JPH01291001A - ボイラ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、燃料バーナのボイラ制御装置に関する。

〔発明の背景〕

ボイラの圧力または温度の制御は、代表的には、エネル
ギ入力がエネルギ出力に一致するよう、゛燃料パルプと
エア・ダンパを調整することにより行なわれる。これは
、一般に、ボイラ内の圧力をモニタし、かつパルプおよ
びダンパを調節するととくよシ適当な均衡を維持する調
整形モータを調節することにより行なわれる。この種の
制御は、通常、比例制御である。圧力は、一般に帯域幅
と呼称されている固定範囲または偏差に関する目標の圧
力すなわち設定値近くに維持される。

代表的外ボイラ制御は、オフ状態、低燃焼状態、高燃焼
状態、および低燃焼状態と高燃焼状態の間の調整状態と
を用いている。この種の調整により、圧力応答デイバイ
スは適当な範囲においてオン・オフして、ボイラ内の圧
力を制御する。

調整が行なわれる可変制御帯域幅は、機械的調節により
得られる。この種の制御は、装置の機械的１スロツプ（
５ｌｏｐ）　’による固定ヒステリシスを有している。

この装置は、パルプおよびダンパの制御モータを不安定
にすることなく、すなわち過度に発振することなく、保
持し得る最小帯域幅として一般に規定されている最適制
御を行なうよう調節される。これを行なうための最小帯
域幅は、負荷の種類（すなわち要求量の変化度）と、そ
の変化に応答するボイラの能力とにより決まる。ボイラ
の反応時間は、モータの速度、ターン拳ダウン比と呼称
されている関数、およびボイラの熱質量とくよシ決まる
。熱質量は、ボイラの水量をバーナの大きさで割り九値
（馬力）である。

種類の異なるボイラは、熱質量も異なっている。

これら異なる熱質量は、いかなる複雑な制御装置におい
ても考慮しなければなら々い。また、異々る形式の熱質
量は、４つの主な種類のボイラから選択すればよい。こ
れら種類は、煙管を有する蒸気ボイラ、水管を有する蒸
気ボイラ、煙管を有する湯ボイラ、および水管を有する
湯ボイラである。

これら４つの種類のそれぞれは、累々る熱質量特性を有
し、その特性は、そのボイ９．に関するバーナの全制御
において考慮されなければ壜らない。

多くの場合、最適制御は必ずしも必要とされていない。

調整すなわちモータの位置決めを最小セすることが、極
めて厳密な制御を要求することよシも、特定の設備にお
いてはよシ重要なことである。帯域幅および他のパラメ
ータを適切に選択して、ボイラを、供給されている負荷
に整合できるよう、要求される負荷応答の種類および熱
質量の選択は、一般的な装置においては、どちらかとい
えば複雑な演算を必要としている。

〔発明の概要〕

ボイラのバーナを制御するのに、マイクロコンピュータ
およびそれに関連した装置を使用しているボイラ制御装
置について説明する。マイクロコンピュータ、そのメモ
リ、入力・出力装置としてマイクロコンピュータは伴な
うキーボードおよびデイスプレィ装置、および燃焼度制
御装置によル、バーナの複雑な制御を行々っている。を
九、マイクロコンピュータ装置の能力により、前（は使
用できなかった種類の制御を行なうことができる。

本発明装置において、ボイラの制御帯域幅は、差圧とし
てではなく温度差により計算される。この計算は、検出
された圧力と周知のデータにより行なわれる。計算され
た温度帯域幅は、圧力帯域幅よシも正確に、ボイラ中の
エネルギを表わしている。温度帯域幅に関して制御する
ことにより、制御安定度は、制御設定値に関係なく一定
に維持される。しかし、帯域幅が圧力帯域により特定さ
れる時にはそうはなら々い。

これは、最初、圧力設定値に入力し、計算（Ｃよりそれ
を温度設定値に変換することによって行なわれる。その
後、実験的に得られた温度差が、計算された温度設定値
に関して供給され、高および低動作温度を生じる。検出
装置および一般装置の動作モードは圧力により供給され
ているので、高および低動作温度は、それらに相当する
圧力に変換される。これＫより、動作設定値に関係なく
、一定のエネルギの圧力帯域幅が供給される。これは、
圧力規定帯域幅による場合よりもはるかに一定している
。

本発明は、圧力帯域幅を、制御されるボイラの種類の熱
質量の関数として修正することにより、さらに改善され
ている。また、本発明では、装置の動作を一層改善する
よう、制御される熱質量の形式を考慮して、マイクロコ
ンピュータをプログラムすることができる。

マイクロコンピュータが、温度計算と熱質量に基づいて
圧力帯域を計算した後、圧力帯域は、普通の比較器にお
いで、ボイラ内の実際の圧力と比較される赫７その後、
比較器は、調キ形のモータに駆動信号を供給して、低燃
焼および高燃焼位置の間で必要力調整を行なう他、オフ
−オン・モードでバーナを適切に作動する。

本発明は、燃焼度制御機能を有するボイラ制御装置を提
供する。本発明の装置は、メモリを含んでいるマイクロ
コンピュータ装置と、上記マイクロコンピュータ装置と
上記メモリ装置に接続し、上記ボイラ制御装置により制
御される燃料バーナとボイラに関する複数の制御パラメ
ータを上記マイクロコンピュータ装置と上記メモリ装置
に供給する入力・出力装置と、上記マイクロコンピュー
タ装置と上記メモリ装置に接続し、選択された設定制御
圧力と選択された温度帯域の関数である圧力制御帯域を
形成し、かつ上記設定制御圧力を温度設定値に変換し、
更に、上記選択された温度帯域と上記温度設定値を圧力
制御帯域に変換する燃焼度制御装置と、上記ボイラの圧
力を測定する装置と、上記ボイラ制御装置に接続した上
記ボイラからの上記測定され九圧力と上記圧力制御帯域
に応答し、上記ボイラの上記燃料バーナに接続した出力
装置を有して、上記燃料バーナを制御し、さらに上記ボ
イラの上記圧力を制御する比較器とを有している。

以下、添付の図面に基いて、本発明の実施例に関し説明
する。

〔実施例〕

第１図は、一般的な従来の制御ループを示している。こ
の制御ループは、ボイラのバーナ制御装置において圧力
応答スイッチ、電子作動調整モータ、ダンパなどを含む
機械的すなわち電気根域的構成部材を用いている。第１
図は、ボイラ内の圧力１１に対てボイラのバーナの燃焼
度１０をプロットしたグラフである。バーナが１２にお
いて作動すると、バーナは高燃焼度１４で動作する。

１５においてボイラ中に圧力が生じると、調整範囲の開
始点である圧力点Ｐ１に到達する。その後、Ｐ２におけ
る調整範囲の終点である点１Ｔに到達するまで、圧力は
、燃料パルプとエア・ダンパの位置にしたがって１６に
おいて変化する。Ｐｌと２２間の調整範囲は、一般に１
デイバイスのディファレンシャルすなわち帯域幅と呼称
されてい石。

この範囲における調整は、機械的および電気機械的構成
素子の固有とステリシスにより、カーブ１６とカーブ２
０の間で変化する。固定ヒステリシス２１は、装置の構
成素子により決まるので、可変ではない。ボイラの負荷
が十分に低下すると、ボイラ内の圧力はブレーク・ポイ
ント２２に到達し、装置はバーナをオフにし、次のサイ
クルを待つ。

この形式の装置は、従来広く用いられており、ボイラで
は動作点として圧力に関して設定された制御が行がわれ
ている。ボイラの圧力はその動作につれて変化し、との
種類の制御は、ボイラ内の蒸気または水の温度に関連し
た制御よシも精密ではない。しかし、蒸気ｉ＋は水の温
度は、機械的および電気機械的な種類の制御装置におけ
る限界のため、従来では制御基準としては使用されてい
なかった。

本発明は、バーナおよびボイラの動作における中間段階
として、温度制御システムを用いている。

また、本発明は、マイクロコンピュータによるボイラ制
御装置ま九は火炎防護シーケンサの直接制御の元で、バ
ーナおよびボイラにおいて従来よシ使用されている多く
の構成装置を備えている。

第２図は、装置全体のブロック図を示している。

ここでは、作動されるべきボイラ２４は、概略的に示さ
れている。このボイラには、バーナ２５が設けられてお
シ、ボイ・うは圧力測定プローブまたは素子２６を有し
ている。バーナ２５は、２Ｔにおいてオン・オフで作動
される一般的なパルプとダンパの全てと、調整モータ３
０により作動される調整リンク装置２８を有している。

調整モータ３０は、コンダクタ３１において位置フィー
ドバック出力信号を供給し、かつコンダクタ３２におい
て付勢すなわち制御信号を受信する。コンダクタ３１，
３２は、センサ２Ｂにおいて検出された作動圧力とオン
・オフ信号２Ｔと同様に、ボイラ制御装置３５に関係し
ている。ボイラ制御装置３５は、ボイラ制御装置３５の
入力・出力装置を形成しているキーボード／デイスプレ
ィ装置３６を有している。キーボード／デイスプレィ装
置３６は、代表的には、入力データに必要なキーボード
と、出力データおよび作動状態用の液晶デイスプレィと
を有している。

キーボード／デイスプレィ装置す々わち入力・出力装置
３６は、３７に訃いてマイクロコンビエータ装置４０に
接続している。マイクロコンピュータ装置４０は、メモ
リ装置４１と燃焼度制御装置４２を含む、必要とされて
いる動作ハードウェアとソフトウェアの全てを有してい
る。燃焼度制御装置４２の内部機能については、第３図
の７０−チャートに関して説明する。マイクロコンビエ
ータ装置４０、メモリ４１、および燃焼度制御装置４２
は、ポンド／平方インチで表わされた設定圧力（ｓｇＴ
ｐｏｘＮｒ）の計算された関数である、圧力帯域（ＰＢ
ＡＮＤ）の形の出力信号４３を供給する。５ＥＴＰＯＩ
ＮＴは、キーボード／デイスプレィ装置３６において単
位圧力として入力され、コンダクタ４３の出力は、マイ
クロコンピュータ装置４０、メモリ４１、および燃焼度
制御装置４２により計算された値である。４３における
圧力帯域ＰＢＡＮＤは、比較器および制御装置４４にお
いて計算される。比較器および制御装置４４は、センサ
２６からの動作圧力に対して、ＰＢＡＮＤ　Ｋよシ示さ
れたような目標の圧力動作帯域を比較し、２つの出力信
号を供給する。第１出力信号は、バーナ２５の始動−停
止用のオン・オフ信号である２Ｔにおける信号で、他の
信４４５は、コンダクタ３２によ多モータ３０作動する
モータ・ドライブ４６に供給される信号である。コンダ
クタ３１のフィードバック信号は、一般的な方法で閉ル
ープ制御を行なう。

第２図に示した装置において、動作圧力は、入力・出力
装置３６に供給される。比較器および制御装置４４は、
実際には、入力・出力装置３゛６に入力されたような圧
力設定値に対して直接的に動作するのに対して、装置内
において温度管用いて計算された圧力範囲に対して燃焼
度制御装置４２の制御の元°で、装置を動作する。

発明の概要において述べたように、制御帯域ＰＢＡＮＤ
は、圧力ではなく温度によって計算される。この計算は
、３６で入力された圧力設定値と、周知の熱的関係と使
用される温度範囲の帯域に関する実験的関係とを用いて
構成されている。

温度帯域幅は、ボイラ内のエネルギを非常に良く表わし
ており、この温度帯域幅に対して制御することにより、
さらに一定した制御が行なわれる。

この温度制御は、制御が圧力設定値に対して厳密に行な
われ九場合よりも、はるかに一定している。

第３図のフローチャートは、本発明を実施する際に燃焼
度制御装置４２に必要な計算を示している。目標の動作
圧力は、５０において最初に使用され、ポンド／平方イ
ンチの入力圧力設定値として示されている。ｔ＋、この
設定値は、５ＥＴＰＯＩＮＴ　　として示されている。

ＳｇＴＰＯＩＮＴ５０は、マイクロコンピュータ４０、
メモリ４１および燃焼度制御装置４２に供給され、５１
における計算％Ａ＃とじて示された最初の計算を行なう
。計算ｔＡ＃は、周知の熱ダイナミック情報を使用して
、ポンド／平方インチの圧力をＴＳＥＴ５２　　として
示され九温度に変換する。この計算の式は、前述したよ
うに周知であるが、−６第３図に示し、ている。

ＴＳＥＴ５２の温度は、計算１Ｂ“５３において、８１
７ＰＯＩＮＴ　５Ｇと、ボイラを適切に制御するための
実験的に得られた温度帯域幅である５４における別の関
数と結合される。この温度帯域幅は、制御されるべきボ
イラの周知の特性に基づいて選択することができる。５
４における温度帯域幅は、１／２　ＴＩＩＮＤ５４　　
として示されている。計算％Ｂ＃における５ＫＴＰＯＩ
ＮＴ　５０、Ｔ８ＥＴ　５２　および１／２ＴＢＡＮＤ
５４の組合せは、ＰＢＡＮＤ’として示された圧力帯斌
幅としてブロック５３の出力５５に供給される。この圧
力帯域は、第３図に示された計算ｓＢ’の式にしたがっ
て制御する。この計算により、初期設定圧力と、圧力設
定値を温度設定値に変換する温度計算との関数である圧
力帯域が形成される。５５における圧力帯域ＰＢ入ＮＤ
’は、圧力設定値に関してのみ制御を行なり九場合よシ
も良好な制御を行なう。

第３図のフローチャートには、作動される特定の種類の
ボイラの熱室−［１（ＴＭ）を考慮したブｒ＞゛ツク５
６が加えられている。ボイラには４つの主な種類がある
。装置が、制御される特定の種類のボイラ用にＰＲＡＮ
Ｄ″を修正できるように１ブロツク５６の関数が入力・
出力装置３１１に入力される。ブロック５６の出力は、
第２図のコンダクタ４３により比較器および制御装置４
４に供給される実際の制御圧力帯域であるＰＢ＆ＮＤ５
７である。

この圧力帯域ＰＢＡＮＤ５７は、２６において検出され
た実際の動作圧力に対する比較を考慮しておシ、第１図
において述べられた従来のデイバイスよりもさらに精密
なボイラの制御を行なうことができる。

以上のように１本発明は、温度範囲に関するボイラの制
御が、圧力範囲に関する制御よシも精密であることを示
している。また、本発明は、マイクロコンピュータ４０
、メモリ４１および燃焼度制御装置４２を有するマイク
ロコンピュータ・ボイラ制御装置３５を用いて、圧力設
定値を温度範囲に交換し、さらにそれを圧力帯域に変換
し直して、ボイラをよシ精密に制御している。本発明の
概念を理解するため、極めて簡単な形式の実施例が示さ
れているが、本発明は様々に改変し得ることは、画業者
には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の圧力装置の特性グラフを示し、第２図
は、本発明の制御装置とそれに適用されるボイラのブロ
ック図を示し、第３図は、本発明装置の動作の７０−チ
ャートを示している。 ２４・・・・ボイラ、２５１１・・Φバーナ、２６・・
拳・圧力測定素子、３０・・・・モータ、３５・・・・
ボイラ制御装置、３６・・・・キーボード／デイスプレ
ィ装置、４０・・・・マイクロコンピュータ、４１・・
・拳メモリ、４２・・・・燃焼度制御装置、４４・・・
・比較器および制御装置、４６１１１１・・モータ・ド
ライブ。 特許出願人　　ハネウェル会インコーボレーテッド復代
理人　山川政樹（ほか２名） 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、１（イ役批ゴ） 手続補正書ζ′ｒ紋ｐ １．事件の表示 平成１手持　　許願第ｚｏｑ　＋Ｚ号 ２、眸Ｅ１目の名称 オ；イラ勺県１ｇＮ７卆１ｊ【 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特　　　　許出願人名称（氏名）
へネジエル・イシコー不０レーテソト″し□の８４寸　
　平成１年　十月？シ日６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼度制御機能を有するボイラ制御装置において、 メモリを含んでいるマイクロコンピュータ装置と、上記
   マイクロコンピュータ装置と上記メモリ装置に接続し、
   上記ボイラ制御装置により制御される燃料バーナとボイ
   ラに関する複数の制御パラメータを上記マイクロコンピ
   ュータ装置と上記メモリ装置に供給する入力・出力装置
   と、上記マイクロコンピュータ装置と上記メモリ装置に
   接続し、選択された設定制御圧力と選択された温度帯域
   の関数である圧力制御帯域を形成し、かつ上記設定制御
   圧力を温度設定値に変換し、更に上記選択された温度帯
   域と上記温度設定値を圧力制御帯域に変換する燃焼度制
   御装置と、上記ボイラの圧力を測定する装置と、上記ボ
   イラ制御装置に接続した上記ボイラからの上記測定され
   た圧力と上記圧力制御帯域に応答し、上記ボイラの上記
   燃料バーナに接続した出力装置を有し、上記燃料バーナ
   を制御し、さらに上記ボイラの上記圧力を制御する比較
   器とから成ることを特徴とするボイラ制御装置。