CN2325807Y

CN2325807Y - 全调型智能化混合煤气热值控制仪

Info

Publication number: CN2325807Y
Application number: CN 97214235
Authority: CN
Inventors: 王政民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2007-04-15

Abstract

本实用新型提供一种全调型智能化混合煤气热值控制仪,该仪表由单片机、存贮器、I/V变换、A/D和D/V转换、V/I变换、键盘、显示打印及通讯等电路构成,具有数据采集和处理,数字量和模拟量输出等功能,通过软件程序,对由二种或三种以上燃气掺混而成的混合煤气,控制其瞬时热值和压力在设定值下保持恒定不变。本仪表通过直接对各掺混燃气的流量进行测量和调节来实现控制目标,应用和维护非常简单,可供各行业配制输送混合煤气时采用。

Description

全调型智能化混合煤气热值控制仪

本实用新型涉及一种在线控制混合煤气热值为任一设定值的仪表，尤其是一种跟踪掺混燃气热值变化，调节各掺混燃气流量实现控制混合煤气热值的全调型智能化混合煤气热值控制仪。

许多生产企业燃烧用的煤气，是由二种或三种以上燃气掺混而成的混合煤气。为了稳定燃烧供热过程，节约能源，保证产品质量和产量，要求混合煤气的热值必须恒定不变。由二种燃气构成的混合煤气，目前是使其中的一种作为主导气不予控制，另一种则是接受控制的受控气，随混合煤气热值的变化调节其流量，使混合煤气热值不变。同样，对由三种以上燃气构成的混合煤气，也是选择其中一种或二种作为受控气其他是不予控制的主导气。总之，目前控制混合煤气热值的方法是非全调型的，仅调节掺混燃气中的一种或二种。非全调型控制方法的缺点是，当主导气压力、流量或热值的波动引起混合煤气热值发生变化时，必须全部由受控气来补偿，受控气调节幅度大，调节过程缓慢，如受控气是增大流量，则在二种燃气汇流处的压力成为有阻挡作用的反压力，使主导气和受控气管内的压力都有升高，成为新的干扰，更延缓了调节过程。所以非全调型控制方法，混合煤气热值难于保持恒定不变，要经过多个调节周期才能稳定，这中间如频频出现干扰，则总是处于波动状态。为克服这些缺点，本实用新型特发明了能控制混合煤气热值恒定不变的全调型智能化混合煤气热值控制仪，目的是用于控制混合煤气热值不受掺混燃气热值和压力波动影响，连续保持所要求的恒定值，充分满足各企业对混合煤气热值的严格要求。

本实用新型是根据自我推导的数学模型，利用单片机技术而设计的。图1是本实用新型的电路结构附图，图2和图3是本实用新型的电路原理附图，图4是本实用新型的应用方案附图。图1表示以二种燃气掺混为例的电路结构，实际可扩展成对四种燃气的掺混进行控制。在图1中，以单片机(8098)1为核心，其内部A/D转换部件ACH.4通过放大电路2接环境温度模入信号t_N,ACH.5和ACH.6通过模路转换电路3和4及I/V变换电路5和6接二种燃气的流量V₁,V₂和热值Q₁、Q₂的模入信号，ACH.7通过I/V变换电路7接混合煤气热值Q_h的模入信号。单片机1扩展的存贮器有RAH存贮器8、EPROM存贮器9和EEPROM存贮器10。单片机1还通过接口芯片(8279)11同数码管显示器12及20键小键盘13相接；通过接口芯片(8255)14与时钟电15相接；通过接口电路16与微型打印机17相接；通过芯片(8255)18与声光报警电路19相接；通过电子转换电路20对外进行串行通讯。单片机1还通过D/A转换电路21及22和V/I变换电路23向外输出6路模拟信号，其中4路是发送控制燃气1和燃气2流量(V₁、V₂)及压力(P₁、P₂)的蝶阀位置的PID调节信号，图2和图3是本实用新型的电路原理图，其中各部分的功能电路均为常用技术，是按图1所示取用组合，不再作具体说明。

图4是本实用新型的具体应用方案，在图4中24为燃气1的管道，25为燃气2的管道，26为混合煤气管道，27为全调型智能化混合煤气热值控制仪(以下简称热值控制仪)，管道24上装有调节用蝶阀28和29，管道25上装有调节用蝶阀30和31，因此图4所示系统简称为“四蝶阀控制系统”。蝶阀28和29之间及蝶阀30和31之间装有流量孔板32和33，在蝶阀28和流量孔板32及蝶阀30和流量孔板33之间装有测压点34和35以及测温点36和37，管道24和25上各装有热值测量点38和39，向热值仪44和41输入热值测量信号。在混合煤气管道26上装有流量测点42和热值测点43，流量信号送给流量检测仪44，热值信号送给热值仪45。在图4示出的四蝶阀控制系统中，热值控制仪27是主导系统工作的中心环节，其实现控制的方法是进行定时采样，取得二种燃气的6路流量参数的数字信号，算出燃气的实际流量V₁和V₂，同时算出混合煤气的实际流量V_h=V₁+V₂，热值仪40和41对燃气1和燃气2同步采样测试，得出热值Q₁和Q₂，将其数值送给热值控制仪27，对热值控制仪27还通过键盘送入燃气压力给定值P_1N和P_2N，以及混合煤气需要保持的热值设定值Q_hN。根据取得的各项数字量，热值控制仪27首先判断蝶阀28和蝶阀29后面燃气压力是否波动，如有波动则发出调节仪号，使蝶阀28和29开大或关小，将各自压力恢复到给定值P_1N和P_2N，从而使混合煤气压力P_h保持稳定。此后，热值控制仪27又利用自行推导的数字模型计算出：

V_{1 o} = \frac{Q_{hN} - Q_{2}}{Q_{1} - Q_{2}} V_{h}

V_{2 s} = - \frac{Q_{hN} - Q_{1}}{Q_{1} - Q_{2}} V_{h}

式中V_1S和V_2S是在实测Q₁、Q₂和V_h条件下保持Q_hN恒定不变应有的流量，是调节燃气流量的给定值。热值控制仪27以流量偏差(V_1S-V₁)和(V_2S-V₂)为准进行数字调节计算，经D/A和V/I转换后，输出二路PID调节信号，变更蝶阀29和31的位置，将V₁和V₂分别调节到V_1S和V_2S，从而使混合煤气热值Q_h保持为Q_hN。流量检测仪44和热值仪45是独立存在的，目的是同步检测混合煤气流量和热值的控制效果，其Q_h数值信号送给热值控制仪27，便于通过串行口通讯集中向上位机传送。

热值控制仪27独立产生调节需要的给定值和调节量，在四蝶阀控制系统支持下，完成保持混合煤气热值和压力恒定不变的控制过程，故而成为本实用新型发明。

本实用新型所有工作程序和数表都固化在EPRON存贮器9中，采样周期、串行通讯本机地址、混合煤气热值的设定值等常数，通过键盘13写入EEPRONM存贮器10中。开机后通过功能键控制、键入日历时钟、写入各种常数、对各硬件部分进行自检，而后转为正常运行，在CPU指挥下按程序进行采样取数、转换、判断、运称、显示、打印和输出，有失常时发出声光报警和显示标志。正常运行时，数码管显示器12循环显示混合煤气流量V_h及热值Q_h等数值；打印机17打印V₁、V₂、V_h、Q₁、Q₂和Q_h等参数小时及班平均值和累计值；串行口同上位机通讯，发送每次采样的V₁、V₂、V_h、Q₁、Q₂和Q_h等参数的瞬时值。

本实用新型对构成混合煤气的掺混燃气实行全调节，需要热值仪相配合，数量等于燃气种类数加1，例如二种燃气相混合要采用三台热值仪，数量较多，如采用现有热值仪，与非全调型控制系统只用一台热值仪相比较，有造价高、维护量大和工作可靠性差等问题。为克服这些缺点，可采用本人发明的新型智能化热值仪，其特点是按新的原理测量煤气热值，有精度高、实时性强、可靠性好、维护量小等优点，特别是价格便宜，三台的总和与一台现有热值仪相当。所以，本实用新型在采用新型智能化热值仪的控制系统中使用，可有以下优点：

1．对构成混合煤气的掺混燃气实行全部调节，使混合煤气热值产生波动的任何干扰的补偿，都分摊给各掺混燃气，都通过调节各掺混燃气的流量使混合燃气的热值在设定值下保持不变，调节幅度小、速度快、精度高。

2．调节时，有的燃气增加流量，有的燃气减少流量，增加的流量与减少的流量数量相等，流量变化阻力小，调节结束时混合煤气流量不受影响，稳定性好。

3．每种燃气的管道上都装有二个蝶阀，一个用于稳定压力，一个用于调节流量，如此构成四蝶阀控制系统，六蝶阀控制系统等，接受热值控制仪27的控制操作，使混合煤气即有恒定的热值又有稳定的压力，作到了全面保证混合煤气的质量，这是所谓全调型概念的另一含意。

4．四蝶阀或六蝶阀等控制系统，结构简单、操作容易、热值控制仪27自动产生给定值对其执行控制，调节过程迅速。混合煤气热值的设定值可通过键盘13或上位机的调度命令，在可有范围内任意变化，包括改成由单一燃气供气。

5．整个控制系统工作可靠性高，维护简单、造价低。

6．本实用新型及与其配套的控制系统，可供各行业输配混合煤气使用。

Claims

1．一种全调型智能化混合煤气热值控制仪，其特征在于该控制仪是一小型单片机应用系统，以单片机(8098)1为核心，扩展有RAM存贮器8、EPROM存贮器9和EEPROM存贮器10，单片机1内部A/D转换体ACH.4通过放大电路2按环境温度模入信号t_N,ACH.5和ACH.6通过模路转换电路3和4及1/V变换电路7接混合煤气流量和热值的模入信号。单片机1还通过接口芯片连接有数码管显示器12、键盘13、时钟电路15、微型打印机17和声光报警电路19，通过D/A转换电路21和22、V/I变换电路23向外输出调节掺混燃气的压力和流量的PID调节信号。

2、根据权利要求1所述全调型智能化混合煤气热值控制仪，其特征在于调节掺混燃气流量时计算流量给定值的数学模型，当二种燃气掺混时为

V_{1 m} = \frac{Q_{hN} - Q_{2}}{Q_{1} - Q_{2}} V_{h}

V_{2 m} = - \frac{Q_{hN} - Q_{1}}{Q_{1} - Q_{2}} V_{h}

式中V_1m-燃气1流量给定值，V₂-燃气2流量给定值，Q₁-燃气1热值测定值，Q₂-燃气2热值测定值，Q_hN-混合煤气热值设定值，V_h-混合煤气流量。

三种以上燃气掺混，逐次使用上式推算各燃气流量给定值。

3、根据权利要求1所述全调型智能化混合煤气热值控制仪，其特征在于各掺混燃气管道上均装设二个调节蝶阀，由此构成的控制执行系统。