王玉萍 張小榮

（長慶油田公司第二采氣廠 陜西榆林）

一、存在的問題

1.鍋爐控制系統(tǒng)

每臺鍋爐旁就地配置1臺控制柜，控制系統(tǒng)操作平臺為Eview觸摸屏，使用Easybulider組態(tài)軟件，下位機(jī)采用西門子S7200系列224型 PLC?？刂葡到y(tǒng)功能：①在Eview控制屏實(shí)現(xiàn)燃燒器啟停操作。②控制柜安裝1個液位顯示器，實(shí)現(xiàn)液位的高低報(bào)警和自動控制水泵啟停。目前鍋爐控制系統(tǒng)存在以下問題。

（1）原系統(tǒng)置于現(xiàn)場，未能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，不利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和操作人員人身安全。

（2）單爐單控制，人員啟停等操作工作量大，應(yīng)急處理操作困難。

（3）雖能實(shí)現(xiàn)自動控制，但是數(shù)據(jù)無法遠(yuǎn)傳，不能實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，觸摸屏操作平臺操作復(fù)雜，操作人員誤操作概率較大，故障排除較為繁瑣。

（4）只有液位顯示、鍋爐壓力顯示和控制，監(jiān)控參數(shù)少。

2.加熱爐控制系統(tǒng)

加熱爐控制系統(tǒng)在加熱爐燒火間現(xiàn)場，利用一次儀表（壓力變送器、熱電偶和浮子液位計(jì)）采集加熱爐鍋筒壓力、溫度和液位數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場二次儀表顯示和控制燃燒器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、停爐。目前加熱爐控制系統(tǒng)存在以下問題。

（1）同1.（1）、（2）。

（2）雖能實(shí)現(xiàn)自動控制，但利用一次、二次儀表數(shù)據(jù)靈敏性較差，顯示不夠清晰明了，無動態(tài)效果；溫度控制單元、水位控制單元及壓力控制單元等控制精度低，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

（3）控制箱過于復(fù)雜，線路過多，維護(hù)不便。元器件配置老化，安全性及準(zhǔn)確性能較低。

（4）控制系統(tǒng)無法查看報(bào)警信息及故障。

近年隨著自動控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化控制系統(tǒng)在油田加熱設(shè)備中得到應(yīng)用，有效提高了設(shè)備運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)效益，司爐人員勞動強(qiáng)度減輕，勞動條件改善。

二、鍋爐數(shù)字化控制系統(tǒng)

1.應(yīng)用方案

（1）設(shè)立單獨(dú)自控室，將現(xiàn)場與控制系統(tǒng)分開，增加系統(tǒng)安全性，改善操作人員工作環(huán)境。

（2）將操作平臺由觸摸屏改為工控機(jī)，簡化操作人員操作步驟，使操作人員在自控室即可監(jiān)控鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行相關(guān)操作。

（3）更換組態(tài)軟件，增加報(bào)表打印、報(bào)警參數(shù)查詢等功能。在保持原操作畫面風(fēng)格基礎(chǔ)下，重組監(jiān)控畫面，方便參數(shù)修改。

（4）在鍋爐房增加8臺專業(yè)攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐房中設(shè)備運(yùn)行狀況。

（5）將西門子S7200（CPU224）控制器更換為 S7200（CPU226）控制器，重新編寫PLC控制程序。1臺PLC控制4臺鍋爐，節(jié)省費(fèi)用。

2.鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)

在牛毛井聯(lián)合站等鍋爐房應(yīng)用，監(jiān)控系統(tǒng)主要組成：①壓力、溫度和液位的采集監(jiān)控系統(tǒng)。②鍋爐啟停控制。

（1）溫度、壓力和液位的監(jiān)控系統(tǒng)主要由下位機(jī)（SIMENS S7-200 PLC）通過西門子I/O EM231模擬量模塊采集現(xiàn)場熱電偶、熱電阻、液位變送器及壓力變送器的數(shù)據(jù)，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一定方式的轉(zhuǎn)換使其與現(xiàn)場數(shù)據(jù)保持一致，確保顯示精確度，在上位機(jī)（組態(tài)王）建立相關(guān)的變量與之相聯(lián)接。鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)主要有鍋爐的鍋筒壓力、鍋筒液位（控制鍋爐供水泵啟停）和排煙溫度等監(jiān)控點(diǎn)（圖1）。

圖1 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)畫面

使用工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）替換觸摸屏，用組態(tài)王6.52軟件替換Easybulider軟件。下位機(jī)為SIMENS S7-200 PLC。PPI方式是西門子公司專為S7-200系列PLC開發(fā)的一個通信協(xié)議，內(nèi)置于S7-200 CPU中，PPI物理上基于RS-485接口，通過屏蔽雙絞線就可以實(shí)現(xiàn)PPI通信，是一種主—從通信協(xié)議。組態(tài)王與PLC連接見圖2。使用組態(tài)王軟件編制動態(tài)畫面：①主控制畫面。在主控制畫面中，當(dāng)發(fā)生異常情況（鍋爐實(shí)際控制值超過其工藝設(shè)定參數(shù)），畫面中溫度、壓力和液位等工藝參數(shù)會出現(xiàn)閃爍的紅（高于工藝設(shè)定參數(shù)）或黃（低于工藝設(shè)定參數(shù)）底色，而不需要查看報(bào)警信息即可判斷報(bào)警點(diǎn)，從而可加快事故處理速度；增加手動強(qiáng)制開關(guān)鈕，用于應(yīng)急處理；增加大小火轉(zhuǎn)換鈕，可便捷實(shí)現(xiàn)大小火之間轉(zhuǎn)換。②歷史趨勢畫面?？梢栽O(shè)定需要保存的時(shí)間，能夠方便地查出每時(shí)每刻的歷史數(shù)據(jù)，能夠顯示每班運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值、最大值和最小值等。③報(bào)警畫面。顯示定義變量的報(bào)警值，可進(jìn)行記錄打印。④報(bào)表畫面。日報(bào)表可以對每個班次的數(shù)據(jù)做成報(bào)表，方便查詢。歷史報(bào)表則可通過設(shè)定保存期限，對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，使管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握和分析生產(chǎn)情況。

3.實(shí)現(xiàn)功能

（1）燃燒器自動控制。當(dāng)鍋筒壓力低于其設(shè)定的壓力下限值時(shí)，啟動燃燒器大小火；當(dāng)鍋筒壓力高于其設(shè)定的壓力下限+下限回差時(shí)，關(guān)閉燃燒器大火，小火保持不變；當(dāng)鍋筒壓力高于其設(shè)定的壓力上限值時(shí)，關(guān)閉燃燒器小火；當(dāng)鍋筒壓力重新降至其設(shè)定的壓力上限-上限回差時(shí),啟動燃燒器小火；當(dāng)鍋筒壓力繼續(xù)降到設(shè)定的壓力下限值時(shí),啟動燃燒器大火；當(dāng)鍋筒壓力高于設(shè)定壓力上限報(bào)警值，鍋筒壓力超壓報(bào)警,燃燒器連鎖停機(jī)。

（2）補(bǔ)水泵自動上水。當(dāng)鍋筒水位達(dá)到設(shè)定低水位（高于報(bào)警低線）時(shí)，鍋爐上水泵自動啟動，直到設(shè)定上線，泵停止。

（3）“三停”故障指示報(bào)警。①燃燒器因各種故障不能準(zhǔn)確點(diǎn)火，電腦控制器不連鎖設(shè)備，報(bào)警燈亮且音響報(bào)警提示。②鍋筒水位報(bào)警指示燈亮。當(dāng)鍋筒水位過低，鍋筒水位報(bào)警，強(qiáng)制關(guān)閉所有受控設(shè)備，音響報(bào)警提示。③鍋筒壓力報(bào)警指示燈亮。當(dāng)鍋筒壓力發(fā)生超高時(shí),鍋筒壓力報(bào)警,強(qiáng)制關(guān)閉所有受控設(shè)備，音響報(bào)警提示。④排煙溫度報(bào)警指示燈亮。當(dāng)排煙溫度高于設(shè)定值時(shí)，排煙溫度報(bào)警，強(qiáng)制關(guān)閉所有受控設(shè)備，音響報(bào)警提示。

（4）上位機(jī)。①實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停功能。實(shí)時(shí)顯示壓力、水位、排煙溫度、報(bào)警信息（報(bào)警畫面）、火焰（燃燒大、小火或停止）指示、水泵啟停和液位狀態(tài)。②系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定（壓力上下限停爐設(shè)定值，大小火切換設(shè)定值）。③實(shí)現(xiàn)報(bào)警上下限設(shè)定功能、報(bào)警消音操作。④壓力等數(shù)據(jù)運(yùn)行曲線及報(bào)表生成。

圖2 組態(tài)王與PLC連接

4.鍋爐房的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

由于自控室與鍋爐現(xiàn)場采用分開式設(shè)計(jì)，為了增加鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性，減少故障處理時(shí)間，在鍋爐房中增加8臺攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)視鍋爐運(yùn)行情況（圖3、圖4）。

（1）采用專業(yè)的圖像采集軟件和專門的圖像采集卡（洪視NV700X）對現(xiàn)場攝像頭采集的圖像進(jìn)行真實(shí)的還原，保證圖像的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性。

以上案例中，關(guān)于D企業(yè)實(shí)行多元化的人員安排提供了“新”引導(dǎo)，這種趨向性開發(fā)實(shí)踐過程，不僅適應(yīng)了企業(yè)當(dāng)前發(fā)展階段，管理工作的全面性探索，也能夠始終保障企業(yè)管理環(huán)節(jié)擁有新鮮的血液，迎合了高速率發(fā)展的市場需求。

（2）采用RS485通信協(xié)議通過RS485/RS232轉(zhuǎn)換器與電腦上的串口進(jìn)行連接，控制解碼器對現(xiàn)場的攝像頭進(jìn)行位置控制，根據(jù)實(shí)際需要不斷調(diào)節(jié)攝像頭的方向，對鍋爐房中設(shè)備進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 攝像頭

圖4 鍋爐監(jiān)視畫面

三、加熱爐數(shù)字化控制系統(tǒng)

1.加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程（圖5）

在柳二接轉(zhuǎn)站應(yīng)用，通過 RTU（UT-206）采集現(xiàn)場壓力、溫度和液位等信號，在RTU內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、對比和分析等一系列處理實(shí)現(xiàn)燃燒器自動啟停報(bào)警功能。RTU具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程，觸摸屏具備現(xiàn)場顯示和控制功能。

（1）觸摸屏現(xiàn)場顯示RTU采集信息及運(yùn)算結(jié)果，現(xiàn)場溫度、壓力等設(shè)定值在觸摸屏可調(diào)。

（2）將RTU采集信息及運(yùn)算結(jié)果遠(yuǎn)傳給上位機(jī)組態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，上位機(jī)組態(tài)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐運(yùn)行狀況、報(bào)警信息顯示、參數(shù)設(shè)定和遠(yuǎn)程啟停等功能。

（3）將RTU采集到的信息進(jìn)行運(yùn)算處理，以實(shí)現(xiàn)對燃燒器進(jìn)行啟動報(bào)警和停爐自動控制。

圖5 加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

2.實(shí)現(xiàn)功能

（1）加熱爐溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸和顯示。PT100熱電阻采集加熱爐溫度，溫度變送器將阻值信號變換成4～20 mA信號后再傳至主控RTU。RTU將4～20 mA信號轉(zhuǎn)換成0～5000數(shù)值輸出傳送給觸摸屏和上位機(jī)組態(tài)，觸摸屏和上位機(jī)組態(tài)將0～5000數(shù)值轉(zhuǎn)換成0～150℃溫度值用于顯示。

（2）加熱爐壓力數(shù)據(jù)采集、傳輸和顯示。SWP-T20X壓力變送器采集加熱爐壓力，此后過程和上述類似，觸摸屏和上位機(jī)組態(tài)將0～5000數(shù)值轉(zhuǎn)換成-0.1～0.1 MPa壓力值用于顯示。

（3）加熱爐液位數(shù)據(jù)采集、傳輸和顯示。液位變送器（LT轉(zhuǎn)換器）采集加熱爐壓力后將液位轉(zhuǎn)換成μA信號傳送給液位變送器二次儀表，液位變送器二次儀表將μA信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)量傳送給主控RTU。主控RTU通過繼電器連接揚(yáng)聲器控制液位報(bào)警，通過觸摸屏畫面狀態(tài)顯示燈顯示液位報(bào)警，同時(shí)報(bào)警信息也被傳送至上位機(jī)組態(tài)。

（4）加熱爐手、自動轉(zhuǎn)換及大小火切換。加熱爐手、自動轉(zhuǎn)換及大小火切換實(shí)現(xiàn)了燃燒器手自動任意切換，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，手、自動及大小火切換需要通過控制燃燒器（BGN350P）各觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

（5）自動運(yùn)行系統(tǒng)功能。①燃燒器現(xiàn)場“三?！保ㄒ何煌t、壓力停爐、溫度停爐）功能。②鍋爐運(yùn)行參數(shù)可調(diào)功能。③數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警功能。④遠(yuǎn)程控制功能。

（6）上位機(jī)功能。①遠(yuǎn)程啟停功能。用于實(shí)時(shí)顯示溫度、壓力、水位、報(bào)警信息（報(bào)警畫面）和火焰指示。②報(bào)警消音操作及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定（溫度上限停爐設(shè)定值、溫度下限啟動設(shè)定值、壓力上下限停爐設(shè)定值、大小火切換設(shè)定值）。③溫度、壓力等數(shù)據(jù)運(yùn)行曲線及報(bào)表生成。實(shí)現(xiàn)報(bào)警上下限設(shè)定功能。加熱爐控制系統(tǒng)畫面見圖6。

四、應(yīng)用效果

2011年完成7座鍋爐房20臺鍋爐的數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用。通過幾年運(yùn)行，系統(tǒng)自動化程度較高，安全穩(wěn)定，有效降低了操作人員勞動強(qiáng)度和成本。組態(tài)王開發(fā)的上位機(jī)監(jiān)控程序功能完善，綜合性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，實(shí)用性好。2013年對2臺真空加熱爐實(shí)現(xiàn)數(shù)字化改造，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

五、幾點(diǎn)建議

（1）鍋爐控制系統(tǒng)利用1臺PLC控制4臺鍋爐，在值班室設(shè)置上位機(jī)，安裝鍋爐控制系統(tǒng)（組態(tài)王），目前系統(tǒng)未接入廠內(nèi)站控系統(tǒng)。為此可繼續(xù)完善，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程站控參數(shù)傳輸（不建議遠(yuǎn)程啟?？刂疲?。

圖6 加熱爐控制系統(tǒng)畫面

（2）加熱爐數(shù)字化控制系統(tǒng)利用工況適應(yīng)性強(qiáng)的RTU，每臺加熱爐有1個RTU，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳集中監(jiān)測和啟?？刂乒δ埽衔粰C(jī)組態(tài)接入站控系統(tǒng)。

（3）鍋爐房內(nèi)安裝攝像頭，對設(shè)備、儀表參數(shù)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少人員巡檢次數(shù)；加熱爐未設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控。

（4）鍋爐控制系統(tǒng)使用幾年來，功能完善、可靠，但RS485接口通信速度慢，可改用寬帶通信，提高通信速度。