CN1800698A - 一种用于加热原油传输的燃烧器的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于加热原油传输的燃烧器的控制系统，包括中心控制装置、输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器、火焰传感器，所述中心控制器分别与输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器和火焰传感器电连接。本发明将燃烧器与工业控制计算机联网，由计算机对燃烧器进行控制，实现了无人值守、高精度控制的自动化模式。

Description

一种用于加热原油传输的燃烧器的控制系统

                          技术领域

本发明属于计算机控制和原油传输技术领域，特别是涉及一种加热原油传输水套炉的燃烧器的控制系统。

                          技术背景

我国的原油凝固点普遍较高，粘度大，常温下流动性差，因此从油井出油后的输运过程中必须进行加热与保温。传统技术使用烧煤、燃油、天然气、电加热的方法来实现原油加热，在油田的采油、集输等过程中至少有20％左右的能耗用于原油加热与处理中，造成大量的能源消耗和严重的环境污染问题。在原油集输中，为原油加热的水套炉通常是使用手动控制的燃烧器来给水套炉加热，人工控制燃烧器点火、调节火焰大小来控制原油外输温度。手动控制的局限性在于需要人工操作，存在人工点火的安全隐患问题；控制精度低，原油外输温度上下波动幅度较大。因此必须设计一套自动控制燃烧器加热水套炉的系统。

中国专利号为200320104919.2的实用新型专利，提供了一种油田输油管路自动加热炉，由炉体、加热管和自动控制柜组成，加热炉体下部水平装有加热管为火管，火管进口装有燃烧器，燃烧器前面为天然气进气管，在进气管上装有控制阀，加热管出口垂直装有烟囱，在炉体内装有温度传感器和压力传感器，两传感器通过导线与自动控制柜联接，控制柜同时与控制阀联接，在炉体的上部为加热原油管路，一端为进口，另一端为出口，整个炉体成卧式结构，密封真空状态，为一整体。该实用新型通过自动控制柜对天然气进气管的燃烧器进口进行自动控制，一定程度上实现了温度自动控制，但是却不能解决人工点火存在的安全隐患，且该实用新型仅仅通过温度传感器和压力传感器与控制柜连接来实现对温度的控制，却没有说明怎样控制，无法满足对于高精确度的温度自动控制，所以也无法满足现有原油加热的需要。

                          发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动控制燃烧器点火及燃烧温度的控制系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于加热原油传输的燃烧器的控制系统，包括中心控制装置、输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器、火焰传感器，所述中心控制器分别与输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器和火焰传感器电连接。

上述技术方案中，所述的中心控制装置包括中心处理器、信号采集模块、输出模块和控制软件模块，所述中心处理器可采用计算机或单片机，所述信号采集模块与温度传感器和火焰传感器电连接，所述输出模块与输出控制器、燃烧器电动调节阀电连接。

本发明所述的信号采集模块和输出模块集成为一工控模块组件，所述工控模块组件与中心处理器电连接，通过集成工控模块组件，方便了中心控制装置与输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器、火焰传感器等燃烧器控制组件的连接，而且也便于扩展，可根据实际需要在工控模块组件中扩展，则可实现功能的扩展。

本发明所述的输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器和火焰传感器可设置在于与中心控制装置电连接的外部燃烧器里面，通过这种结构，中心控制装置与工控模块组件连接，工控模块组件再与燃烧器连接，就能实现控制目的，所以结构简单。

所述的中心控制装置可通过网络与外部监控管理系统连接，此时通过外部监控管理系统的集中监控，可实现大规模控制。所述的工控模块组件也设置有可连接中心处理器或外部监控管理系统的网络接口。

本发明的控制软件模块包括数据采集模块、流程控制模块、输出控制模块、PID控制模块、数据存储模块、用户界面模块。

所述流程控制模块与数据采集模块、输出控制模块、PID控制模块、数据存储模块、用户界面模块连接，控制整个系统的运行，是系统工作主流程，根据任务条件和环境条件进行判断，调用其它各子模块完成系统流程，实现温度控制、数据存储、界面显示输出、与太阳能系统主程序接口等功能；

所述用户界面模块用于实现人机交互界面，方便工作人员操作监控，动态显示当前设备工作状况、被控点温度值；

数据存储模块对太阳能系统主程序提供可靠的数据接口，记录燃烧器工作状态，启动点火、停机等事件，记录被控点温度数据，记录燃烧器火焰调节过程数据；

所述输出控制模块通过输出模块，启动输出控制器控制燃烧器点火、停止；

所述数据采集模块通过信号采集模块控制温度传感器和火焰传感器实时采集原油外输温度数据和燃烧器火焰数据，并反馈到流程控制模块进行分析；

所述PID控制模块根据数据采集模块反馈回的信号，通过输出模块控制燃烧器电动阀调节燃烧器火焰大小和温度。PID控制模块的PID算法模型为：

$m\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+\frac{K_p}{T_i}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+K_p\mathrm{\τ}\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中e(t)为t时刻，受控系统的反馈，即原油当前外输温度与要求的目标温度的差值，Kp为比例常量。

本发明通过中心处理器控制信号采集模块和输出模块，进而控制温度传感器、火焰传感器、输出控制器、燃烧器电动调节阀动作，通过输出控制器控制燃烧器的自动点火与停止，克服了人工点火的安全隐患，在燃烧加热的过程中，又通过温度传感器和火焰传感器实时采集加热温度及火焰大小等参数，中心处理器再根据上述参数通过燃烧器电动调节阀的开度来调节火焰大小和温度，而更是通过PID算法模型来实时监控、反馈和调节，所以保证了控制的准确性。

本发明将燃烧器与工业控制计算机联网，由计算机对燃烧器进行控制，实现了无人值守、高精度控制的自动化模式。

                          附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的软件控制模块示意图。

                         具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的结构示意图如附图1所示，包括工业控制计算机1，通过网络与工业控制计算机1连接的工控模块组件2，与工控模块组件2连接的燃烧器3；工控模块组件2包括A/D采集模块21、脉冲计数模块22、网络接口23、输出控制模块24、PID控制模块25，燃烧器3内部包括与输出控制模块24连接的输出控制器31、与PID控制模块25连接的燃烧器电动调节气阀32、与A/D采集模块21连接的温度传感器33和火焰传感器34，工业控制计算机1和工控模块组件2还可以与上级站的监控管理系统连接。

本发明的软件控制模块如附图2所示，包括流程控制模块、PID控制模块、数据采集模块、输出控制模块、用户界面模块、数据存储模块，流程控制模块分别于其他模块连接，PID控制模块直接作用于受控系统，即燃烧器内部组件，而数据采集模块则将受控系统的参数反馈给流程控制模块。

本发明通过工业控制计算机驱动输出控制模块，通过输出控制器控制燃烧器的启动点火，停止，报警，手动、自动切换的功能；

流程控制模块是系统工作主流程，根据任务条件和环境条件进行判断，调用其它各子模块完成系统流程，实现温度控制、数据存储、界面显示输出、与太阳能系统主程序接口等功能；用户界面模块用于实现人机交互界面，方便工作人员操作监控，动态显示当前设备工作状况、被控点温度值；数据存储模块对太阳能系统主程序提供可靠的数据接口，记录燃烧器工作状态，启动点火、停机等事件，记录被控点温度数据，记录燃烧器火焰调节过程数据；

输出控制模块输出信号到硬件输出接口模块，通过硬件电路转化为开关信号，控制燃烧器启动点火、停止、自动手动切换、报警等功能；

数据采集模块被流程控制模块调用，通过硬件A/D采集模块实时采集原油外输温度数据和燃烧器火焰数据，反馈到流程控制模块进行分析比较，从而达到控制燃烧器输出的目的；

PID控制模块是根据数据采集模块反馈回的受控系统——原油外输温度信号，比较当前值和目标温度值，用比例、微分、积分的算法来得出最佳控制原油外输温度得的PID值，通过硬件PID控制模块输出PID信号，控制燃烧器电动气阀的开度来调节火焰大小和温度。

PID算法模型为：

$m\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+\frac{K_p}{T_i}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+K_p\mathrm{\τ}\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中e(t)为t时刻，受控系统的反馈，即原油当前外输温度与要求的目标温度的差值。Kp为比例常量。多项式第一部分为比例反馈，第二部分为积分反馈，第三部分为微分反馈，比例环节提高系统开环增益，减小温度的稳态误差；积分环节可以使被控温度与目标温度之间的差值趋于零，提高系统稳态性能；微分环节能抑制被控温度的剧烈变化，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统动态稳定性。

采用PID控制方法对温度的控制实现了稳定、快速、可靠的性能。

本发明通过工业计算机1和工控模块组件2对燃烧器实现了自动化、智能化控制，实现了全自动无人值守工作方式，大大提高了工作安全系数；用计算机软件的方式实现了PID控制算法，对原油外输温度进行了精确控制。

Claims (9)

1、一种用于加热原油传输的燃烧器的控制系统，其特征在于包括中心控制装置、输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器、火焰传感器，所述中心控制器分别与输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器和火焰传感器电连接。

2、根据权利要求1所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述的中心控制装置包括中心处理器、信号采集模块、输出模块和控制软件模块，所述中心处理器可采用计算机或单片机，所述信号采集模块与温度传感器和火焰传感器电连接，所述输出模块与输出控制器、燃烧器电动调节阀电连接。

3、根据权利要求2所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述信号采集模块和输出模块集成为一工控模块组件，所述工控模块组件与中心处理器电连接。

4、根据权利要求1或2或3所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述输出控制器、燃烧器电动调节阀、温度传感器和火焰传感器可设置在于与中心控制装置电连接的外部燃烧器里面。

5、根据权利要求4所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述的中心控制装置可通过网络与外部监控管理系统连接。

6、根据权利要求5所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述的工控模块组件设置有可连接中心处理器或外部监控管理系统的网络接口。

7、根据权利要求2所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述的控制软件模块包括数据采集模块、流程控制模块、输出控制模块、PID控制模块、数据存储模块、用户界面模块。

8、根据权利要求7所述燃烧器的控制系统，其特征在于

所述流程控制模块与数据采集模块、输出控制模块、PID控制模块、数据存储模块、用户界面模块连接；

所述输出控制模块通过输出模块，启动输出控制器控制燃烧器点火、停止；

所述数据采集模块通过信号采集模块控制温度传感器和火焰传感器实时采集原油外输温度数据和燃烧器火焰数据，并反馈到流程控制模块进行分析；

所述PID控制模块根据数据采集模块反馈回的信号，通过输出模块控制燃烧器电动阀调节燃烧器火焰大小和温度。

9、根据权利要求8所述的燃烧器的控制系统，其特征在于所述PID控制模块的PID算法模型为：

$m\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+\frac{K_p}{T_i}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+K_p\mathrm{\τ}\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中e(t)为t时刻，受控系统的反馈，即原油当前外输温度与要求的目标温度的差值，Kp为比例常量。

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