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浅谈新型控制系统在加热装置中应用 　　【摘要】现有的加热装置自动控制系统通常采用组态式结构，包括PLC、模块、中间继电器、人机界面、传感器、执行器等，涉及部件很多，各部件间线路连接复杂，生产难度大，生产过程容易出错，一旦出现问题不易排查，最终导致加热装置材料成本高、制造成本高、维修成本高的“三高”问题。同时，组态模式的加热炉控制系统必须安装在监控室内，控制系统和现场的传感器、执行器间使用信号线连接，这使得电缆成本升高，连接难度和维修增大，同时信号线过长使得信号的干扰增大，导致系统稳定性变差。本文简要阐述了一种基于单片机、嵌入式控制器、现场总线的新型控制系统在加热装置中的应用，并对这一新型控制系统进行简单的分析。 　　【关键词】加热装置；组态式结构；新型控制系统 　　 　　 1.前言 　　 当前，油田系统内的加热装置的自动控制系统普遍使用组态结构，即控制系统本身是由PLC、模块、中间继电器、人机界面、传感器、执行器等部件组成，并通过组态软件设定硬件模块的控制及显示参数，控制系统的核心部件通常安装在远离控制现场的监控室，执行器、传感器则安装在现场。控制系统的这种构建形式存在着结构复杂、冗余，成本偏高、稳定性差的问题。近年来，随着微电子技术和总线技术的迅猛发展，设计制造专用于固定设备的嵌入式控制系统成为可能，一些基于单片机、嵌入式控制器、现场总线的加热装置专用控制系统相继出现。这种控制系统基于单片机技术，将控制、监测、显示或则辅助加热装置运行的所有部件及程序全部集成在单片板上，更加面向操作者、面向硬件、面向现场实际应用，系统中所固化的中心控制程器-嵌入式处理器内核微小，编程功能强大，大大缩小了控制系统的体积和制造难度，也使其结构的复杂程度和制造成本大大降低。目前，由于嵌入式控制系统具有系统内核小、专用性强、系统精简及高实时性等诸多优势，国内一些大型加热装置上已经开始广泛应用这种新型的控制系统，同时，随着微电子技术和总线技术门槛的降低，基于嵌入式控制系统的加热装置必将普及。 　　 2.新型控制系统的构建原理及性能指标 　　 2.1 控制原理 　　 利用嵌入式控制器构建加热装置的新型自动控制系统，可以实现加热装置进口温度、出口温度、壳体温度、壳体压力、壳体液位和可燃气体浓度的监测，实现对燃烧器启停、调节大小火、火焰监测、故障监测的功能，同时根据出口温度、壳体温度或壳体压力实现对燃烧器输出功率的负反馈调节，系统还可以根据出口温度、壳体温度、壳体压力、锅体液位和可燃气体浓度实现对燃烧器的启停控制，保障加热装置的安全可靠的运行。根据嵌入式加热装置控制器提供的通信规则，编写美观实用的人机界面（触摸屏）程序，实现触摸屏与嵌入式控制器的互联。新型加热装置自动控制系统的原理图如下： 　　 图中： 　　 1—传感器、2—执行器、3—嵌入式加热炉控制器、4—通信转换器、5—人机界面、6—急停开关、7—声光报警器、8—监控室控制柜、9—现场控制柜、10—加热装置、11—燃烧装置。 　　 该加热装置的自动控制系统主要包括：(1)传感器、(2)执行器、(3)嵌入式加热炉控制器、(4)通信转换器、(5)人机界面、(6)急停开关、(7)声光报警器七部分，人机界面、急停开关、声光报警器安装在监控室，嵌入式加热装置控制器安装在设备就近的控制箱内，传感器、执行器安装在加热装置上，各部分间用信号线连接。较现有的其他控制系统，该加热炉自动控制系统不涉及传感器、执行器信号的远传，不涉及PLC、模块、中间继电器等部件及其连接，因而，整体结构更加简洁，生产加工更加简单，维修过程更加方便。 　　 2.2 性能指标 　　 (1)热工参数的采集和显示，加热装置的进口温度、出口温度、壳体温度、壳体压力、壳体液位和可燃气体浓度，这些热工参数的采集和显示是加热装置控制系统一项重要的性能指标。根据相关标准的规定：通常情况下，加热装置的进出口温度偏差应保证≤±2.5℃；壳体温度偏差应保证≤±5℃；壳体内水位测量偏差应保证≤±50mm；燃烧装置附近的可燃气体测量浓度应＜1.3%V/V。 　　 (2)针对目标参数的自动调节，根据出口温度、壳体温度或壳体压力调节燃烧装置的工作，最终实现对控制参数的稳定保持是加热装置控制系统一项关键的性能指标。 　　 (3)自动保护和无人值守，实时监测出口温度、锅壳温度、锅壳压力、锅壳液位和可燃气体浓度，一旦监测数值超过预设数值则停止系统运行，并报警告知。 　　 3.系统构建的主要影响因素及问题分析 　　 基于单片机技术的嵌入式系统在其平台的搭设及构建过程中的主要影响因素可分为：硬件因素、软件因素及硬件接口因素。 　　 3.1 硬件因素分析 　　 影响嵌入式系统构建的硬件因素主要是串扰，硬件的串扰主要源自相邻电子元件导体之间形成的