[发明专利]锅炉的优化控制装置

说明书

本发明涉及一种锅炉设备的控制装置，确切地说，涉及一种用微型计算机及其他机电一体化系列元器件实现的锅炉优化控制装置，属于非电变量的控制或调节装置技术领域。

用水泵给水送入锅炉并在炉膛中吸取燃料释放的热量成为高温高压的蒸汽送出锅炉供应用的工业锅炉在冶金、机械、化工、发电、石油、纺织等许多行业中广泛应用已有很长时间，对锅炉实行自动化的技术也甚多，但是出于安全节能等方面的综合考虑，常规的现有自动化技术往往不能达到比较理想的程度，尤其是一种特殊用途的锅炉，传统的常规自动化技术更是难以实现变工况控制。例如，用于在油田开采稠油的热采锅炉，它输出的是非饱和状态的湿蒸汽，蒸汽的温度、压力、干度三者的关系均与水蒸汽的热焓有关，它牵涉到水蒸汽的状态参数关系，其函数关系极为复杂，反映到生产上是其工作条件相当复杂，高温湿蒸汽的工况很难掌握。而目前常规的自动化只能作定工况调定，无法实现变工况控制以满足生产和节能需要。

本发明的目的是提供一种采用机电一体化标准系列装备构成的锅炉优化控制装置，从而取消各种控制锅炉运行的自动化硬件布线逻辑电路，提高工作可靠性和实行最优化控制。

本发明的硬件配置如图1所示：它是由敏感元件组（用方框表示，框内分母为I）、执行元件组（用方框表示，框内分母为O）、接口介面箱8、通信转换器9和微型计算机10组成的，其中敏感元件和执行元件都分别安装在锅炉1及其辅助设备（给水泵2、风机3、燃料调节阀4、液位计5、蒸汽出口阀6、烟气出口阀7）的相应位置上，并由电缆将其与插入接口介面箱8里的工业控制器（或称接口介面）上的各自输入/输出适配模块相连通。敏感元件组包括有锅炉液面采集单元WH、WL，排烟气温度采集单元TA，蒸汽出口温度采集单元TS，蒸汽压力采集单元PS，蒸汽流量采集单元QS，给水流量采集单元QW，送风流量采集单元CA等。执行元件组包括有控制给水泵转速的单元CW，控制风机送风量的单元CA，控制燃料调节阀的单元CF和控制蒸汽出口阀的单元CV。接口介面箱8里装有一块模拟量接口介面和一块数字量接口介面，介面箱通过两对双芯电缆与通信转换器9（AC7板）相连，籍此与控制中心的微型计算机10联接。通信转换器9把它与微机的RS-232C通信控制式转换成RS422通信制式与接口介面箱连通。

本发明采用机电一体化标准系列装备构成，以信息系统为基础的数据处理软件进行实时控制，从而取得以下改进效果：首先是取消了各种控制锅炉的自动化硬逻辑回路，大大提高了工作的可靠性和应变能力。由于采用信息技术、软件控制来取代常规的布线逻辑控制，极大地拓宽了控制的灵活和适应能力，无论多么复杂的参数都能进行控制。本发明通过对数据进行实时最优化处理，使各个执行元件的动作尽可能地向设定的最佳工况条件靠拢，使风机的供风量、水泵的给水和燃料的供给达到最佳匹配，实现最优化控制，从而实现高效、节能的综合生产指标，能使锅炉处在较好的变工况状态下运行，这也是至今为止国内外的锅炉控制设备都未能很好解决的技术难题。

本发明的工作原理与普通微机的工业过程控制相同：即由敏感单元采集各种锅炉生产的工艺参数通过电缆送至锅炉近旁的接口介面箱里的适配模块，由接口介面箱把这些参数转换成计算机能接收的信号而向其输入进去，由计算机实时采集并优化处理整个锅炉装置的各个参数，并根据设定的最佳工况进行比较、处理，就得到了控制各个执行机构或元件的动作参数，使给水泵、风机和燃料补给与蒸汽的输出处于最佳匹配关系，高效节能生产蒸汽满足工业需要。

本发明的微机可以使用各种通用型的商用微机，在微机的内存中建立了如下的数学关系：

CF＝f（PS、TS、TA）（饱和蒸汽）

或：CF＝f（PS、TS、TA、QS、QW）（非饱和蒸汽）

CA＝f（CF），和CW＝f（WH）

从上述数学关系式可以看出锅炉生产的各工艺参数之间存在着复杂的多元函数关系，是采用常规的自动化仪表无法解决其处在各种变工况的复杂条件下的最佳运行工艺的，但在本发明的控制软件中可以很方便地引入以上各个函数关系式进行综合考虑、处理和优化，从而可以控制各项参数的优化匹配，实现最优化控制，达到高效节能的设计目标。微机与介面箱之间通过通信转换器（AC7板）接续，两者最远距离可达5000英尺，所以介面箱就地装于锅炉近旁，计算机则可安装在控制室内。接口介面箱可以使用内装OPT  022系列或类似标准的控制介面（工业控制器）的通用产品。在OPT  022系列的介面箱中装有一个PB16H+B1的数字量控制介面和一个PB16AH+B2的模拟量控制介面。各个敏感元件和执行元件及其对应的适配模块均为机电一体化标准装备的组成单元，也是目前市场上可以选购的通用标准产品，这些都为本发明的实施提供了良好的硬件物质条件。