為了最大限度地提高效率和自動化程度，導(dǎo)熱油鍋爐控制系統(tǒng)通常與其所服務(wù)的生產(chǎn)線集成或“聯(lián)動”。實(shí)際上，聯(lián)動控制意味著鍋爐的運(yùn)行可以實(shí)時動態(tài)響應(yīng)下游設(shè)備（如反應(yīng)器、干燥機(jī)或加熱裝置）的需求?？蛻魧Υ烁信d趣，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)自動負(fù)載調(diào)節(jié)：鍋爐將根據(jù)工藝需求增加或減少輸出，而無需人工干預(yù)。河南仁泰的控制解決方案支持與各種下游設(shè)備的聯(lián)鎖和通信，從而為整個工廠提供協(xié)調(diào)控制。在本文中，河南仁泰將解釋如何實(shí)施聯(lián)動控制、需要考慮的安全邊界以及這種動態(tài)控制方法的好處。
為什么要聯(lián)動控制？
首先，讓我們明確一下動機(jī)。在獨(dú)立場景中，導(dǎo)熱油鍋爐持續(xù)保持設(shè)定溫度，工藝設(shè)備（例如干燥爐）有自己的本地控制裝置（如閥門或阻尼器）來調(diào)節(jié)熱量輸入。如果沒有聯(lián)動，操作員可能必須在工藝發(fā)生變化時手動調(diào)整鍋爐設(shè)定點(diǎn)或流量（例如，如果反應(yīng)器中開始新的批次需要更多熱量）。這可能會導(dǎo)致延誤或能源浪費(fèi)——鍋爐可能在不需要時全火燃燒，或者在突然出現(xiàn)需求時落后。
通過聯(lián)動控制，鍋爐和工藝可以相互“對話”。生產(chǎn)線可以向鍋爐控制器發(fā)送信號，指示其熱量需求。相反，鍋爐可以發(fā)出就緒或限制信號。結(jié)果是形成了一個更加緊密集成的系統(tǒng)，其中熱量供應(yīng)自動匹配熱量需求。這提高了一致性（工藝在需要時準(zhǔn)確獲得熱量）和效率（鍋爐避免了熱量供應(yīng)過剩）。
例如，假設(shè)一個反應(yīng)堆需要維持 200°C。反應(yīng)堆的控制系統(tǒng)測量其溫度，通常打開或關(guān)閉導(dǎo)熱油控制閥來增加或減少熱量。在聯(lián)動設(shè)置中，反應(yīng)堆控制器不僅可以節(jié)流閥門，還可以向鍋爐發(fā)送請求：“我現(xiàn)在需要更多熱量”或“我?guī)缀踹_(dá)到設(shè)定值，減少熱量”。鍋爐 PLC 收到此請求后，可以相應(yīng)地增加油出口設(shè)定值或燃燒器燃燒率。本質(zhì)上，反應(yīng)堆的需求成為鍋爐控制算法的輸入。
整合的溝通方法
實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要鍋爐控制系統(tǒng) (PLC) 和生產(chǎn)線控制系統(tǒng) (可能是另一個 PLC、DCS 或簡單的儀器) 之間的通信。通常使用以下幾種方法：
模擬信號集成：一種直接的方法是使用模擬信號（例如 4-20 mA 或 0-10 V）來表示需求。下游設(shè)備可能有一個溫度控制器，輸出與所需加熱功率成比例的信號。鍋爐 PLC 將其讀取為遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)或偏差。例如，當(dāng)不需要加熱時，反應(yīng)堆的控制器可能輸出 0%，而當(dāng)需要最大熱量時，則輸出 100%。鍋爐 PLC 可以縮放它以調(diào)整其燃燒率。同樣，鍋爐可以發(fā)回模擬信號，指示可用容量或?qū)嶋H供應(yīng)溫度。
離散聯(lián)鎖：在較簡單的情況下，只需開/關(guān)聯(lián)鎖就足夠了。例如，如果烘干機(jī)未運(yùn)行（其傳送帶或風(fēng)扇關(guān)閉），它可能會向鍋爐發(fā)送待機(jī)（低溫或低火）信號。當(dāng)烘干機(jī)啟動時，它會向鍋爐發(fā)出信號恢復(fù)正常運(yùn)行。這些是可以連接在控制系統(tǒng)之間的布爾信號。Rentai 的解決方案允許多個下游設(shè)備互鎖 - 這意味著鍋爐只有在滿足用戶的某些條件時才會運(yùn)行（例如，所有消費(fèi)者閥門關(guān)閉可能會觸發(fā)鍋爐空轉(zhuǎn)）。
數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)：更先進(jìn)的方法是使用數(shù)字協(xié)議（Modbus、ProfiNet、以太網(wǎng)/IP 等）連接 PLC。這樣可以交換多個數(shù)據(jù)點(diǎn)。例如，生產(chǎn)線 PLC 可以發(fā)送當(dāng)前需要的精確溫度設(shè)定值或當(dāng)前工藝溫度。鍋爐 PLC 可以發(fā)回實(shí)際油溫或報警狀態(tài)。借助數(shù)字鏈接，集成非常豐富且靈活。Rentai 表示支持以太網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)連接，這意味著他們的鍋爐 PLC 可以連接到工廠網(wǎng)絡(luò)或云系統(tǒng)以促進(jìn)這種數(shù)據(jù)交換。
共享控制系統(tǒng)：在某些情況下，鍋爐和工藝單元可能由同一個集中控制（如工廠 DCS）管理。在這種情況下，“聯(lián)動”通過軟件實(shí)現(xiàn)：DCS 協(xié)調(diào)雙方。例如，它可能有一個控制反應(yīng)堆溫度的主 PID 回路，它既操縱反應(yīng)堆的控制閥，又偏置鍋爐燃燒率。這是一種高度集成的方法，通常見于較大的裝置中。
Rentai 針對小型系統(tǒng)的典型方法可能是鍋爐 PLC 與設(shè)備控制器之間的模擬或數(shù)字通信。他們提到支持與多種類型的設(shè)備連接，這意味著他們在設(shè)計控制面板時會使用額外的 I/O 或通信模塊來與用戶的系統(tǒng)進(jìn)行交互。
協(xié)調(diào)控制策略
當(dāng)將鍋爐與生產(chǎn)線連接時，需要制定協(xié)調(diào)控制策略。一種常見的策略是跨系統(tǒng)的級聯(lián)控制回路：
下游工藝（例如工業(yè)烘干機(jī)）有一個主控制回路，用于測量其關(guān)鍵變量（干燥空氣溫度、產(chǎn)品溫度等）。該主回路輸出“熱量需求”信號。
鍋爐的油溫控制回路成為考慮該需求的次級（從屬）回路。實(shí)際上，鍋爐可能會根據(jù)需求調(diào)整其油出口溫度設(shè)定點(diǎn)。例如，如果需求較低，設(shè)定點(diǎn)可能會略微降低以節(jié)省能源；如果需求較高，設(shè)定點(diǎn)可能會提高或燃燒器輸出直接向上偏置。
另一種方法是流量控制集成：假設(shè)多個用戶共用一個導(dǎo)熱油鍋爐。系統(tǒng)可能會使用控制閥調(diào)節(jié)每個用戶的流量。主控制器可以根據(jù)需要打開閥門，并在更多閥門打開時同時向鍋爐發(fā)出信號以增加輸出。這需要一種監(jiān)控邏輯，該邏輯了解所有用戶電路的狀態(tài)并確保鍋爐的總輸出滿足需求總和。
實(shí)踐中的例子：在一家化工廠中，兩個反應(yīng)堆由一個油加熱器加熱。每個反應(yīng)堆都有一個溫度控制器，用于操縱油源上的流量控制閥。一個監(jiān)控 PLC 程序監(jiān)控兩個反應(yīng)堆的加熱需求。如果兩個反應(yīng)堆同時需要加熱，它會將鍋爐燃燒率提高到最大，并可能提高泵速以增加流量。如果只有一個反應(yīng)堆需要加熱，它會降低鍋爐燃燒率（可能只使用一個燃燒器級而不是兩個，或者調(diào)節(jié)燃料）以避免熱量供應(yīng)過剩。如果鍋爐容量有限，PLC 還可以決定哪個反應(yīng)堆是優(yōu)先考慮的——可能需要在必要時暫時限制一個反應(yīng)堆。這確保了負(fù)載在消費(fèi)者之間實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡。
Rentai 提到支持與多種下游設(shè)備類型的聯(lián)鎖，這表明它們采用了此類監(jiān)控邏輯。它可能像求和模擬需求信號一樣簡單，也可能像鍋爐 PLC 中的微型 DCS 邏輯一樣先進(jìn)。
確保安全和邊界
安全邊界至關(guān)重要，這樣無論工藝要求什么，鍋爐都能在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。如果要求將其推入不安全區(qū)域，鍋爐控制必須最終有權(quán)說“不”。一些注意事項(xiàng)：
最大/最小設(shè)定點(diǎn)：鍋爐將有一個最大油溫設(shè)定點(diǎn)，不應(yīng)超過該設(shè)定點(diǎn)（出于油穩(wěn)定性的原因）。如果下游系統(tǒng)錯誤地或由于傳感器錯誤而要求過高的溫度，鍋爐 PLC 應(yīng)限制該溫度。同樣，必須保持最小流量；如果所有過程都關(guān)閉了流量，鍋爐應(yīng)該檢測到這種情況并轉(zhuǎn)為低火或關(guān)閉，即使雜散信號要求加熱。
鍋爐安全優(yōu)先：安全聯(lián)鎖（如過熱）始終優(yōu)先于任何外部需求。例如，如果某個過程不斷要求增加熱量，但鍋爐達(dá)到高溫極限，則鍋爐的安全裝置將啟動并忽略進(jìn)一步增加的命令。集成不應(yīng)繞過內(nèi)部安全裝置。
受控斜坡：當(dāng)工藝需求突然從 0 變?yōu)?100% 時，鍋爐不應(yīng)立即一步達(dá)到全火狀態(tài)（以避免熱應(yīng)力）。PLC 可以實(shí)施斜坡速率，以決定其在響應(yīng)需求變化時增加燃燒率或設(shè)定點(diǎn)的速度。這可以使響應(yīng)更加平穩(wěn)。
向過程反饋：如果鍋爐無法完全滿足需求，通常明智的做法是通知過程。例如，如果多個過程所需的熱量超過鍋爐的容量，鍋爐控制器可以發(fā)回信號（或警報），表明“熱量需求超過容量”。然后，過程可能會進(jìn)入等待狀態(tài)，或者工廠 DCS 可能會錯開負(fù)載。Rentai 的集成方法可能包括此類反饋或至少可見狀態(tài)，以便操作員知道鍋爐是否已達(dá)到極限。
安全場景示例：假設(shè)下游閥門打開失敗，導(dǎo)致流量需求巨大，油溫開始快速下降。鍋爐將點(diǎn)火進(jìn)行補(bǔ)償，但可能無法跟上。鍋爐 PLC 不會讓整個系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，而是可以發(fā)出“流量過大”警報，甚至關(guān)閉安全截止閥以隔離該分支，具體取決于設(shè)計。這些決策將在集成設(shè)計期間進(jìn)行編程。
實(shí)際實(shí)施步驟
實(shí)施聯(lián)動控制通常遵循以下步驟：
信號映射：確定要交換哪些信號。對于生產(chǎn)線上需要與鍋爐連接的每臺設(shè)備，確定熱量需求信號（可以是設(shè)定點(diǎn)、百分比或簡單的運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)）和反饋信號（如可用的油流量、可用的溫度）。例如，干燥爐可能根據(jù)其自身的 PID 為“所需油溫”提供 4-20 mA 信號。鍋爐 PLC 將接受該信號作為遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)。
PLC 編程：鍋爐 PLC 程序經(jīng)過修改，可以接受外部輸入。它可能有一個選擇器來啟用遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)模式。啟用后，鍋爐自身的設(shè)定點(diǎn)來自過程信號。如果有多個信號，則可能是最高需求或平均值 - 無論選擇哪種策略。該程序還將發(fā)送輸出 - 例如，如果鍋爐進(jìn)入警報狀態(tài)或無法達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，則設(shè)置過程 PLC 可以讀取的數(shù)字輸出或標(biāo)志。
接線/通信設(shè)置：模擬和數(shù)字信號的物理接線或配置網(wǎng)絡(luò)通信。這涉及鍋爐供應(yīng)商和過程控制工程師之間的協(xié)調(diào)。必須就協(xié)議和地址達(dá)成一致。Rentai 的系統(tǒng)支持通用接口，這使得它更容易與第三方設(shè)備集成。
測試聯(lián)鎖裝置：測試聯(lián)鎖裝置在各種情況下是否正常運(yùn)行。例如，模擬過程突然停止 - 鍋爐應(yīng)檢測到它（可能通過關(guān)閉閥門反饋或“停止”信號）并安全減少燃燒。模擬最大需求 - 確保鍋爐達(dá)到最大輸出但不會進(jìn)一步增加，并在可能的情況下發(fā)送“滿負(fù)荷”信號。
操作員界面： HMI 應(yīng)反映連接狀態(tài)。例如，它可能顯示“遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)激活 - 設(shè)定點(diǎn) = 反應(yīng)堆 1 的 240°C”。如果需要手動控制（在適當(dāng)?shù)陌踩珬l件下），它可能允許啟用/禁用遠(yuǎn)程控制。操作員需要知道鍋爐是外部控制還是本地控制。Rentai 可能提供手動、本地自動或遠(yuǎn)程自動控制模式，可在 HMI 上切換。
故障安全設(shè)計：確定如果通信失敗會發(fā)生什么。如果過程和鍋爐之間的連接丟失（斷線或網(wǎng)絡(luò)問題），鍋爐控制應(yīng)該有后備方案。通常，鍋爐將恢復(fù)到安全模式 - 要么保持最后一個設(shè)定點(diǎn)，要么進(jìn)入默認(rèn)狀態(tài)。一種常見的選擇是故障時假設(shè)沒有需求- 即假設(shè)需求為 0% 并進(jìn)入空閑狀態(tài)，同時發(fā)出警報，這樣它就不會在不知道真正需要的情況下繼續(xù)全火運(yùn)行。這需要編程。
示例：化學(xué)反應(yīng)器連接
考慮化工廠中的成功應(yīng)用（Rentai 可能處理過的一種可能情況）。反應(yīng)器有放熱反應(yīng)，有時需要冷卻，有時需要加熱。工廠使用單個導(dǎo)熱油系統(tǒng)在反應(yīng)器夾套回路中同時進(jìn)行加熱（通過油加熱器）和冷卻（通過冷卻器）?？刂坪軓?fù)雜，因?yàn)楸仨毐３址磻?yīng)器夾套溫度。它們實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，使得反應(yīng)器的控制系統(tǒng)直接與油加熱器的 PLC 通信。當(dāng)反應(yīng)器需要加熱時，它會向加熱器發(fā)送信號，以提供最大熱量的 70%。油加熱器會升溫至該值。如果反應(yīng)器突然需要冷卻（不需要加熱），它會發(fā)出 0% 需求信號；然后加熱器 PLC 會將燃燒器驅(qū)動至低火或關(guān)閉，如果集成了冷卻器，可能會讓油通過冷卻器循環(huán)。
在此期間，安全聯(lián)鎖裝置可確保油溫不會超過流體的安全限值，如果反應(yīng)堆控制器發(fā)生故障并要求達(dá)到異常溫度，加熱器 PLC 會將其限制。動態(tài)相互作用可確保反應(yīng)堆的溫度穩(wěn)定 - 當(dāng)反應(yīng)堆開始冷卻到設(shè)定點(diǎn)以下時，它已經(jīng)通知加熱器處于高火狀態(tài)，從而最大限度地減少滯后。
事實(shí)上，導(dǎo)熱油鍋爐與反應(yīng)器的集成是一種眾所周知的關(guān)鍵應(yīng)用：對于導(dǎo)熱油系統(tǒng)而言， “具有和不具有溫差控制的反應(yīng)器和混合容器是一種關(guān)鍵應(yīng)用” 。溫差控制意味著控制夾套入口與出口的溫度以管理傳熱速率。鍋爐的控制可能通過根據(jù)所需的溫差調(diào)節(jié)供應(yīng)溫度來參與其中。
多設(shè)備集成
如果要使用多種不同類型的設(shè)備（如所列：反應(yīng)器、干燥器、加熱罐等），鍋爐控制通常在主需求系統(tǒng)下運(yùn)行。一種方法是使用最高需求選擇器：鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足最苛刻的消費(fèi)者。這確保如果一個過程需要高溫，鍋爐將在該溫度下運(yùn)行（從而滿足該過程），而其他需要較低溫度的過程可以使用自己的閥門進(jìn)行節(jié)流?；蛘?，如果過程在不同的溫度水平下運(yùn)行，有時可能會使用帶混合的二次回路 - 但這超出了直接控制集成的范圍（更多的是系統(tǒng)設(shè)計）。
Rentai 提到的多臺設(shè)備表明他們的控制可以接受多個模擬輸入或具有多個節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場總線。他們可能實(shí)施了一種方案來處理這個問題。例如，如果一個用戶需要 300°C，而另一個用戶只需要 250°C，那么鍋爐可能以 300°C 運(yùn)行，并依靠第二個用戶的控制閥進(jìn)行混合或旁路以獲得 250°C。因此，集成部分是機(jī)械的（閥門），部分是控制的（當(dāng)一個過程未使用時發(fā)出信號以可能降低整體設(shè)定點(diǎn)）。
聯(lián)動控制的優(yōu)點(diǎn)
通過實(shí)施聯(lián)動控制，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動態(tài)、按需驅(qū)動的運(yùn)行。這有幾個好處：
能源效率：鍋爐只在需要時才工作。如果所有過程都得到滿足并且不再需要熱量，鍋爐就可以進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，避免油過熱或浪費(fèi)燃料。相反，當(dāng)需求高時，它可以有效地分配熱量。這可以防止熱量供應(yīng)過剩的情況（然后會因冷卻或損失而浪費(fèi)掉）。
工藝質(zhì)量：由于熱源反應(yīng)靈敏，工藝可以更精確地保持目標(biāo)溫度。這可以提高產(chǎn)品質(zhì)量——例如，橡膠硫化工藝中更一致的固化溫度可以提高產(chǎn)品的均勻性。舉個例子：用于橡膠鞋生產(chǎn)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)通過自動控制保持精確的硫化溫度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
減少操作員工作量：操作員無需手動干預(yù)或調(diào)整鍋爐設(shè)置以適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。他們可以專注于工藝流程，并相信鍋爐控制將隨之運(yùn)行。它本質(zhì)上為加熱系統(tǒng)創(chuàng)建了一個自動駕駛儀。
協(xié)調(diào)安全：集成系統(tǒng)還可以協(xié)調(diào)安全停機(jī)。如果鍋爐跳閘，它可以向所有連接過程發(fā)出信號，使其停止或進(jìn)入安全模式（因?yàn)闆]有熱量供應(yīng)）。同樣，如果工藝單元進(jìn)入緊急停機(jī)狀態(tài)，它可以向鍋爐發(fā)出信號，切斷熱量供應(yīng)。這種相互意識可以防止泵不必要地向關(guān)閉的工藝單元循環(huán)油，或工藝在不知情的情況下無熱量運(yùn)行。
仁泰系統(tǒng)中的聯(lián)動控制
河南仁泰在實(shí)施此類集成方面擁有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在他們的博客或案例研究中（盡管大部分都是中文），他們描述了鍋爐控制與下游設(shè)備的集成。例如，在一個化工行業(yè)案例中，鍋爐的控制柜包括定制集成（包括防爆設(shè)計），以滿足現(xiàn)場的特殊要求。雖然該案例更多地涉及環(huán)境，但它展示了他們定制控制的能力。此外，他們的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述建議在企業(yè)級連接到“MES 或 OA 系統(tǒng)” ，這意味著向上鏈接運(yùn)營數(shù)據(jù)。對于現(xiàn)場控制，他們提到連接到 SCADA 和自動化系統(tǒng)——這正是鏈接發(fā)生的方式：鍋爐 PLC 成為工廠整體自動化網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)。
Rentai 可能提供的優(yōu)勢之一是針對常見連接預(yù)先設(shè)計了邏輯。例如，如果他們知道鍋爐將用于干燥爐，他們可能會添加一個標(biāo)準(zhǔn)功能塊來與干燥爐的控制器交互。這減少了自定義編碼并確保了可靠性。
另一家鍋爐公司中正在制藥集成案例中，強(qiáng)調(diào)“導(dǎo)熱油鍋爐控制系統(tǒng)必須與既有產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行集成” ，通過集成，產(chǎn)線可以實(shí)時監(jiān)控、調(diào)節(jié)鍋爐參數(shù)，配合生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行，體現(xiàn)了聯(lián)動控制的重要性。這樣，集成后，操作人員可以在與產(chǎn)線相同的界面上監(jiān)控鍋爐，鍋爐也會根據(jù)工藝需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高穩(wěn)定性和效率。
結(jié)論
實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱油鍋爐與生產(chǎn)線之間的聯(lián)動控制需要建立通信和控制策略，讓工藝需求自動控制鍋爐運(yùn)行。這樣，系統(tǒng)將變得更加靈敏、高效和用戶友好?？刂葡到y(tǒng)承擔(dān)在安全范圍內(nèi)實(shí)時平衡供需的任務(wù)，否則需要操作員不斷關(guān)注。
實(shí)際上，使用模擬需求信號或數(shù)字 PLC 網(wǎng)絡(luò)等方法來連接系統(tǒng)。鍋爐的 PLC 經(jīng)過編程，可根據(jù)這些外部輸入調(diào)整其設(shè)定點(diǎn)/點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)全自動負(fù)載調(diào)整以滿足最佳工作條件。廣泛的測試和對故障模式的明確定義確保這種集成不會危及安全性——鍋爐始終保持最終控制以保護(hù)自身。
如果正確實(shí)施，聯(lián)動控制可使工廠的導(dǎo)熱油鍋爐和生產(chǎn)設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行。例如，制造廠中的 Rentai 系統(tǒng)可能支持與干燥線的聯(lián)鎖，這樣每當(dāng)生產(chǎn)線加速并需要更多熱量時，鍋爐就會預(yù)測并提供熱量；當(dāng)生產(chǎn)線閑置時，鍋爐也會進(jìn)入閑置模式。用戶報告稱，這種集成可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的工藝溫度和更低的能源成本，并且由于無需手動調(diào)整，因此操作也更加簡單。動態(tài)控制還可以減少熱沖擊和應(yīng)力，從而延長設(shè)備壽命。
綜上所述，聯(lián)動控制是通過通訊+協(xié)調(diào)控制邏輯來實(shí)現(xiàn)的。這是河南仁泰等公司提供的智能鍋爐控制系統(tǒng)的先進(jìn)功能，將導(dǎo)熱油鍋爐從獨(dú)立的裝置轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)過程控制的一個組成部分。這種協(xié)同作用確保了在需要的時間、地點(diǎn)和數(shù)量上安全高效地輸送熱量，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)自動化的承諾。