常明燈氣動(dòng)直動(dòng)閥、引火筒燃料氣電磁閥和點(diǎn)火器。

2 問題的提出

由于火炬氣的排放量具有不確定性，不能通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)兼顧燃燒器無(wú)煙燃燒和節(jié)約蒸汽兩方面的問題，因此蒸汽由操作人員手動(dòng)開閥加入。在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)排放情況多數(shù)是在裝置運(yùn)行出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)。這時(shí)候操作人員的精力集中在處理出現(xiàn)工藝波動(dòng)的部位，可能會(huì)顧及不到火炬的燃燒情況，如果不能及時(shí)打開蒸汽閥門，就會(huì)出現(xiàn)冒黑煙，甚至燒壞燃燒嘴的情況。

3 問題的解決

根據(jù)這一需求，我們?cè)诳刂剖业腄CS中通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)了蒸汽閥門的自動(dòng)打開和關(guān)閉。

解決問題的思路是在常規(guī)控制回路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)PM（Process Module）點(diǎn)，在滿足條件的情況下PM點(diǎn)自動(dòng)給輸出賦值，但又不能因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行影響控制回路正常的操作。DCS使用霍尼韋爾公司的TPS系統(tǒng)。Honeywell 的TPS系統(tǒng)中的建點(diǎn)過(guò)程是一個(gè)簡(jiǎn)單的卡片式填寫和選擇。用戶可以按照系統(tǒng)提示逐項(xiàng)填寫[4]。

3.1 建立點(diǎn)HY672

進(jìn)入工程師主菜單，選擇Network Interface Module 選項(xiàng)，選擇Process Point Building選項(xiàng)，進(jìn)入Nim Build Type Select Menu菜單，選擇點(diǎn)的類型為Analog Output點(diǎn)，進(jìn)入點(diǎn)組態(tài)畫面。

首先填寫點(diǎn)的位號(hào)HY672，選擇節(jié)點(diǎn)類型為HPM。選擇全點(diǎn)作為點(diǎn)的格式，全點(diǎn)和半點(diǎn)的區(qū)別是全點(diǎn)具有報(bào)警功能，而半點(diǎn)沒有。點(diǎn)描述、關(guān)鍵字等根據(jù)實(shí)際情況填寫。單元號(hào)指建立的這個(gè)點(diǎn)要放在系統(tǒng)中的那個(gè)單元中進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、模塊號(hào)和槽路號(hào)是HPM的硬件地址，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃正確填寫。在第二頁(yè)的Point Module Type選項(xiàng)卡中根據(jù)實(shí)際的硬件類型選擇，AO類型對(duì)應(yīng)8點(diǎn)卡件；AO_16類型對(duì)應(yīng)16點(diǎn)卡件。在第三頁(yè)的Output Direction選項(xiàng)卡根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)閥門的氣開氣關(guān)形式選擇，氣開閥選擇Direct；氣關(guān)閥選擇Reverse。其他選項(xiàng)使用默認(rèn)值就可以。按“Ctrl”+“+”下裝，退出。

3.2 建立點(diǎn)HIC672

在Nim Build Type Select Menu菜單下，選擇點(diǎn)的類型為Regulatory Control點(diǎn)，進(jìn)入點(diǎn)組態(tài)畫面。

在第一頁(yè)中填寫點(diǎn)的位號(hào)、選擇節(jié)點(diǎn)類型、點(diǎn)的格式。點(diǎn)描述、關(guān)鍵字等建議填寫完整，這樣能夠更多的提供這個(gè)點(diǎn)的有關(guān)信息。單元號(hào)、網(wǎng)絡(luò)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃正確填寫。第二頁(yè)的Slotnum填寫所建立的點(diǎn)放在HPM中的軟槽地址。在Control Algorithm選項(xiàng)卡中選擇Automan選項(xiàng)。在組態(tài)畫面第7頁(yè)的輸出端數(shù)量中填入1，敲回車鍵后下面出現(xiàn)填寫輸出點(diǎn)參數(shù)的對(duì)話框，填上TY672.OP。其他參數(shù)使用系統(tǒng)默認(rèn)值或根據(jù)需要修改，完成后下裝，退出。

3.3 建立PM點(diǎn)HIC672PM

在Nim Build Type Select Menu菜單下，選擇Network Interface Module→Process Point Building→Process Module，進(jìn)入點(diǎn)組態(tài)畫面。

在第一頁(yè)中填寫點(diǎn)的位號(hào)、選擇節(jié)點(diǎn)類型。點(diǎn)描述、關(guān)鍵字等建議填寫完整。單元號(hào)、網(wǎng)絡(luò)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、槽路號(hào)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃正確填寫，其他參數(shù)使用系統(tǒng)默認(rèn)值或根據(jù)需要修改，完成后下裝，退出。

3.4 編寫CL（Control language）程序

在工程師主菜單畫面，選擇Command Processor選項(xiàng)，編寫CL程序：

SEQUENCE HIC672CL （HPM：POINT HIC672PM）

EXTERNAL HIC672， HZH672，HZL672

PHASE STARTUP

IF（ HZH672.PV=OPEN） AND （HIC672.OP < NN（1）） THEN （

& WAIT NN（10） SECS；

& SET HIC672.MODATTR=PROGRAM；

& SET HIC672.MODE=MAN；

& SET HIC672.OPE=NN（1）；

& SET HIC672.MODATTR=OPERATOR）

ELSE IF（ HZL672.PV=CLOSE） AND （NN（20）=1） THEN （

& SET HIC672.MODATTR=PROGRAM；

& SET HIC672.MODE=MAN；

& SET HIC672.OPE=NN（15）；

& SET HIC672.MODATTR=OPERATOR）

GOTO PHASE STARTUP

END HIC672CL

程序說(shuō)明：

NN（1）開啟開度值寄存器，單位：%；

NN（10）開啟延時(shí)時(shí)間寄存器，單位：秒；

NN（15）關(guān)閉開度值寄存器，單位：%；

NN（20）自動(dòng)關(guān)閉開關(guān)，單位：無(wú)綱量。

當(dāng)氣動(dòng)切斷閥打開時(shí)，程序判斷蒸汽閥HV672的當(dāng)前開度（HIC672.OP） 是否小于 NN（1）中的預(yù)設(shè)值。如果HV672的當(dāng)前開度不小于 NN（1）中的預(yù)設(shè)值，HV672保持當(dāng)前開度；如果HV672的當(dāng)前開度小于 NN（1）中的預(yù)設(shè)值，程序?qū)碞N（10）中設(shè)定的時(shí)間延時(shí)，延時(shí)后NN（1）中的預(yù)設(shè)值賦給HV672（HIC672.OP）。當(dāng)氣動(dòng)切斷閥關(guān)閉時(shí)，程序判NN（20）中的值是否等于1。如果等于1，NN（15）中的預(yù)設(shè)值賦給HV672（HIC672.OP），否則閥門位置保持不變。

編譯程序。如果程序中有錯(cuò)誤，按照系統(tǒng)提示進(jìn)行修改。將編譯正確的程序拷貝到&E01目錄下。

4 系統(tǒng)調(diào)試

建點(diǎn)完成后，需要對(duì)控制回路進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。為了觀察方便，把HIC672、HY672、 HZH672、HZL672、HIC672PM編成一個(gè)操作組。然后按以下步驟完成調(diào)試：

（1）調(diào)出點(diǎn)HY672細(xì)目，激活這個(gè)點(diǎn)。

（2）調(diào)出點(diǎn)HIC672細(xì)目，激活這個(gè)點(diǎn)。改變OP值，看HY672的OP值是否同步變化。手動(dòng)給HIC672輸出和現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)校閥門，調(diào)整閥門開度和控制室信號(hào)一致；聯(lián)校完成后，把HIC672的輸出給0；

（3）調(diào)出點(diǎn)HIC672PM細(xì)目，裝載HIC672CL程序。程序裝載完成后分別設(shè)置NN（1）=10、NN（10）=5、NN（15）=-5、NN（20）=1，然后運(yùn)行程序；

（4）手動(dòng)給信號(hào)，使HZH672.PV=OPEN、 HZL672.PV=OTHER，觀察HIC672.OP是否在延時(shí)5秒后輸出變成10%。輸出10%后可以手動(dòng)輸出10%～100%之間的任何數(shù)；

（5）手動(dòng)給信號(hào)，使HZH672.PV= OTHER、 HZL672.PV=CLOSE，觀察HIC672.OP輸出是否變成-5%。輸出-5%后不能手動(dòng)改變輸出。改變HIC672PM中NN（20）的值不等于1后，可以手動(dòng)輸出HIC672.OP為任意值。

如果程序執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤，檢查PM點(diǎn)設(shè)置并作相應(yīng)修改。

5 結(jié)束語(yǔ)

按照以上方案實(shí)施的控制策略，減少了操作人員在裝置出現(xiàn)生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)處理問題的操作壓力，特別是平時(shí)少量排放造成的閥門啟閉，操作人員可以完全不用關(guān)注。近一年來(lái)的實(shí)際應(yīng)用表明，該程序方便實(shí)用，為解決類似問題提供了一定的借鑒。

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