[发明专利]一种燃气锅炉温度控制方法

权利要求书

1.一种燃气锅炉温度控制方法，其特征在于，其步骤包括：

一、建立数学模型

(1)燃气锅炉燃烧器功率调节原理

在其它条件不变的情况下，燃气流量与燃气阀门开度的关系可以表示为：

燃气流量＝系数*燃气阀门开度

即可以通过调节燃气阀的开度大小来调节燃烧器的输出功率的大小；

(2)根据燃气锅炉燃烧器功率调节原理建立温度控制模型

a定义参数

T-----计时器，单位为秒；

T0-----目标温度℃；

Tx1～Tx10----实时温度采集值；

Tx-----实时温度采集值的平均值，即Tx＝(Tx1+Tx2+…Tx10)/10；

Tma----温度上限；

Tmn----温度下限；

KR2-----燃气阀最大开度，初始值为90；

KR1-----燃气阀最小开度，初始值为5；

KRx----实时燃气阀开度，范围为0～100；

KFx----实时风门阀开度，范围为0～100；

KRg----燃气阀开度给定值，初始值为0，范围为0～100；

KFg-----风门阀开度给定值，初始值为50，范围为0～100；

Krf-----燃气调节阀开度与风门调节阀开度的比例系数，初始值为1.0，范围为0.1～1.9，燃气阀与风门都是蝶阀时，Krf是个常数，其它阀Krf是变数，通过试验测得的数据查表获取Krf；

D----响应时间，范围为30～900秒；

H----调整幅度，范围为大于1整数；

Hs---微调升温速率，范围为1～2之间的正数；

Hw---升温速率，范围为0.1～0.99之间的正数；

b建模

在设定一个目标温度T0后，燃气阀开度开到最大，即系统开始持续大火，即大功率输出，持续升温过程；当采集到的实时温度Tx接近目标温度T0，即(T0-Tx)＝H时，开始降低输出功率；

即随着(T0-Tx)逐步减小，同步减小燃气阀开度，缓慢接近目标温度T0；当(T0-Tx)小于系统允许的精度时，保持燃气阀开度，说明到了保温阶段；

出现二种情况：

一种是：虽然到目标温度后保持小火输出，仍过冲，说明升温速度太快，需调整升温速率；

另一种是：一直不能到达系统目标温度，说明升温速度太慢了，需调整升温速率；

调整升温速率仍不能稳定在目标温度时，需要重新设置参数H；

由此得出，最直观的算法如下：

燃气阀开度给定值KRg＝燃气阀最大开度*升温速率*温差比例；

即得出，数学模型1：KRg＝KR2*Hw*(T0-Tx)/H

但这里的Hw的范围应改为小于1的正数了,0.1～0.99；数值越大阀门开度越大,升温越快；H的定义不变；

基于数学模型1,可以得到阀门开度与(T0-Tx)的关系；

从中可以看出问题：

尽管可以调整H和升温速率Hw，也只能改变这条斜线的斜率，其原点始终是零，即当(T0-Tx)＝0时，计算出阀门开度为零，即阀门处于关闭状态；

那就只能在(T0-Tx)接近或等于0时，即算出的阀门开度小于阀门初始设定的最小开度值时，强制为最小开度值；这两种情况都会造成温度波动大，系统始终波动，很难稳定在目标值上，更难于到达系统精度要求，实施过程调整控制流程也不能改变数学模型1的特性；

为达到较稳定地控制温度的目的，用(H-(T0-Tx))同样可以表达出温度控制的原理，随着实时采集的温度Tx接近目标值T0的变化过程，只不过(H-(T0-Tx))由小到大，(T0-Tx)/H是由大到小；

因此建立新的数学模型：

数学模型2：KRg＝KR2/(Hs+H-(T0-Tx))；

H仍然是调整幅度，同时对升温速率影响较大；Hs是微调升温速率；

粗略估计出三个设定值D、H、Hs后，在系统运行过程中，通过程序来自动调整H和Hs值，进一步优化这两个参数，使系统尽快稳定在目标值上；

数学模型2为燃气锅炉温度控制方法最终确认的数学模型；

二、模型实施

(1)参数设置重新定义

D----响应时间，范围为30～600秒，如在升温段估算升温0.5度需要的时间，这样控制精度可以提高；负荷越大升降温速度越慢；

H----调整幅度，范围为1～9的整数，根据炉子实际负荷确定，负荷越大降温越快升温越慢，需要功率大，数值越小；

Hs----微调升温速率，范围为1.1～1.9；数值越小升温越快；降温速度由锅炉决定，在这里不用考虑；

Cg-----中间值，阶段标志，初始值为0，0为升温段，1为到达，2为过冲了；

Cw-----中间值，未到达过目标计数，初始值为0；

Cwg----中间值，初值为1，范围为1～9；过冲时计数，因为在高温时，热容大，不但升温慢降温速度也慢；

Cwm----中间值，是Cw的最大值，计算得出温度从Tx到T0需要经过多少次D调节周期，再乘个系数1.5倍，超过这个值表示长时不能到目标温度；

这个参数的设置是为了防止由于D、H、Hs三个参数设置不当，造成系统长时间不能到达目标值，无限期等待；

Cwm＝(D/60)*1.5*H；取整数；

精度说明:用(T0/Tx)表示，在这里为达到1％的控制精度要求，(T0/Tx)应控制在0.98～1.01范围内，可根据目标温度和精度要求调整；

(2)具体实施

①自动循环显示、安全检测和报警处理；

Cwm＝(D/60)*1.5*H；

当Tx-Tma＝0时，KRg＝KR1；KFg＝Krf*KRg，超高温报警；跳转到①；

当Tx-Tmn＝0且Cg＝1时，则KRg＝KR2；KFg＝Krf*KRg，超低温报警；跳转到①；

当TD时跳转到①；

②当(T0-Tx)H，KRg＝KR2保持大火；KFg＝Krf*KRg跳转到①；

③当(T0/Tx)1.01，跳转到⑦；

④当(T0/Tx)0.98且Cg＝0时，则Cg＝1；刚到目标值，保持开度；跳转到①；

当(T0/Tx)0.98且Cg＝1时，则已在目标值，保持当前开度；跳转到①；

当(T0/Tx)0.98且Cg＝2时，则Cg＝1；回到目标值，保持开度；跳转到①；

⑤温度已过冲，则Cg＝2且Cwg＝Cwg+1；

当Cwg3时则Cwg＝1且Hs＝Hs+0.1；当Hs1.9时，则Hs＝1.1且H＝H+1；

当H9时则H＝9；

⑥跳转到⑨；

⑦在调节段，当Cg＝0时则Cw＝Cw+1；

⑧当CwCwm时则Cw＝0且Hs＝Hs-0.1；当Hs＝1.0时则Hs＝1.1且H＝H-1；当H＝0时则H＝1；说明长时间不能升到目标值；

⑨这时燃气阀开度给定值KRg＝KR2/(Hs+H-(T0-Tx))；KFg＝Krf*KRg；跳转到①；

在实际应用中，在人工设置合适的H后，考虑到过冲值不应很大，在控制流程中也可以去掉过冲段自动调整H，只自动调整Hs，有时也需要调整Cwg的最大限值，不会产生大幅上下波动，系统能很快稳定；

改动如下:

⑤温度已过冲，则Cg＝2且Cwg＝Cwg+1；

当Cwg2时，则Cwg＝1且Hs＝Hs+0.1；当Hs1.9时，则Hs＝1.1。