CN111425857A - 一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制方法，包括相配合的阀门管路系统（1）、电气控制系统（2）和上位机管理系统（3），电气控制系统（2）的PLC（21）和现场子站（23）对阀门管路系统（1）中的设备数据进行采集和处理，并通过以太网与上位机管理系统（3）进行数据交换，进行阀体泄漏检测和线性检测，自动生产诊断报告，分析单体元器件的故障率。本发明的优点是及时分析与了解蓄热式燃烧系统的使用工况，精确判断故障位置，提前制定好维护和保养计划，提高故障诊断的响应速率，缩短了检修维护的周期，保证了设备的开机率，提高了生产效率和能源用利用率。

Description

一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置及方法

技术领域

本发明涉及熔铝炉蓄热式燃烧控制技术领域，尤其是一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置及方法。

背景技术

熔铝炉的蓄热式烧嘴燃烧系统是一种将炉膛内烟气排放的余热通过蓄热体回收、再次预热烧嘴助燃风的节能燃烧系统，其烧嘴的燃烧工况好坏，更多是取决于燃烧管路系统中阀件的泄漏量大小和调节阀件的线性度。这些问题在生产过程中出现时通常是不易发现的，需要工程师通过定期人工检查的方式来发现和优化系统。

因此，这样的生产维护方式存在以下三个方面的缺点：

（1）燃烧系统优化与保养的及时性不够；

（2）能源损耗无法预估；

（3）备品备件缺乏针对性。

这些缺陷给生产的开机率和能源利用率带来了一定的不良影响。

发明内容

本发明目的就是为了解决现有蓄热式燃烧系统中优化保养不及时、针对性差、开机率和能源利用率低的问题，提供了一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，可以提高故障诊断的响应速率，定期保养优化、针对性强，且能够提高设备生产效率，达到节能的效果。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，包括依次相连的阀门管路系统、电气控制系统和上位机管理系统。

阀门管路系统包括一对烧嘴、一对烧嘴蓄热箱、一个助燃风机、一个排烟风机和一个天然气源，助燃风机连接一个助燃主管道，助燃主管道上依次连有一个助燃压力开关、一个助燃压力表、一个助燃温度检测器和一个助燃风调节阀，助燃主管道的一端连接两条并联的助燃分管道，每条助燃分管道上均连有一个助燃风换向阀，且每条助燃分管道分别连接一个烧嘴管道，每个烧嘴管道与一个烧嘴相连，且每个烧嘴管道上依次连有一个助燃风孔板流量计和一个烧嘴蓄热箱，位于烧嘴蓄热箱两侧进出口的烧嘴管道上分别设有一个温度传感器和一个气体差压检测传感器，以用于检测烧嘴蓄热箱的差压和气体温度；

排烟风机上并联一个排烟压力开关，且排烟风机与一条排烟主管道相连，排烟主管道上依次连有一个排烟出口压力表、一个排烟调节阀、一个主排烟孔板流量计和一个排烟温度检测器，排烟主管道的一端连接两条并联的排烟分管道，每条排烟分管道上均连有一个排烟换向阀，且每条排烟分管道分别与对应的烧嘴管道相连；

天然气源连接一个天然气主管道，天然气主管道上依次连有一个天然气总管手阀、一对天然气总管电磁阀、一个天然气孔板流量计和一个天然气调节阀，天然气主管道的一端连接两条并联的天然气分管道，每条天然气分管道分别与对应的烧嘴相连，且其上均连有一个嘴前切断阀。

电气控制系统包括PLC、触摸屏和PLC的I/O现场子站，所述阀门管路系统通过Modbus协议与PLC相连，电气控制系统再通过以太网与上位机管理系统进行数据交换。

进一步地，所述助燃压力表与助燃主管道之间设有一个助燃压力手阀。

进一步地，所述排烟出口压力表与排烟主管道之间设有一个排烟压力手阀。

进一步地，现场子站采集的现场传感器信号通过profinet总线上传给PLC。

进一步地，所述天然气源的热值为8400kcal/nm³，供气压力为1~2bar，最大流量为600 nm³/hr。

本发明所用电气控制系统以PLC为控制核心，采用分布式I/O现场子站采集现场传感器信号，处理设备的逻辑控制与运算；上位机管理系统通过以太网与电气控制系统进行数据交换，监控和操作各个单体设备，不仅作为设备运行和操作的人机界面，也作为设备的管理系统，输出设备自诊断的报告结果。

为了进一步地完成本发明的目的，还提供了一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制方法，具体步骤如下，包括：

（1）烧嘴的燃烧：助燃风机将助燃风鼓入助燃风主管道内，并通过助燃风调节阀调节其风量，而后进入助燃风分管道内，此时助燃风换向阀开启、排烟换向阀关闭，助燃风通入烧嘴管道中，经过烧嘴蓄热箱预热后与来自天然气分管道的天然气混合燃烧；

（2）烧嘴的排烟：烧嘴排烟时，高温烟气先经过烧嘴管道上的烧嘴蓄热箱蓄热，而后进入排烟分管道内，此时助燃风换向阀关闭、排烟换向阀开启，烟气通过排烟换向阀进入排烟主管道内，并由排烟调节阀控制排烟流量，最后通过排烟风机排出，烧嘴的燃烧和排烟工作模式交替运行，并通过蓄热箱前端的排烟换向阀和助燃风换向阀的开关实现；

（3）信号的采集与处理：管道中所有阀门、流量计、传感器、风机变频器和电量表通过Modbus协议连接到电气控制系统中的核心PLC，并由现场子站的I/O模块进行信号处理；

（4）自诊断操作：电气控制系统将采集和处理的数据通过以太网与上位机管理系统进行数据交换，通过分析数据完成阀件泄漏检测和阀件线性检测的自诊断操作；

（5）自诊断查询：针对智能化自诊断操作的结果，生成图文报表报告，用户可以对设备的检查结果以报告的方式进行查看，其报告结果以三大块为主，即阀件线性报表、阀件泄漏报表、阀件故障报表。

进一步地，所述步骤（4）中，阀件泄漏检测和阀件线性检测主要包括排烟换向阀泄漏检测、助燃风换向阀泄漏检测、助燃风调节阀线性检测和天然气调节阀线性检测。

进一步地，所述步骤（5）中，自诊断报告可以采用曲线、表格、饼状图以及文字说明的形式自动生成。

本发明的技术方案中，以自动化控制为基础，结合蓄热式燃烧系统的特征，使熔铝炉的蓄热式燃烧系统中阀门的自诊断结果以图文的形式输出，方便用户查询；同时，通过对蓄热式燃烧系统中阀门的自诊断报告分析，用户可以很好的了解设备的工况、制定维护和保养计划，及时跟踪和优化蓄热式燃烧系统的工况，提高了设备开机率和维护的自主性，节约了备品备件的成本。本发明将传统故障维护方式转变成智能化的自诊断方式，可以精确判断故障位置，缩短了检修维护的周期，提高了该设备的生产效率以及能源的利用率。

附图说明

图1为本发明的蓄热式烧嘴燃烧系统中的阀门管路系统示意图；

图2为本发明的电气控制系统和上位机管理系统的示意图；

图3为本发明的阀件泄漏检测的界面图；

图4为本发明的阀件线性检测的界面图之一；

图5为本发明的阀件线性检测的界面图之二;

图6为本发明的阀件泄漏报表图的界面图；

图7为本发明的阀件线性检测报表图的界面图；

图8为本发明的阀件故障报表图的界面图。

具体实施方式

实施例1

为使本发明更加清楚明白，下面结合附图对本发明的一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置及方法进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2，一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，包括阀门管路系统1中的一对烧嘴100、一对烧嘴蓄热箱101、一个助燃风机102和一个排烟风机103，其特征在于：

阀门管路系统1中的助燃风机102连接一个助燃主管道104，助燃主管道104上依次连有一个助燃压力开关105、一个助燃压力表106、一个助燃温度检测器107和一个助燃风调节阀108，助燃压力表106与助燃主管道104之间设有一个助燃压力手阀130，助燃主管道104的一端连接两条并联的助燃分管道109，每条助燃分管道109上均连有一个助燃风换向阀110，且每条助燃分管道109分别连接一个烧嘴管道111，每个烧嘴管道111与一个烧嘴100相连，且每个烧嘴管道111上依次连有一个助燃风孔板流量计112和一个烧嘴蓄热箱101，位于烧嘴蓄热箱101两侧进出口的烧嘴管道111上分别设有一个温度传感器113，烧嘴蓄热箱101上并联一个气体差压检测传感器114，以用于检测烧嘴蓄热箱的差压和气体温度；

排烟风机103上并联一个排烟压力开关115，且排烟风机103与一条排烟主管道116相连，排烟主管道116上依次连有一个排烟出口压力表117、一个排烟调节阀118、一个主排烟孔板流量计132和一个排烟温度检测器119，排烟出口压力表117与排烟主管道116之间设有一个排烟压力手阀131，排烟主管道116的一端连接两条并联的排烟分管道120，每条排烟分管道120上均连有一个排烟换向阀121，且每条排烟分管道120分别与对应的烧嘴管道111相连；

阀门管路系统1还包括一个天然气源122，天然气源122连接一个天然气主管道123，天然气主管道123上依次连有一个天然气总管手阀124、一对天然气总管电磁阀125、一个天然气孔板流量计126和一个天然气调节阀127，天然气主管道123的一端连接两条并联的天然气分管道128，每条天然气分管道128分别与对应的烧嘴100相连，且其上均连有一个嘴前切断阀129；

参见图2，阀门管路系统1与一个电气控制系统2相连，电气控制系统2包括PLC 21、触摸屏22和PLC的I/O现场子站23，所述阀门管路系统1通过Modbus协议与PLC 21相连，现场子站23采集的现场传感器信号通过profinet总线上传给PLC 21，电气控制系统2再通过以太网与上位机管理系统3进行数据交换。

本发明所用电气控制系统以PLC为控制核心，采用分布式I/O现场子站采集现场传感器信号，处理设备的逻辑控制与运算；其中，所用PLC、触摸屏和PLC子站均为现有装置，PLC采用西门子的S7-1500系列；触摸屏采用TP1200型号，作为电气控制系统的人机界面操作接口，主要用于对设备的本地操作与参数管理；PLC子站采用ET200SP型号，主要处理模拟量和开关量等传感器信号，主要包括：（1）毫伏电压温度信号；（2）直流4~20mA信号有燃烧管路的执行器反馈、流量孔板差压；（3）直流4~20mA执行器给定信号等。

本发明所用上位机管理系统以wincc v7.4软件为编程平台，通过以太网与电气控制系统进行数据交换，作为设备的生产管理系统，主要用于为设备提供友善的人机界面操作系统、以及自诊断时生成报告结果。

本发明的自诊断系统主要包含自诊断操作和自诊断查询两部分。自诊断操作含阀件泄漏检测、阀件线性检测；自诊断查询是针对智能化自诊断部分操作的结果生成的图文报表报告，用户可以对设备的检查结果以报表的方式进行查看，其报告结果以三大块为主，即阀件线性报表、阀件泄漏报表、阀件故障报表。

电气控制系统和上位机管理系统的设备通过网线连接在同一网络上。

熔铝炉的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制系统实际上是对重要的设备单体部分智能化自诊断，依托PLC控制为基础，网络信息化为平台，把各个单体设备标准的人工检查流程转换成由PLC程序来检查，可以是周期性检查，也可以是不定期检查，从而减少了工程师作业的繁琐，使维护和检修更加便捷。

诊断时，单体设备的自诊断内容如下：

（1）阀件泄漏检测与报表查询

熔铝炉的蓄热式烧嘴燃烧系统中气动换向阀门的泄漏自诊断，通过检测设备在相同的工况和条件下烧嘴管路111中助燃风孔板流量计112的变化，了解燃烧系统气动换向阀门密封性情况。首先，设置系统测试参数，包括测试过程中排烟风机103和助燃风机102出口压力的标准值，以及排烟气和助燃风泄漏检测的流量标准值，当烧嘴管路111中助燃风孔板流量计112测量的流量大于此标准值时，即为对应阀门有泄漏；其次，测试前先检查蓄热箱中蓄热体的清洁度，以保证在测试过程中的管路工况相同或相近；最后，测试点击“测试开始”按钮，按钮变绿色，测试启动，测试运行步骤如图3所示：

a.“测试准备”——设置系统测试参数、检查蓄热体的清洁度；

b.“打开炉门”——人工操作系统自动检查；

c.“检查阀门状态” ——检查燃烧系统主管路中所有阀门是关闭的状态；

d.“启动排烟风机”

e.“启动助燃风机”

f.“排烟风机出口压力值检查” ——检查主排烟风机出口压力是否达到设定的风机出口压力的标准值；

g.“助燃风机出口压力值检查” ——检查助燃风机出口压力是否达到设定的风机出口压力的标准值；

h.“打开助燃电动风执行器50%” ——为燃烧系统中助燃风主管路泄漏检查提供测试风量；

i.“记录助燃风孔板流量” ——分别用曲线记录A1&A2烧嘴管路111中助燃风孔板流量计112的值，并通过PLC程序抓取出流量的最大值和最小值，以用于后续和泄漏检测的流量标准值比较；

j.“关闭助燃电动风执行器0%”

k.“打开主排烟电动风执行器50%”——为燃烧系统中排烟主管路泄漏检查提供测试风量；

l.“记录主排烟孔板流量” ——分别用曲线记录主排烟孔板流量计132的流量值，同时记录A1&A2烧嘴管路111中助燃风孔板流量计112的流量负值，并通过PLC程序抓取出流量的最大值、最小值，以用于和泄漏检测的流量标准值比较；

m.“测试完成”——测试结束，上位机管理系统生成测试报告。

自诊断具有报表查询的功能，用户可以通过“诊断查询”功能在“阀件泄漏报表”中搜索所需要查看的阀件泄漏自诊断的报告，如图6所示。

（2）阀件线性检测与报表查询

熔铝炉的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的线性自诊断，通过检测设备在相同的工况和条件下，烧嘴管路111中助燃风孔板流量计112流量的变化和调节阀的开度是否成线性关系，来了解燃烧系统主管电动调节阀门线性情况。首先，设置系统测试参数，包括助燃风、天然气的电动调节阀的线性测试阀位点，以及炉膛压力和所有孔板流量的零点标定值；其次，测试前确认设备无故障报警输出，检查蓄热箱中蓄热体的清洁度，以保证在测试过程中的管路工况相同或相近；最后，测试点击“测试开始”按钮，按钮变绿色，测试启动，测试运行步骤如图4与图5所示：

a.“测试准备”——设置系统测试参数、检查蓄热体的清洁度；

b.“打开炉门”——人工操作系统自动检查；

c.“自动启动系统” ——按顺序启动排烟风机、助燃风机、炉膛吹扫和天然气管路检漏；

d.“传感器零点标定”——分别对助燃风、主排烟、天然气的孔板流量以及炉膛压力传感器进行零点标定；

e.“启动A1烧嘴点火枪”

f.“启动A2烧嘴点火枪”

g.“烧嘴阀位1测试” ——分别用曲线记录助燃风、主排烟、天然气孔板流量的值，并通过PLC程序抓取出流量的最大值、最小值，用于线性检测的计算坐标点1标定；

h.“烧嘴阀位2测试” ——分别用曲线记录助燃风、主排烟、天然气孔板流量的值，并通过PLC程序抓取出流量的最大值、最小值，用于线性检测的计算坐标点2标定；

i.“测试完成”——测试结束，上位机管理系统通过y=kx+b的线性公式，将在阀位1和阀位2测出的坐标点带入公式得出阀件线性测试的报告。

自诊断具有报表查询的功能，用户可以通过“诊断查询”功能在“阀件线性报表”中搜索所需要查看的阀件线性自诊断的报告，如图7所示。

（3）阀件故障报表查询

如图8所示，此功能采用大数据记录单体设备在生产过程中的故障，并将故障率整理按饼状图形式输出，方便用户更直观的分析和判断设备的使用情况，及时做出检修维护的方案。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，包括阀门管路系统（1），阀门管路系统（1）包括烧嘴（100）、烧嘴蓄热箱（101）、助燃风机（102）和排烟风机（103），其特征在于：

助燃风机（102）与一个助燃主管道（104）相连，助燃主管道（104）上依次连有一组助燃压力开关（105）、助燃压力表（106）、助燃温度检测器（107）和助燃风调节阀（108），助燃主管道（104）的一端连接两条并联的助燃分管道（109），每条助燃分管道（109）上均连有一个助燃风换向阀（110），且每条助燃分管道（109）分别连接一个烧嘴管道（111），每个烧嘴管道（111）与一个烧嘴（100）相连，且每个烧嘴管道（111）上依次连有一个助燃风孔板流量计（112）和一个烧嘴蓄热箱（101），位于烧嘴蓄热箱（101）两侧进出口的烧嘴管道（111）上分别设有一组温度传感器（113）和气体差压检测传感器（114）；

排烟风机（103）上并联一个排烟压力开关（115），且排烟风机（103）与一条排烟主管道（116）相连，排烟主管道（116）上依次连有一组排烟出口压力表（117）、排烟调节阀（118）、主排烟孔板流量计（132）和排烟温度检测器（119），排烟主管道（116）的一端连接两条并联的排烟分管道（120），每条排烟分管道（120）上均连有一个排烟换向阀（121），且每条排烟分管道（120）分别与对应的烧嘴管道（111）相连；

阀门管路系统（1）还包括一个天然气源（122），天然气源（122）与一个天然气主管道（123）相连，天然气主管道（123）上依次连有一组天然气总管手阀（124）、天然气总管电磁阀（125）、天然气孔板流量计（126）和天然气调节阀（127），天然气主管道（123）的一端连接两条并联的天然气分管道（128），每条天然气分管道（128）分别与对应的烧嘴（100）相连，且其上均连有一个嘴前切断阀（129）；

阀门管路系统（1）与一个电气控制系统（2）相连，电气控制系统（2）包括PLC（21）、触摸屏（22）和现场子站（23），电气控制系统（2）再通过以太网与上位机管理系统（3）进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，其特征在于：

现场子站（23）采集的现场传感器信号通过profinet总线上传给PLC（21）。

3.根据权利要求1或2所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，其特征在于：

所述助燃压力表（106）与助燃主管道（104）之间设有一个助燃压力手阀（130）。

4.根据权利要求1或2所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，其特征在于：

所述排烟出口压力表（117）与排烟主管道（116）之间设有一个排烟压力手阀（131）。

5.根据权利要求1或2所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制装置，其特征在于：

所述天然气源（122）的热值为8400kcal/nm³，供气压力为1~2bar，最大流量为600 nm³/hr。

6.一种利用如权利要求1或2所述的装置进行蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制方法，具体步骤如下，其特征在于，包括：

步骤一：助燃风机（102）将助燃风鼓入助燃风主管道（104）内，并通过助燃风调节阀（108）调节其风量，而后进入助燃风分管道（109）内，此时助燃风换向阀（110）开启、排烟换向阀（121）关闭，助燃风通入烧嘴管道（111）中，经过烧嘴蓄热箱（101）预热后与来自天然气分管道（128）的天然气混合燃烧；

步骤二：烧嘴（100）排烟时，高温烟气先经过烧嘴管道（111）上的烧嘴蓄热箱（101）蓄热，而后进入排烟分管道（120）内，此时助燃风换向阀（110）关闭、排烟换向阀（121）开启，烟气通过排烟换向阀（121）进入排烟主管道（116）内，并由排烟调节阀（118）控制排烟流量，最后通过排烟风机（103）排出，烧嘴的燃烧和排烟工作模式交替运行，并通过蓄热箱前端的排烟换向阀和助燃风换向阀的开关实现；

步骤三：管道中所有阀门、流量计、传感器、风机变频器和电量表均通过Modbus协议连接到电气控制系统（2）中的PLC（21），并由现场子站（23）的I/O模块进行信号处理；

步骤四：电气控制系统（2）将采集和处理的数据通过以太网与上位机管理系统（3）进行数据交换，通过分析数据完成阀件泄漏检测和阀件线性检测的自诊断操作；

步骤五：针对智能化自诊断操作的结果，生成图文报表报告，用户可以对设备的检查结果以报告的方式进行查看，其报告结果以三大块为主，即阀件线性报表、阀件泄漏报表、阀件故障报表。

7.根据权利要求6所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制方法，其特征在于：

所述步骤四中，阀件泄漏检测和阀件线性检测主要包括排烟换向阀泄漏检测、助燃风换向阀泄漏检测、助燃风调节阀线性检测和天然气调节阀线性检测。

8.根据权利要求6所述的蓄热式烧嘴燃烧系统中阀门的自诊断控制方法，其特征在于：

所述步骤五中，自诊断报告可以采用曲线、表格、饼状图以及文字说明的形式自动生成。

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