專利名稱：一種用于加熱原油傳輸?shù)娜紵鞯目刂葡到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)控制和原油傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種加熱原油傳輸水套爐的燃燒器的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)的原油凝固點(diǎn)普遍較高，粘度大，常溫下流動(dòng)性差，因此從油井出油后的輸運(yùn)過(guò)程中必須進(jìn)行加熱與保溫。傳統(tǒng)技術(shù)使用燒煤、燃油、天然氣、電加熱的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)原油加熱，在油田的采油、集輸?shù)冗^(guò)程中至少有20％左右的能耗用于原油加熱與處理中，造成大量的能源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。在原油集輸中，為原油加熱的水套爐通常是使用手動(dòng)控制的燃燒器來(lái)給水套爐加熱，人工控制燃燒器點(diǎn)火、調(diào)節(jié)火焰大小來(lái)控制原油外輸溫度。手動(dòng)控制的局限性在于需要人工操作，存在人工點(diǎn)火的安全隱患問(wèn)題；控制精度低，原油外輸溫度上下波動(dòng)幅度較大。因此必須設(shè)計(jì)一套自動(dòng)控制燃燒器加熱水套爐的系統(tǒng)。
中國(guó)專利號(hào)為200320104919.2的實(shí)用新型專利，提供了一種油田輸油管路自動(dòng)加熱爐，由爐體、加熱管和自動(dòng)控制柜組成，加熱爐體下部水平裝有加熱管為火管，火管進(jìn)口裝有燃燒器，燃燒器前面為天然氣進(jìn)氣管，在進(jìn)氣管上裝有控制閥，加熱管出口垂直裝有煙囪，在爐體內(nèi)裝有溫度傳感器和壓力傳感器，兩傳感器通過(guò)導(dǎo)線與自動(dòng)控制柜聯(lián)接，控制柜同時(shí)與控制閥聯(lián)接，在爐體的上部為加熱原油管路，一端為進(jìn)口，另一端為出口，整個(gè)爐體成臥式結(jié)構(gòu)，密封真空狀態(tài)，為一整體。該實(shí)用新型通過(guò)自動(dòng)控制柜對(duì)天然氣進(jìn)氣管的燃燒器進(jìn)口進(jìn)行自動(dòng)控制，一定程度上實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制，但是卻不能解決人工點(diǎn)火存在的安全隱患，且該實(shí)用新型僅僅通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器與控制柜連接來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，卻沒(méi)有說(shuō)明怎樣控制，無(wú)法滿足對(duì)于高精確度的溫度自動(dòng)控制，所以也無(wú)法滿足現(xiàn)有原油加熱的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)控制燃燒器點(diǎn)火及燃燒溫度的控制系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種用于加熱原油傳輸?shù)娜紵鞯目刂葡到y(tǒng)，包括中心控制裝置、輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?，所述中心控制器分別與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接。
上述技術(shù)方案中，所述的中心控制裝置包括中心處理器、信號(hào)采集模塊、輸出模塊和控制軟件模塊，所述中心處理器可采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，所述信號(hào)采集模塊與溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接，所述輸出模塊與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電連接。
本發(fā)明所述的信號(hào)采集模塊和輸出模塊集成為一工控模塊組件，所述工控模塊組件與中心處理器電連接，通過(guò)集成工控模塊組件，方便了中心控制裝置與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯热紵骺刂平M件的連接，而且也便于擴(kuò)展，可根據(jù)實(shí)際需要在工控模塊組件中擴(kuò)展，則可實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。
本發(fā)明所述的輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺稍O(shè)置在于與中心控制裝置電連接的外部燃燒器里面，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，中心控制裝置與工控模塊組件連接，工控模塊組件再與燃燒器連接，就能實(shí)現(xiàn)控制目的，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
所述的中心控制裝置可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與外部監(jiān)控管理系統(tǒng)連接，此時(shí)通過(guò)外部監(jiān)控管理系統(tǒng)的集中監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？刂?。所述的工控模塊組件也設(shè)置有可連接中心處理器或外部監(jiān)控管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口。
本發(fā)明的控制軟件模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、流程控制模塊、輸出控制模塊、PID控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶界面模塊。
所述流程控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊、輸出控制模塊、PID控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶界面模塊連接，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)工作主流程，根據(jù)任務(wù)條件和環(huán)境條件進(jìn)行判斷，調(diào)用其它各子模塊完成系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)溫度控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、界面顯示輸出、與太陽(yáng)能系統(tǒng)主程序接口等功能；所述用戶界面模塊用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，方便工作人員操作監(jiān)控，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前設(shè)備工作狀況、被控點(diǎn)溫度值；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)主程序提供可靠的數(shù)據(jù)接口，記錄燃燒器工作狀態(tài)，啟動(dòng)點(diǎn)火、停機(jī)等事件，記錄被控點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，記錄燃燒器火焰調(diào)節(jié)過(guò)程數(shù)據(jù)；所述輸出控制模塊通過(guò)輸出模塊，啟動(dòng)輸出控制器控制燃燒器點(diǎn)火、停止；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)信號(hào)采集模塊控制溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)時(shí)采集原油外輸溫度數(shù)據(jù)和燃燒器火焰數(shù)據(jù)，并反饋到流程控制模塊進(jìn)行分析；所述PID控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊反饋回的信號(hào)，通過(guò)輸出模塊控制燃燒器電動(dòng)閥調(diào)節(jié)燃燒器火焰大小和溫度。PID控制模塊的PID算法模型為m(t)=Kpe(t)+KpTi∫0te(t)dt+Kpτde(t)dt]]>其中e(t)為t時(shí)刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當(dāng)前外輸溫度與要求的目標(biāo)溫度的差值，Kp為比例常量。
本發(fā)明通過(guò)中心處理器控制信號(hào)采集模塊和輸出模塊，進(jìn)而控制溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⑤敵隹刂破?、燃燒器電?dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，通過(guò)輸出控制器控制燃燒器的自動(dòng)點(diǎn)火與停止，克服了人工點(diǎn)火的安全隱患，在燃燒加熱的過(guò)程中，又通過(guò)溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)時(shí)采集加熱溫度及火焰大小等參數(shù)，中心處理器再根據(jù)上述參數(shù)通過(guò)燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)火焰大小和溫度，而更是通過(guò)PID算法模型來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋和調(diào)節(jié)，所以保證了控制的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明將燃燒器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)燃燒器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、高精度控制的自動(dòng)化模式。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的軟件控制模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1連接的工控模塊組件2，與工控模塊組件2連接的燃燒器3；工控模塊組件2包括A/D采集模塊21、脈沖計(jì)數(shù)模塊22、網(wǎng)絡(luò)接口23、輸出控制模塊24、PID控制模塊25，燃燒器3內(nèi)部包括與輸出控制模塊24連接的輸出控制器31、與PID控制模塊25連接的燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)氣閥32、與A/D采集模塊21連接的溫度傳感器33和火焰?zhèn)鞲衅?4，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1和工控模塊組件2還可以與上級(jí)站的監(jiān)控管理系統(tǒng)連接。
本發(fā)明的軟件控制模塊如附圖2所示，包括流程控制模塊、PID控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、輸出控制模塊、用戶界面模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，流程控制模塊分別于其他模塊連接，PID控制模塊直接作用于受控系統(tǒng)，即燃燒器內(nèi)部組件，而數(shù)據(jù)采集模塊則將受控系統(tǒng)的參數(shù)反饋給流程控制模塊。
本發(fā)明通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出控制模塊，通過(guò)輸出控制器控制燃燒器的啟動(dòng)點(diǎn)火，停止，報(bào)警，手動(dòng)、自動(dòng)切換的功能；流程控制模塊是系統(tǒng)工作主流程，根據(jù)任務(wù)條件和環(huán)境條件進(jìn)行判斷，調(diào)用其它各子模塊完成系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)溫度控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、界面顯示輸出、與太陽(yáng)能系統(tǒng)主程序接口等功能；用戶界面模塊用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，方便工作人員操作監(jiān)控，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前設(shè)備工作狀況、被控點(diǎn)溫度值；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)主程序提供可靠的數(shù)據(jù)接口，記錄燃燒器工作狀態(tài)，啟動(dòng)點(diǎn)火、停機(jī)等事件，記錄被控點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，記錄燃燒器火焰調(diào)節(jié)過(guò)程數(shù)據(jù)；輸出控制模塊輸出信號(hào)到硬件輸出接口模塊，通過(guò)硬件電路轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制燃燒器啟動(dòng)點(diǎn)火、停止、自動(dòng)手動(dòng)切換、報(bào)警等功能；數(shù)據(jù)采集模塊被流程控制模塊調(diào)用，通過(guò)硬件A/D采集模塊實(shí)時(shí)采集原油外輸溫度數(shù)據(jù)和燃燒器火焰數(shù)據(jù)，反饋到流程控制模塊進(jìn)行分析比較，從而達(dá)到控制燃燒器輸出的目的；PID控制模塊是根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊反饋回的受控系統(tǒng)——原油外輸溫度信號(hào)，比較當(dāng)前值和目標(biāo)溫度值，用比例、微分、積分的算法來(lái)得出最佳控制原油外輸溫度得的PID值，通過(guò)硬件PID控制模塊輸出PID信號(hào)，控制燃燒器電動(dòng)氣閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)火焰大小和溫度。
PID算法模型為m(t)=Kpe(t)+KpTi∫0te(t)dt+Kpτde(t)dt]]>其中e(t)為t時(shí)刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當(dāng)前外輸溫度與要求的目標(biāo)溫度的差值。Kp為比例常量。多項(xiàng)式第一部分為比例反饋，第二部分為積分反饋，第三部分為微分反饋，比例環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益，減小溫度的穩(wěn)態(tài)誤差；積分環(huán)節(jié)可以使被控溫度與目標(biāo)溫度之間的差值趨于零，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能；微分環(huán)節(jié)能抑制被控溫度的劇烈變化，產(chǎn)生有效的早期修正信號(hào)，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
采用PID控制方法對(duì)溫度的控制實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、快速、可靠的性能。
本發(fā)明通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)1和工控模塊組件2對(duì)燃燒器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化控制，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)人值守工作方式，大大提高了工作安全系數(shù)；用計(jì)算機(jī)軟件的方式實(shí)現(xiàn)了PID控制算法，對(duì)原油外輸溫度進(jìn)行了精確控制。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱原油傳輸?shù)娜紵鞯目刂葡到y(tǒng)，其特征在于包括中心控制裝置、輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?，所述中心控制器分別與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的中心控制裝置包括中心處理器、信號(hào)采集模塊、輸出模塊和控制軟件模塊，所述中心處理器可采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，所述信號(hào)采集模塊與溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接，所述輸出模塊與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)采集模塊和輸出模塊集成為一工控模塊組件，所述工控模塊組件與中心處理器電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺稍O(shè)置在于與中心控制裝置電連接的外部燃燒器里面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的中心控制裝置可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與外部監(jiān)控管理系統(tǒng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的工控模塊組件設(shè)置有可連接中心處理器或外部監(jiān)控管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制軟件模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、流程控制模塊、輸出控制模塊、PID控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶界面模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述流程控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊、輸出控制模塊、PID控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶界面模塊連接；所述輸出控制模塊通過(guò)輸出模塊，啟動(dòng)輸出控制器控制燃燒器點(diǎn)火、停止；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)信號(hào)采集模塊控制溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)時(shí)采集原油外輸溫度數(shù)據(jù)和燃燒器火焰數(shù)據(jù)，并反饋到流程控制模塊進(jìn)行分析；所述PID控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊反饋回的信號(hào)，通過(guò)輸出模塊控制燃燒器電動(dòng)閥調(diào)節(jié)燃燒器火焰大小和溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器的控制系統(tǒng)，其特征在于所述PID控制模塊的PID算法模型為m(t)=Kpe(t)+KpTi∫0te(t)dt+Kpτde(t)dt]]>其中e(t)為t時(shí)刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當(dāng)前外輸溫度與要求的目標(biāo)溫度的差值，Kp為比例常量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于加熱原油傳輸?shù)娜紵鞯目刂葡到y(tǒng)，包括中心控制裝置、輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?，所述中心控制器分別與輸出控制器、燃燒器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接。本發(fā)明將燃燒器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)燃燒器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、高精度控制的自動(dòng)化模式。
文檔編號(hào)F17D1/18GK1800698SQ20051003376
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者丁月華, 陳渝廣, 曾憲強(qiáng), 李適倫 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)