CN104748098A - 锅炉台数控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅炉台数控制系统，连接有分汽包和多个锅炉控制器，其中，台数控制系统采用压力变送器采集4-20mA信号,通过RS-485基于ModBus RTU标准协议发送控制指令及采集锅炉控制盘数据；台数控制系统通过控制锅炉的启停及燃烧负荷的大小来实现分汽包内蒸汽压力的稳定输出。上述锅炉台数控制系统能执行三位锅炉台数控制逻辑、比例锅炉台数控制逻辑和无扰切换控制逻辑。该系统通过分析分汽包的压力变化趋势计算负荷使用量的特点，提前通知锅炉以满足负荷使用量的变化，且对多台锅炉数据采集监视进行无扰时间轮换使锅炉寿命统一，减少了人力，提高了工作使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉台数控制系统，属于锅炉控制技术领域。
背景技术
目前，锅炉控制系统主语包括无台数控制系统和有台数控制系统，无台数控制系统中，燃油燃气锅炉单台吨位小(2-4T)且数量多(一般5-8台)，使用过程中每台锅炉根据自身锅炉出口压力启动停止锅炉，由于整个锅炉管网系统压力基本一致，管网压力发生变化导致多台锅炉同时启动、同时停止，造成启动停止频繁浪费能源。有台数控制系统中，台数控制系统主要解决多台锅炉同时启动、同时停止问题，使多台锅炉更合理的使用，避免能源浪费提高效率。目前燃油燃气蒸汽锅炉大量使用，且锅炉房内锅炉数量也往往是多台，而客户负荷使用情况也随时在变化，要开几台锅炉需要提前电话通知锅炉工手动操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉台数控制系统，通过分析管网或者分汽包的压力变化趋势计算负荷使用量的特点，提前通知锅炉以满足负荷使用量的变化，且对多台锅炉数据采集监视进行无扰时间轮换使锅炉寿命统一，减少人力提高使用效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种锅炉台数控制系统，连接有分汽包和多个锅炉控制器，其中，台数控制系统采用压力变送器采集4-20mA信号,通过RS-485基于ModBus RTU标准协议发送控制指令及采集锅炉控制盘数据；台数控制系统通过控制锅炉的启停及燃烧负荷的大小来实现分汽包内蒸汽压力的稳定输出。
进一步地，控制指令为启动或者停止或者待机；采集锅炉控制盘数据包括压力、温度和运行状态等数据。
上述锅炉台数控制系统能执行三位锅炉台数控制逻辑、比例锅炉台数控制逻辑和无扰切换控制逻辑，其中，
(1)三位锅炉台数控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和低燃台数设定值控制锅炉的燃烧台数和燃烧量，具体过程为：
分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求。无锅炉燃烧时，当分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数或燃烧量；有1台或以上锅炉燃烧时，如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t，系统再次增加锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，增加锅炉燃烧量时t为t1(可设定)，增加锅炉台数时t为t2(可设定)。通过改变t1和t2的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。
分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求。当分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统会减少锅炉燃烧台数或燃烧量；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统再次减少锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，减少锅炉燃烧量时t为t3(可设定)，减少锅炉台数时t为t4(可设定)。通过改变t3和t4的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。锅炉的状态变化跟低燃台数设定值有关，减少分汽包压力优先减少锅炉燃烧量(高燃到低燃)再减少锅炉燃烧台数，同时存在低燃锅炉台数不能大于低燃台数设定值。
其它控制功能：a.单台锅炉可通过上位机远程启停；b.系统第一次启动时，所有锅炉均暖炉启动，每隔5S启动一台锅炉；
(2)比例锅炉控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和最小燃烧量设定值控制锅炉的燃烧台数。具体过程为：
锅炉台数增加过程：分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求。无锅炉燃烧时，分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t1，系统再次增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t1的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t1的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。变化过程示意图如下：
锅炉台数减少过程：分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求。分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统再次减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t2的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t2的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。
分汽包压力介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，如果锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统再次减少锅炉燃烧台数。通过改变t3的数值可以控制锅炉系统的平均燃烧量。
其它控制功能：单台锅炉可通过上位机远程启停；系统第一次启动时，所有锅炉均暖炉启动，每隔5S启动一台锅炉；
(3)无扰切换控制逻辑：锅炉的启动顺序由优先顺序决定，优先顺序根据锅炉燃烧时间确定，燃烧时间短的锅炉优先启动。系统分为两种工作状态：单机，在单机工作模式下，所有的锅炉仅受锅炉控制盘控制其启停及燃烧量。联机，在联机工作模式下，所有的锅炉可受台数控制系统盘控制启停及燃烧量，可根据外围负荷的变化进行锅炉燃烧台数及燃烧量的控制。另外，在此模式下可设定某几台锅炉为单机。自动轮换功能：自动轮换功能是为了让各台锅炉的燃烧时间均一化，累计燃烧时间短的锅炉被优先设定燃烧的顺序。自动轮换方式选择有两种：a.启停轮换：启动、停止一次系统即可实现轮换(须人工手动操作)；b.定时轮换：系统根据设定时间自动停止系统，轮换后再重新启动。
此外，该锅炉台数控制系统中还具有以下功能：
(1)燃烧时间累计功能：将每台锅炉的燃烧时间进行累计并显示，可查看锅炉使用状态。
(2)监视锅炉：系统对每台锅炉的蒸汽压力、排烟温度、电导率、燃烧量实时监视。系统具备分汽包压力校正功能，当根据分汽包压力表进行校正时，可修改压力校正参数线性调节分汽包压力显示(此参数在上位机中设置)。
(3)压力曲线：采集分汽包压力数据并制作成历史曲线。
(4)水箱液位控制：系统可以采集水箱液位，根据其变化控制给水电磁阀通断，使水位稳定在某一范围内。要求外围可以提供4-20mA的水位信号，给水电磁阀的工作电压为AC220V。
(5)水箱温度控制：系统可以采集水箱温度，根据其变化控制加热电磁阀通断，使温度稳定在某一范围内。要求外围可以提供4-20mA的温度信号，加热电磁阀的工作电压为AC220V。
(6)报警功能：系统采集每台锅炉出现的故障信息并处理，发出声音报警并自动记录报警信息。具体报警信息如下：锅炉控制盘采集的E系列报警；分汽包压力上、下限报警；软水箱温度上、下限报警；软水箱液位上、下限报警；与锅炉控制盘通讯中断报警。以上报警发生时须自动弹出报警画面，提示用户解决相关问题。
(7)标准Modbus通讯：系统可提供标准Modbus通讯接口及协议。
(8)以太网通讯：系统可提供西门子S7-200系列以太网接口，热管理系统可以通过此接口访问数据。
该发明的有益效果在于：该系统通过分析分汽包的压力变化趋势计算负荷使用量的特点，提前通知锅炉以满足负荷使用量的变化，且对多台锅炉数据采集监视进行无扰时间轮换使锅炉寿命统一，减少了人力，提高了工作使用效率。
附图说明
图1是本发明实施例中所使用系统连接关系示意图。
图2是本发明实施例中主程序逻辑关系示意图。
图3是本发明实施例中工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
如图1所示的锅炉台数控制系统，连接有分汽包和多个锅炉控制器，其中，台数控制系统采用压力变送器采集4-20mA信号,通过RS-485基于ModBus RTU标准协议发送控制指令及采集锅炉控制盘数据；台数控制系统通过控制锅炉的启停及燃烧负荷的大小来实现分汽包内蒸汽压力的稳定输出，其具体流程如图2、图3所示。
其中，控制指令为启动或者停止或者待机；采集锅炉控制盘数据包括压力、温度和运行状态等数据。
上述锅炉台数控制系统能执行三位锅炉台数控制逻辑、比例锅炉台数控制逻辑和无扰切换控制逻辑，其中，
(1)三位锅炉台数控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和低燃台数设定值控制锅炉的燃烧台数和燃烧量，具体过程为：
分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求。无锅炉燃烧时，当分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数或燃烧量；有1台或以上锅炉燃烧时，如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t，系统再次增加锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，增加锅炉燃烧量时t为t1(可设定)，增加锅炉台数时t为t2(可设定)。通过改变t1和t2的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。
分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求。当分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统会减少锅炉燃烧台数或燃烧量；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统再次减少锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，减少锅炉燃烧量时t为t3(可设定)，减少锅炉台数时t为t4(可设定)。通过改变t3和t4的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。锅炉的状态变化跟低燃台数设定值有关，减少分汽包压力优先减少锅炉燃烧量(高燃到低燃)再减少锅炉燃烧台数，同时存在低燃锅炉台数不能大于低燃台数设定值。
其它控制功能：a.单台锅炉可通过上位机远程启停；b.系统第一次启动时，所有锅炉均暖炉启动，每隔5S启动一台锅炉；
(2)比例锅炉控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和最小燃烧量设定值控制锅炉的燃烧台数。具体过程为：
锅炉台数增加过程：分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求。无锅炉燃烧时，分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t1，系统再次增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t1的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t1的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。变化过程示意图如下：
锅炉台数减少过程：分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求。分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统再次减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状。时间t2的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t2的数值可以控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。
分汽包压力介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，如果锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统再次减少锅炉燃烧台数。通过改变t3的数值可以控制锅炉系统的平均燃烧量。
其它控制功能：单台锅炉可通过上位机远程启停；系统第一次启动时，所有锅炉均暖炉启动，每隔5S启动一台锅炉；
(3)无扰切换控制逻辑：锅炉的启动顺序由优先顺序决定，优先顺序根据锅炉燃烧时间确定，燃烧时间短的锅炉优先启动。系统分为两种工作状态：单机，在单机工作模式下，所有的锅炉仅受锅炉控制盘控制其启停及燃烧量。联机，在联机工作模式下，所有的锅炉可受台数控制系统盘控制启停及燃烧量，可根据外围负荷的变化进行锅炉燃烧台数及燃烧量的控制。另外，在此模式下可设定某几台锅炉为单机。自动轮换功能：自动轮换功能是为了让各台锅炉的燃烧时间均一化，累计燃烧时间短的锅炉被优先设定燃烧的顺序。自动轮换方式选择有两种：a.启停轮换：启动、停止一次系统即可实现轮换(须人工手动操作)；b.定时轮换：系统根据设定时间自动停止系统，轮换后再重新启动。
此外，该锅炉台数控制系统中还具有以下功能：
(1)燃烧时间累计功能：将每台锅炉的燃烧时间进行累计并显示，可查看锅炉使用状态。
(2)监视锅炉：系统对每台锅炉的蒸汽压力、排烟温度、电导率、燃烧量实时监视。系统具备分汽包压力校正功能，当根据分汽包压力表进行校正时，可修改压力校正参数线性调节分汽包压力显示(此参数在上位机中设置)。
(3)压力曲线：采集分汽包压力数据并制作成历史曲线。
(4)水箱液位控制：系统可以采集水箱液位，根据其变化控制给水电磁阀通断，使水位稳定在某一范围内。要求外围可以提供4-20mA的水位信号，给水电磁阀的工作电压为AC220V。
(5)水箱温度控制：系统可以采集水箱温度，根据其变化控制加热电磁阀通断，使温度稳定在某一范围内。要求外围可以提供4-20mA的温度信号，加热电磁阀的工作电压为AC220V。
(6)报警功能：系统采集每台锅炉出现的故障信息并处理，发出声音报警并自动记录报警信息。具体报警信息如下：锅炉控制盘采集的E系列报警；分汽包压力上、下限报警；软水箱温度上、下限报警；软水箱液位上、下限报警；与锅炉控制盘通讯中断报警。以上报警发生时须自动弹出报警画面，提示用户解决相关问题。
(7)标准Modbus通讯：系统可提供标准Modbus通讯接口及协议。
(8)以太网通讯：系统可提供西门子S7-200系列以太网接口，热管理系统可以通过此接口访问数据。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种锅炉台数控制系统，连接有分汽包和多个锅炉控制器，其特征在于：所述台数控制系统采用压力变送器采集4-20mA信号,通过RS-485基于ModBusRTU标准协议发送控制指令及采集锅炉控制盘数据；台数控制系统通过控制锅炉的启停及燃烧负荷的大小来实现分汽包内蒸汽压力的稳定输出；所述控制指令为启动或者停止或者待机；采集锅炉控制盘数据包括压力、温度和运行状态数据；所述锅炉台数控制系统能执行三位锅炉台数控制逻辑、比例锅炉台数控制逻辑和无扰切换控制逻辑。
2.根据权利要求1所述的锅炉台数控制系统，其特征在于：所述三位锅炉台数控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和低燃台数设定值控制锅炉的燃烧台数和燃烧量，具体过程为：
分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求：无锅炉燃烧时，当分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数或燃烧量；有1台或以上锅炉燃烧时，如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t，系统再次增加锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状；时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，增加锅炉燃烧量时t为t1，增加锅炉台数时t为t2；通过改变t1和t2的数值控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度；
分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数或燃烧量以满足客户负荷需求：当分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统会减少锅炉燃烧台数或燃烧量；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t，系统再次减少锅炉燃烧台数和燃烧量；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状；时间t的长短根据锅炉的变化状态来决定的，减少锅炉燃烧量时t为t3，减少锅炉台数时t为t4；通过改变t3和t4的数值控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度。
3.根据权利要求1所述的锅炉台数控制系统，其特征在于：所述比例锅炉控制逻辑是根据分汽包压力、分汽包压力上限设定值、分汽包压力下限设定值和最小燃烧量设定值控制锅炉的燃烧台数；具体过程为：
锅炉台数增加过程：分汽包压力低于分汽包压力下限设定值时，需要增加锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求；无锅炉燃烧时，分汽包压力低于分汽包压力上限设定值时，系统会立即增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍低于分汽包压力下限设定值并持续一定时间t1，系统再次增加锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状；时间t1的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t1的数值控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度；
锅炉台数减少过程：分汽包压力高于分汽包压力上限设定值时，需要减少锅炉燃烧台数以满足客户负荷需求；分汽包压力高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍高于分汽包压力上限设定值并持续一定时间t2，系统再次减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力在分汽包压力设定值范围内，系统将保持现状；时间t2的长短根据锅炉的变化状态来决定的，通过改变t2的数值控制锅炉的启动频率和响应负荷变化的速度；
分汽包压力介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，如果锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统会减少锅炉燃烧台数；如果分汽包压力仍介于分汽包压力上限设定值和分汽包压力下限设定值之间时，锅炉系统的平均燃烧量低于最小燃烧量设定值并持续一定时间t3,系统再次减少锅炉燃烧台数；通过改变t3的数值控制锅炉系统的平均燃烧量。
4.根据权利要求1所述的锅炉台数控制系统，其特征在于：所述无扰切换控制逻辑为，锅炉的启动顺序由优先顺序决定，优先顺序根据锅炉燃烧时间确定，燃烧时间短的锅炉优先启动；系统分为两种工作状态：单机，在单机工作模式下，所有的锅炉仅受锅炉控制盘控制其启停及燃烧量；联机，在联机工作模式下，所有的锅炉可受台数控制系统盘控制启停及燃烧量，可根据外围负荷的变化进行锅炉燃烧台数及燃烧量的控制。
5.根据权利要求1所述的锅炉台数控制系统，其特征在于：所述锅炉台数控制系统中还具有以下功能：
(1)燃烧时间累计功能：将每台锅炉的燃烧时间进行累计并显示，可查看锅炉使用状态；
(2)监视锅炉：系统对每台锅炉的蒸汽压力、排烟温度、电导率、燃烧量实时监视；系统具备分汽包压力校正功能，当根据分汽包压力表进行校正时，可修改压力校正参数线性调节分汽包压力显示；
(3)压力曲线：采集分汽包压力数据并制作成历史曲线；
(4)水箱液位控制：系统采集水箱液位，根据其变化控制给水电磁阀通断，使水位稳定在某一范围内；
(5)水箱温度控制：系统采集水箱温度，根据其变化控制加热电磁阀通断，使温度稳定在某一范围内；
(6)报警功能：系统采集每台锅炉出现的故障信息并处理，发出声音报警并自动记录报警信息；具体报警信息如下：锅炉控制盘采集的E系列报警；分汽包压力上、下限报警；软水箱温度上、下限报警；软水箱液位上、下限报警；与锅炉控制盘通讯中断报警；以上报警发生时须自动弹出报警画面，提示用户解决相关问题；
(7)标准Modbus通讯：系统可提供标准Modbus通讯接口及协议；
(8)以太网通讯：系统可提供西门子S7-200系列以太网接口，热管理系统通过此接口访问数据。
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