JP3822300B2 - ボイラ負荷配分制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列運転される複数のボイラの負荷配分制御に利用されるボイラ負荷配分制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工場などの蒸気発生設備は、複数のボイラが並列運転されており、蒸気の消費量に対して良好な効率が得られるように、また所望の運用形態に合致するように、さらにボイラの大きさ等に従って負荷配分比率を変えている。従って、各ボイラは、この設定された負荷配分比率に基づいて運転するようになっている。
【０００３】
図６は並列運転される複数（N)台のボイラを備えた従来のボイラ負荷配分制御装置の系統構成図である。
この制御装置は、各ボイラ１1 〜１N にそれぞれ取付けられた蒸気流量検出器２1 〜２N で各ボイラ１1 〜１N の発生蒸気流量を検出し、第１の加算手段３に導入する。この第１の加算手段３では、各蒸気流量検出器２1 〜２N で検出される発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量信号を求めた後、第２の加算手段４に導入する。
【０００４】
一方、各ボイラ１1 〜１N が接続される共通ヘッダにおける代表点の蒸気圧力を蒸気圧力検出器５で検出し、この検出信号をフィードバック信号として蒸気圧力調節手段６に入力する。この蒸気圧力調節手段６は、フィードバック信号と所望の蒸気圧力設定値Ｐｓとを比較し、実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するように調節演算を実行し、得られた調節演算出力を第２の加算手段４に導いて前記総蒸気流量信号に加算している。
【０００５】
次いで、第２の加算手段４の出力信号は、各ボイラごとに良好な運用・効率が得られるように負荷配分係数α1 〜αN をもつ負荷配分係数設定手段７1 〜７N に導入され、ここで第２の加算手段４の出力信号に蒸気負荷配分係数α1 〜αN を乗じて各ボイラ１1 〜１N への発生蒸気流量指令信号を取り出し、蒸気流量調節手段８1 〜８N および補正手段９1 〜９N に導入している。
【０００６】
この蒸気流量調節手段８1 〜８N においては、例えば一定時間毎に発生蒸気流量指令信号を目標信号とし、蒸気流量検出器２1 〜２N から出力される実発生蒸気流量信号をフィードバック信号とし、これら目標信号とフィードバック信号との偏差に基づいて比例・積分調節演算を実行し、蒸気流量補正用調節信号を求める。そして、この蒸気流量補正用調節信号を補正手段９1 〜９N でそれぞれの発生蒸気流量指令信号に加算し、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。その後、これら補正された発生蒸気流量信号はそれぞれの各ボイラ１1 〜１N に導入され、この指令信号に基づいて各ボイラ１1 〜１N の燃焼量が制御され、蒸気発生量を調節する構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のようなボイラ負荷配分制御装置は、並列運転している各ボイラ１1 〜１N の動特性や効率の相違によって、蒸気圧力が低下して蒸気圧力調節手段６の出力信号が正，つまり蒸気流量を増加させる要求を出していても、各ボイラ１1 〜１N の大きさ等からくる応答性の違いから、各ボイラの蒸気流量調節手段８1 〜８N の出力信号が必ずしも蒸気流量増加方向とはならず、各ボイラ１1 〜１N ごとに増・減方向がまちまちとなり、蒸気圧力が変動したり、整定するまでに長時間を要する問題がある。これは、蒸気消費量が変化しても、蒸気圧力を一定に制御して良質の蒸気を供給する蒸気圧力制御系と並列運転ボイラをそれぞれの負荷配分指令値に基づいて正確に追従させるといった各ボイラの蒸気流量制御系が独立した関係で動作する結果、互いに相互干渉するためである。
【０００８】
今後、工場等の蒸気発生源である並列運転ボイラの制御システムにおいては、省エネルギー化、製品品質の安定化および安全化などから、益々，蒸気圧力制御の高精度化と負荷配分追従の高速・高精度化が求められるため、以上のような問題を解消する必要がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、相互干渉をなくし、蒸気圧力制御の高精度化および負荷配分に対する速応的追従制御を確保し、より良質な蒸気を高効率・安定に供給可能とするボイラ負荷配分制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、並列運転される複数のボイラからそれぞれ発生する蒸気流量の総蒸気流量を負荷配分し各ボイラを制御するボイラ負荷配分制御装置において、
前記各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力と所定の設定値との偏差信号から蒸気圧力調節信号を算出し前記総蒸気流量に加算する蒸気圧力調節手段と、この蒸気圧力調節手段の蒸気圧力調節信号が加算された総蒸気流量に所望の負荷配分係数を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出する負荷配分係数設定手段と、この負荷配分係数設定手段で得られる各ボイラの発生蒸気流量指令信号である目標値と該当ボイラの実発生蒸気流量とを用いて調節演算を実行し蒸気流量調節信号を取り出す蒸気流量調節手段と、
前記蒸気圧力調節手段の処理信号と各ボイラに対応する蒸気流量調節手段の処理信号とが同一極性または何れかが零のとき蒸気流量調節手段の出力を更新させ、または前記両処理信号が異極性のとき蒸気流量調節手段の出力更新を禁止させる圧力増・減方向判別手段と、この圧力増・減方向判別手段で更新または禁止される蒸気流量調節手段の出力を用いて負荷配分係数設定手段の発生蒸気流量指令信号を補正する補正手段とを設け、この補正手段の出力信号に基づいて対応するボイラの蒸気流量を追従制御するボイラ負荷配分制御装置である。
【００１１】
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、蒸気圧力調節手段の蒸気圧力増・減方向と各ボイラの蒸気流量調節手段の増・減方向とを一致させることにより、蒸気消費量が変化したとき、その蒸気圧力の増・減方向に一致する方向の蒸気流量制御だけを実行するので、蒸気圧力制御と各ボイラの蒸気流量制御との間の相互干渉および各ボイラの蒸気流量制御間の相互干渉を除去でき、蒸気圧力制御の高精度化および負荷配分に対する速応的追従制御を確保でき、これにより良質な蒸気を高効率・安定に供給可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は請求項１に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、同図において従来技術である図６と同一機能構成部分には同一符号を付し、その同一機能構成部分の詳細説明は省略する。
【００１３】
この制御装置において特に従来装置と比較して異なる部分は、補正用蒸気流量を求める蒸気流量調節手段１０1 〜１０N および蒸気圧力の増減方向を判別する増減方向判別手段２０1 〜２０N を設けたことにある。
【００１４】
従って、その他の部分，つまり並列運転されている複数のボイラ１1 〜１N の発生蒸気流量を検出する蒸気流量検出器２1 〜２N 、これら検出器２1 〜２N の発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量信号を算出する第１の加算手段３、各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器５、この蒸気圧力検出器５の実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するように調節演算を実行し、上記圧力調節信号を取り出す圧力増・減方向を高い優先順位とする蒸気圧力調節手段６、この蒸気圧力調節手段６から得られる蒸気圧力調節信号と第１の加算手段３の総蒸気流量信号とを加算する第２の加算手段４、各ボイラごとの負荷配分係数を設定する負荷配分係数設定手段７1 〜７N および補正手段９1 〜９N 等は従来装置と同様な構成となっている。
【００１５】
前記各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N は、各負荷配分係数設定手段７1 〜７N の出力信号，つまり各ボイラ１1 〜１N の目標信号となる発生蒸気流量指令信号と蒸気流量検出器２1 〜２N の検出信号，つまりフィードバック信号となる実発生蒸気流量信号との偏差を算出する偏差演算手段１１と、この偏差演算手段１１で算出される偏差信号に基づいて速度形Ｐ（Ｐ：比例）Ｉ（Ｉ：積分）またはＰＩＤ（Ｄ：微分）調節演算を実行し速度形蒸気流量調節信号を取り出す速度形蒸気流量調節手段１２と、この速度形蒸気流量調節手段１２で得られる速度形蒸気流量調節信号を更新制御または禁止制御するスイッチ手段１３と、このスイツチ手段１３を経由してくる速度形調節信号を位置形蒸気流量補正用調節信号に変換する速度形／位置形信号変換手段１４とによって構成されている。
【００１６】
前記各増減方向判別手段２０1 〜２０N は、前記蒸気圧力調節手段６の出力と前記速度形蒸気流量調節手段１２の出力とを乗算する乗算手段２１と、この乗算手段２１による乗算結果が零または零よりも大きいとき、前記スイッチ手段１３を導通する符号判別手段２２とによって構成されている。
【００１７】
次に、以上のような装置の動作について説明する。
先ず、蒸気流量検出器２1 〜２N が対応する各ボイラ１1 〜１N の実発生蒸気流量を検出して第１の加算手段３に入力すると、この第１の加算手段３は各ボイラ１1 〜１N の実発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量を求め、第２の加算手段４に導入する。
【００１８】
一方、蒸気圧力検出器５は、各ボイラの出側の蒸気共通ヘッダの代表点における蒸気圧力を検出しフィードバック信号として蒸気圧力調節手段６に導入すると、蒸気圧力調節手段６では、フィードバック信号と所望の蒸気圧力設定値Ｐｓとを比較し、実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するような調節演算を実行して蒸気圧力調節信号を取り出し第２の加算手段４に導入する。
【００１９】
この第２の加算手段４は、総蒸気流量信号に蒸気圧力調節手段６で得られた蒸気圧力調節信号を加算合成した後、各ボイラ１1 〜１N に対応する負荷配分係数設定手段７1 〜７N に入力し、ここで負荷配分係数α1 〜αN （α1 ＋……＋αN ）を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出し、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N および各補正手段９1 〜９N に入力する。
【００２０】
この蒸気流量調節手段１０1 〜１０N では、偏差演算手段１１が各負荷配分係数設定手段７1 〜７N の発生蒸気流量指令信号と各蒸気流量検出器２1 〜２N で検出した実発生蒸気流量信号との偏差信号を求めた後、速度形蒸気流量調節手段１２に導入する。この速度形蒸気流量調節手段１２は、この偏差信号に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行し、得られた速度形蒸気流量調節信号をスイッチ手段１３を経由して速度形／位置形信号変換手段１４に導き、ここで位置形蒸気流量調節信号に変換し、各補正手段９1 〜９N に入力する。つまり、発生蒸気流量指令信号に速度形／位置形信号変換手段１４から得られる位置形蒸気流量調節信号を加算することにより、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。
【００２１】
一方、増・減方向判別手段２０1 〜２０N は、蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nとを乗算手段２１，…に導いて乗算処理を実施し、その乗算結果を符号判別手段２２，…に入力する。この各符号判別手段２２，…は、乗算結果の信号が零または零よりも大きい関係（Ｐｃ×△Ｆ11（〜Ｆ1N）≧０）のとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）とが同一の極性、言い換えると蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）の増・減方向とが一致したとき、または両者のうち何れか一方が零のとき、スイッチ手段１３を導通し、速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）を当該スイッチ手段１３を経由させて信号変換手段１４に導き、ここで位置形蒸気流量補正用調節信号を求めて補正手段９1 〜９N に入力する。
【００２２】
これら補正手段９1 〜９N は、各発生蒸気流量指令信号に位置形蒸気流量補正用調節信号を加算し、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。その後、これら補正された発生蒸気流量指令信号はそれぞれのボイラ１1 〜１N に導入され、この指令信号に基づいて各ボイラ１1 〜１N の燃焼量を制御し、蒸気発生量を調節制御する。
【００２３】
従って、このように構成された実施の形態によれば、蒸気圧力調節手段６の蒸気圧力調節信号の増・減方向に蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の蒸気流量調節信号の増・減方向を一致させるように制御することにより、各ボイラの蒸気流量制御が蒸気圧力制御に足並みを揃えて安定追従させることができる。
【００２４】
その結果、蒸気圧力制御の制御性が改善されるとと共に、各ボイラの蒸気流量制御が個々バラバラに動作することがなくなり、増・減方向の一致により、蒸気圧力制御と各蒸気流量制御との間の相互干渉および各蒸気流量制御間の相互干渉が全く無くなり、制御全体の安定性、安全性を向上させることができる。
【００２５】
次に、図２は請求項２に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、同図において従来技術の第６図および図１と同一機能構成部分には同一符号を付し、その同一機能構成部分の詳細説明は省略する。
【００２６】
この制御装置においては、図１とほぼ同様な構成であるが、特に異なるところは蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の一部を構成するスイッチ手段１３′および増・減方向判別手段２０1 〜２０N の一部を構成する符号判別手段２２′，…を改良したものである。
【００２７】
具体的には、符号判別手段２２′の機能として、零以下であることを検出する機能，いわゆるＰｃ×△Ｆ21（〜Ｆ2N）＜０のとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２の出力である該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）とが異符号、言い換えれば蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の増・減方向とが反対のとき、スイッチ手段１３′，…を非導通にすることにより、速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の更新を禁止し、既に信号変換手段１４，…に保存されている位置形蒸気流量補正用調節信号を補正手段１４，…に導いて各発生蒸気流量指令信号を補正するが、蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の増・減方向とが同一の極性または何れかの信号が零となるまで速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の更新を待機する。
【００２８】
従って、この図２に示す装置は、図１に示す装置と符号判別機能が異なるだけで、図１と同様な効果を得ることができる。
図３および図４は請求項３に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、これらの図において図１、図２と同一機能構成部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００２９】
図３は、図１と同様に増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nとを取り込んで乗算手段２１，…で乗算することにより、符号判別手段２２，…で乗算結果の信号が零または零よりも大きいとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜△Ｆ1N）とが同一の極性または両信号のうち何れか一方が零のとき、スイッチ手段１３を導通するものであるが、そのうち乗算手段２１，…が蒸気流量調節手段１０1 〜１０N から取り込む信号として、図１では速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nを取り込んでいるが、図３では偏差演算手段１１で求める偏差信号を取り込んで乗算する例である。
【００３０】
このような実施の形態であっても、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の偏差信号の極性と蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃの極性が同一か、または何れかの信号が零のとき、図１と同一の機能および作用効果を奏する。
【００３１】
図４は図２と同様に増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21〜△Ｆ2Nとを取り込んで乗算手段２１，…で乗算することにより、符号判別手段２２′，…で乗算結果の信号が零以下であるとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜△Ｆ2N）とが異極性のとき、スイッチ手段１３′を非導通とするが、このとき乗算手段２１，…が蒸気流量調節手段１０1 〜１０N から取り込む信号として、図２では速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21〜△Ｆ2Nを取り込んでいるが、図４では偏差演算手段１１で求める偏差信号を取り込んで乗算する例である。
【００３２】
このような実施の形態であっても、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の偏差信号の極性と蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃの極性とが異なるとき、図２と同一の機能および作用効果を奏する。
【００３３】
次に、図５は請求項４に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、これらの図において図１、図２と同一機能構成部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００３４】
この実施の形態は、図３および図４と同様に、増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号とを乗算手段２１に導き、両信号の乗算信号から同一の極性または両信号のうち何れか一方が零のときスイッチ手段１３を導通し、異極性のときスイッチ手段１３′を非導通としている。
【００３５】
このとき、乗算手段２１，…は蒸気圧力調節手段６から取り込む信号として、図１ないし図４では蒸気圧力調節手段６の出力としたが、蒸気圧力調節手段６が例えばデイジタル調節演算の場合には，図５に示すように蒸気圧力と所定の蒸気圧力設定値との偏差を求める偏差演算手段６１、この偏差信号に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行する速度形蒸気圧力調節部６２およびこの調節部６２で得られた速度形蒸気圧力調節信号を位置形蒸気圧力調節信号に変換する速度形／位置形信号変換手段６３で構成されているとき、当該蒸気圧力調節手段６の出力である位置形蒸気圧力調節信号、前記蒸気圧力と所定の蒸気圧力設定値との偏差信号、この偏差信号に基づいて速度形調節演算を行って得られる速度形蒸気圧力調節信号のうちの何れか１つの信号を取り込んで乗算する構成であっても同様の機能および作用効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蒸気圧力調節信号の増・減方向に、各ボイラの蒸気流量調節信号の増・減方向が一致するように制御するので、蒸気圧力制御の方向に各ボイラの蒸気流量制御が足並みを揃えて追従しながら、各発生蒸気流量指令信号に追従制御することができ、蒸気圧力制御の制御性が改善されると共に、各ボイラの蒸気流量制御が個々バラバラに動作せずに増減方向が一致し、蒸気圧力制御と各蒸気流量制御の間の相互干渉および各蒸気流量制御間の相互干渉が全くなくなり、制御系全体の安定性、安全性を大きく改善できるボイラ負荷配分制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図２】 請求項２の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図３】 請求項３の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図４】 請求項３の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の他の実施の形態を示す系統構成図。
【図５】 請求項４の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図６】 従来のボイラ負荷配分制御装置の系統構成図。
【符号の説明】
１1 〜１N ……ボイラ
２1 〜２N ……蒸気流量検出器
５……蒸気圧力検出器
６……蒸気圧力調節手段
７1 〜７N ……負荷配分係数設定手段
９1 〜９N ……補正手段
１０1 〜１０N …蒸気流量調節手段
１３，１３′……スイッチ手段
２０1 〜２０N …増減方向判別手段
２１……乗算手段
２２……符号判別手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列運転される複数のボイラの負荷配分制御に利用されるボイラ負荷配分制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工場などの蒸気発生設備は、複数のボイラが並列運転されており、蒸気の消費量に対して良好な効率が得られるように、また所望の運用形態に合致するように、さらにボイラの大きさ等に従って負荷配分比率を変えている。従って、各ボイラは、この設定された負荷配分比率に基づいて運転するようになっている。
【０００３】
図６は並列運転される複数（N)台のボイラを備えた従来のボイラ負荷配分制御装置の系統構成図である。
この制御装置は、各ボイラ１1 〜１N にそれぞれ取付けられた蒸気流量検出器２1 〜２N で各ボイラ１1 〜１N の発生蒸気流量を検出し、第１の加算手段３に導入する。この第１の加算手段３では、各蒸気流量検出器２1 〜２N で検出される発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量信号を求めた後、第２の加算手段４に導入する。
【０００４】
一方、各ボイラ１1 〜１N が接続される共通ヘッダにおける代表点の蒸気圧力を蒸気圧力検出器５で検出し、この検出信号をフィードバック信号として蒸気圧力調節手段６に入力する。この蒸気圧力調節手段６は、フィードバック信号と所望の蒸気圧力設定値Ｐｓとを比較し、実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するように調節演算を実行し、得られた調節演算出力を第２の加算手段４に導いて前記総蒸気流量信号に加算している。
【０００５】
次いで、第２の加算手段４の出力信号は、各ボイラごとに良好な運用・効率が得られるように負荷配分係数α1 〜αN をもつ負荷配分係数設定手段７1 〜７N に導入され、ここで第２の加算手段４の出力信号に蒸気負荷配分係数α1 〜αN を乗じて各ボイラ１1 〜１N への発生蒸気流量指令信号を取り出し、蒸気流量調節手段８1 〜８N および補正手段９1 〜９N に導入している。
【０００６】
この蒸気流量調節手段８1 〜８N においては、例えば一定時間毎に発生蒸気流量指令信号を目標信号とし、蒸気流量検出器２1 〜２N から出力される実発生蒸気流量信号をフィードバック信号とし、これら目標信号とフィードバック信号との偏差に基づいて比例・積分調節演算を実行し、蒸気流量補正用調節信号を求める。そして、この蒸気流量補正用調節信号を補正手段９1 〜９N でそれぞれの発生蒸気流量指令信号に加算し、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。その後、これら補正された発生蒸気流量信号はそれぞれの各ボイラ１1 〜１N に導入され、この指令信号に基づいて各ボイラ１1 〜１N の燃焼量が制御され、蒸気発生量を調節する構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のようなボイラ負荷配分制御装置は、並列運転している各ボイラ１1 〜１N の動特性や効率の相違によって、蒸気圧力が低下して蒸気圧力調節手段６の出力信号が正，つまり蒸気流量を増加させる要求を出していても、各ボイラ１1 〜１N の大きさ等からくる応答性の違いから、各ボイラの蒸気流量調節手段８1 〜８N の出力信号が必ずしも蒸気流量増加方向とはならず、各ボイラ１1 〜１N ごとに増・減方向がまちまちとなり、蒸気圧力が変動したり、整定するまでに長時間を要する問題がある。これは、蒸気消費量が変化しても、蒸気圧力を一定に制御して良質の蒸気を供給する蒸気圧力制御系と並列運転ボイラをそれぞれの負荷配分指令値に基づいて正確に追従させるといった各ボイラの蒸気流量制御系が独立した関係で動作する結果、互いに相互干渉するためである。
【０００８】
今後、工場等の蒸気発生源である並列運転ボイラの制御システムにおいては、省エネルギー化、製品品質の安定化および安全化などから、益々，蒸気圧力制御の高精度化と負荷配分追従の高速・高精度化が求められるため、以上のような問題を解消する必要がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、相互干渉をなくし、蒸気圧力制御の高精度化および負荷配分に対する速応的追従制御を確保し、より良質な蒸気を高効率・安定に供給可能とするボイラ負荷配分制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、並列運転される複数のボイラからそれぞれ発生する蒸気流量の総蒸気流量を負荷配分し各ボイラを制御するボイラ負荷配分制御装置において、
前記各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力と所定の設定値との偏差信号から蒸気圧力調節信号を算出し前記総蒸気流量に加算する蒸気圧力調節手段と、この蒸気圧力調節手段の蒸気圧力調節信号が加算された総蒸気流量に所望の負荷配分係数を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出する負荷配分係数設定手段と、この負荷配分係数設定手段で得られる各ボイラの発生蒸気流量指令信号である目標値と該当ボイラの実発生蒸気流量とを用いて調節演算を実行し蒸気流量調節信号を取り出す蒸気流量調節手段と、
前記蒸気圧力調節手段の処理信号と各ボイラに対応する蒸気流量調節手段の処理信号とが同一極性または何れかが零のとき蒸気流量調節手段の出力を更新させ、または前記両処理信号が異極性のとき蒸気流量調節手段の出力更新を禁止させる圧力増・減方向判別手段と、この圧力増・減方向判別手段で更新または禁止される蒸気流量調節手段の出力を用いて負荷配分係数設定手段の発生蒸気流量指令信号を補正する補正手段とを設け、この補正手段の出力信号に基づいて対応するボイラの蒸気流量を追従制御するボイラ負荷配分制御装置である。
【００１１】
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、蒸気圧力調節手段の蒸気圧力増・減方向と各ボイラの蒸気流量調節手段の増・減方向とを一致させることにより、蒸気消費量が変化したとき、その蒸気圧力の増・減方向に一致する方向の蒸気流量制御だけを実行するので、蒸気圧力制御と各ボイラの蒸気流量制御との間の相互干渉および各ボイラの蒸気流量制御間の相互干渉を除去でき、蒸気圧力制御の高精度化および負荷配分に対する速応的追従制御を確保でき、これにより良質な蒸気を高効率・安定に供給可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は請求項１に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、同図において従来技術である図６と同一機能構成部分には同一符号を付し、その同一機能構成部分の詳細説明は省略する。
【００１３】
この制御装置において特に従来装置と比較して異なる部分は、補正用蒸気流量を求める蒸気流量調節手段１０1 〜１０N および蒸気圧力の増減方向を判別する増減方向判別手段２０1 〜２０N を設けたことにある。
【００１４】
従って、その他の部分，つまり並列運転されている複数のボイラ１1 〜１N の発生蒸気流量を検出する蒸気流量検出器２1 〜２N 、これら検出器２1 〜２N の発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量信号を算出する第１の加算手段３、各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器５、この蒸気圧力検出器５の実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するように調節演算を実行し、上記圧力調節信号を取り出す圧力増・減方向を高い優先順位とする蒸気圧力調節手段６、この蒸気圧力調節手段６から得られる蒸気圧力調節信号と第１の加算手段３の総蒸気流量信号とを加算する第２の加算手段４、各ボイラごとの負荷配分係数を設定する負荷配分係数設定手段７1 〜７N および補正手段９1 〜９N 等は従来装置と同様な構成となっている。
【００１５】
前記各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N は、各負荷配分係数設定手段７1 〜７N の出力信号，つまり各ボイラ１1 〜１N の目標信号となる発生蒸気流量指令信号と蒸気流量検出器２1 〜２N の検出信号，つまりフィードバック信号となる実発生蒸気流量信号との偏差を算出する偏差演算手段１１と、この偏差演算手段１１で算出される偏差信号に基づいて速度形Ｐ（Ｐ：比例）Ｉ（Ｉ：積分）またはＰＩＤ（Ｄ：微分）調節演算を実行し速度形蒸気流量調節信号を取り出す速度形蒸気流量調節手段１２と、この速度形蒸気流量調節手段１２で得られる速度形蒸気流量調節信号を更新制御または禁止制御するスイッチ手段１３と、このスイツチ手段１３を経由してくる速度形調節信号を位置形蒸気流量補正用調節信号に変換する速度形／位置形信号変換手段１４とによって構成されている。
【００１６】
前記各増減方向判別手段２０1 〜２０N は、前記蒸気圧力調節手段６の出力と前記速度形蒸気流量調節手段１２の出力とを乗算する乗算手段２１と、この乗算手段２１による乗算結果が零または零よりも大きいとき、前記スイッチ手段１３を導通する符号判別手段２２とによって構成されている。
【００１７】
次に、以上のような装置の動作について説明する。
先ず、蒸気流量検出器２1 〜２N が対応する各ボイラ１1 〜１N の実発生蒸気流量を検出して第１の加算手段３に入力すると、この第１の加算手段３は各ボイラ１1 〜１N の実発生蒸気流量を加算合成して総蒸気流量を求め、第２の加算手段４に導入する。
【００１８】
一方、蒸気圧力検出器５は、各ボイラの出側の蒸気共通ヘッダの代表点における蒸気圧力を検出しフィードバック信号として蒸気圧力調節手段６に導入すると、蒸気圧力調節手段６では、フィードバック信号と所望の蒸気圧力設定値Ｐｓとを比較し、実際の蒸気圧力が所望の蒸気圧力設定値Ｐｓに一致するような調節演算を実行して蒸気圧力調節信号を取り出し第２の加算手段４に導入する。
【００１９】
この第２の加算手段４は、総蒸気流量信号に蒸気圧力調節手段６で得られた蒸気圧力調節信号を加算合成した後、各ボイラ１1 〜１N に対応する負荷配分係数設定手段７1 〜７N に入力し、ここで負荷配分係数α1 〜αN （α1 ＋……＋αN ）を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出し、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N および各補正手段９1 〜９N に入力する。
【００２０】
この蒸気流量調節手段１０1 〜１０N では、偏差演算手段１１が各負荷配分係数設定手段７1 〜７N の発生蒸気流量指令信号と各蒸気流量検出器２1 〜２N で検出した実発生蒸気流量信号との偏差信号を求めた後、速度形蒸気流量調節手段１２に導入する。この速度形蒸気流量調節手段１２は、この偏差信号に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行し、得られた速度形蒸気流量調節信号をスイッチ手段１３を経由して速度形／位置形信号変換手段１４に導き、ここで位置形蒸気流量調節信号に変換し、各補正手段９1 〜９N に入力する。つまり、発生蒸気流量指令信号に速度形／位置形信号変換手段１４から得られる位置形蒸気流量調節信号を加算することにより、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。
【００２１】
一方、増・減方向判別手段２０1 〜２０N は、蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nとを乗算手段２１，…に導いて乗算処理を実施し、その乗算結果を符号判別手段２２，…に入力する。この各符号判別手段２２，…は、乗算結果の信号が零または零よりも大きい関係（Ｐｃ×△Ｆ11（〜Ｆ1N）≧０）のとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）とが同一の極性、言い換えると蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）の増・減方向とが一致したとき、または両者のうち何れか一方が零のとき、スイッチ手段１３を導通し、速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜Ｆ1N）を当該スイッチ手段１３を経由させて信号変換手段１４に導き、ここで位置形蒸気流量補正用調節信号を求めて補正手段９1 〜９N に入力する。
【００２２】
これら補正手段９1 〜９N は、各発生蒸気流量指令信号に位置形蒸気流量補正用調節信号を加算し、各発生蒸気流量指令信号と実発生蒸気流量信号とが一致するように補正する。その後、これら補正された発生蒸気流量指令信号はそれぞれのボイラ１1 〜１N に導入され、この指令信号に基づいて各ボイラ１1 〜１N の燃焼量を制御し、蒸気発生量を調節制御する。
【００２３】
従って、このように構成された実施の形態によれば、蒸気圧力調節手段６の蒸気圧力調節信号の増・減方向に蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の蒸気流量調節信号の増・減方向を一致させるように制御することにより、各ボイラの蒸気流量制御が蒸気圧力制御に足並みを揃えて安定追従させることができる。
【００２４】
その結果、蒸気圧力制御の制御性が改善されるとと共に、各ボイラの蒸気流量制御が個々バラバラに動作することがなくなり、増・減方向の一致により、蒸気圧力制御と各蒸気流量制御との間の相互干渉および各蒸気流量制御間の相互干渉が全く無くなり、制御全体の安定性、安全性を向上させることができる。
【００２５】
次に、図２は請求項２に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、同図において従来技術の第６図および図１と同一機能構成部分には同一符号を付し、その同一機能構成部分の詳細説明は省略する。
【００２６】
この制御装置においては、図１とほぼ同様な構成であるが、特に異なるところは蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の一部を構成するスイッチ手段１３′および増・減方向判別手段２０1 〜２０N の一部を構成する符号判別手段２２′，…を改良したものである。
【００２７】
具体的には、符号判別手段２２′の機能として、零以下であることを検出する機能，いわゆるＰｃ×△Ｆ21（〜Ｆ2N）＜０のとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２の出力である該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）とが異符号、言い換えれば蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の増・減方向とが反対のとき、スイッチ手段１３′，…を非導通にすることにより、速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の更新を禁止し、既に信号変換手段１４，…に保存されている位置形蒸気流量補正用調節信号を補正手段１４，…に導いて各発生蒸気流量指令信号を補正するが、蒸気圧力調節信号Ｐｃの増・減方向と該当ボイラの速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の増・減方向とが同一の極性または何れかの信号が零となるまで速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜Ｆ2N）の更新を待機する。
【００２８】
従って、この図２に示す装置は、図１に示す装置と符号判別機能が異なるだけで、図１と同様な効果を得ることができる。
図３および図４は請求項３に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、これらの図において図１、図２と同一機能構成部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００２９】
図３は、図１と同様に増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nとを取り込んで乗算手段２１，…で乗算することにより、符号判別手段２２，…で乗算結果の信号が零または零よりも大きいとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11（〜△Ｆ1N）とが同一の極性または両信号のうち何れか一方が零のとき、スイッチ手段１３を導通するものであるが、そのうち乗算手段２１，…が蒸気流量調節手段１０1 〜１０N から取り込む信号として、図１では速度形蒸気流量調節信号△Ｆ11〜△Ｆ1Nを取り込んでいるが、図３では偏差演算手段１１で求める偏差信号を取り込んで乗算する例である。
【００３０】
このような実施の形態であっても、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の偏差信号の極性と蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃの極性が同一か、または何れかの信号が零のとき、図１と同一の機能および作用効果を奏する。
【００３１】
図４は図２と同様に増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21〜△Ｆ2Nとを取り込んで乗算手段２１，…で乗算することにより、符号判別手段２２′，…で乗算結果の信号が零以下であるとき、つまり蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21（〜△Ｆ2N）とが異極性のとき、スイッチ手段１３′を非導通とするが、このとき乗算手段２１，…が蒸気流量調節手段１０1 〜１０N から取り込む信号として、図２では速度形蒸気流量調節信号△Ｆ21〜△Ｆ2Nを取り込んでいるが、図４では偏差演算手段１１で求める偏差信号を取り込んで乗算する例である。
【００３２】
このような実施の形態であっても、各蒸気流量調節手段１０1 〜１０N の偏差信号の極性と蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃの極性とが異なるとき、図２と同一の機能および作用効果を奏する。
【００３３】
次に、図５は請求項４に係わる発明の一実施の形態を示す系統構成図である。なお、これらの図において図１、図２と同一機能構成部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００３４】
この実施の形態は、図３および図４と同様に、増・減方向判別手段２０1 〜２０N が蒸気圧力調節手段６の出力である蒸気圧力調節信号Ｐｃと速度形蒸気流量調節手段１２，…の速度形蒸気流量調節信号とを乗算手段２１に導き、両信号の乗算信号から同一の極性または両信号のうち何れか一方が零のときスイッチ手段１３を導通し、異極性のときスイッチ手段１３′を非導通としている。
【００３５】
このとき、乗算手段２１，…は蒸気圧力調節手段６から取り込む信号として、図１ないし図４では蒸気圧力調節手段６の出力としたが、蒸気圧力調節手段６が例えばデイジタル調節演算の場合には，図５に示すように蒸気圧力と所定の蒸気圧力設定値との偏差を求める偏差演算手段６１、この偏差信号に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行する速度形蒸気圧力調節部６２およびこの調節部６２で得られた速度形蒸気圧力調節信号を位置形蒸気圧力調節信号に変換する速度形／位置形信号変換手段６３で構成されているとき、当該蒸気圧力調節手段６の出力である位置形蒸気圧力調節信号、前記蒸気圧力と所定の蒸気圧力設定値との偏差信号、この偏差信号に基づいて速度形調節演算を行って得られる速度形蒸気圧力調節信号のうちの何れか１つの信号を取り込んで乗算する構成であっても同様の機能および作用効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蒸気圧力調節信号の増・減方向に、各ボイラの蒸気流量調節信号の増・減方向が一致するように制御するので、蒸気圧力制御の方向に各ボイラの蒸気流量制御が足並みを揃えて追従しながら、各発生蒸気流量指令信号に追従制御することができ、蒸気圧力制御の制御性が改善されると共に、各ボイラの蒸気流量制御が個々バラバラに動作せずに増減方向が一致し、蒸気圧力制御と各蒸気流量制御の間の相互干渉および各蒸気流量制御間の相互干渉が全くなくなり、制御系全体の安定性、安全性を大きく改善できるボイラ負荷配分制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図２】 請求項２の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図３】 請求項３の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図４】 請求項３の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の他の実施の形態を示す系統構成図。
【図５】 請求項４の発明に係わるボイラ負荷配分制御装置の一実施の形態を示す系統構成図。
【図６】 従来のボイラ負荷配分制御装置の系統構成図。
【符号の説明】
１1 〜１N ……ボイラ
２1 〜２N ……蒸気流量検出器
５……蒸気圧力検出器
６……蒸気圧力調節手段
７1 〜７N ……負荷配分係数設定手段
９1 〜９N ……補正手段
１０1 〜１０N …蒸気流量調節手段
１３，１３′……スイッチ手段
２０1 〜２０N …増減方向判別手段
２１……乗算手段
２２……符号判別手段
Claims (4)
- 並列運転される複数のボイラからそれぞれ発生する蒸気流量の総蒸気流量を負荷配分し各ボイラを制御するボイラ負荷配分制御装置において、
前記各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力と所定の設定値との偏差信号から蒸気圧力調節信号を算出し前記総蒸気流量に加算する蒸気圧力調節手段と、
この蒸気圧力調節手段の蒸気圧力調節信号が加算された総蒸気流量に所望の負荷配分係数を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出する負荷配分係数設定手段と、
この負荷配分係数設定手段で得られる各ボイラの発生蒸気流量指令信号である目標値と該当ボイラの実発生蒸気流量とを用いて調節演算を実行し蒸気流量調節信号を取り出す蒸気流量調節手段と、
前記蒸気圧力調節手段の処理信号と各ボイラに対応する蒸気流量調節手段の処理信号とが同一極性または何れかが零のとき、自ボイラ対応の蒸気流量調節手段の出力を更新させる圧力増・減方向判別手段と、
前記蒸気流量調節手段の出力を用いて前記負荷配分係数設定手段から出力される発生蒸気流量指令信号を補正する補正手段と、
を具備し、この補正手段の出力信号に基づいて対応するボイラの蒸気流量を追従制御することを特徴とするボイラ負荷配分制御装置。 - 並列運転される複数のボイラからそれぞれ発生する蒸気流量の総蒸気流量を負荷配分し各ボイラを制御するボイラ負荷配分制御装置において、
前記各ボイラ群の出力側の共通代表点の蒸気圧力と所定の設定値との偏差信号から蒸気圧力調節信号を算出し前記総蒸気流量に加算する蒸気圧力調節手段と、この蒸気圧力調節手段の蒸気圧力調節信号が加算された総蒸気流量に所望の負荷配分係数を乗じて各ボイラの発生蒸気流量指令信号を算出する負荷配分係数設定手段と、
この負荷配分係数設定手段で得られる各ボイラの発生蒸気流量指令信号である目標値と該当ボイラの実発生蒸気流量とを用いて調節演算を実行し蒸気流量調節信号を取り出す蒸気流量調節手段と、
前記蒸気圧力調節手段の処理信号と各ボイラに対応する蒸気流量調節手段の処理信号とが異極性のとき、蒸気流量調節手段の出力更新を停止させる圧力増・減方向判別手段と、
前記蒸気流量調節手段の出力を用いて前記負荷配分係数設定手段から出力される発生蒸気流量指令信号を補正する補正手段と、
を具備し、この補正手段の出力信号に基づいて対応するボイラの蒸気流量を追従制御することを特徴とするボイラ負荷配分制御装置。 - 蒸気流量調節手段の処理信号は、ボイラの発生蒸気流量指令信号とボイラの実発生蒸気流量との偏差信号、この偏差信号に基づいて速度形調節演算を行って得られる速度形蒸気流量調節信号のうちの何れか１つの信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ負荷配分制御装置。
- 前記蒸気圧力調節手段の処理信号は、当該蒸気圧力調節手段の出力である位置形蒸気圧力調節信号、前記蒸気圧力と所定の設定値との偏差信号、この偏差信号に基づいて速度形調節演算を行って得られる速度形蒸気圧力調節信号のうちの何れか１つの信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ負荷配分制御装置。
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| JP01682397A JP3822300B2 (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | ボイラ負荷配分制御装置 |
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| JP01682397A JP3822300B2 (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | ボイラ負荷配分制御装置 |
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| JPH10213303A JPH10213303A (ja) | 1998-08-11 |
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- 1997-01-30 JP JP01682397A patent/JP3822300B2/ja not_active Expired - Lifetime
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