專利名稱：油田熱采鍋爐的機(jī)電一體化控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油采掘設(shè)備的配套裝置，確切地說(shuō)，涉及一種油田熱采鍋爐的機(jī)電一體化控制裝置。屬于用微型計(jì)算機(jī)及其他機(jī)電一體化系列元器件實(shí)現(xiàn)的油田熱采鍋爐的專用控制裝備。
油田稠油開(kāi)采作業(yè)中使用的熱采鍋爐是一種生產(chǎn)大量處于高壓而又低于飽和溫度蒸汽的鍋爐，由于工作條件相當(dāng)復(fù)雜，高壓濕蒸汽的工況極難掌握，這種熱采鍋爐都不能用人工操作控制。目前在油田使用的機(jī)電控制系統(tǒng)裝備我國(guó)現(xiàn)在尚不能生產(chǎn)，而且，由于油田開(kāi)采的特定工作條件，從國(guó)外進(jìn)口的控制裝備也只能調(diào)定工況工作，無(wú)法解決蒸汽在變工況工作時(shí)的干度控制。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種采用國(guó)內(nèi)已能合作生產(chǎn)、配套的機(jī)電一體化系列的元器件，用微型計(jì)算機(jī)控制的專用于油田熱采鍋爐的控制裝置。
本實(shí)用新型的硬件配置如


圖1所示由敏感元件組、執(zhí)行元件組和控制箱組成的本實(shí)用新型，除敏感元件組(圖中用字母I注明)、執(zhí)行元件組(用字母O注明)分別安裝在熱采鍋爐1的相應(yīng)位置上外，其余所有的控制設(shè)備全部安裝在一個(gè)密封的金屬控制箱體2內(nèi)，圖中3是鍋爐的給水泵及其電機(jī)、變頻器，4是鍋爐風(fēng)機(jī)及其電機(jī)、變頻器，5是燃料輸送閥，6是鍋爐的蒸汽出口閥，分裝多個(gè)以分別控制輸往各支路的蒸汽流量。在控制箱2的箱體內(nèi)包括有一塊AMPRO 286或類似型號(hào)的單板通用微機(jī)7、一塊AC7通信轉(zhuǎn)換板8、一塊模擬量接口介面9(或稱工業(yè)控制器)、一塊數(shù)字量接口介面10(或稱工業(yè)控制器)和一對(duì)溫控回路11。用電纜12把單板微機(jī)7、通信轉(zhuǎn)換板8和接口介面9、10連接成系統(tǒng)，各個(gè)敏感元件和執(zhí)行元件則通過(guò)電纜與控制箱體內(nèi)插在接口介面上的適配模塊相連通。箱體具有防爆和密封的兩種功能，可以放置在戶外工作，以適應(yīng)油田開(kāi)采的惡劣工作條件。箱體內(nèi)的所有構(gòu)成件都可以適于在非陽(yáng)光直射箱體的自然散熱的條件下工作；當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，箱體內(nèi)的一對(duì)溫控回路11能自動(dòng)加熱，保證整個(gè)箱體內(nèi)的元器件均處于不低于最低工作溫度的條件下運(yùn)行。
控制箱里的接口介面，推薦使用美國(guó)OPT 022系列的PH16AH＋B2或類似產(chǎn)品作模擬量控制介面，用PB16H＋B1或類似產(chǎn)品作數(shù)字量控制介面。本實(shí)用新型的裝置AMPRO 286(或類似型號(hào))是一塊單塊微型計(jì)算機(jī)，但它具有與IBM PC286微機(jī)一樣的功能和串行口，其輸出經(jīng)AC7板把RS232通信制式轉(zhuǎn)換成RS422通信制式，與箱內(nèi)的兩個(gè)介面組成一個(gè)系統(tǒng)，再經(jīng)介面上的適配模塊與熱采鍋爐上的敏感和執(zhí)行元件相溝通成為其輸入輸出單元，使本實(shí)用新型的裝置與熱采鍋爐融合成一個(gè)機(jī)電一體化的有機(jī)整體。
本實(shí)用新型的工作原理與普通微機(jī)的工業(yè)過(guò)程控制相同即由敏感單元把采集來(lái)的鍋爐各種工藝參數(shù)通過(guò)電纜送至控制箱體內(nèi)的接口介面(數(shù)字量或模擬量)上，再由接口介面上的適配模塊把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別接收的信號(hào)而輸入進(jìn)去，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集并處理整個(gè)裝置的各個(gè)參數(shù)，根據(jù)采集的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)計(jì)算出鍋爐蒸汽的實(shí)際焓值H及干度S，由此，CPU微機(jī)得到兩類參數(shù)，包括有蒸汽溫度采集單元TS、蒸汽壓力采集單元PS、給水泵流量采集單元QW、風(fēng)氣溫度采集單元TA和控制箱箱體溫度采集單元TB。B類為經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理之后得到的蒸汽狀態(tài)參數(shù)。A類和B類兩個(gè)部分構(gòu)成的控制濕蒸汽狀態(tài)和工況的全部數(shù)據(jù)。微機(jī)把實(shí)際處理得到的全部參數(shù)與設(shè)定的條件相比較得到的差值，再經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)處理就得到了控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或元件的動(dòng)作參數(shù)。本實(shí)用新型執(zhí)行元件有通過(guò)改變輸出頻率從而對(duì)給水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的給水泵電機(jī)變頻器控制單元CP、通過(guò)改變輸出頻率從而對(duì)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制單元CA、燃料輸送調(diào)節(jié)閥控制單元CF、鍋爐蒸汽出口閥控制單元CV和箱體保溫加熱單元CB。其中鍋爐出口閥CV可以分裝多個(gè)(CV1、CV2等)以便分別控制輸往各支路的蒸汽流量。本實(shí)用新型輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作參數(shù)指令有1.控制水泵流量的操作指令，它是通過(guò)CP控制水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.控制風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量的操作指令，它是通過(guò)CA控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.通過(guò)CF控制燃料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)口大小來(lái)控制進(jìn)入鍋爐的燃料流量的指令。4.根據(jù)規(guī)定的蒸汽分配量控制輸往各支路的蒸汽分配閥。
調(diào)整CP可調(diào)整濕蒸汽的質(zhì)量流量，但其體積流量和干度取決于濕蒸汽的狀態(tài)，而濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)是個(gè)變量，其狀態(tài)參數(shù)是由多元變量組成的曲線簇。在蒸汽壓力P和溫度T不變的條件下，干度S是蒸汽參數(shù)焓的函數(shù)，而焓則又是與進(jìn)入鍋爐的水的流量、燃料的流量和鼓風(fēng)量的函數(shù)，這種復(fù)雜的多元函數(shù)關(guān)系采用常規(guī)自動(dòng)化儀表是無(wú)法解決的，因此至今為止所有熱采鍋爐實(shí)際上就是從理論上也沒(méi)有解決在偏離了廠商調(diào)定的工況之后的干度控制，而即使在調(diào)定的工況下燃料的熱值變化或者燃料的精度改變也還影響燃料進(jìn)入鍋爐后的實(shí)際燃燒值，然而這還僅僅是多元函數(shù)關(guān)系中的一個(gè)變量，這就是為什么所有熱采鍋爐的蒸汽干度都難以控制的根本原因。
本實(shí)用新型利用兩次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，使各個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作盡可能地向設(shè)定的最佳工況條件靠攏，比較好地解決了蒸汽干度控制這個(gè)難題。并且，在數(shù)據(jù)處理的數(shù)字模型中引入了最優(yōu)化處理，使風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，水泵的給水和燃料的供給達(dá)到最佳匹配，從而能實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的生產(chǎn)目的，使熱采鍋爐處于較好的變工況狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型的單板微計(jì)算機(jī)上有0.5M的EPROM，其中存有數(shù)據(jù)處理和信息控制的軟件，還有一個(gè)0.5M的固態(tài)存儲(chǔ)器(固態(tài)盤(pán))，用于存儲(chǔ)、記錄裝置運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)工藝參數(shù)。該單板微機(jī)有兩個(gè)串行通信接口，其中一個(gè)與AC7通信轉(zhuǎn)換板連接用于箱體內(nèi)部通信，另一個(gè)可用來(lái)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。需要指出的是本實(shí)用新型所有的硬件國(guó)內(nèi)已能合作生產(chǎn)或配套，為本實(shí)用新型的實(shí)施提供了良好的條件。
權(quán)利要求1.一種油田熱采鍋爐的機(jī)電一體化控制裝置，是由分別安裝在相應(yīng)位置上的敏感元件組、執(zhí)行元件組和控制箱組成的，其特征在于位于鍋爐近旁的控制箱是一個(gè)密封的金屬控制箱體，箱體內(nèi)包括有一塊AMPRO 286或類似型號(hào)的單板通用微機(jī)、一塊AC7通信轉(zhuǎn)換板、一塊模擬量接口介面(或稱工業(yè)控制器)、一塊數(shù)字量接口介面(或稱工業(yè)控制器)和一對(duì)溫控回路，用電纜把單板微機(jī)、通信轉(zhuǎn)換板和接口介面連接成系統(tǒng)，控制箱體內(nèi)插在接口介面上的適配模塊則通過(guò)電纜與其對(duì)應(yīng)的各個(gè)敏感元件和執(zhí)行元件相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化控制裝置，其特征在于敏感元件組包括有蒸汽溫度采集單元TS、蒸汽壓力采集單元PS、給水泵流量采集單元QW、風(fēng)氣溫度采集單元TA和控制箱箱體溫度采集單元TB。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化控制裝置，其特征在于執(zhí)行元件組包括有給水泵電機(jī)變頻器控制單元CP、風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制單元CA、燃料輸送調(diào)節(jié)閥控制單元CF、鍋爐蒸汽出口閥控制單元CV和箱體保溫加熱單元CB。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化控制裝置，其特征在于控制箱里的AMPRO 286或類似型號(hào)的單板微計(jì)算機(jī)上有一個(gè)0.5M的EPROM和一個(gè)0.5M的固態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，有兩個(gè)串行通信接口，其中一個(gè)與AC7通信轉(zhuǎn)換板連接，用于箱體內(nèi)部通信；另一個(gè)可用于接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要一種油田熱采鍋爐的機(jī)電一體化控制裝置是由安裝在熱采鍋爐相應(yīng)位置上的敏感元件組、執(zhí)行元件組和在鍋爐附近的密封金屬控制箱組成。在箱體內(nèi)有用AMPRO286單體微機(jī)、AC7通信轉(zhuǎn)換板、模擬量和數(shù)字量的接口介面和一對(duì)溫控回路組成的控制系統(tǒng)。微機(jī)實(shí)時(shí)采集并處理整個(gè)裝置的各個(gè)參數(shù)，并與設(shè)定條件比較得到其差值，再對(duì)之進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化處理得到各個(gè)執(zhí)行元件的操作指令，使熱采鍋爐盡可能在最佳工況下動(dòng)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F23N5/20GK2089571SQ90224080
公開(kāi)日1991年11月27日 申請(qǐng)日期1990年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月26日
發(fā)明者莫湖 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠