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摘要：本文针对某气田水浴炉控制系统中存在触摸屏老化、水欲炉“回火”、远程操作等问题，提出解决措施，给出改造方案。改造后水浴炉控制系统经过10个月实际运行，没有发生“回火”现象，该站也实现了无人值守，生产效率大幅度提高，取得了可观的经济效益。
关键词：回火；水浴炉；燃烧机；程控仪
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）07-0062-03
1 引言
新疆油田公司某气田水浴炉用采山东骏马的锅炉，配套威索燃烧器，用西门子公司的S7-200系列PLC作为控制系统，实现锅炉控制和数据上传到DCS。由于厂家未提供触摸屏的项目文件，经过十多年的长期运行加上现场条件恶劣（夏天温度高达38度、冬天温度达到-40度，风沙大）触摸屏严重老化，屏幕反应迟钝、显示暗淡，甚至部分屏幕坏掉，由于没有项目文件，无法更换；新疆冬季寒冷，而原有的控制系统在自动模式时只能在小火下工作，这样水汽在烟囱附近结冰而堵塞导致水浴炉“回火”，是安全生产的重大隐患；水浴炉一般安装在集气站，一般情况下集气站为无人值守，原有的通讯只是将运行状态和温度信号传回到DCS，不能实现远程操作，这样就无法实现无人值守；燃烧机风门开度信号没有传到PLC和DCS，这样操作人员无法知道风门的开度，即使在手动模式下工作，手动调风门开度只能在现场完成；控制箱没有配套图纸且线路老化严重，经常引起误停车。基于上述原因决定对水浴炉控制系统进行改造，彻底解决上述问题[1-2]。
2 改造方案
由于没有可靠的图纸支持，只能采用现场查线的方式彻底查清楚每根线的起点和终点，确定出它的作用，从而做出系统配线图；PLC采用西门子的S7-200系列控制器；触摸屏采用西门子最新的smart 700触摸屏，项目文件需要重新建立，通讯地址可以通过分析PLC程序得到；其余附件全部重新购买，安装到新的控制柜中调试完成后用新的控制柜更换原有的控制柜，测试完成后进行通讯组态调试、开车调试等工作[3-5]。
3 问题解决方案
3.1 建立新的触摸屏项目文件
由于原有项目文件没有源文件备份，下装到触摸屏中的文件是经过编译的代码文件，无法在新的触摸屏上使用，只有按照原有的画面样式重新绘制。关键点在于不知道源程序中的通讯地址间的映射关系。我们通过查清输入＼输出点通道地址着手，逐条分析原有程序的含义，从而查清程序中使用的每个地址所代表的含义，利用这样的办法查到了所有使用到的地址含义，做好项目文件后，实现了一次开车成功。新绘制的画面由于屏幕分辨率较以前提高不少，所以新的画面常用操作基本在一张画面中实现。主画面如图1所示。
3.2 大小或转换问题
原有的控制系统在自动方式下，只能工作在小火模式下，这样产生的后果就是温度提升缓慢，尤其在新疆寒冷的冬季，室外温度可达-35度，在这样的条件下，水浴炉即使全天不间断运行也不能保证水温达到预期的要求，更严重的问题在于水浴炉长期工作在小火模式下，尾烟温度过低，天然气燃烧产生的水蒸气会在烟囱中凝结成水，结冰后造成烟囱堵塞，这直接导致水浴炉“回火”，是生产运行中较大的安全隐患。如果能使水浴炉工作在大负荷模式下，提高尾烟温度，水蒸气就不会在烟囱中结冰，从而从根本上解决问题。
解决该问题的思路：当水浴炉正常启动后，程序判断实测水温和期望水温间的温差，如果该温差小于一定的温度值（从触摸屏上设定），那么令燃烧机工作在最大负荷模式下；如果温差大于一定温度值（从触摸屏上设定）那么令燃烧机工作在最小负荷模式下。
解决问题的关键点在于燃烧机、程控仪是否允许控制？通过查阅资料发现程控仪的8号、9号端子分别输出220v电压可以控制燃烧机在最小和最大负荷下工作。
最大负荷下工作逻辑图，如图2。
最小负荷下工作逻辑图，如图3。
3.3 燃烧机风门开度状态反馈
原有程序没有考虑到风门开度状态反馈问题，因为它只能工作在小火模式下，所以不关心風门开度。现在实现了大小火转化，且该站为无人值守站，必须将风门开度远传回控制室，否则，操作人员无法判断水浴炉实际的负荷状态。通过查阅资料发现燃烧器风门自带有位置反馈装置，只需要接线、在控制箱中加隔离继电器，PLC组态等，即可完成风门状态反馈。
3.4 通讯问题
原有程序只实现部分数据上传到DCS，不能实现DCS对水浴炉的远程操作，由于该站为无人值守站，所以必须实现远程操作。
DCS采用横河公司的CS3000，利用原有回路，采用modbus协议，RS485通讯。
DCS组态中各个功能代码的含义如下：
A：以字为单位读数据，写数据时要“回读”；
B：以字为单位读数据，写数据时仅仅写那些改变的位，要“回读”；
C：以字为单位读数据，写数据时只写有变化的32位寄存器，要“回读”；
X：只写一次，不要求“回读”；
Y：只有在数据改变时写一次，不要求“回读”；
Z：只写有变化的23位寄存器，不要求“回读”；
由于这次通讯，现场触摸屏和DCS都要求可以操作，所以选用的“写”命令，只能写一次，否则无法实现两边都能操作。读命令选用A，写命令选用X。
现场按钮通讯到DCS，实现远程启停设备，必须解决一个问题。现场的按钮，当按下时触电闭合，松开时触电断开。那么DCS上设置的软按钮就必须实现延时断开功能，利用系统提供的TON模块，设置延时时间为5秒，当按下按钮时，命令送到PLC，5秒后按钮自动断开。
PLC上设置如图4所示，设备地址为1，通讯速率9600，无校验，保持寄存器传输起始地址VB800，最大25个寄存器。 4 结语
本文主要研究了基于PLC和触摸屏的水欲炉控制系统在改造过程中遇到的问题及难点，提出可行性改造方案。改造后水浴炉控制系統与2016年11月投入使用，经过10个月实际运行，没有发生“回火”现象，该站也实现了无人值守，且未出现任何控制系统故障，有效提高了水欲炉的工作效率，取得良好效果。
参考文献
[1]周亚军.电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[2]李光.水浴炉失效原因分析及改进措施[J].石油与化工设备，2011，（14）：55-57.
[3]邓丽霞.S7-200系列PLC与PC机通信问题的探讨[J].科技创新导报，2011，（4）：96-97.
[4]张波.西门子S7-200系列PLC与上位机通信的实现[J].煤矿机电，2012，（2）：68-70.
[5]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表，2010，31（8）：45-51.
Discussion on Water Bath Furnace Control System Transformation
Cao Hongdong
（Xinjiang Refining
关键词：回火；水浴炉；燃烧机；程控仪
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）07-0062-03
1 引言
新疆油田公司某气田水浴炉用采山东骏马的锅炉，配套威索燃烧器，用西门子公司的S7-200系列PLC作为控制系统，实现锅炉控制和数据上传到DCS。由于厂家未提供触摸屏的项目文件，经过十多年的长期运行加上现场条件恶劣（夏天温度高达38度、冬天温度达到-40度，风沙大）触摸屏严重老化，屏幕反应迟钝、显示暗淡，甚至部分屏幕坏掉，由于没有项目文件，无法更换；新疆冬季寒冷，而原有的控制系统在自动模式时只能在小火下工作，这样水汽在烟囱附近结冰而堵塞导致水浴炉“回火”，是安全生产的重大隐患；水浴炉一般安装在集气站，一般情况下集气站为无人值守，原有的通讯只是将运行状态和温度信号传回到DCS，不能实现远程操作，这样就无法实现无人值守；燃烧机风门开度信号没有传到PLC和DCS，这样操作人员无法知道风门的开度，即使在手动模式下工作，手动调风门开度只能在现场完成；控制箱没有配套图纸且线路老化严重，经常引起误停车。基于上述原因决定对水浴炉控制系统进行改造，彻底解决上述问题[1-2]。
2 改造方案
由于没有可靠的图纸支持，只能采用现场查线的方式彻底查清楚每根线的起点和终点，确定出它的作用，从而做出系统配线图；PLC采用西门子的S7-200系列控制器；触摸屏采用西门子最新的smart 700触摸屏，项目文件需要重新建立，通讯地址可以通过分析PLC程序得到；其余附件全部重新购买，安装到新的控制柜中调试完成后用新的控制柜更换原有的控制柜，测试完成后进行通讯组态调试、开车调试等工作[3-5]。
3 问题解决方案
3.1 建立新的触摸屏项目文件
由于原有项目文件没有源文件备份，下装到触摸屏中的文件是经过编译的代码文件，无法在新的触摸屏上使用，只有按照原有的画面样式重新绘制。关键点在于不知道源程序中的通讯地址间的映射关系。我们通过查清输入＼输出点通道地址着手，逐条分析原有程序的含义，从而查清程序中使用的每个地址所代表的含义，利用这样的办法查到了所有使用到的地址含义，做好项目文件后，实现了一次开车成功。新绘制的画面由于屏幕分辨率较以前提高不少，所以新的画面常用操作基本在一张画面中实现。主画面如图1所示。
3.2 大小或转换问题
原有的控制系统在自动方式下，只能工作在小火模式下，这样产生的后果就是温度提升缓慢，尤其在新疆寒冷的冬季，室外温度可达-35度，在这样的条件下，水浴炉即使全天不间断运行也不能保证水温达到预期的要求，更严重的问题在于水浴炉长期工作在小火模式下，尾烟温度过低，天然气燃烧产生的水蒸气会在烟囱中凝结成水，结冰后造成烟囱堵塞，这直接导致水浴炉“回火”，是生产运行中较大的安全隐患。如果能使水浴炉工作在大负荷模式下，提高尾烟温度，水蒸气就不会在烟囱中结冰，从而从根本上解决问题。
解决该问题的思路：当水浴炉正常启动后，程序判断实测水温和期望水温间的温差，如果该温差小于一定的温度值（从触摸屏上设定），那么令燃烧机工作在最大负荷模式下；如果温差大于一定温度值（从触摸屏上设定）那么令燃烧机工作在最小负荷模式下。
解决问题的关键点在于燃烧机、程控仪是否允许控制？通过查阅资料发现程控仪的8号、9号端子分别输出220v电压可以控制燃烧机在最小和最大负荷下工作。
最大负荷下工作逻辑图，如图2。
最小负荷下工作逻辑图，如图3。
3.3 燃烧机风门开度状态反馈
原有程序没有考虑到风门开度状态反馈问题，因为它只能工作在小火模式下，所以不关心風门开度。现在实现了大小火转化，且该站为无人值守站，必须将风门开度远传回控制室，否则，操作人员无法判断水浴炉实际的负荷状态。通过查阅资料发现燃烧器风门自带有位置反馈装置，只需要接线、在控制箱中加隔离继电器，PLC组态等，即可完成风门状态反馈。
3.4 通讯问题
原有程序只实现部分数据上传到DCS，不能实现DCS对水浴炉的远程操作，由于该站为无人值守站，所以必须实现远程操作。
DCS采用横河公司的CS3000，利用原有回路，采用modbus协议，RS485通讯。
DCS组态中各个功能代码的含义如下：
A：以字为单位读数据，写数据时要“回读”；
B：以字为单位读数据，写数据时仅仅写那些改变的位，要“回读”；
C：以字为单位读数据，写数据时只写有变化的32位寄存器，要“回读”；
X：只写一次，不要求“回读”；
Y：只有在数据改变时写一次，不要求“回读”；
Z：只写有变化的23位寄存器，不要求“回读”；
由于这次通讯，现场触摸屏和DCS都要求可以操作，所以选用的“写”命令，只能写一次，否则无法实现两边都能操作。读命令选用A，写命令选用X。
现场按钮通讯到DCS，实现远程启停设备，必须解决一个问题。现场的按钮，当按下时触电闭合，松开时触电断开。那么DCS上设置的软按钮就必须实现延时断开功能，利用系统提供的TON模块，设置延时时间为5秒，当按下按钮时，命令送到PLC，5秒后按钮自动断开。
PLC上设置如图4所示，设备地址为1，通讯速率9600，无校验，保持寄存器传输起始地址VB800，最大25个寄存器。 4 结语
本文主要研究了基于PLC和触摸屏的水欲炉控制系统在改造过程中遇到的问题及难点，提出可行性改造方案。改造后水浴炉控制系統与2016年11月投入使用，经过10个月实际运行，没有发生“回火”现象，该站也实现了无人值守，且未出现任何控制系统故障，有效提高了水欲炉的工作效率，取得良好效果。
参考文献
[1]周亚军.电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[2]李光.水浴炉失效原因分析及改进措施[J].石油与化工设备，2011，（14）：55-57.
[3]邓丽霞.S7-200系列PLC与PC机通信问题的探讨[J].科技创新导报，2011，（4）：96-97.
[4]张波.西门子S7-200系列PLC与上位机通信的实现[J].煤矿机电，2012，（2）：68-70.
[5]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表，2010，31（8）：45-51.
Discussion on Water Bath Furnace Control System Transformation
Cao Hongdong
（Xinjiang Refining