载热体加热炉计算机控制技术

汪琦俞红啸 蒋伟忠 汪萍

（上海热油炉设计开发中心)（常州新区能源设备制造有限公司）

载热体加热炉计算机控制技术

汪琦*俞红啸 蒋伟忠 汪萍

（上海热油炉设计开发中心)（常州新区能源设备制造有限公司）

载热体加热炉采用计算机过程控制具有显著的经济效益和社会效益。阐述了用于载热体加热炉的计算机控制系统的组成、分类及其发展方向。

加热炉计算机控制载热体自动化

1 载热体加热炉计算机控制的优点

对载热体加热炉来说，采用计算机过程控制的自动化生产具有显著的经济效益和社会效益。

1.1 节约能源

炉子节能途径很广，如炉体改革、烟气余热回收等，提高炉子运行的自动化水平也是一个行之有效的节能途径。众所周知，炉子存在一个最优燃料消耗问题。通常，如果靠人工操作，根据火焰形状、透明度和颜色是不难辨别缺氧的，但空气超量却不易察觉。实测表明，大多数手动操作的炉子废气中O2浓度为8%～10%，因此耗能是过大的。只有在有效的监测和控制下才能保持炉子在2%的低氧浓度下工作。经验表明，在炉子上采用常规控制仪表，其节能率为3%～5%；应用微机控制技术，其节能率可达4%～15%。

1.2 改善环境

炉子在生产中，如果不能充分燃烧，不但会造成能源浪费，还会给环境造成污染。如果是欠氧燃烧，由于燃烧没有足够的氧气，燃烧不充分，便会冒出黑烟。而过氧燃烧则会产生有害气体，如氮氧化合物NOx及硫化气体SOx。采用计算机控制系统对燃烧过程进行有效的控制，可使燃烧在合理的空燃比条件下进行，大大地减少炉子中燃料燃烧对环境的污染。

1.3 提高产品产量和质量

计算机过程控制为炉子提供了更稳定的运行条件和控制精度，防止热气从炉内喷出造成热量损失和炉管烧损，延长炉子使用寿命，减少炉子维修次数。

1.4 改善劳动条件

计算机自动控制代替了部分的人工频繁操作，减少了工人炉前操作时间，改善了工人劳动条件。

1.5 为生产管理和技术改造创造条件

计算机在载热体加热炉上的应用，为生产工艺过程提供了方便而直观的过程参量检测、显示、记录以及处理的手段，不但为生产管理、设备检查维修提供了条件和依据，也为炉体改革和炉子特性的测试分析提供了数据，从而可促进载热体加热炉设计、生产的科学化。

2 计算机控制系统的组成

载热体加热炉计算机过程控制系统是利用计算机做为自动化工具，对生产过程中的温度、压力、流量、液位、浓度等状态参数进行自动控制的控制系统。图1给出了计算机控制系统的组成框图。

图1 计算机控制系统构成框图

由图1可以看出，控制系统主要由四个部分组成：

（1）载热体加热炉；

（2）一次仪表和执行机构；

（3）控制计算机及外部设备（包括通道接口）；

（4）各种程序软件。

3 计算机控制系统的分类

3.1 按系统组成方式分类

（1）就地分散式控制

多台炉子，各自独立形成自己的控制系统，互不相关，某台控制机出现故障，不会影响其它系统。但同时管理多台炉子时，管理、操作和监视的工作量大，功能重复多，总成本较高。

（2）集中型控制系统

随着计算机技术的发展，出现了高速、大容量的计算机系统。一台控制机同时对多台炉子进行过程控制的系统称为集中型控制系统。采用这种方式组成控制系统成本最低，各炉子间同步性能好。但这种方式的可靠性要求高，主机故障影响面大，危险集中，容易给生产带来很大损失。

（3）集散式控制系统

集中分散式控制系统是在前两种控制方式的基础上发展起来的。这种控制方式，一方面有独立的单元DDC级（直接数字控制系统）控制器，另一方面又有集中监视管理的工作站和计算机。这种系统的特点是：

（a）公共数据资源共享；

（b）炉子维护可以分散单纯化；

（c）系统扩展方便；

（d）子系统检查管理自动化；

（e）故障危险分散。

3.2 按组成规模和适用范围分类

（1）专用型控制器

它是一种针对各种特定对象、特定范围炉型专门设计的控制系统。这种系统各种配置比较精炼，因而结构紧凑，应用性能好，造价低，安装调试方便，但使用局限性较大。专用型控制器是加热炉设备自动化、产品化的发展方向。

（2）通用型DDC炉子计算机控制装置

这种控制装置与专用型控制器一样，用于对生产过程的直接控制。所不同的是，它由通用性较强的工业控制机系列或多回路、单回路智能仪表组成。由于其系列化、规模化、标准化和开放式的系统结构，使系统设计者在设计和实施实用系统时，可以把各个功能单元组合成实用控制系统，所以它具有很强的灵活性和可扩展性。但对于特定控制来说，用工业控制机系列组成的系统往往显得器件过多、功能冗余，因而与专用控制器相比其成本较高，并且安装调试技术要求高，工作量大。

（3）监督计算机控制系统

监督计算机控制系统，是指计算机根据生产过程的信息（测量值）和其它信息（给定值等），按照生产过程的数学模型（或用其它方法），去自动改变DDC级工业控制机或模拟仪表调节器的给定值，从而使生产过程在最优化的工况下进行。

（4）分级控制系统

分级控制系统是由多个计算机组成的，其中最高级的是具有经营管理功能的分级系统。分级一般是混合式的，即除计算机直接控制外，还有仪表控制和直接现场的执行机构。级间用数据通讯线连接。它可形成车间级的整体控制。

4 结束语

载热体加热炉计算机控制的发展方向：

（1）提高国产测量仪表及控制器的可靠性，提高成套仪表的工艺水平及质量，提高生产应用仪表和控制设备的可靠性。

（2）提高控制系统的硬件设备水平，提高其可用性、可维护性，加强软件配套工作和系统的标准化、产品化，减少构成系统的时间和工作量。

（3）加强仪表、电控、计算机系统的一体化工作，加强从控制装置到系统网络的配套产品的研制，使其标准化、系列化，并使控制系统向更高的层次发展。

（4）降低设备造价，发展专用化控制装置，使控制设备的成本降低。

（5）加强检测技术的研究，提高温度、压力、流量检测的水平，大力发展智能化仪表。

（6）加强现代控制理论应用于载热体加热炉的研究和数学模型的研究。

Compute Control Technology of Heat Carrier Furnace

Wang QiYu Hong xiao Jiang Weizhong Wang Ping

Heat carrier furnace using computer process control has significant economic benefit and social benefit.This paper expounds composition,classification and development direction of computer control system for heat carrier furnace.

Furnace;Compute control;Heat carrier;Automation

TQ 056

*汪琦，男，1961年生，硕士，高级工程师。上海市，200042。

2011-10-15）