新型热注锅炉控制系统研究

（辽河油田分公司兴隆台采油厂，辽宁 盘锦124011）

随着计算机技术的发展和应用，以3C(Computer；Communication；Coupled）技术为核心的可编程序逻辑控制器——PLC（Programmable Logic Controller）随之出现，其具有运算速度快、控制精度高、运行稳定、安全可靠的特点，在工业自动化控制系统中得到广泛应用。

油田专用湿蒸汽发生器是一种自动化程度较高的蒸汽锅炉(简称热注锅炉），在20世纪90年代投入使用，由于其电器仪表控制系统技术落后，给锅炉安全稳定地运行带来严重威胁。为此，笔者采用新型可编程序逻辑控制器(PLC）与触摸式显示屏(PV）相结合方式替代落后的电器仪表控制方式，研究开发了新型热注锅炉控制系统。该系统一方面采用新型稳定的PLC作为锅炉控制核心，保证了系统稳定性，另一方面集成了触摸式显示屏作为显示终端，可在触摸屏上直接操作并检视锅炉运行状况，同时预留了数据上传接口，使操作大幅简化，极大地方便了设备监控，从而保证锅炉安全平稳运行。

1 系统功能

新型热注锅炉控制系统可实现如下功能：①采用PLC和PV技术相结合的方式对锅炉进行控制和操作。在显示屏(或终端）上可显示多幅操作画面，如流程图画面、点火时序画面(动态显示点火过程）、参数设定画面(可根据锅炉运行状态修改设定参数）、调水、调火画面(可以精确地调节水量和火量）、报警画面报警历史记录画面(实时显示报警并记录报警历史）。由于各操作画面实现超级链接，这样工作人员可直接快速地进行切换操作。②针对热注锅炉开发应用程序软件，将点火程序的顺序控制和安全联锁的逻辑控制融为一体，取消程序器单元和大量的继电器，使系统故障发生率降低。

2 系统构成

该系统以PLC技术为核心，用触摸式显示屏作为终端并配备专用应用程序软件，实现了控制系统数字化、操作参数数据化、点火过程形象化和控制过程自动化。此外，搭建了实现数据采集、过程控制、网络通讯等功能的平台。该系统硬件主要由PLC控制器、低压配电系统和变频器3部分组成。PLC控制器采用法国施耐德公司的Modicon TSX Micro系列产品，显示屏采用法国施耐德公司的XBTFO34110型Magelis图形触摸屏。PLC控制器系统配置如图1所示，其不仅具有强大的逻辑控制、顺序控制功能，而且具有较强的数据采集、PID控制和运算功能，还可以实现PLC与智能型设备(如变频器、执行器和变送器等设备）的通讯。低压配电系统采用的是法国施耐德公司的NS系列产品，配有6个3项负载回路和4个单项负载回路，总负载容量为600A。变频器使用该锅炉原有变频器和变频器调节器。

图1 PLC控制器系统配置

3 应用软件

Modicon TSX Micro系列可编程序逻辑控制器、XBTF034110型Magelis图形触摸屏的系统软件根据热注锅炉的结构和工艺特点开发，其程序结构合理、运行稳定，主要特点如下：①将点火程序纳入PLC应用程序软件中，由PLC实现点火过程的控制。由于取消了点火程序器单元，因而降低了故障发生率。其点火程序流程如图2所示。②在进行模拟量运算过程中，对热电偶信号进行线性化处理，取消mV转换单元，从而减少了中间环节，降低故障率；对流量信号进行开方运算，以便准确反映工艺过程参数。③实现水量、火量跟踪控制。④对于报警点，遵循 “先入为主、屏蔽其他”的原则，将第一报警点弹出并显示在画面上，同时记录历次发生的报警事件，以便为事故分析提供可靠依据。⑤对于点火时序，配备有状态指示灯、时间进度指针和计时时间数字显示等3种显示方式，清晰明了。⑥对各操作画面实现超级链接，这样操作人员可直接快速地切换操作画面。

图2 点火程序流程

4 结 语

针对热注锅炉电器仪表控制系统技术落后的问题，采用新型可编程序逻辑控制器(PLC）与触摸式显示屏(PV）相结合方式研发了新型热注锅炉控制系统。2003年5月以来，在辽河油田曙光采油厂热注作业一、二区安装并投产了23套该系统。实际运行表明，该系统可提高热注锅炉的安全和稳定性能，减少停炉次数，降低操作人员的工作强度，大幅度降低设备维修费用，提高注汽井的原油产量，经济效益显著。此外，该系统还可通过二次升级来实现锅炉干度控制、烟气含氧量分析控制和锅炉运行参数远距离无线数据传输等功能。因此，该系统值得在油田注汽井生产作业中推广应用。