球罐整体热处理智能控制系统

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３６８　北华大学学报（自然科学版）　第７卷　为了更好地适应大型球罐的整体热处理工艺要求，选择德国ＥＫ９．８５ＬＲ轻油燃烧器，对球罐内部雾　化喷油、供风［４，５ｌ，进行球罐内部燃烧热处理．燃烧器的操作时序由机械式运行的程序控制器控制．　在热处理过程中，操作人员将热处理工艺曲线输人至研华工控机中，计算机自动根据工艺要求，实时　产生每１时刻的温度设定值，根据温度设定值和系统热电偶采集的温度信号，产生节点输出信号，下传给　程序控制器，控制燃烧器的燃烧过程．　Ｓ７—２００可编程序控制器控制燃烧器的风机、油泵运行以及燃烧器的相关时序动作．　除实现精确温度控制外，现场还要求实时、准确地测温、记录和打印，为此，选择隔离变送模块，将热电　偶采集的球罐３２个温度点的温度信号，输送到ＡＤＡＭ４０１７，转变为与之对应的１～５　Ｖ的电压信号，并经　过Ａ／Ｄ转换，形成数字量，经ＡＤＡＭ４５２０进行ＲＳ４８５／ＲＳ２３２转换，通过串行通讯口，送至上位研华工控　计算机，实现温度的实时记录打印．　１．１控温系统硬件　１．１．１　欧科燃烧器及其程序控制器　当热处理开始时，程序控制器控制伺服电机，驱动燃烧器风门到满负荷位置进行预吹扫，之后风压开　关转至工作状态，风门转至部分负荷位置，预点火开始．这时，燃料阀打开，高压油一部分经油嘴呈雾状喷　出，并与控器混合而点燃，另一部分高压油经回油路流回．为保证火焰监测的正确性，系统提供了１个安全　时间，以便点火之后，形成稳定的火焰．当安全时间结束后，程序控制器需接人探测火焰的电流信号，以便　及时发现火焰熄灭情况，将油路切断，防止事故发生．　火焰完全形成后，根据温控曲线的控制要求，燃烧器的伺服电机接到Ｓ７—２００的开启和关闭命令，按照　燃油量和风量的比例参数，增大或减小油量及风量，以调节火焰的大小，进而实现球罐热处理的精确温度　控制．　燃烧器内部供风、供油示意图如图２所示，燃烧器的油路分为进油路和回油路，进油路是通过油泵电　机，将燃油从油箱中抽出，经过进油阀和针阀送至油嘴，雾化喷出；进油路中进油量，除雾化喷出的部分外，　其余通过针阀、回油阀返回油箱．回油路上设有回油压力开关，当回油压力过大时，系统会发出报警，同时　程控器也就封锁燃烧器的启动和工作程序．燃烧器的风路只有１条进风路，通过风机将空气抽进风路，并　通过风门调节进风量，在油嘴处与雾化燃油混合．风路上也设有空气压力开关，燃烧器启动时，空气压力必　须很小，此开关必须处于为动作状态；而当雾化油和风混合后，此时空气压力须达到一定值，压力开关动作　后，点火变压器才能点火，使燃烧器燃烧．燃烧器火焰情况由火焰探测器监测，当火焰熄灭时，燃烧器会报　警，并停止工作．　油泵电机　／，　．ｒ、　…’　　＿７　回油压力开关　Ｉ　ｒ、、１ｒ…。Ｔ＿］Ｉ　——　●　》　——Ｔ一　油Ｌ一，一　—、—Ｊ　广一　Ｉ　ｆ　Ｉ　点火变压器一—　＝　　图２燃烧器内部供风、供油　Ｆｉｇ．２　Ａｉｒ　ａｎｄ　Ｏｉｌ　ｓｕｐｐｌｙ　ｉｎ　ｂｕｒｎｅｒ　１．１．２　Ｓ７—２００可编程序控制器　球罐热处理系统中的Ｓ７—２００可编程序控制器，需配合上位计算机、燃烧器程控器、操作台上按钮和指　示灯、燃烧器的风机和油泵电机完成燃烧器的时序控制．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　曲丽萍，等：球罐整体热处理智能控制系统　３６９　１）与上位机通讯．实时接收上位计算机的节点控制命令，并将这一命令传给程控器，控制风门和回油　阀的开大和关小，实现燃烧器的火焰调整，进而实时控制球罐的温度．　２）控制风机和油泵电机起停及运行．当操作人员按动操作台启动按钮时，ＰＬＣ自动控制风机和油泵　电机的起动．由于风机容量较大，不能直接起动，而是采用ｙ／Ａ起动．这里ＰＬＣ要准确完成ＫＭＨ（主接触　器）、ＫＭＹ（Ｙ接触器）、ＫＭＡ（△接触器）的先后接通、分断时序，以保证风机既能成功起动，又不至于在起　动过程中热继电器误动作．油泵电机容量较小，所以，采用直接起动方式．当操作人员按动操作台上的复位　和急停按钮时，ＰＬＣ自动分断风机和油泵电机的主控制接触器，完成停车．另外，ＰＬＣ还要将风机和油泵　电机的热继电器状态实时送给操作台上的指示灯，及时显示二者的故障状态，以利于操作人员及时处理．　３）与程控器配合，完成燃烧器控制．首先，ＰＬＣ接收操作台的燃烧器启动、燃烧器复位按钮命令，控制　燃烧器的启动回路连接，在空气压力开关、回油压力开关、达温、达压都未动作情况下，燃烧器正常启动，之　后，燃烧器将其内部运行状态如燃烧器运行、点火变压器状态、火焰监视状态、回油压力开关状态等信息送　至ＰＬＣ，ＰＬＣ实时将这些信号处理，并驱动相应的指示灯燃亮，提示操作人员．当系统出现故障时，操作人　员按动操作台上的复位按钮，ＰＬＣ需将此信号送至程控器断开燃烧器的启动回路，并将复位信号送至复　位指示灯．当操作人员按动操作台急停按钮时，ＰＬＣ直接断开程控器的电源，实现紧急停车．　其次，ＰＬＣ根据上位机控温命令，向点火变压器送点火信号，并实时监测火焰探测器的火焰信号；向　程控器送节点接通和断开命令，控制燃烧器伺服电机的转动方向和转动时间，以成比例调节燃烧器送风量　和回油量；控制燃烧器的针阀和进油阀开关，控制燃烧器的燃烧运行．　再者，ＰＬＣ和操作台上风机吹扫手／自动控制、手动启动风机吹扫、风门调节手／自动控制、手动调节　风门开大关小４个按钮配合，完成球罐手动控温时和球罐降温过程中的风机手动吹扫和风门的手动调节．　１．２测温系统硬件　为完成系统精确测温，本研究采用Ｔ系列隔离变送模块、研华ＡＤＡＭ４０１７　和ＡＤＡＭ４５２０实现球罐　３２点温度的实时采集．　１．２．１　Ｔ系列隔离变送模块　为克服分散采集、信号传输距离远带来的地回路干扰、强电干扰，解决多路信号进入同１计算机的数　据采集板互相干扰，传感器或仪表安装不当或传输线走向不对，绝缘屏蔽不够使信号引入共模干扰的问　题，克服变频调速器带来的干扰，防止带有强干扰和危险电势的信号直接进入计算机、ＰＬＣ设备造成损　坏，我们采用Ｔ系列隔离变送模块，实现干扰、危险隔离，保证系统安全运行．同时，Ｔ系列隔离变送模块　还能够实现变送功能，将Ｋ型热电偶的ｍＶ电压弱电信号转变为１～５　Ｖ的标准信号，以便研华亚当模块　的接收．　１．２．２　ＡＤＡ　Ｉ４０１７　ＡＤＡＭ４０１７　是１６位、８通道模拟量输入模块，可对各通道实现可编程调整量程和校准．实现３　０００　Ｖ　电压隔离保证模块和系统免受外界高电压的侵害．另外，其输入采用差动输入方式，使测量更加精准．另　外，该模块支持Ｍｏｄｂｕｓ／ＲＴＵ协议，能够保证与计算机通讯可靠无误．　１．２．３　ＡＤＡＭ４５２０　由于ＲＳ－２３２的传输速率，传输距离及网络容量有一定的限制，而ＲＳ－４２２和ＲＳ－４８５能够将数据及网　络容量信号使用差分信号进行传送，克服了ＲＳ－２３２的不足．所以，利用ＡＤＡＭ一４５２０将ＲＳ－２３２信号与ＲＳ－　４２２和ＲＳ－４８５信号的转换功能，既可以方便地与上位计算机ＲＳ－２３２连接，又可以保证现场端信号的准　确、及时传送．　２系统的软件结构　系统上位机采用组态王监控软件、Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ语言，下位机采用Ｓ７—２００编程语言，实现球罐热处理的　温度控制、测量、记录和打印．　２．１缉态王编程　温度高低报警值等，以便系统正确记录施工的数据．　．　首先，组态王编程要完成球罐热处理信息的输入，如工程项目名称、操作人员、施工时间、热电偶数量、　维普资讯 http://www.cqvip.com

３７０　北华大学学报（自然科学版）　第７卷　其次，组态王编程要完成与亚当模块的通讯，实时采集球罐３２点（１套系统的最大采集点数，如超过　３２点，可投入两套或更多套测试系统）的温度信息，并实时显示温度曲线．同时，组态王还要嵌入燃烧器火　焰的摄像信号，便于操作人员观察与处理．　２．２　Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ编程　Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ编程要完成与组态王的ＤＤＥ动态数据连接，实现从组态王获取球罐温度的实时数据，进　而实现温度数据的每４　ｓ记录功能，同时还要形成温度的历史记录曲线，以便随时调用、查阅．　最为重要的是，Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ要完成球罐温度的准确控制．首先，Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ要先录入球罐热处理的目　标控温曲线，并将该曲线按照精度要求，划分成每个控制周期的温度控制子目标曲线，即产生每个控制周　期的目标温度值．接着，根据实时采集到的当前温度值和下１个控制周期的目标温度值，输出节点控制信　号ＰＬＣ，以调整燃烧器的进风和进油量，实施热处理温度控制．　３　结　论　该球罐整体热处理控制系统，已在国内外多处现场使用，使用效果非常好，深得现场技术人员的好评．　实践证明，本研究构造是１套具有高精度、高准确性、高可靠性的，具有的重要实用性的球罐整体热处理控　制系统．　参考文献：　［１］陈志华，涂善东，王正东．大型球罐整体热处理改进方法和数值分析［Ｊ］．金属热处理，２００４，２９（３）：４３～４５．　［２］慕永辉，刘喜才．应用计算机软件控制球罐整体热处理［Ｊ］．石油工程建设，２００２，２８（５）：５５～５７．　［３］张雪冰，段绍明．内部燃油法热处理工艺在球罐制造中的应用［Ｊ］．石油工程建设，２００５，３１（３）：５４～５６．　［４］申广信，慕永辉，冯兆国．球形储罐整体热处理微机自动控制系统［Ｊ］．油气田地面工程，１９９９，１８（２）：５２～５４．　［５］李平瑾，李蓉蓉．ＣＦ－６２钢制压力容器中的裂纹分析与预防措施［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｓｃｂｐｖ．ｏｒｇ．ｅｎ／ｂｂｓ／ｄｅｔａｉｌ．ａｓｐ？ｉｄ　：３５．２００４—０４一ｌ５．　Ｉｎｔｅｌ　ｌ　ｉｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｗｈｏｌｅ　Ｂｏｄｙ　ｏｆ　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｔａｎｋ　．Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｑｕ　Ｌｉ・ｐｉｎｇ　，Ｑｕ　Ｙｏｎｇ．ｙｉｎ　，ＬＩ　Ｚｈｏｎｇ．１ｉｎ２，ＷＡＮＧ　Ｘｕｅ．ｃｈｅｎｇ２　（１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｂｅｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ　１３２０１３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｙａｎｘｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｆｏＪｉｌｉｎ　Ｃｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ　１３２０２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｎｅｅｄ　ｏｆ　ｗｈｏｌｅ　ｂｏｄｙ　ｏｆ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｔａｎｋ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｗｅ　ｍａｄｅ　ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　Ｇｅｒｍａｎ　ＥＬＣＯ　ｂｕｒｎｅｒ．Ｓ７—２００　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃａｌ　ｏｃｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｄｖａｎｔｅｃｈ　ＡＤＡＭ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｔｅｃｈ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｑｕｉｔｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ，ｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．Ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｓｅａｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｕｓｅｒ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗｈｏｌｅ　ｂｏｄｙ　ｏｆ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｔａｎｋ　ｈｅａｔ　ｔｒａｅｔｍｅｎｔ；Ｏｉｌ　ｂｕｒｎｅｒ；Ｐｕｒｇｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ；Ｆｌａｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ；　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；Ｐｒｏｇｒａｍ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　【责任编辑：郭伟】