[发明专利]气化炉专用控制系统

权利要求书

1.一种气化炉专用控制系统，基于上位机的基础，其特征在于：包括控制器模块、总线模块、I /O模块、电源模块、背板； 

所述控制器模块通过背板与I/O模块、总线模块连接，采集现场物理信号；

所述电源模块为上述模块进行供电；

所述控制器模块与上位机通信连接。

2.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：还包括电源背板、控制器背板、I/O背板；

所述电源背板，用于安装电源模块；

所述控制器背板，用于安装控制器模块；

所述I/O背板，用于安装I/O模块，采用无源串行背板总线技术，支持I/O模块热插拔。

3.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：

所述电源模块，采用1+1冗余电源结构； 

所述控制器模块，采用双CPU结构，负责现场I/O信号的采集、处理、控制； 

所述总线模块，采用现场FF H1总线并与现场设备连接；

所述I/O模块，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、开关量输入接口、开关量输出接口；用于采集现场物理信号。

4.按照权利要求3所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：所述现场FF H1总线通过线缆与现场设备相连。

5.按照权利要求3所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：所述现场FF H1总线包括：主控制器、FF通信芯片、2个网段；

现场FF H1总线通过串口与控制器模块进行数据交换，经控制器模块将数据发送至上位机，所述上位机通过现场FF H1总线与现场设备连接，对现场设备进行参数读写和连接组态。

6.按照权利要求1所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：所述上位机中含有监控组态单元；

该单元包括：

－资源管理器，负责配置当前系统中的组态配置信息，并以树状结构视图的形式显示当前系统中的组态配置信息；

－系统信息数据库，存储系统中的组态配置信息；

－控制策略开发环境，负责模块一级的组态配置工作，由模块管理 、数据管理 、模板管理 、算法编辑 、算法检查 、在线监控 、仿真调试 、模块间通讯模块组成；

－数据对象管理，负责将系统信息数据库中的数据对象解析为信息对象；

－I/O映射关系管理，负责在输入/输出功能块与控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；

－I/O映射工具，以列表的方式显示系统中所有的I/O配置信息，并通过DST.DLL在输入/输出功能块和和控制器的I/O模块/通道之间建立映射关系；

－组态配置信息下载工具，负责将系统中的组态配置信息下载到实际的现场设备中；

－I/O服务器程序，负责与现场实际的设备进行交互，例如设备列举，组态配置信息下载，参数读写等等；

－I/O服务COM接口封装，对I/O服务器提供的COM接口进行包装，以减轻客户程序通过I/O服务器访问现场控制器的负担；

－对象浏览动态链接库，根据客户程序的不同需要，以一种统一的方式在各个上位机软件中显示系统信息数据库的概要信息；

－安全服务程序，负责资源管理器程序操作的验证；

－嵌入式常规功能模块，满足输运床气化炉基本的控制需求。

7.按照权利要求6所述的气化炉专用控制系统，其特征在于：所述嵌入式常规功能模块包括： 

－输入/输出功能模块，包括：模拟输入功能块、模拟输出功能块、数字输入功能块、数字输出功能块；

－模拟控制类功能模块，包括：比例积分微分功能块 、比值功能块 、输入选择功能块 、超前滞后功能块；

－逻辑运算类功能模块，包括：与运算功能块 、或运算功能块 、非运算功能块；

－定时/计数类功能模块，包括：计数器功能块；

－算术类功能模块，包括：加运算功能块 、减运算功能块 、乘运算功能块、除运算功能块 。

8.按照权利要求1所气化炉专用控制系统，其特征在于：所述密相输运床气化炉专用嵌入式软件包括：

－输运床气化炉模型：预测气化炉的稳态热力性能参数，实现系统性能分析和运行参数发生变化时的动态特性变化分析，为设计和完善气化炉的控制策略而建立的，输运床气化炉模型是建立在平衡模型原理和反应动力学原理的基础上的，包括：

1.挥发份析出模型，计算挥发份在热解过程中的产物，通过C 、H 、O 、N和S的元素平衡法估算出热解产物的成分；

2.气化子模型，包括碳与水蒸汽的反应、二氧化碳的还原反应、碳与氢气的反应；

3.出口煤气成分模型，煤气的主要成分是CO 、H₂ 、CO₂ 、H₂O 、N₂ 、CH₄等，含硫气体成分是                                               由于在气化炉内进行的是高温反应，化学平衡很快达到，在预测气化炉出口煤气成分时，根据物质平衡和水煤气反应化学平衡方程求解气体总摩尔数和八种主要煤气成分摩尔分数；

4.物质和能量平衡模型，包括固相质量平衡 、固碳质量平衡 、气相质量平衡 、动态能量平衡方程;

－输运床气化炉专用控制算法软件，根据气化炉的仿真模型进行气化炉的动态特性分析，通过过对微分方程组的迭代求解，可以得到用于控制的模型，其中，输入变量为给煤量 、氧气流量 、蒸汽流量 、石灰石流量和排渣量；输出变量为气化炉温度 、压力 、煤气热值和床料量 ;

由于石灰石以固定钙硫比输入，所以可以得到一个4×4的模型;

分别对四个输入量进行100%负荷下阶跃变化，从而进行个输出的动态特性分析 ；

包括：

①给煤量阶跃变化时模型输出的动态响应；

②氧气量阶跃变化时模型输出的动态响应；

③水蒸汽量阶跃变化时模型输出的动态响应；

④排渣量阶跃变化时模型输出的动态响应；

根据以上的分析结果，开发出炉温控制功能块 、炉压控制功能块 、煤气热值控制功能块 、床料量控制功能块。