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)進行仿真驗證。結果表明，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，達到了預期的控制效果，進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行控制，使其能夠穩(wěn)定在合理區(qū)間內，以滿足工藝的要求。本文將一種新型的九點控制原理應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RSLinx對OPC參數(shù)進行設置，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)的構成及其理論基礎
1.1 控制系統(tǒng)構成
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，通過調節(jié)與原油進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、調節(jié)器、執(zhí)行機構和被控量組成。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節(jié)器可接受的信號，并將信號傳送給調節(jié)器。調節(jié)器將傳入的信號與設定值進行比較，將其差值作為運算依據，處理后輸出相應的控制作用。
2 系統(tǒng)硬件設計
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。控制核心由羅克韋爾(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技術來統(tǒng)一通信標準，完成數(shù)據交換。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)設定等功能。
主控制器的功能是通過在內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)據的處理、系統(tǒng)運行結果的計算及其計算結果的顯示等。本文中邏輯設計包括初始化模塊、主算法模塊、結果計算模塊[4]。邏輯運行流程如圖3所示。
人機界面中控制系統(tǒng)運行性能指標計算結果，如圖5所示。
實際應用之中，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)的設計和仿真過程，對控制對象及其特性進行了詳細說明，九點控制原理相比傳統(tǒng)的PID控制結構相對簡單，控制策略明確，控制效果明顯，實際應用方便，如何在實際工程中應用九點控制原理是一個重要課題。
參考文獻
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