摘  要： 介紹了基于九點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，并在仿真平臺上對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗證。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠較好地實現(xiàn)對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)一步驗證了基于九點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)；九點控制器；OPC通信協(xié)議；人機界面；仿真

    在原油生產(chǎn)中，為了保證管道中原油的流動順暢和防止管道堵塞，必須在原油運輸過程中對原油的溫度值進(jìn)行控制，使其能夠穩(wěn)定在合理區(qū)間內(nèi)，以滿足工藝的要求。本文將一種新型的九點控制原理應(yīng)用到熱媒加熱爐換熱器溫度控制中。控制系統(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RSLinx對OPC參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實現(xiàn)實時監(jiān)控和對控制參數(shù)的讀寫。人機界面的制作選用力控6.0為平臺。
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，溫度傳感器測量到被控量后將之變換成調(diào)節(jié)器可接受的信號，并將信號傳送給調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將傳入的信號與設(shè)定值進(jìn)行比較，將其差值作為運算依據(jù)，處理后輸出相應(yīng)的控制作用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    熱媒加熱爐換熱器溫度控制系統(tǒng)主要包括控制核心、被控對象、通信方式、人機界面?？刂坪诵挠闪_克韋爾(Rockwell)公司的1756 PLC和輸入輸出模塊組成。被控對象將由MATLAB的Simulink來實現(xiàn)仿真。通信方式由OPC技術(shù)來統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)據(jù)交換。人機界面由力控(Force Control)上位組態(tài)軟件實現(xiàn)實時運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在內(nèi)存中儲存的控制邏輯來處理輸入信號并計算出控制信號。輸入輸出模塊功能是將接收的現(xiàn)場信號(如電壓、電流、脈沖等)通過算法轉(zhuǎn)化為主控制器能夠處理的數(shù)字信號。溫度測量和被控對象由溫度傳感器、流量調(diào)節(jié)閥等組成，主要功能是實現(xiàn)對溫度信號的測量和反饋、執(zhí)行控制器發(fā)出的控制信號等。
    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]。模擬量輸入信號有系統(tǒng)當(dāng)前溫度。數(shù)字量輸出信號有系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)停止、系統(tǒng)復(fù)位信號。模擬量輸出信號有實時控制作用Ki。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)邏輯設(shè)計
    邏輯的主要實現(xiàn)功能包括：系統(tǒng)的初始化、對系統(tǒng)寄存器的清零、對輸入量的采集、控制算法對數(shù)據(jù)的處理、系統(tǒng)運行結(jié)果的計算及其計算結(jié)果的顯示等。本文中邏輯設(shè)計包括初始化模塊、主算法模塊、結(jié)果計算模塊[4]。邏輯運行流程如圖3所示。

    人機界面中控制系統(tǒng)運行性能指標(biāo)計算結(jié)果，如圖5所示。

    實際應(yīng)用之中，熱媒加熱爐的控制特性會受到各種影響而改變。常規(guī)控制方法參數(shù)整定不好，將會影響控制效果，甚至不能滿足控制要求。九點控制器是根據(jù)系統(tǒng)的運動情況做出控制策略，對系統(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，控制系統(tǒng)會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)計和仿真過程，對控制對象及其特性進(jìn)行了詳細(xì)說明，九點控制原理相比傳統(tǒng)的PID控制結(jié)構(gòu)相對簡單，控制策略明確，控制效果明顯，實際應(yīng)用方便，如何在實際工程中應(yīng)用九點控制原理是一個重要課題。
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