CN114815913A - 基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，油枪投运数量小于4支时，模拟量切换开关与第三量程转换模块连接，燃油压力控制器根据燃油压力设定值与调节阀后油压测量值的偏差，生成燃油调节阀控制信号；油枪投运数量大于或等于4支时，模拟量切换开关与第二量程转换模块连接，燃油流量控制器根据燃油流量信号与锅炉燃料指令信号的偏差，生成燃油调节阀控制信号；本发明既能实现控制燃油压力满足油枪安全运行需要，又能控制燃油流量满足锅炉负荷需求，实现了燃油压力和燃油流量两种控制回路的无扰切换。

Description

基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工业过程控制技术领域，特别涉及一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

传统燃油调节阀控制方案中，控制系统根据锅炉负荷对应的锅炉燃料需求指令，改变燃油调节阀开度，控制燃油流量，使燃油流量满足锅炉负荷需求。

发明人发现，锅炉启动阶段，维持锅炉供油母管压力满足锅炉油枪正常工作需要是锅炉燃烧控制的首要任务，但常规控制系统中，仅根据锅炉负荷对应的燃料指令变化，控制燃油调节阀开度大小去调节燃油流量，并没有控制维持锅炉供油母管压力，即无法保证燃油压力一定能维持在油枪最小允许压力之上，这种锅炉燃烧控制方案显然是不符合锅炉从启动及升负荷全程工况控制的要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，既能实现控制燃油压力满足油枪安全运行需要，又能控制燃油流量满足锅炉负荷需求，实现了燃油压力和燃油流量两种控制回路的无扰切换。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统。

一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，至少包括：

燃油压力控制器、燃油流量控制器、调节阀开度控制器、模拟量切换开关、模拟量限速模块、限速触发模块和高值选择模块；

进油流量与回油流量在第一加法器中求差后，经过第一量程转换模块转换为百分量，作为燃油流量信号与锅炉燃料指令信号分别接至燃油流量控制器反向输入端与正向输入端；

燃油压力设定值与调节阀后油压测量值分别接至燃油压力控制器反向输入端与正向输入端；

燃油流量控制器输出信号经过第二量程转换模块转换为百分量，燃油压力控制器的输出信号经过第三量程转换模块转换为百分量，分别接至模拟量切换开关两个输入端；

最小油压值与油压测量值在第二加法器中求差后，经过第四量程转换模块转换为百分量，作为燃油压力与最小油压值偏差信号，接至高值选择模块；

模拟量切换开关的输出端与限速模块的输入端连接，模拟量切换开关的输入端用于接收油枪投运数量信号；

限速模块的输出端与高值选择模块的输入端连接，高值选择模块的输出端与调节阀控制器的正向输入端连接，调节阀阀位反馈信号接至燃油调节阀开度控制器的反向输入端；

限速触发模块的输入端用于接收油枪投运数量信号，限速触发模块的输出端与限速模块的输入端连接。

本发明第二方面提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法。

一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，利用第一方面所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，包括以下过程：

油枪投运数量小于4支时，模拟量切换开关与第三量程转换模块连接，燃油压力控制器根据燃油压力设定值与调节阀后油压测量值的偏差，生成燃油调节阀控制信号；

油枪投运数量大于或等于4支时，模拟量切换开关与第二量程转换模块连接，燃油流量控制器根据燃油流量信号与锅炉燃料指令信号的偏差，生成燃油调节阀控制信号。

作为可选的一种实施方式，燃油压力控制器工作时，断开燃油压力控制器，在开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，记录燃油压力响应曲线，得到燃油压力动态特性参数，根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油压力控制器的整定参数。

作为可选的一种实施方式，燃油流量控制器工作时，断开燃油流量控制器，在开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，记录燃油流量响应曲线，得到燃油流量动态特性参数，根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油流量控制器的整定参数。

作为可选的一种实施方式，当大于或者等于4只油枪在运行时这一条件满足或条件不满足跳变过程中，限速触发模块生成限速信号并发送给限速模块。

作为可选的一种实施方式，燃油调节阀控制信号的限速作用在设定时间范围内。

作为可选的一种实施方式，高值选择模块将燃油压力需求信号与燃油压力最小设定值进行高值选择，以使得燃油压力维持在燃油压力最小设定值之上。

作为可选的一种实施方式，燃油压力控制器用于燃油压力设定值与调节阀后油压测量值作比较，调节阀后油压测量值与燃油压力设定值有偏差时，改变燃油调节阀开度以使得调节阀后油压测量值与燃油压力设定值的偏差为零或者小于预设值。

作为可选的一种实施方式，燃油压力控制器用于燃油流量信号与锅炉燃料指令信号作比较，燃油流量信号与锅炉燃料指令信号有偏差时，改变燃油调节阀开度以使得锅炉燃料指令信号的偏差为零或者小于预设值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，同时兼顾燃油压力和燃油流量的控制，既能实现控制燃油压力满足油枪安全运行需要，又能控制燃油流量满足锅炉负荷需求。

2、本发明所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，实现了燃油压力和燃油流量两种控制回路的无扰切换，避免了由于切换触发信号突变给燃油调节阀造成的冲击。

3、本发明所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，解决了常规控制方法仅单一控制燃油流量无法保证燃油压力维持在油枪最小允许压力之上的问题。

4、本发明所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统及方法，适用于各种锅炉控制系统DCS(Distributed Control System，分散控制系统)或PLC(ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器)，组态方便，具有良好的应用前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统的结构示意图。

其中，1-第一加法器；2-第一量程转换模块；3-燃油流量控制器；4-第二量程转换模块；5-燃油压力控制器；6-第三量程转换模块；7-模拟量切换开关；8-限速模块；9-高值选择模块；10-燃油调节阀开度控制器；11-限速触发模块；12-第二加法器；13-第四量程转换模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

对于一个完善的燃油调节阀控制方案，控制系统需要同时兼顾燃油压力和燃油流量的控制，在燃油压力满足油枪运行压力要求的前提下，调节燃油流量以满足锅炉负荷的要求，而在低负荷时，优先调节燃油压力。另外，燃油压力及燃油流量两种控制回路如何切换，避免由于切换触发信号突变，给燃油调节阀造成的冲击，也需要控制回路设计中考虑。

有鉴于此，本发明实施例1提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，如图1所示，至少包括：

燃油压力控制器5、燃油流量控制器3、调节阀开度控制器10、模拟量切换开关7、限速模块8、限速触发模块和高值选择模块9。

进油流量与回油流量在加法器1(即第一加法器)中求差后，经过量程转换模块2(即第一量程转换模块)转换为百分量，作为燃油使用流量信号，与锅炉燃料指令信号分别接至燃油流量控制器正向输入端与反向输入端；

燃油压力设定值与调节阀后油压测量值分别接至燃油压力控制器正向输入端与反向输入端；

燃油流量控制器3输出端经过量程转换模块4转换为百分量，燃油压力控制器5输出端经过量程转换模块6转换为百分量，分别接至模拟量切换开关7两个输入端。

最小油压值与油压测量值在加法器12中求差后，经过量程转换模块13转换为百分量，作为燃油压力与最小油压值偏差信号，接至高值选择模块9。

模拟量切换开关7、限速模块8和高值选择模块9依次连接后接至燃油调节阀开度控制器10的正向输入端，调节阀阀位反馈信号接至燃油调节阀开度控制器10的反向输入端。

图1虚框内为限速触发模块11，其主要由两个延时器T1、T2以及“非”门、“或”门搭建逻辑生成。

具体的，包括：

燃油压力变送器，用于获取燃油调节阀后供油管道的燃油压力；

燃油压力控制器，用于燃油压力变送器的测量值与设定值作比较，燃油压力测量值与设定值有偏差时，改变燃油调节阀开度，控制燃油压力的变化，维持燃油压力满足油枪工作需要；

进油流量计和回油流量计，用于获取锅炉当前实际使用油量；

燃油流量控制器，用于当前实际使用油量偏大或偏小时，改变燃油调节阀开度，控制燃油流量的变化，使燃油流量满足锅炉燃料指令需求。

模拟量切换模块，根据油枪投运的数量情况进行燃油压力及燃油流量两种控制回路的切换；

模拟量限速模块，模拟量限速模块只有在油枪投运数量足够这一条件满足或条件不满足跳变过程中起作用，燃油调节阀控制信号限速作用在设定时间内有效，避免两种控制回路切换对燃油调节阀造成冲击，模拟量作用的持续时间可以在运行过程中任意修正；

高值选择模块，将燃油调节阀控制信号与燃油最小压力设定值进行高值选择，确保燃油压力维持在燃油最小允许压力之上。

实施例2：

本发明实施例2提供了一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，利用实施例1所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，通过检测燃油调节阀后供油管道的燃油压力、燃油流量并将测量数据引入锅炉控制系统中，设计燃油压力和燃油流量复合控制的新型燃油调节阀控制逻辑。

具体的，包括以下过程：

设置燃油调节阀后的燃油压力变送器，将燃油压力测量信号接入DCS，在DCS中构建燃油压力控制回路；断开燃油压力PID控制器，在控制系统处于开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，在DCS中记录燃油压力响应曲线，得到燃油压力动态特性参数，然后根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油压力控制器PID的整定参数。

燃油压力PID控制器根据燃油调节阀后的燃油压力与油枪正常工作所需压力的偏差，输出信号改变燃油调节阀开度，控制燃油压力值始终满足油枪正常工作压力要求。

设置进油流量计和回油流量计，DCS逻辑中用进油流量减去回油流量，作为实际使用的燃油流量信号；在DCS中构建燃油流量控制回路，断开燃油流量PID控制器，在控制系统处于开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，在DCS中记录燃油流量响应曲线，得到燃油流量动态特性参数，然后根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油流量控制器PID的整定参数。

燃油流量PID控制器，利用当前实际使用油量对应的热值量和锅炉燃料需求指令的偏差，使控制器输出信号改变燃油调节阀开度，控制燃油流量的变化，使燃油流量满足锅炉负荷需求。

DCS逻辑中设计燃油压力及燃油流量两种控制回路的切换模块，根据油枪投运的数量情况进行切换。锅炉低负荷运行时，在油枪投运数量不足4支之前，由模拟量选择模块切向右侧，将燃油压力偏差引入PID控制器入口，经PID运算后，作为燃油调节阀控制信号；当油枪投运数量满足4支及以上时，模拟量选择模块切向左侧，此时PID控制器入口接受的燃油流量偏差信号，故燃油调节阀的开度是根据燃油流量偏差的PID运算进行控制的。

为避免由于切换触发信号突变，给燃油调节阀造成的冲击，DCS逻辑中设计一种模拟量限速模块，实现燃油压力及燃油流量两种控制回路双向无扰切换。

在“≥4只油枪在运行”时，模拟量切换开关7向左切换，燃油流量控制器经过量程转换模块4与模拟量切换开关7连接，在“＜4只油枪在运行”时，模拟量切换开关7向右切换，燃油压力控制器经过量程转换模块6与模拟量切换开关7连接；模拟量限速模块在双向切换过程中起作用，且燃油调节阀控制信号限速作用在设定时间内有效(模拟量限速作用的持续时间可以在DCS中修正)。

DCS逻辑中设计高值选择模块，将燃油压力需求信号与燃油最小设定值进行高值选择，确保燃油压力维持在燃油最小允许压力之上，保证油枪全工况的安全运行。

根据以上技术方案，在DCS组态软件设计一种基于燃油压力和燃油流量复合控制的燃油调节阀控制逻辑。

控制逻辑编译完成后，经DCS组态软件编译检查无误后，下载至DCS控制器中。在DCS操作员站的画面中设计燃油流量控制器、燃油压力控制器的操作端，以便机组运行人员在DCS画面上进行燃油流量控制器整定参数的人工修正、燃油压力设定值的设定以及手/自动状态切换等操作。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，其特征在于：

至少包括：

燃油压力控制器、燃油流量控制器、调节阀开度控制器、模拟量切换开关、模拟量限速模块、限速触发模块和高值选择模块；

进油流量与回油流量在第一加法器中求差后，经过第一量程转换模块转换为百分量，作为燃油流量信号与锅炉燃料指令信号分别接至燃油流量控制器反向输入端与正向输入端；

燃油压力设定值与调节阀后油压测量值分别接至燃油压力控制器反向输入端与正向输入端；

燃油流量控制器输出信号经过第二量程转换模块转换为百分量，燃油压力控制器的输出信号经过第三量程转换模块转换为百分量，分别接至模拟量切换开关两个输入端；

最小油压值与油压测量值在第二加法器中求差后，经过第四量程转换模块转换为百分量，作为燃油压力与最小油压值偏差信号，接至高值选择模块；

模拟量切换开关的输出端与限速模块的输入端连接，模拟量切换开关的输入端用于接收油枪投运数量信号；

限速模块的输出端与高值选择模块的输入端连接，高值选择模块的输出端与调节阀控制器的正向输入端连接，调节阀阀位反馈信号接至燃油调节阀开度控制器的反向输入端；

限速触发模块的输入端用于接收油枪投运数量信号，限速触发模块的输出端与限速模块的输入端连接。

2.如权利要求1所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，其特征在于：

燃油流量控制器和燃油压力控制器均为PID控制器。

3.如权利要求1所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，其特征在于：

进油管路中设置的进油流量计与第一加法器的正向输入端连接，回油管路中设置的回油流量计与第一加法器的反向输入端连接。

4.一种基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

利用权利要求1-3任一项所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制系统，包括以下过程：

油枪投运数量小于4支时，模拟量切换开关与第三量程转换模块连接，燃油压力控制器根据燃油压力设定值与调节阀后油压测量值的偏差，生成燃油调节阀控制信号；

油枪投运数量大于或等于4支时，模拟量切换开关与第二量程转换模块连接，燃油流量控制器根据燃油流量信号与锅炉燃料指令信号的偏差，生成燃油调节阀控制信号。

5.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

燃油压力控制器工作时，断开燃油压力控制器，在开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，记录燃油压力响应曲线，得到燃油压力动态特性参数，根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油压力控制器的整定参数。

6.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

燃油流量控制器工作时，断开燃油流量控制器，在开环状态下，使调节阀开度控制信号增加10％，记录燃油流量响应曲线，得到燃油流量动态特性参数，根据响应曲线法对应的参数整定计算表获得燃油流量控制器的整定参数。

7.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

当大于或者等于4只油枪在运行时这一条件满足或条件不满足跳变过程中，限速触发模块生成限速信号并发送给限速模块。

8.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

燃油调节阀控制信号的限速作用在设定时间范围内。

9.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

高值选择模块将燃油压力需求信号与燃油压力最小设定值进行高值选择，以使得燃油压力维持在燃油压力最小设定值之上。

10.如权利要求4所述的基于压力流量复合控制的燃油调节阀控制方法，其特征在于：

燃油压力控制器用于燃油压力设定值与调节阀后油压测量值作比较，调节阀后油压测量值与燃油压力设定值有偏差时，改变燃油调节阀开度以使得调节阀后油压测量值与燃油压力设定值的偏差为零或者小于预设值；

或者，

燃油压力控制器用于燃油流量信号与锅炉燃料指令信号作比较，燃油流量信号与锅炉燃料指令信号有偏差时，改变燃油调节阀开度以使得锅炉燃料指令信号的偏差为零或者小于预设值。

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