ZFT電液執行機構在煉油廠加熱爐煙道擋板的應用

王志芳 謝文奮 盧圣峰

(中國石油獨山子石化分公司 a.煉油廠；b.營銷調運處，新疆 克拉瑪依 833699)

在石油煉化企業，加熱爐煙道擋板和引風機的控制尤為重要，常用于控制的執行機構主要有氣動、電動和液動3種方式，其中液動執行機構因其推力大及動作迅速等優點，使用較為廣泛。

某煉油廠各裝置的加熱爐煙道擋板，采用ZFT電液執行機構進行控制，數量約20臺，控制效果較好。但是應用現場也存在油泵無法實現自動啟停控制，以及PLC與DCS間的數據通信不暢等問題。筆者總結了日常維護經驗，并對相關問題提出了相應整改措施。

ZFT電液執行機構主要用于中小型蝶閥、閘閥、滑閥的控制，控制系統由集成PLC組成。其操作方式有就地操作和遠程控制兩種，控制精度可達0.5%，既可用于過程調節，又可實現兩位控制；同時可作為直線位移控制或旋轉角位移控制。該執行機構體積小、重量輕、運行平穩且抗油污能力強，使用壽命大于兩萬小時。

1.1 液壓系統工作原理

液位系統的工作原理如圖1所示。首先啟動電機M，定量計量柱塞泵P經吸油管從油箱中吸油獲得高壓油，通過過濾精度為5μm的精濾器F過濾，然后由先導式溢流閥YF將工作壓力調節到2～5MPa，壓力油經單向閥D后將一部分液壓油的能源儲存在蓄能器X中；當負載不運行時，油泵輸出的液壓油經溢流閥YF釋放回油箱。關閉回油截止閥J2打開主油路截止閥J4，高壓油通過電磁換向閥DF或手動換向閥SF，控制伺服油缸G，對閥位做直線位移控制，或通過曲柄連桿機構對蝶閥作角位移控制。

圖1 液壓系統工作原理

1.2 電氣系統工作原理

由操作室來的220V(AC)電壓至供電控制柜的變壓器，一組220V(AC)給PLC供電，一組24V(DC)給電磁換向閥供電，并給直流位移傳感器提供12V(DC)的工作電源。

PLC接收位移傳感器反饋的4～20mA(DC)信號，一路反饋至操作室進行0%～100%閥位顯示，一路與控制室4～20mA(DC)控制信號比較，通過內部邏輯運算控制繼電器吸合，從而分別控制電液系統中電磁換向閥DF的兩個電磁鐵，達到負載換向和閥位控制的目的。通過調節換向開關，可實現切換自動操作和手動操作的功能。

2 電液執行機構在加熱爐煙道擋板的應用

某煉油廠重整裝置共有8臺加熱爐，其加熱爐煙道、風道和路膛負壓均采用ZFT電液執行機構控制。根據電液執行機構在煉油廠重整裝置的使用情況，與氣動執行機構對比，總結出以下優勢[1]：

a. 控制精度高、性能好。電液執行機構的重復性、線性度、分辨率和負荷靈敏度均高于氣動執行機構，控制性能較好。

b. 輸出推力大，響應速度快。控制精度高達1%，微小信號變化立即就能獲得響應，氣動執行機構無法與之相比。

c. 控制核心部件采用PLC進行信號采集與數據處理。系統輸出部分采用高性能固態繼電器，系統抗干擾能力強，且具有信號消失和動力失電自鎖功能，可靠性高。

d. 動作平穩、無振蕩和噪音。電液執行機構在極小的信號變化范圍內就可獲得足夠的推力，因此其動作平穩，不存在氣動執行機構振蕩和風動馬達噪音的問題。

e. 操作功能多。電液執行機構的操作除4～20mA電氣自動控制外，還有液壓手動操作功能和機械手動操作功能，方便進行現場調試。

3 存在的問題

3.1 油泵無法實現自動啟停控制

ZFT電液執行機構在加熱爐煙道擋板的應用過程中，出現定量計量柱塞泵P無法實現自動啟停控制問題。當油壓低于2MPa時，電液執行機構由于驅動力不足無法進行控制，需要啟動油泵提高輸出壓力。由于現場無遠傳信號，工藝人員必須到現場手動開啟電機和柱塞泵；當壓力升高到5MPa時，工藝人員又得再次到現場手動停止電機和油泵。

人工操作不僅影響裝置的平穩運行，且浪費人力物力。如果壓力高于5MPa而工藝人員未及時關閉油泵，則會導致先導式溢流閥YF長期處于打開狀態，不但浪費能源還對執行機構的運行產生不利影響。

3.2 關鍵監測信號缺少遠傳控制

ZFT電液執行機構為智能型儀表，控制核心部件采用PLC進行信號采集與數據處理，其中較為關鍵的參數(如油壓、溫度及液位等測量和報警信號)均在PLC內部集成。但目前所使用電液執行機構僅通過硬接線將控制信號和閥位反饋信號傳輸至DCS，其余信號均未在DCS顯示，不利于電液執行機構運行狀態的實時監測及裝置的平穩生產運行。

4 改進措施

4.1 油泵的自動啟停控制

為實現電機和定量計量柱塞泵P的自動啟停控制，需要在現場先導式溢流閥YF后的管路中增設帶報警設定點的電接點壓力表或壓力變送器，或將阻尼壓力表C的信號引入PLC，用于監測油壓高低實現報警；然后在PLC內部編制邏輯程序來進行油泵自動啟動控制，PLC程序如圖2所示。

硬件接線方面，需要在控制柜內增設隔離繼電器，將儀表控制信號與電氣380V(AC)信號進行隔離傳輸。接線時將PLC輸出的油壓輸出低報警信號Q1.0連接至繼電器控制信號端(13、14)，將啟停控制信號接至繼電器常開端子(5、9)后傳輸至電氣，在電氣端進行隔離并接入380V(AC)動力電源，以實現電機和柱塞泵的自動啟停控制。電機控制繼電器接線示意圖如圖3所示。

圖2 電機和柱塞泵自動啟停邏輯

圖3 繼電器接線示意圖

4.2 關鍵監測信號增加遠傳控制

該煉油廠所使用DCS為CS3000系統，ZFT電液執行機構則由PLC控制。為此，需設計實現實現兩套系統間的通信，實現關鍵監測信號的遠傳控制[2]。

PLC可通過Modbus通信協議與DCS實現通信。其中DCS作為Modbus主站， PLC作為從站，實現主站和從站的數據交換，將油壓、液位及溫度等信號遠傳至DCS。

首先對CS3000 DCS中的串口通信卡ALR121進行屬性設置。在組態管理軟件SYSTEM VIEW中，對已經與子系統建立連接的ALR121卡進行端口PORT1的通信參數(如波特率、奇偶校驗及響應時間等)設置。在參數設定時要保持通信雙方的參數一致。定義完通信卡屬性后，在CS3000的Communication I/O builder中完成對通信數據關鍵參數的定義，如緩沖區SIZE、端口port、從站地址Station、設備類型和數據通信起始地址DEVICE & ADDRESS、數據類型Data Type及位號說明Label等。這些參數要根據子系統提供的資料進行定義。CS3000的Modbus軟件組態流程:開始→ALR121通信卡硬件組態→通信接口選擇→出口軟件參數設備→通信方式選擇→關鍵參數設備→軟件下裝→結束。

PLC中需進行Modbus從站協議的設置，對Modbus主站可訪問的輸入、輸出、模擬輸入和保持寄存器(V區)的數量進行限定。Modbus從站設置程序如圖4所示。

圖4 PLC內Modbus通信從站設置程序

最后，利用CS3000的Fuction Block建立一個通信顯示，將PLC通信給CS3000的原始16位整數值報文，轉換為CS3000所能識別的浮點型實數值，即可實現對PLC中所集成關鍵監測參數的通信。

5 結束語

近幾年電液執行機構在加熱爐煙道擋板裝置的應用較廣，其精準性、快速性、平穩運行的特點適用于煙道擋板和路膛負壓的控制。筆者對現場使用的不足之處提出的整改措施，進一步提高了電液執行機構的控制水平。

[1] 夏煥杉.過程控制儀表與裝置[M].北京:兵器工業出版社,1991.

[2] 王翔,丁偉.Modbus通信協議在CS3000中的應用[J].石油化工自動化,2011,47(1):57～60.