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
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機控制和原油傳輸技術領域，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：
我國的原油凝固點普遍較高，粘度大，常溫下流動性差，因此從油井出油后的輸運過程中必須進行加熱與保溫。傳統(tǒng)技術使用燒煤、燃油、天然氣、電加熱的方法來實現(xiàn)原油加熱，在油田的采油、集輸?shù)冗^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重的環(huán)境污染問題。在原油集輸中，為原油加熱的水套爐通常是使用手動控制的燃燒器來給水套爐加熱，人工控制燃燒器點火、調(diào)節(jié)火焰大小來控制原油外輸溫度。手動控制的局限性在于需要人工操作，存在人工點火的安全隱患問題；控制精度低，原油外輸溫度上下波動幅度較大。因此必須設計一套自動控制燃燒器加熱水套爐的系統(tǒng)。
中國專利號為200320104919.2的實用新型專利，提供了一種油田輸油管路自動加熱爐，由爐體、加熱管和自動控制柜組成，加熱爐體下部水平裝有加熱管為火管，火管進口裝有燃燒器，燃燒器前面為天然氣進氣管，在進氣管上裝有控制閥，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，兩傳感器通過導線與自動控制柜聯(lián)接，控制柜同時與控制閥聯(lián)接，在爐體的上部為加熱原油管路，一端為進口，另一端為出口，整個爐體成臥式結(jié)構(gòu)，密封真空狀態(tài)，為一整體。該實用新型通過自動控制柜對天然氣進氣管的燃燒器進口進行自動控制，一定程度上實現(xiàn)了溫度自動控制，但是卻不能解決人工點火存在的安全隱患，且該實用新型僅僅通過溫度傳感器和壓力傳感器與控制柜連接來實現(xiàn)對溫度的控制，卻沒有說明怎樣控制，無法滿足對于高精確度的溫度自動控制，所以也無法滿足現(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)有技術的不足，提供一種自動控制燃燒器點火及燃燒溫度的控制系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術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、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳎鲋行目刂破鞣謩e與輸出控制器、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅麟娺B接。
上述技術方案中，所述的中心控制裝置包括中心處理器、信號采集模塊、輸出模塊和控制軟件模塊，所述中心處理器可采用計算機或單片機，所述信號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、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥電連接。
本發(fā)明所述的信號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，而且也便于擴展，可根據(jù)實際需要在工控模塊組件中擴展，則可實現(xiàn)功能的擴展。
本發(fā)明所述的輸出控制器、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺稍O置在于與中心控制裝置電連接的外部燃燒器里面，通過這種結(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，就能實現(xiàn)控制目的，所以結(jié)構(gòu)簡單。
所述的中心控制裝置可通過網(wǎng)絡與外部監(jiān)控管理系統(tǒng)連接，此時通過外部監(jiān)控管理系統(tǒng)的集中監(jiān)控，可實現(xiàn)大規(guī)模控制。所述的工控模塊組件也設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)存儲模塊、用戶界面模塊連接，控制整個系統(tǒng)的運行，是系統(tǒng)工作主流程，根據(jù)任務條件和環(huán)境條件進行判斷，調(diào)用其它各子模塊完成系統(tǒng)流程，實現(xiàn)溫度控制、數(shù)據(jù)存儲、界面顯示輸出、與太陽能系統(tǒng)主程序接口等功能；所述用戶界面模塊用于實現(xiàn)人機交互界面，方便工作人員操作監(jiān)控，動態(tài)顯示當前設備工作狀況、被控點溫度值；數(shù)據(jù)存儲模塊對太陽能系統(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)，啟動點火、停機等事件，記錄被控點溫度數(shù)據(jù)，記錄燃燒器火焰調(diào)節(jié)過程數(shù)據(jù)；所述輸出控制模塊通過輸出模塊，啟動輸出控制器控制燃燒器點火、停止；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過信號采集模塊控制溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗崟r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，通過輸出模塊控制燃燒器電動閥調(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時刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當前外輸溫度與要求的目標溫度的差值，Kp為比例常量。
本發(fā)明通過中心處理器控制信號采集模塊和輸出模塊，進而控制溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、輸出控制器、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥動作，通過輸出控制器控制燃燒器的自動點火與停止，克服了人工點火的安全隱患，在燃燒加熱的過程中，又通過溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗崟r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)通過燃燒器電動調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)火焰大小和溫度，而更是通過PID算法模型來實時監(jiān)控、反饋和調(diào)節(jié)，所以保證了控制的準確性。
本發(fā)明將燃燒器與工業(yè)控制計算機聯(lián)網(wǎng)，由計算機對燃燒器進行控制，實現(xiàn)了無人值守、高精度控制的自動化模式。


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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，包括工業(yè)控制計算機1，通過網(wǎng)絡與工業(yè)控制計算機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、脈沖計數(shù)模塊22、網(wǎng)絡接口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)控制計算機1和工控模塊組件2還可以與上級站的監(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)明通過工業(yè)控制計算機驅(qū)動輸出控制模塊，通過輸出控制器控制燃燒器的啟動點火，停止，報警，手動、自動切換的功能；流程控制模塊是系統(tǒng)工作主流程，根據(jù)任務條件和環(huán)境條件進行判斷，調(diào)用其它各子模塊完成系統(tǒng)流程，實現(xiàn)溫度控制、數(shù)據(jù)存儲、界面顯示輸出、與太陽能系統(tǒng)主程序接口等功能；用戶界面模塊用于實現(xiàn)人機交互界面，方便工作人員操作監(jiān)控，動態(tài)顯示當前設備工作狀況、被控點溫度值；數(shù)據(jù)存儲模塊對太陽能系統(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)，啟動點火、停機等事件，記錄被控點溫度數(shù)據(jù)，記錄燃燒器火焰調(diào)節(jié)過程數(shù)據(jù)；輸出控制模塊輸出信號到硬件輸出接口模塊，通過硬件電路轉(zhuǎn)化為開關信號，控制燃燒器啟動點火、停止、自動手動切換、報警等功能；數(shù)據(jù)采集模塊被流程控制模塊調(diào)用，通過硬件A/D采集模塊實時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行分析比較，從而達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，比較當前值和目標溫度值，用比例、微分、積分的算法來得出最佳控制原油外輸溫度得的PID值，通過硬件PID控制模塊輸出PID信號，控制燃燒器電動氣閥的開度來調(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時刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當前外輸溫度與要求的目標溫度的差值。Kp為比例常量。多項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，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。
采用PID控制方法對溫度的控制實現(xiàn)了穩(wěn)定、快速、可靠的性能。
本發(fā)明通過工業(yè)計算機1和工控模塊組件2對燃燒器實現(xiàn)了自動化、智能化控制，實現(xiàn)了全自動無人值守工作方式，大大提高了工作安全系數(shù)；用計算機軟件的方式實現(xiàn)了PID控制算法，對原油外輸溫度進行了精確控制。
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算機或單片機，所述信號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、燃燒器電動調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺稍O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網(wǎng)絡與外部監(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)存儲模塊、用戶界面模塊連接；所述輸出控制模塊通過輸出模塊，啟動輸出控制器控制燃燒器點火、停止；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過信號采集模塊控制溫度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗崟r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，通過輸出模塊控制燃燒器電動閥調(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時刻，受控系統(tǒng)的反饋，即原油當前外輸溫度與要求的目標溫度的差值，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)控制計算機聯(lián)網(wǎng)，由計算機對燃燒器進行控制，實現(xiàn)了無人值守、高精度控制的自動化模式。
文檔編號F17D1/18GK1800698SQ20051003376
公開日2006年7月12日 申請日期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, 李適倫 申請人:華南理工大學