CN106337966A - 工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法，所述检测控制器包括多通道比例控制器、电动调节阀、上限阈值比较器、下限阈值比较器、延迟器一、延时器二、或逻辑门、PLC/DCS控制器、DO模块、AI输入模块和AO输出模块，在煤粉燃烧过程中，当调节阀门的控制值和反馈值之间的误差值超出最大允许的上限值和下限值时通过阙值比较器，启动计时报警控制，经历的时间为误差超限时长。如果误差超限时长超出预设的正常的输入响应时间，延时器输出的逻辑信号将驱动PLC或DCS的中间继电器，发出程序报警和燃烧中断信号。与常规的PCB线路板分列元件构成的阀门定位专用控制器相比，具有成本低廉、组态灵活、工艺适应性广、抗干扰能力强的显著特点。

Description

工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法

技术领域

本发明涉及一种工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法，用于工业煤粉锅炉炉膛安全检测系统（FSSS）中燃烧管理系统(BMS)的燃烧器阀门位置检测。

背景技术

煤粉工业锅炉规模庞大、工艺过程复杂、设备协调性控制要求高、为了保证高效煤粉锅炉及供热系统的安全性、可靠性和经济性，提高煤粉锅炉及其供热系统的自动化水平就显得非常重要。

煤粉工业锅炉控制系统具有控制对象种类多、规模庞大、工艺过程复杂、设备协调控制要求高、安全性能要求高的特点。

其中，燃烧工艺过程中的调节阀门的控制精度是影响燃烧过程空燃比例精度和燃烧过程安全的一个重要因素。当空燃比例控制系统对相关阀门的控制超出控制预期时，轻则会对燃烧的充分性和经济性产生不良影响，重则会因为空燃比例控制失效而导致爆燃、爆炸等炉膛安全事故。

这一问题目前在国内工业煤粉锅炉测控系统的炉膛安全监测系统（FSSS）中并没有得到普遍重视。

针对煤粉燃烧工艺过程的空燃比例异常可能引发爆燃或爆炸的危险特性，采取合理有效的控制手段对阀门调节的有效性进行测量,并对调节异常进行自动干预、停炉保护,这对提高煤粉锅炉运行的炉膛安全性能有着深远的现实意义，是工业煤粉锅炉炉膛安全监测系统（FSSS ）中燃烧管理系统(BMS)的一种重要的功能模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种适用于高效煤粉工业锅炉和燃油燃气工业锅炉的燃烧控制系统的阀门位置调节异常的检测控制器的实现方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法，所述检测控制器包括PLC/DCS控制器、DO模块、AI输入模块和AO输出模块，所述PLC/DCS控制器包括多通道比例控制器、上限阈值比较器、下限阈值比较器、延时器一、延时器二和或逻辑门，其中多通道比例控制器的输出与被检测的电动调节阀的输入相连，电动调节阀的输出分别作为上限阈值比较器、下限阈值比较器的输入，上限阈值比较器和下限阈值比较器的输出分别与延时器一、延时器二的输出相连，延时器一和延时器二的输出端分别接到或逻辑门的两个输入端，所述方法包括以下步骤：

步骤一：多通道比例控制器接受来自外部燃烧比例控制器的输出信号，经过D/A转换，以4-~20m A电流形式将信号通过AO模块传送到电动调节阀的控制器上；

步骤二：电动调节阀的控制器将根据多通道比例控制器的输出信号调节阀门的开度，将开度位置以4-~20m A电流形式反馈并以电缆连接方式将反馈信号通过AI输入模块传送到PLC/DCS控制器的模拟量输入通道上；

步骤三：上限阈值比较器和下限阈值比较器将根据燃烧比例控制器的输出信号和电动调节阀输出的反馈信号自动进行偏差运算和阙值比较；

（1）当反馈信号超出控制值达到上限时，触发延迟接通延时器一工作，当信号持续时间达到预设时间时，控制器输出阀位反馈位置偏高信号；

（2）当反馈信号低于控制值超出下限时，触发延迟接通延时器二工作，当信号持续时间达到预设时间时，控制器输出阀位反馈位置偏低信号；

步骤四：阀位反馈位置偏高和阀位反馈位置偏低信号经过或运算，生成阀门位置反馈异常信号，并以此信号去触发主燃料关断系统，输出关断信号，关断燃烧条件回路，停止燃烧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

由于本发明是通过程序功能块的方式实现上述控制功能的，与常规的PCB线路板分列元件构成的阀门定位专用控制器相比，具有成本低廉、组态灵活、工艺适应性广、抗干扰能力强的显著特点。

附图说明

图1为本发明中阀门位置控制器的系统结构简图。

图2为本发明中阀门位置控制器的控制原理简图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1，2所示，本实施例中的一种工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法，所述检测控制器包括多通道比例控制器、电动调节阀、上限阈值比较器、下限阈值比较器、延迟器一、延时器二、或逻辑门、PLC/DCS控制器、DO模块、AI输入模块和AO输出模块，在煤粉燃烧过程中，当调节阀门的控制值和反馈值之间的误差值超出最大允许的上限值和下限值时通过阙值比较器，启动计时报警控制，经历的时间为误差超限时长。如果误差超限时长超出预设的正常的输入响应时间，延时器输出的逻辑信号将驱动PLC或DCS的中间继电器，发出程序报警和燃烧中断信号。其中：

（1）多通道比例控制器

用于转换和发送燃烧调节系统发出的空气和燃料量调节信号。首先将燃烧调节系统发出的数字信号进行A/D转换，通过图1的AO模块将数字量信号转换为4~20mA 模拟量信号；其次以电缆连接方式将这一信号传送到电动调节阀的驱动器，驱动阀杆运动，调节空气量和燃料量的大小。当采用煤粉作为燃料时，燃料量调节信号将驱动给料螺旋和星型卸料阀。（为了便于说明统一称为燃料体调节阀门）

（2）电动调节阀

作为多通道比例控制器的执行器用于调节阀门位置的实际开度和星形卸料阀的转速（为了简化说明，统一称为燃料调节阀门开度）,并提供实际开度(转速)的模拟量反馈信号（4~20mA），通过电缆连接方式传输到图1的AI模块上。

（3）上限阈值比较器

当燃烧比例控制器发出阀门通道开度指令时，该比较器用于比较阀门开度反馈量(0~100%)和阀门位置反馈量（0~100%）允许的上限值。当阀门位置反馈值高于允许的最高上限值时，比较器1输出为正逻辑。

（4）下限阈值比较器

当燃烧比例控制器发出阀门通道开度指令时，该比较器用于比较阀门开度反馈量(0~100%)和阀门位置反馈量（0~100%）允许的下限值。当阀门位置反馈值低于允许的最低下限值时，比较器2输出为正逻辑。

（5）延时器一

“超出上限信号”这一信号作用于触发延时器一，延时一般不允许超出3秒。以3秒为例，当“超出上限”信号持续时间超过3秒，则延时器一向或逻辑门输入端输入正逻辑输入信号。阀门反馈位置偏高信号是延时器一的输出信号，用作或逻辑门的输入信号。

（6）延时器二

“超出下限信号”这一信号作用于触发延时器二，延时一般不允许超出3秒。以3秒为例，当“超出下限”信号持续时间超过3秒。向或逻辑门输入端输入正逻辑输入信号。阀门反馈位置偏低信号，是延时器二的输出信号。用作或逻辑门的输入信号。

（7）或逻辑门，无论是“风门位置反馈偏高”，还是“风门位置反馈偏低”只要发生，通过或运算，就输出故障信号“阀门位置反馈故障”信号，阀门位置反馈故障，作为本发明所述的控制器的输出，用于炉膛安全监控系统（FSSS）主燃料切断程序(MFT)，当其输出为1，锅炉控制系统中断燃烧，启动后吹扫和其他停炉保护程序。

此外，信号“阀门反馈位置偏高信号”和“阀门反馈位置偏低信号”还用于触发字符串显示窗口，根据相应的报警信号，在人机界面上显示相应的故障信息。

由于文本显示和报警不涉及本发明的核心内容，不在此赘述。

举例说明实现过程：以二次风门的阀门定位控制为例说明

1 ）假设当前的负荷控制输出比例为100%，对应的二次风门的开度要求为75%，此时，多通道控制器控制二次风门的开度的电流输出值为i=4+16*75%=16mA 。这个电流信号通过电缆连接到电动（气动）调节阀门上的执行器的控制信号输入端上，为阀门定位提供开度控制信号。

2）控制器输出的16mA 电流通过电缆连接的方式传输给调节阀门的执行器上，此时，阀门定位器将根据输入开度控制电流信号的大小去驱动阀门开启或关闭，理论上阀门的开度值是75%；同时，阀门定位器开度的位置反馈电流信号，通过电缆连接方式，送入二次风阀门定位控制的位置反馈信号接入点，也应为16m A。

3）实际上，例如定位器误差、阀门卡滞、仪表供气等因素的影响，阀门实际开度反馈值和控制器给定值之间可能会产生一定的偏差，一般燃烧器的阀门精度为+-1%。如果在调节过程中，燃烧器阀门调节误差超出允许的误差情况如下：

(1)如果风门实际开度小于给定值，会导致燃烧不充分，严重时积焦积碳，并导致炉膛压力波动，影响燃烧的稳定性和充分性，甚至产生可燃气体堆积，爆燃。

(2)如果风门实际开度大于给定给定值，会导致过量空气系数增加，排烟热损失增加。严重时，甚至会因为空气过剩，导致异常熄火，影响炉膛的安全。

4）为了预防事故发生，通过阀门给定值和反馈值偏差的计算和超出偏差的时间测定，对上述情况进行早期预警处理，实施主动预防性的停炉吹扫，在保证安全的同时，通过人机界面对操作和维护人员进行信息提示。一般来说，目前燃烧设备上调节阀门开度的允许误差在±1.5%内。

（1）当阀门位置开度反馈信号与设定值的偏差大于1.5%，比较器1输出为1，触发延时继电器1，当比较1输出为1的持续时间超出延时继电器的设定值时（一般设为3s）,输出风门位置反馈值偏高

（2）当阀门位置开度反馈信号与设定值的偏差小于-1.5%，比较器2输出为1，触发延时继电器2，当比较器2输出为1的持续时间超出延时继电器的设定值时（一般设为3s）,输出风门位置反馈值偏低。

（3）风门位置偏高和风门位置偏低信号与其他报警停炉检测信号一起经过或运算，输出为1时，触发报警停炉信号。

以上描述以助燃空气一路通道为例，详细说明了阀门位置控制误差的检测和偏差计算及控制的机理。这一实现方法同样使用于其他燃烧相关的调节阀门的反馈误差控制和保护。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工业煤粉锅炉阀门位置调节异常检测控制器的实现方法，其特征在于：所述检测控制器包括PLC/DCS控制器、DO模块、AI输入模块和AO输出模块，所述PLC/DCS控制器包括多通道比例控制器、上限阈值比较器、下限阈值比较器、延时器一、延时器二和或逻辑门，其中多通道比例控制器的输入与被检测的电动调节阀的输入相连，电动调节阀的输出分别与上限阈值比较器、下限阈值比较器的输入相连，上限阈值比较器和下限阈值比较器的输出分别与延时器一、延时器二的输出相连，延时器一和延时器二的输出端分别接到或逻辑门的两个输入端，所述方法包括以下步骤：

步骤一：多通道比例控制器接受来自外部燃烧比例控制器的输出信号，经过D/A转换，以4-~20m A电流形式将信号通过AO模块传送到电动调节阀的控制器上；

步骤二：电动调节阀的控制器将根据多通道比例控制器的输出信号调节阀门的开度，将开度位置以4-~20m A电流形式反馈并以电缆连接方式将反馈信号通过AI输入模块传送到PLC/DCS控制器的模拟量输入通道上；

步骤三：上限阈值比较器和下限阈值比较器将根据燃烧比例控制器的输出信号和电动调节阀输出的反馈信号自动进行偏差运算和阙值比较；

（1）当反馈信号超出控制值达到上限时，触发延迟接通延时器一工作，当信号持续时间达到预设时间时，控制器输出阀位反馈位置偏高信号；

（2）当反馈信号低于控制值超出下限时，触发延迟接通延时器二工作，当信号持续时间达到预设时间时，控制器输出阀位反馈位置偏低信号；

步骤四：阀位反馈位置偏高和阀位反馈位置偏低信号经过或运算，生成阀门位置反馈异常信号，并以此信号去触发主燃料关断系统，输出关断信号，关断燃烧条件回路，停止燃烧。