力控解决方案.docx
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力控解决方案
在炼油行业，加工的原料、半成品及成品多数是易燃易爆的，如果稍有不慎就可能酿成火灾，所以炼油厂对火的控制格外严格，在装置区禁止烟火，对电气焊的管理也有严格规定。
但在炼油装置中有两类火不能缺少，一是加热炉中的明火，另一是火炬放空时的明火。
加热燃烧炉加热工艺介质，使其达到相应的温度，使工艺流程顺利完成，其作用不言而喻；火炬是整套生产装置最后的放空燃烧设备，近年来为节能降耗各厂实施了消灭火炬、消灭长明灯项目。
熄灭火炬后在装置正常时，生产过程产生的尾气由气柜、压缩机回收利用，火炬不再点燃；在装置发生事故时，需紧急放空，这时因为放空量很大，必须排向火炬烧掉。
倘若在大量放空时不能及时点燃火炬，轻则造成环境污染，重则发生空中爆炸的重大事故，后果不堪设想。
在我国熄灭火炬项目实施以来，为保证安全，要求火炬必须配备全自动点火系统，而火焰的精确检测是全自动点火系统必不可少的。
2003年大庆石化公司炼油厂新建了一套加氢、制氢联合装置，其中有一台制氢转化炉，加热后的介质达820℃左右，如果炉子灭火，装置就要紧急停工。
此装置还附属有火炬系统。
本文将根据此装置的配置来说明常规的火焰的监视和控制。
1.火焰监视系统
为给操作人员提供一个简单，直观监视火焰熄灭和燃烧情况，装置对制氢转化炉和火炬系统安装了一套监视系统。
1.1工作原理
简单说，就是利用摄像机对火焰进行监视。
但由于制氢转化炉温度高，对转化炉和火炬火焰需要全天候监视，这就要配备一套带有很多附件的电视监控系统，系统主要包括三套内窥视高温摄像机、一套火炬监视摄像机。
以完成对制氢炉内的点火、燃烧情况及火炬火焰等重点部位进行合理而有效的监控和管理。
1.2系统组成
火焰监视系统本着技术先进、操作简单、运行可靠、功能集成、便于扩展的精神，通过对比国内外几家公司产品的性价比较，最后选择了三维力控公司的监控组态软件产品。
该监视系统通过图像采集系统、传输系统、控制系统、图像显示系统等几部分集成一体来对该装置的生产进行全过程全天候监视。
（系统组成见图1）下面对各部分具体进行介绍。
1.2.1图像采集系统
根据装置实际情况，图像采集子系统由三套内窥视高温摄像机和一套火炬摄像机组成。
内窥视高温摄像机安装于转化炉，由耐高温摄像机组（含进退装置）、冷却保护系统、终端控制箱等设备组成。
主要特点有：
具有宽火焰亮度观察性能：
可清晰观察从点火到正常燃烧的整个过程。
采用压缩空气强迫冷却措施保护针孔镜头及摄像机在2000℃的高温下系统仍能正常工作。
气动进退装置：
采用自动进退装置，体积小、重量轻、可靠性高。
具有进膛前气压正常判断、工作时欠压保护、退膛后系统自动切断气源的功能。
这样设计的最大优点是既能保证设备安全，又能最大限度节约系统运行成本。
真彩色、高清晰度：
图像色彩鲜艳、逼真，清晰度高。
具有故障报警和自动保护功能。
由于火炬摄像机的距离火焰比较远，温度不高，所以不用内窥视高温摄像机，而采用超夜视型彩色低照度摄像机并配备十倍自动光圈镜头、全方位室外云台，既保证了摄像机的夜视功能，又达到了对火炬的观测效果。
1.2.2传输系统
在本电视监视系统中，三套内窥视高温摄像机视频传输距离较近，采用视频电缆进行传输，而火炬监视摄像机距控制室1500多米，故采用光缆传输。
视频电缆根据线芯粗细的不同，可分为75-3、75-5、75-7三种型号，根据使用经验：
75-3型视频电缆用于100米内；75-5型视频电缆用于200米内；75-7型视频电缆用于300米内。
这样使用可以保证图形质量满足电视信号的国标GB7401中的图像质量的最高标准。
装置现场由于存在干扰，所以视频电缆的屏蔽网也很重要，屏蔽网根据疏密不同分为：
32B、64B、96B、112B四种，屏蔽网的数值越高，屏蔽效果越好，图像相对传输距离就较远，考虑到价格因素，选用64B的视频电缆既能满足条件，又节省投资。
目前单模光纤成缆技术已经非常成熟，且单模光缆的价格比多模光缆的价格要低，只是单模光端机比多模光端机价位高些，综合考虑整个系统的建设成本及功能，我们选用了普铠单模光缆。
光端机选用美国的GLORY光收发机。
GLORY光端机是完全针对各种大型远距离视频、音频、数据传输系统而设计的。
在视频、微波负载及波分复用技术方面，始终走在世界前列，在图像传输方面领导着世界潮流。
GLORY光端机在结构上全部采用模块式结构，加上其强大的复用技术，为今后扩充、维护系统提供了便利的条件，在不改变光纤的情况下只需增加模块就可以不断扩展传输容量，以适应不断增长的传输要求。
1.2.3控制子系统
内窥视高温摄像机主要由高温摄像机主控制器完成控制功能，可以遥控摄像机的进退、镜头的光圈大小，并提供欠压/超压声光报警及进/退到位指示。
火炬监视摄像机的控制则由矩阵控制器完成，矩阵控制器同时完成所有视频信号在电视机上的显示切换功能。
1.2.4图像显示子系统
图像显示子系统主要有29英寸彩色纯平监视器和四画面分割器组成，四画面分割器主要完成四画面在同一台监视器上显示4路图像的功能。
2火焰控制系统
2.1工作原理
在火焰控制中可以通过测量燃料流量或通过温度测量等来间接了解火焰的燃烧状况，从而控制火焰强弱，但也可以直接测量火焰来进行控制。
在燃烧过程中，可燃物质都会发出不同频率或不同波长的可见光、红外线、紫外线。
瓦斯及重油燃烧过程中火焰发出紫外线含量占主要部分，其次是可见光和红外线。
煤或煤粉在燃烧过程中，火焰发出的红外线占主要部分。
火焰熄灭后，紫外线立刻消失，但炉膛内仍有大量的红外线及可见光。
我们常通过测量紫外线、或同时测量紫外线、红外线来检测火焰的有无或强弱。
2.2火炬火焰的控制
火炬燃烧的火焰发射出从红外到紫外各种波长的光线，其中包含紫外线探测器所敏感的波长为185——260nm的远紫外线。
该波段的紫外线经聚焦镜汇聚后，照射到探头内的紫外线传感器上，使之转换为频率随火焰强度变化的电脉冲信号，因该传感器对波长为185——260nm以外的其它光线均不敏感，而只有火焰和火花等明火才能发射出该波长的光线，故该探头对太阳光、各种灯光及高温辐射光线均不敏感。
从而避免了各种杂散光线的干扰。
火炬的作用是紧急情况下放空燃气，不需要控制火焰的大小，因而火炬火焰控制主要是保证点火的成功，及意外情况下火炬熄火后保证能够立刻检测到熄灭信号，使控制系统重新打火，避免出现安全事故。
为确保安全，火炬自动点火系统一般配备二至三支点火器，当全部完好时能准确无误的点燃火炬。
而火炬火焰探测器是点火系统实现全自动必不可少的设备。
图2是火炬点火控制系统的示意图，下面根据此图简要说明火炬自动点火控制系统。
当燃气排放时，火炬总管内的流量信号升高到给定值时，系统认为有可燃气向火炬排放，控制室内的DCS系统经过逻辑运算，输出信号控制高压发生器和调理器输出高压电，使高空点火器内的点火器产生电弧，并打开高压燃气电磁阀向高空点火器内喷入燃气，燃气与空气混合被点燃，自高空点火器顶部喷出火焰，引燃火炬顶部喷出的排放燃气。
火炬点燃后，由火炬火焰探测器测得火焰信号，反馈给DCS控制系统，控制系统输出信号，停止向高空点火器供给高压电和燃气，点火过程完成，系统处于监控状态。
因某种原因火炬中途熄灭，而此时排放燃气仍存在，如不及时发现处理，轻则造成污染，重则发生空中爆炸的重大事故。
此时，火焰探测器发挥应有的作用，把检测到的火焰熄灭的信号传入控制室中的DCS系统，经过逻辑控制自动重新点火，保证火炬点燃。
为保证火炬火焰燃烧充分，不产生黑烟该系统还有火炬的排放燃气量与消烟蒸汽量的比值调节及其它控制回路的相关调节。
2.3制氢转化炉火焰控制
转化炉是制氢装置的主要设备。
在转化炉炉管中，原料气和过热蒸汽在高温时发生烃类的水蒸气转化反应，转化炉出口转化气由H2O、H2、CO、CO2及残余甲烷组成，出来的转化气温度高达820℃。
温度的控制对于转化炉很重要，温度过高过低都会影响装置运行，如果转化炉灭火那么装置必须紧急停工。
制氢转化炉部分设计有诸如瓦斯压力、炉膛温度等的常规控制，这里要特别说明和炉膛火焰有关的连锁部分。
图3是制氢转化炉部分的连锁原理图。
当转化炉灭火时，燃烧噪音消失、炉膛负压增高，炉膛变暗，看不见火焰，同时炉膛温度快速下降，转化出口温度下降。
安装在现场的仪表系统，会检测到转化炉膛压力过高或燃料气压力过低，这些信号传入控制室后经过逻辑控制，输出一系列信号，自动执行相关动作，进行装置停工。
装置还设计有其它连锁控制，这里就不叙述了。
3.结束语
综上所述，炼油行业中的火炬和加热炉中的控制并不复杂，但由于炼油装置中的介质多数是易燃易爆的，而且装置中也有可能泄露可燃气。
普通浮法玻璃在经过钢化处理后，硬度可以比没有钢化前提高4—5倍，而且在玻璃破碎时都呈颗粒状，如果用钢化过的玻璃做夹层玻璃，就成为安全玻璃，即在玻璃破碎后颗粒全部粘在PVB胶片上，普遍应用在汽车的前挡玻璃、高层建筑、政府工程、防弹玻璃……
但是经过钢化的玻璃有存在自爆的隐患，在无外力作用时仍会发生自爆，这是钢化玻璃自身的特性所决定。
钢化玻璃自爆源于硫化镍（Nis）,在钢化处理的加热阶段，硫化镍是高温态的（α-Nis）。
在快速冷却时，高温态的（α-Nis）来不及向低温态的（β-Nis）进行转变。
这种晶型转变从热处理后的几分钟到安装后的几十年一直存在，（α-Nis）转变为（β-Nis）会导致体积膨胀，破坏玻璃内部的应力平衡，最终导致玻璃自爆。
目前钢化玻璃的自爆隐患没有有效的补救方法，国内和国外都普遍采用均质（也称引爆、热浸）的方法将玻璃装进炉内，然后匀速加温到290℃后恒温2—8小时不等，将存在“自爆”隐患的玻璃提前引爆，从而减小钢化玻璃安装后再次发生“自爆”的机率。
因为均质的产能低，耗电量大（5T炉）总功率已经超出400KW，加上玻璃自爆后的直接经济损失，所以均质测试成本居高不下，目前国内会经均质测试的主要是部分政府工程和大型公共设施如，机场……等。
均质炉的基本工作原理及要求：
炉的升温时间可以在范围内设置（30—150min）
恒温时间可以在范围内设置（10—480min）
恒温温度可以在范围内设置（80--300℃）
降温可以曲线降温、自由降温选择。
正常运行时恒温度在290℃±10℃
在运行中实时保存数据，当过程结束后以便打印报告，作为此批玻璃已经做过均质测试的依据，打印的报告中必须包含玻璃、客户信息...当时的温度曲线等。
在查询历史时，为避免产单过多查找费时，必须有信息过滤功能。
为保证均质质量，分6区独立控制温度，还有2路活动点温度探头，可以自由的插入到玻璃的任何缝隙中。
也就是总共有8路温度。
可以选择一条曲线打印，也可以选择多条曲线同时打印。
均质炉的温度是由普通加热管加热空气后，通过6个循环风机吹入炉内，再从炉体顶部抽回进加热仓，如此循环，它和普通的加热箱有着本质的区别。
均质炉的工作原理看似简单，但目前国内做的比较好的公司相当少。
一台合格的均质炉不但控制程序要求高，而且炉体结构相当重要，在炉子运行时必须保证炉体内的温度均匀，这就关系着这台炉子的整体结构，如：
加热功率，风机功率，空气对流状况。
如果炉内温度不均匀会导致均质后的玻璃仍然自爆率很高。
有些均质炉设备为求运行时的曲线美观，普遍采用的方法有：
1、拉长温度采集时间，这样可以减少曲线的波浪。
2、将热电偶放在风道内，这样看起来温度曲线很理想，但炉内的温度和风道内的温度相差特别大。
这也是玻璃均质测试后仍然会自爆的原因之一。
有资料显示：
国外最好的均质炉，炉内的温差也有将近30℃。
均质炉的结构示意图：
在本方案中有六台加热循环风机，一台降温用的冷风机，六个区的加热。
电气控制采用如下配置：
1、力控监控组态软件1套 （控制策略版）
2、研华工业电脑1台 （IPC-610）
3、研华采集卡PCI-1723 1套 （此板卡有8D/A 16DIO）
4、研华温度模块4520&4018各1
5、惠普打印机1台
6、台湾登敏电力调节器6台 （用于调节6个加热区的输出功率）
说明：
因为要使用到关系数据库来保存机器运行中的温度数据和产品信息，本人也比较熟悉力控组态软件，因此使用了子图里面的内部控件之“ODBC历史曲线”，用于作为历史查询的用途，在运行时用内部控件“温控曲线”作实时监测，同时力控的控制策略版具有PID的功能。
全面的I/O支持，力控支持研华的全系列板卡。
研华的温度模块4018。
此项目的所有控制都在力控的动作脚本里完成。
系统图：
程序运行基本工作原理：
输入正确的升温时间，恒温时间，恒温温度，结束温度。
输入正确的玻璃规格、数量、产地、客户信息……
启动均质炉后，程序运行启动循环风机，根据设置的恒温温度，系统开始控制加热输出功率，按照设置的升温斜率在规定的时间内使炉内达到恒温温度，这其间可能会有个别区域的温度存在时间上的先后才达到恒温温度，程序必须等到6个区域的温度都达到设定值后，开始进入恒温度程序，同时开始计时，计时结束后，就是恒温时间到达后，停止恒温，进入降温阶段，根据选择有“曲线降温”、“自由降温”，曲线降温由PID完成根据降温时间和结束温度计算降温斜率，“自由降温”由程序完成，在降温度时开启天窗让热空气自由排出。
自动保存，自动运行其间，温度模块的采集周期是100ms，每间隔180s程序就自动写一次温度数据进数据库。
打印报告，关系数据库Access，由ODBC历史曲线控件调出数据，绘制成曲线。
力控开发环境
主窗口开发：
此画面用于监视温度曲线，主要的控件有“温控曲线”，“温控曲线”控件的使用比较简单，这里不再介绍其的组态方法了。
工作参数开发
此画面用于输入工作时的有关信息，在自动运行启动后，本画面的输入必须被禁止。
历史查询的开发：
本画面相当重要，它将输出在本机器上所做的均质测试的数据，因为最终客户要的是打印的报告。
本画面中主要有Windows控件中的表格，ODBC历史曲线。
其它的辅助选项功能：
PID参数修改画面
程序的运行之主窗口：
程序运行之历史查询：
当一个订单结束后，在此画面中调出数据并打印报告交于客户。
程序主要分三个阶段进行：
第一个阶段是：
升温度阶段：
第二个阶段是：
恒温度阶段：
第三个阶段是：
降温度阶段：
前面我们已经做了一个“工作参数”页面，在画面下有一个“启动/停止”按钮用来启动自动工作程序，同时还必须判断填写的信息是否正确：
在“左键动作/释放鼠标”内填写如下动作脚本：
ifwork_mode==1then
if（StrLen（advancebooking_unmber）<=0）then
msgbox（" 请填写<订单号>！
"）;
else
if（StrLen（yield_number）<=0）then
msgbox（" 请填写<生产单号>！
"）;
else
if（StrLen（client_name）<=0） then
msgbox（" 请填写<客户名称>!
"）;
else
if（StrLen（yieldly）<=0）then
msgbox（" 请填写<产地>!
"）;
else
if（StrLen（glass_type_1）<=0）then
msgbox（" 请填写<玻璃规格
（1）> "）;
else
if（StrLen（glass_size_1）<=0）then
msgbox（" 请填写<玻璃尺寸
（1）> "）;
else
ifglass_qty_1<=0then
msgbox（" 请正确填写<玻璃数量
（1）> "）;
else
ifup_temp_time<60||up_temp_time>300then
msgbox（" <升温时间>设置错误！
"）;
else
ifkeep_temp_time<10||keep_temp_time>1440then
msgbox（" <恒温时间>设置错误！
"）;
else
ifdown_temp_time<180||down_temp_time>480then
msgbox（" <降温时间>设置错误！
"）;
else
if keep_temp<80||keep_temp>330then
msgbox（" <恒温温度>设置错误！
"）;
else
ifend_temp<100||end_temp>300then
msgbox（" <结束（降）温度>设置错误！
"）;
else
if msgbox（"真的要启动自动工作？
"）then
auto_start=1;//自动工作启动
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
endif
在“一般性动作”中填写动作脚本如下：
ifauto_start==1then
auto_work=1;
1_zone_up_end=0:
…………………..
6_zone_up_end=0:
up_temp_up=0;
//start_temp_1=averagely.PV;
auto_start_time=StrLeft（$Date,10）+""+StrLeft（$Time,8）;
//status_operator=$UserName;
start_temp=（temp_1_1.PV+temp_1_2.PV+temp_1_3.PV+temp_1_4.PV+temp_1_5.PV+temp_1_6.PV）/6:
;
number_3_1=cc+1;
date_3_1=StrLeft（$Date,4）+"-"+StrMid（$Date,5,2）+"-"+StrMid（$Date,8,2）+""+StrLeft（$Time,8）;
yield_number_3_1=yield_number;
client_name_3_1=client_name;
yieldly_3_1=yieldly;
note_3_1=note_1;
………………
note_3_15=note_15;
glass_type_3_1=glass_type_1;
…………..
glass_type_3_15=glass_type_15;
…………………..
glass_size_3_15=glass_size_15;
glass_qty_3_1=glass_qty_1;
……………………
glass_qty_3_15=glass_qty_15;
up_temp_time_3_1=up_temp_time;
keep_temp_time_3_1=keep_temp_time;
down_temp_time_3_1=down_temp_time;
keep_temp_3_1=keep_temp;
end_temp_3_1=end_temp:
operator_3_1=$UserName;
dade_time="Sta
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