| 荣获“2003年度工控及自动化领域优秀典型应用”有奖评选活动 三等奖 |
 | 专家点评：采用选择性调节，使燃料与空气的比例控制克服传统控制模式不完全燃烧的缺点. 用PLC在加温度时先加空气后加燃料，在减溫度时先减燃料后减空气。使燃料得到完全燃烧。 燃料和空气比保持在1:5。本文介绍了燃气加热炉的燃烧计算机控制系统的实现。采用选择性调节，通过燃料与空气的比例控制克服传统控制模式不完全燃烧的缺点，使燃气在炉内能充分燃烧，既比常规控制节省能源，又减少了大气的污染、保护了环境。 |
 | 写作心得：谈到写这篇文章的心得体会，我感觉也没有什么，在大学我学的是自动化仪表专业，参加工作后就一直做自动控制系统的实现或改造，同时还做过自动控制系统的维护维修工作，后来到我现在的公司，虽是做技术支持，但仍然和自动控制分不开。这套控制系统的实现自己参加作了，对控制和改进提高的整个实现过程很清楚，也很明了。至于开物组态软件的应用，我现在仍然是开物技术支持小组的一员，对其基本功能的应用更是不用说。我觉得这套控制方案针对燃汽加热炉的优化控制、节能增效、降低污染保护环境等都有一定的推广意义，又为了工作推广我们开物软件起见，就写了这篇文章和大家分享。也算是大对国家人民、小到自己的公司都进一些力。但愿对我们国家的环保事业有一定帮助，对我们公司产品的推广和发展有一定促进。 |
摘要：本文介绍燃气加热炉的燃烧计算机智能控制系统实现。采用智能控制技术，合理优化控制，使燃气在炉内能充分燃烧。事实证明：既比常规控制节省能源，又减少了大气的污染、保护了环境。 关键字：加热炉、煤气、空气、比例调节、串级调节、选择调节、充分燃烧。 一、 前言 工业生产和人民生活中都要普遍用到加热设备。工业生产中利用加热炉对生产原料或换热介质进行加热，人民生活中的热水锅炉、暖气锅炉等都离不开加热炉的应用。早期的加热炉选用直接燃煤较多，由于燃煤对环境污染严重，因此燃煤加热系统逐渐被取缔，代之以燃气。为了节约能源和进一步保护环境，controX2000通用监控系统支撑软件采用智能优化控制、合理调节燃气和空气配比，为燃气加热炉控制提出了典型的控制方案。 二、 软硬件设置 本系统在计算机上运行controX2000通用监控系统支撑软件，具有强大的数据采集和处理能力、完善的事件和报警处理机制、友好的动画界面制作、开放的数据接口和网络等功能。硬件采用西门子PLC，实时性强、可靠性高、体积小且坚固耐用。计算机设定控制参数，处理复杂的数据运算、存储及查询等功能，PLC内运行设定的控制逻辑程序，完成控制功能。二者完好结合实现燃烧加热控制的整个工艺过程。 三、 控制系统难点分析与设计 以燃烧煤气对热油加热为例。 煤气和空气配比是控制系统的难点。煤气燃烧需有足够的空气助燃。否则，煤气燃烧不充分，就会积碳,有损炉子寿命;生成一氧化碳等有害气体，放空会给大气造成污染；煤气燃烧利用效率低，则会造成煤气浪费，造成经济损失。但空气进炉量也不是越大越好，因为空气进炉是由鼓风机做动力的，空气进炉量越大，鼓风机负荷就越大，损耗设备寿命;过剩的空气形成的尾气会带走大量的热,降低热利用率;还可能吹灭小的燃烧火焰，煤气燃烧也不稳定。这就要求有一个合理配比。 由于煤气的组份基本稳定，以干气计，其主要组份体积含量为：H2（55.60%）、CH4（34.56%）、CO2（2.14%）、CO（6.26%）、N2（8.74%）、O2（0.56%）、H2O（0.40%）、C2-C4烃类（2.34%），此外还有微量成分如C5以上烃类、H2S、萘、有机S、NH3、焦油、苯等，而空气含氧量大约为30%，由煤气主要组份算出单位体积煤气完全燃烧需空气(55.6%/2+34.56%*2+6.26%/2+2.34%*3-0.56%)/30%，约为3.3，考虑到其微量组份，所以单位体积煤气完全燃烧需空气至少为4倍。为使空气稍有过剩，根据化验室燃烧实验，我们把此比例定为1：5。 根据以往传统的控制方法，一般将温度和煤气做串级调节，再将煤气和空气做比例调节。我们最初分别试用了两套方案，其控制原理框图如下。这两种控制方案虽然实现了控制油温和煤气空气配比进炉燃烧的要求，但第一种方案当热油温度小于给定值时，空气流量增加在煤气之后，第二种方案当热油温度大于给定值时，空气流量减小在煤气之前。在调节过程中，这显然都会造成煤气的不完全燃烧。因此，这两种传统的控制方案都不能满足实际要求。
如何才能确保进炉煤气在任何情况下均能充分燃烧呢？我们在综合原有两套方案的基础上引入了选择性调节。如下所示原理框图：
稳定情况下，热油温度被控制在给定值。当出现扰动，温度测量值低于给定值时，温度调节器的输出开始增大，通过最大值选择模块选择最大值Ｘ２输出，乘上比例常数Ｋ，使空气流量调节器的给定值增大，在调节器的作用下，空气流量就先开始增大，同时，在最小值选择模块的作用下选择Ｘ１输出，除以比例常数Ｋ，空气流量信号就变为相对煤气流量的给定值，随着空气流量的增大，也即增大了煤气给定值，在煤气调节器的作用下，使煤气流量随着空气流量增大之后增大，直到三量均衡，测量值回到给定值。而当温度测量值高于给定值时，温度调节器的输出开始减小，通过最小值选择模块选择最小值Ｘ２输出，作为煤气流量调节器的给定值，在调节器的作用下，煤气流量就先开始减小，同时，在最大值选择模块的作用下选择最大值Ｘ１输出，煤气流量信号就变为相对空气流量的给定值，随着煤气流量的减小，也即减小了空气给定值，在空气调节器的作用下，使空气流量随着煤气流量减小之后减小，直到三量均衡，测量值回到给定值。 四、 控制系统的软件功能 1、 数据采集和操作控制 加热炉的各项数据输入PLC，参与PLC程序的运算处理和控制，实现PID闭环回路调节控制和运算、联锁逻辑。计算机上应用controX2000通用监控系统支撑软件，设置形象逼真的动态画面，以数值和曲线等方式显示PLC的采集数据和控制效果、工艺流程，并通过设定界面调整PID设置参数和控制给定值。在实际控制中，必须调整好空气及煤气调节的ＰＩＤ参数，以便对被控量能够及时稳定的进行调节，避免超调停炉。
2、 远程监控 PLC可以安装到现场，计算机可以放置到现场或中控室或调度室的任意厂区。PLC与计算机间通过Modem拨号通讯，完成加热炉数据的采集传输与控制通讯。这种通讯方式不受距离和布线的约束，通过电话线拨号和
交换机就很方便的实现了远程的数据通讯监控。为满足更远距离的监控，另设一台服务器，利用controX2000通用监控系统支撑软件的网络功能和Web组件，将工程图页和数据发布到服务器网站，作为Web服务器站点，供远程的客户端进行基于internet的网络浏览，无论走到哪里，只要通过ie浏览器，输入Web服务器的ip地址，就可以不限客户端的登陆到Web服务器，实现现场数据的浏览访问。 3、 联锁控制 当不利情况引起空气不足时，应使炉子自动灭火，我们在设计中增加了两个运算模块，将测量的空气流量和煤气流量做除法得出比例常数，与预定的最小比例常数（我们定为4）相比较，当该得出的比例常数小于4值时，由控制站输出相应的联锁信号，控制煤气
电磁阀关闭，从而使燃烧炉灭火。 当停着炉时，由于煤气流量为零，我们设计中空气流量除以煤气流量就会引起计算机的除零错误。我们通过组态把煤气测量值的量程下限设置为一个非零小数，以避免因机器的除零错误而引起系统的报警联锁。 4、数据记录与报表 将生产的重要数据如温度、煤气流量、用量累积、报警联锁信息等重要数据按照一定的周期保存到历史数据库。用户在计算机操作界面可以实现对任意时段历史数据的查询和手自动报表打印。通过对历史数据的查询，可分析生产的运行控制效果，实时调整控制参数，可以分析系统联锁原因和生产重大故障。 5、系统安全 为保证开发的工程，用户可以自定义密码、加密锁序列号、指纹三种方式加密，避免工程组态的任意修改和泄密；为保证安全生产和操作系统运行的连续性，可通过不同权限的操作用户登陆，锁定操作运行环境不被随意退出，重要生产设定参数不被随意改动；为保证Web浏览的安全和数据保密，可通过基于windows操作系统的用户管理机制限定登陆Web服务器的客户。 6、双机热备冗余 为进一步保证生产监控的连续性和数据的完整，并处于故障维护的考虑，controX2000监控系统提供双机热备的功能。controX2000的双机热备包括两部分功能：数据采集的冗余与数据记录的冗余。两台计算机同时连接设备，正常时只有一台作为主站负责数据采集和数据记录，另一台作为从站通过网络获得采集数据并备份记录，两台机器都能监控操作。当主站故障时，系统可以将数据采集和记录
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