摘 要： 介紹了基于九點(diǎn)控制器原理的熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要包括控制邏輯模塊、數(shù)據(jù)通信模塊(OPC通信協(xié)議)、人機(jī)界面等。闡述了加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)的原理及其組成，并在仿真平臺(tái)上對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)熱媒加熱爐換熱器溫度的控制，達(dá)到了預(yù)期的控制效果，進(jìn)一步驗(yàn)證了基于九點(diǎn)控制器的熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)具有較好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞： 熱媒加熱爐溫度控制系統(tǒng)；九點(diǎn)控制器；OPC通信協(xié)議；人機(jī)界面；仿真
在原油生產(chǎn)中，為了保證管道中原油的流動(dòng)順暢和防止管道堵塞，必須在原油運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)原油的溫度值進(jìn)行控制，使其能夠穩(wěn)定在合理區(qū)間內(nèi)，以滿(mǎn)足工藝的要求。本文將一種新型的九點(diǎn)控制原理應(yīng)用到熱媒加熱爐換熱器溫度控制中?？刂葡到y(tǒng)主控制器選用羅克韋爾logix 5500 可編程邏輯控制器[1]。通信模塊選用OPC通信協(xié)議，通過(guò)RSLinx對(duì)OPC參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)控制參數(shù)的讀寫(xiě)。人機(jī)界面的制作選用力控6.0為平臺(tái)。
1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其理論基礎(chǔ)
1.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成
該熱媒加熱爐系統(tǒng)由壓縮空氣供給系統(tǒng)、熱媒加熱爐系統(tǒng)、熱媒-原油換熱系統(tǒng)和熱媒穩(wěn)定供給系統(tǒng)4部分組成。其中熱媒加熱爐就地控制系統(tǒng)可分為兩個(gè)子系統(tǒng)——換熱器系統(tǒng)和燃油加熱器溫度控制系統(tǒng)，換熱器控制的是原油出口溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)與原油進(jìn)行熱交換的熱媒流量控制原油出口溫度為所需要的數(shù)值。換熱器在熱媒加熱爐中十分重要，其工作效率將直接影響加熱爐的整體運(yùn)行情況。
1.2 換熱器溫度控制系統(tǒng)工作原理
換熱器的溫度控制系統(tǒng)一般由溫度傳感器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控量組成。被控量即原油的出口溫度，溫度傳感器測(cè)量到被控量后將之變換成調(diào)節(jié)器可接受的信號(hào)，并將信號(hào)傳送給調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將傳入的信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，將其差值作為運(yùn)算依據(jù)，處理后輸出相應(yīng)的控制作用。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)主要包括控制核心、被控對(duì)象、通信方式、人機(jī)界面?？刂坪诵挠闪_克韋爾(Rockwell)公司的1756 PLC和輸入輸出模塊組成。被控對(duì)象將由MATLAB的Simulink來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真。通信方式由OPC技術(shù)來(lái)統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)據(jù)交換。人機(jī)界面由力控(Force Control)上位組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的顯示和參數(shù)設(shè)定等功能。
主控制器的功能是通過(guò)在內(nèi)存中儲(chǔ)存的控制邏輯來(lái)處理輸入信號(hào)并計(jì)算出控制信號(hào)。輸入輸出模塊功能是將接收的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)(如電壓、電流、脈沖等)通過(guò)算法轉(zhuǎn)化為主控制器能夠處理的數(shù)字信號(hào)。溫度測(cè)量和被控對(duì)象由溫度傳感器、流量調(diào)節(jié)閥等組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的測(cè)量和反饋、執(zhí)行控制器發(fā)出的控制信號(hào)等。
該熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入信號(hào)有系統(tǒng)啟停狀態(tài)、系統(tǒng)自檢反饋等[3]。模擬量輸入信號(hào)有系統(tǒng)當(dāng)前溫度。數(shù)字量輸出信號(hào)有系統(tǒng)啟動(dòng)、系統(tǒng)停止、系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。模擬量輸出信號(hào)有實(shí)時(shí)控制作用Ki。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)
邏輯的主要實(shí)現(xiàn)功能包括：系統(tǒng)的初始化、對(duì)系統(tǒng)寄存器的清零、對(duì)輸入量的采集、控制算法對(duì)數(shù)據(jù)的處理、系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的計(jì)算及其計(jì)算結(jié)果的顯示等。本文中邏輯設(shè)計(jì)包括初始化模塊、主算法模塊、結(jié)果計(jì)算模塊[4]。邏輯運(yùn)行流程如圖3所示。
人機(jī)界面中控制系統(tǒng)運(yùn)行性能指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，如圖5所示。
實(shí)際應(yīng)用之中，熱媒加熱爐的控制特性會(huì)受到各種影響而改變。常規(guī)控制方法參數(shù)整定不好，將會(huì)影響控制效果，甚至不能滿(mǎn)足控制要求。九點(diǎn)控制器是根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況做出控制策略，對(duì)系統(tǒng)的模型精度要求不高，所在系統(tǒng)模型發(fā)生一定程度的變化時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)保持良好的控制效果。
本文介紹了熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真過(guò)程，對(duì)控制對(duì)象及其特性進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，九點(diǎn)控制原理相比傳統(tǒng)的PID控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制策略明確，控制效果明顯，實(shí)際應(yīng)用方便，如何在實(shí)際工程中應(yīng)用九點(diǎn)控制原理是一個(gè)重要課題。
參考文獻(xiàn)
[1] 張南綸.新控制理論[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.
[2] 孫曉明，張南綸.基本邏輯控制器[A].中國(guó)人工智能進(jìn)展論文集[C].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001：188-189.
[3] 牟曉光，徐軍.原油加熱爐溫度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與智能控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005，24(6)：22-23.
[4] 孫曉明.九點(diǎn)控制器對(duì)不同類(lèi)型輸入的仿真研究[A].中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2002：415-418.
[5] 董振海.MATLAB編譯程序和外部接口[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011.