摘 要：介绍了基于九点控制器原理的热媒加热炉换热器温度控制系统。该控制系统主要包括控制逻辑模块、数据通信模块(OPC通信协议)、人机界面等。阐述了加热炉换热器温度控制系统的原理及其组成，并在仿真平台上对控制系统进行仿真验证。结果表明，该控制系统能够较好地实现对热媒加热炉换热器温度的控制，达到了预期的控制效果，进一步验证了基于九点控制器的热媒加热炉换热器温度控制系统具有较好的发展前景。

关键词：热媒加热炉温度控制系统；九点控制器；OPC通信协议；人机界面；仿真

在原油生产中，为了保证管道中原油的流动顺畅和防止管道堵塞，必须在原油运输过程中对原油的温度值进行控制，使其能够稳定在合理区间内，以满足工艺的要求。本文将一种新型的九点控制原理应用到热媒加热炉换热器温度控制中。控制系统主控制器选用罗克韦尔logix 5500 可编程逻辑控制器[1]。通信模块选用OPC通信协议，通过RSLinx对OPC参数进行设置，实现实时监控和对控制参数的读写。人机界面的制作选用力控6.0为平台。

1 控制系统的构成及其理论基础

1.1 控制系统构成

该热媒加热炉系统由压缩空气供给系统、热媒加热炉系统、热媒-原油换热系统和热媒稳定供给系统4部分组成。其中热媒加热炉就地控制系统可分为两个子系统——换热器系统和燃油加热器温度控制系统，换热器控制的是原油出口温度，通过调节与原油进行热交换的热媒流量控制原油出口温度为所需要的数值。换热器在热媒加热炉中十分重要，其工作效率将直接影响加热炉的整体运行情况。

1.2 换热器温度控制系统工作原理

换热器的温度控制系统一般由温度传感器、调节器、执行机构和被控量组成。被控量即原油的出口温度，温度传感器测量到被控量后将之变换成调节器可接受的信号，并将信号传送给调节器。调节器将传入的信号与设定值进行比较，将其差值作为运算依据，处理后输出相应的控制作用。

2 系统硬件设计

热媒加热炉换热器温度控制系统主要包括控制核心、被控对象、通信方式、人机界面。控制核心由罗克韦尔(Rockwell)公司的1756 PLC和输入输出模块组成。被控对象将由MATLAB的Simulink来实现仿真。通信方式由OPC技术来统一通信标准，完成数据交换。人机界面由力控(Force Control)上位组态软件实现实时运行信息的显示和参数设定等功能。

主控制器的功能是通过在内存中储存的控制逻辑来处理输入信号并计算出控制信号。输入输出模块功能是将接收的现场信号(如电压、电流、脉冲等)通过算法转化为主控制器能够处理的数字信号。温度测量和被控对象由温度传感器、流量调节阀等组成，主要功能是实现对温度信号的测量和反馈、执行控制器发出的控制信号等。

该热媒加热炉换热器温度控制系统的数字量输入信号有系统启停状态、系统自检反馈等[3]。模拟量输入信号有系统当前温度。数字量输出信号有系统启动、系统停止、系统复位信号。模拟量输出信号有实时控制作用Ki。系统的硬件框图如图2所示。

3 系统逻辑设计

逻辑的主要实现功能包括：系统的初始化、对系统寄存器的清零、对输入量的采集、控制算法对数据的处理、系统运行结果的计算及其计算结果的显示等。本文中逻辑设计包括初始化模块、主算法模块、结果计算模块[4]。逻辑运行流程如图3所示。

人机界面中控制系统运行性能指标计算结果，如图5所示。

实际应用之中，热媒加热炉的控制特性会受到各种影响而改变。常规控制方法参数整定不好，将会影响控制效果，甚至不能满足控制要求。九点控制器是根据系统的运动情况做出控制策略，对系统的模型精度要求不高，所在系统模型发生一定程度的变化时，控制系统会保持良好的控制效果。

本文介绍了热媒加热炉换热器温度控制系统的设计和仿真过程，对控制对象及其特性进行了详细说明，九点控制原理相比传统的PID控制结构相对简单，控制策略明确，控制效果明显，实际应用方便，如何在实际工程中应用九点控制原理是一个重要课题。

参考文献

[1] 张南纶.新控制理论[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2] 孙晓明，张南纶.基本逻辑控制器[A].中国人工智能进展论文集[C].北京：北京邮电大学出版社，2001：188-189.

[3] 牟晓光，徐军.原油加热炉温度的在线监测与智能控制系统[J].自动化技术与应用，2005，24(6)：22-23.

[4] 孙晓明.九点控制器对不同类型输入的仿真研究[A].中国控制与决策学术年会论文集[C].沈阳：东北大学出版社，2002：415-418.

[5] 董振海.MATLAB编译程序和外部接口[M].北京：国防工业出版社，2011.