地面火炬蒸汽阀门的控制

摘 要：针对地面火炬中蒸汽加入控制中存在的难题，提出了解决的方法。详细介绍了在Honeywell公司TPS中实现这种控制控制策略的方法，并给出了实际的CL程序。应用结果表明，这种解决方法可靠性高、方便实用。为解决类似问题提供了一定的借鉴。

关键词：蒸汽流量 ；霍尼韦尔；PM点；控制语言

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

1 引言

中国石化齐鲁分公司塑料厂拟建一套地面火炬系统，通过招标方式确定了某公司产品中标。火炬系统采用一座钢制燃烧塔独立放散燃烧。火炬最大设计排放量为150吨/小时。燃烧塔外侧设置有混凝土式防风墙，燃烧塔设计为自吸式负压燃烧。塔体采用钢结构，内衬耐高温陶瓷纤维模块。燃烧塔内部设置有100多台带蒸汽消烟的烧嘴，在燃烧塔内部分多级逐级排放燃烧。在排放过程中，与燃烧器相同级的消烟蒸汽也进行同步的调节，操作人员根据摄像机画面中烧嘴燃烧情况，调节蒸汽调节阀，改变消烟蒸汽流量，达到无烟燃烧的效果。

火炬采用多级排放燃烧，为了能够根据火炬气排放量来投入各级燃烧器，选用了西门子公司的S7-300[1]型PLC作为控制器。可编程控制器初期主要用于顺序控制[2]，现在它不仅具有逻辑处理功能，还具有PID运算、构成网络等复杂功能[3]。除了控制室的点火按钮和蒸汽控制回路以外，现场其他数据以通信的方式，由DCS从现场PLC中读取。通过DCS在控制室内调节蒸汽加入量，并可以有效监控地面火炬系统的各个参数。

火炬气在小流量时通过第一级燃烧器处理。在地面火炬的集气总管上设有2台压力变送器。当火炬气来量超过第一级燃烧系统处理量时，集气总管内的压力升高，压力达到设定值时，第二级燃烧系统管线上的气动切断阀将打开，其上的地面燃烧器将投入使用。随着排放量继续增大，以后各级燃烧系统上的气动切断阀也将相应依次打开，更多的地面燃烧器投入使用。当排放量降低时，各级燃烧系统上的气动切断阀将反向操作，即最后一级燃烧系统上的气动切断阀先关闭。PLC还控制燃烧系统管线上的氮气吹扫阀、常明灯气动直动阀、引火筒燃料气电磁阀和点火器。

2 问题的提出

由于火炬气的排放量具有不确定性，不能通过自动控制来兼顾燃烧器无烟燃烧和节约蒸汽两方面的问题，因此蒸汽由操作人员手动开阀加入。在实际运行中，出现排放情况多数是在装置运行出现波动时。这时候操作人员的精力集中在处理出现工艺波动的部位，可能会顾及不到火炬的燃烧情况，如果不能及时打开蒸汽阀门，就会出现冒黑烟，甚至烧坏燃烧嘴的情况。

3 问题的解决

根据这一需求，我们在控制室的DCS中通过编程，实现了蒸汽阀门的自动打开和关闭。

解决问题的思路是在常规控制回路的基础上增加一个PM（Process Module）点，在满足条件的情况下PM点自动给输出赋值，但又不能因为这个点的运行影响控制回路正常的操作。DCS使用霍尼韦尔公司的TPS系统。Honeywell 的TPS系统中的建点过程是一个简单的卡片式填写和选择。用户可以按照系统提示逐项填写[4]。

3.1 建立点HY672

进入工程师主菜单，选择Network Interface Module 选项，选择Process Point Building选项，进入Nim Build Type Select Menu菜单，选择点的类型为Analog Output点，进入点组态画面。

首先填写点的位号HY672，选择节点类型为HPM。选择全点作为点的格式，全点和半点的区别是全点具有报警功能，而半点没有。点描述、关键字等根据实际情况填写。单元号指建立的这个点要放在系统中的那个单元中进行管理，网络号、节点号、模块号和槽路号是HPM的硬件地址，根据系统规划正确填写。在第二页的Point Module Type选项卡中根据实际的硬件类型选择，AO类型对应8点卡件；AO_16类型对应16点卡件。在第三页的Output Direction选项卡根据现场阀门的气开气关形式选择，气开阀选择Direct；气关阀选择Reverse。其他选项使用默认值就可以。按“Ctrl”+“+”下装，退出。

3.2 建立点HIC672

在Nim Build Type Select Menu菜单下，选择点的类型为Regulatory Control点，进入点组态画面。

在第一页中填写点的位号、选择节点类型、点的格式。点描述、关键字等建议填写完整，这样能够更多的提供这个点的有关信息。单元号、网络号、节点号根据系统规划正确填写。第二页的Slotnum填写所建立的点放在HPM中的软槽地址。在Control Algorithm选项卡中选择Automan选项。在组态画面第7页的输出端数量中填入1，敲回车键后下面出现填写输出点参数的对话框，填上TY672.OP。其他参数使用系统默认值或根据需要修改，完成后下装，退出。

3.3 建立PM点HIC672PM

在Nim Build Type Select Menu菜单下，选择Network Interface Module→Process Point Building→Process Module，进入点组态画面。

在第一页中填写点的位号、选择节点类型。点描述、关键字等建议填写完整。单元号、网络号、节點号、槽路号根据系统规划正确填写，其他参数使用系统默认值或根据需要修改，完成后下装，退出。

3.4 编写CL（Control language）程序

在工程师主菜单画面，选择Command Processor选项，编写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

程序说明：

NN（1）开启开度值寄存器，單位：%；

NN（10）开启延时时间寄存器，单位：秒；

NN（15）关闭开度值寄存器，单位：%；

NN（20）自动关闭开关，单位：无纲量。

当气动切断阀打开时，程序判断蒸汽阀HV672的当前开度（HIC672.OP） 是否小于 NN（1）中的预设值。如果HV672的当前开度不小于 NN（1）中的预设值，HV672保持当前开度；如果HV672的当前开度小于 NN（1）中的预设值，程序将按NN（10）中设定的时间延时，延时后NN（1）中的预设值赋给HV672（HIC672.OP）。当气动切断阀关闭时，程序判NN（20）中的值是否等于1。如果等于1，NN（15）中的预设值赋给HV672（HIC672.OP），否则阀门位置保持不变。

编译程序。如果程序中有错误，按照系统提示进行修改。将编译正确的程序拷贝到&E01目录下。

4 系统调试

建点完成后，需要对控制回路进行系统联调。为了观察方便，把HIC672、HY672、 HZH672、HZL672、HIC672PM编成一个操作组。然后按以下步骤完成调试：

（1）调出点HY672细目，激活这个点。

（2）调出点HIC672细目，激活这个点。改变OP值，看HY672的OP值是否同步变化。手动给HIC672输出和现场联校阀门，调整阀门开度和控制室信号一致；联校完成后，把HIC672的输出给0；

（3）调出点HIC672PM细目，装载HIC672CL程序。程序装载完成后分别设置NN（1）=10、NN（10）=5、NN（15）=-5、NN（20）=1，然后运行程序；

（4）手动给信号，使HZH672.PV=OPEN、 HZL672.PV=OTHER，观察HIC672.OP是否在延时5秒后输出变成10%。输出10%后可以手动输出10%～100%之间的任何数；

（5）手动给信号，使HZH672.PV= OTHER、 HZL672.PV=CLOSE，观察HIC672.OP输出是否变成-5%。输出-5%后不能手动改变输出。改变HIC672PM中NN（20）的值不等于1后，可以手动输出HIC672.OP为任意值。

如果程序执行结果错误，检查PM点设置并作相应修改。

5 结束语

按照以上方案实施的控制策略，减少了操作人员在装置出现生产波动时处理问题的操作压力，特别是平时少量排放造成的阀门启闭，操作人员可以完全不用关注。近一年来的实际应用表明，该程序方便实用，为解决类似问题提供了一定的借鉴。

参考文献：

[1]安戈.西门子S7-400H系统在造粒机组上的应用[J].自动化仪表，2014，35（10）：34-36.

[2]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].4版.北京：化学工业出版社，2006：126.

[3]杜鹃.测量仪表仪表与自动化[M].2版.山东：中国石油大学出版社，2006：172.

[4]安戈.MTL数据采集系统在TPS系统中的应用[J].化工自动化及仪表，2007，34（03）：78-79.