JPH02223724A - 加熱装置の空燃比制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱装置の制御に関し、特に、加熱装置の空
燃比を制御する方法に関する。

［従来技術］ ボイラーの圧力や温度の最適制御は、ボイラーに熱を与
えるために用いられるバーナーの空燃比（即ち、燃焼室
に供給される燃料と酸素との比率）るように燃料バルブ
及び空気ダンパを調節することによって変化することが
できる。

圧力や温度の最適制御は、制御されるボイラーの熱的質
ｍ”特性及び制御される負荷の動的特性を考慮モずにで
きることではない。熱的質■は、ボ・イラー内の水の重
量をこの水を加熱するバーナーの最大加熱能力で割った
ものとして表される。バーテルズら（Ｂａｒｔｅｌｓ　
ｅｔ　ａｌ）による米国特許第４７８７５４４号は、空
燃比を熱的質量の関数とｊ７で制御する空燃比制御装置
を開示している。

［７かし１、ボイラーの熱的質■は夫々の製造会社のボ
イラー・の形状によって異なる。通常ボイラーの操作者
はボイラーの熱的質量を知らず、過去においＣは、種々
の方法を用いて試験を行ない熱的質量を概算的に求めて
いた。これらの試験方法は時間がかかり、試騎中にボイ
ラーの出力率が変化すると誤差を生じるものであった。

また、負荷特性や所望の制御精度はどの加熱装置でもそ
の用い方に依存するものである。言い換えれば、多くの
場合最適制御は必要でなく、極端に厳格な制御Ｊ、り調
整をできるだり少なくするほうが重要である（例えば、
加熱装置の空燃比を調整するモータの位置調整）。通常
、加熱装置の制御の精度が低ければモータの位置調整回
数も少なくなるので、許容し得る最も精度の低い制御法
を採用して空燃比調整モータやその他の機械部品の磨耗
をできるだけ減少させるべきである。

［発明の概要］ 本発明は、制御される正確なボイラーに対応する正確な
熱的質量を素早く得ることができる空燃比制御装置の要
求が高いことの認識に基づいている。また、空燃比制御
装置は、熱的質量に基づいた空燃比のみではなく所望の
制御精度も制御し、加熱装置、制御される負荷及び所望
の制御のための所望の制御精度が適合するようにし２な
くてはならない。

本発明は、加熱装置の熱的質量を補償する空燃比制御装
置を提供する。加熱装置の熱的質量特性は加熱装置識別
情報から得られる。空燃比制御に影響する負荷の特性及
び所望の制御精度を表す重み付けされた制御応答係数が
選択される。空燃比は重み付けされた制御応答係数及び
熱的質量特性をノ、（に加熱装置、制御されている負荷
及び所望の制御精度に適合するように調整される。

「実施例］ 第１図は、加熱装置のボイラー内の圧力１１に対１．て
加熱装置の空燃比１０がプロットされた従来の制御ルー
プを示す。点１２でバーナーが作動を開始すると、バー
ナーが高燃焼状態１４で作動するように燃料バルブ及び
空気ダンパが位置決めされる。高燃焼状態では、バーナ
ーで加熱されたボイラー内の圧力が上昇し、点１５に達
する。点１５で圧力は圧力点Ｐ１となる。Ｐｌはボイラ
ーが運転される調整範囲の開始である。

圧力は、燃料バルブ及び空気ダンパの位置（Ｊ二応じて
曲線１６に沿って点１７まで変化する。点１７は調整範
囲の終端であり圧力Ｐ２に対応する。

点Ｐ１及び２２間の調整範囲は通常加熱装置の帯域と呼
ばれる。この範囲の調整は、加熱装置の１し」御に用い
られる装置の固有のヒステリシスのため、曲線１６およ
び２０の間で変化する。ボイラー内の圧力が限界点に達
すると、加熱装置はバーナーを停止し、新たな加熱サイ
クルを待つ。

第２図は、本発明の加熱装置Ｓのブロック図を示す。ボ
イラー２４にはバーナー２５からの熱が供給される。ボ
イラー２４はボイラー内の運転圧力を表す圧力信号を発
生する圧力測定プローブ２６を有する。バーナー・２５
は従来のバルブ及びダンパ有し、ボイラー制御装置３５
からの制御信号２７及び調整モータ３０からの結合２８
を調整することによってオン／オフで運転される。

調整モータ３０は位置フィードバック信号を発生し、ボ
イラー制御装置３５のモータドライブ４６に返送すると
共に、モータドライブ４６からの駆動信号３２を供給さ
れる。

ボイラー制御装置３５は、キーボード／表示装置３６、
マイクロコンピュータ４０、メモリ４１、空燃比制御手
段４２、比較制御装置４４及びモータドライブ４６を備
える。キーボード／表示装置３６はボイラー制御装置の
入出力手段であり、線３７によってマイクロコンピュー
タ４０に接続されている。マイクロコンピュータ４０は
メモリ４１のように動作に必要なハードウェア、ソフト
ウェア及び空燃比制御手段４２を備える。マイクロコン
ピュータ４０、メモリ４１及び空燃比制御手段４２は比
較制御装置４４に出力信号４３を供給する。出力信号４
３は圧力帯域（ＦＢＡＮＤ）を表し、１ボンド／平方イ
ンチで表された設定点圧力（ＳＥＴＰＯＩＮＴ）から計
算された関数である。５ＥＴＰＯＩＮＴは特定圧力とし
てキーボード／表示装置３６から入力され、出力信号４
３はマイクロコンピュータ４０、メモリ４１及び空燃比
制御手段４２によって計算され、所望の圧力作用帯域（
ＰＢＡＮＤ）を表す。出力信号４３は比較制御装置４４
でセンサ２６から送られた圧力信号によって表された実
際の運転圧力と比較される。

この比較を基に、比較制御装置４４は２つの信号を発生
する。１つはバーナー２５に供給される制御信号２７で
、もう１つはモータドライブ４６に供給されるモータド
ライブ制御信号４５である。

モータドライブ４６はモータドライブ制御信号４５及び
位置フィードバック信号３１に基づいて従来同様閉ルー
プ動作を行なう。

第３図は、本発明の加熱装置Ｓの空燃比制御に必要な処
理のフローチャートである。キーボード／表示装置３６
から入力された５ＥＴＰＯＩＮＴ５０は、マイクロコン
ピュータ４０、メモリ４１及び空燃比制御手段４２によ
って計算Ａを行なうのに用いられる。計算Ａは、既知の
熱動的情報を用いて、５ＥＴＰＯＩＮＴ５０のようにボ
ンド／平方インチで入力された圧力を温度ＴＳＥＴ５２
に変換するものである。この計算に用いられる式は公知
であるが、第３図に示しておく。

キーボード／表示装置５１から入力される応答５１は重
み付けされた数であり、本実施例では１から５の範囲で
ある。応答５１が「１」の場合、設定点公差は厳格では
なく、加熱装置Ｓの制御範囲は広い。応答「１」は、負
荷がゆっくりと変化する場合や、広い圧力または温度変
動があっても構わない場合に用いることができる。

一方、応答「５」では設定点制御は非常に厳格となり、
制御範囲も狭い。これは、負荷が休息に変化する場合や
、ボイラーの圧力または温度を安定的に保持しなければ
ならない場合に用いる。応答「２」、「３」、「４」は
両端値の間の値で、制御の調節を行なうことができる。

上述のように、応答人力５１が小さい値の場合、モータ
３０の配置交換回数が少なくなり、その結果モータ３０
は加熱装置Ｓの運転中の機械的磨耗も少なくなる。

マイクロコンピュータ４０、メモリ４１及び空燃比制御
手段４２は応答５１を計算Ｂで用い、空燃比を制御する
ための温度帯域を得る。この値は第３図で１／２ＴＢＡ
ＮＤ５３と書かれている。５ＥＴＰＯＩＮＴ５０、ＴＳ
ＥＴ５２及び１／２ＴＢＡＮＤ５３は、マイクロコンピ
ュータ４０．メモリ４１及び空燃比制御手段４２で計算
Ｃに用いられる。計算Ｃによって、圧力帯域ＰＢＡＮＤ
５４が得られる。

ボイラーは形式、型番、会社によって個々の設計熱的質
量を有する。空燃比及び加熱装置Ｓの制御は設計熱的質
量の関数として行なうのが望ましいため、種々のボイラ
ーの設計熱的質量値をメモリ４１に記憶しである。加熱
装置Ｓを始動させる前に、操作者はキーボード／表示装
置３６からボイラー識別情報をボイラー制御装置３５に
入力する。ボイラー識別情報は、ボイラーの型番、製造
会社、ボイラーの形式等である。このボイラー識別情報
を基に、マイクロコンピュータ４０は背御すべきボイラ
ーの設計熱的質量値をメモリ４１から検索する。この情
報から、マイクロコンピュータ４０、メモリ４１及び空
燃比制御手段４２は最終的な圧力帯域ＰＢＡＮＤを計算
する。

更に、加熱装置Ｓのヒステリシスが計算りで求められ（
ブロック５５）、加熱装置Ｓの帯域に帯するパーセント
で得られる。本実施例では、ヒステリシスは最大で帯域
の５０％、最小で１５％に設定されている。

第４図は空燃比１０を５ＥＴＰＯＩＮＴ　（ｐ　ｓｉ）
からのずれをプロットしたグラフである。このグラフは
、５ＥＴＰＯＩＮＴを１００として、応答を「１」から
「５」変化させてプロットした。

第５図は、応答入力が「１」から「５」の時の５ＥＴＰ
ＯＩＮＴ　（ｐｓｉ）に対する制御帯域（ｐｓｉ）を示
したグラフである。

以上述べたように、本発明の加熱装置の空燃比制御方法
によれば、制御されるボイラーの形式に対する設計熱的
質量がボイラーの型番、ボイラーの形式等のボイラー識
別情報から得られる。得られた設計熱的質量は、加熱装
置の最適制御のための空燃比制御を行なうのに用いられ
る。

また、負荷の種類や所望の制御精度は重み付けされた応
答係数として表され、制御装置に供給される。この重み
付けされた応答係数を用いることによって、加熱装置は
負荷の種類や制御精度に適合するように空燃比を制御す
る。

本発明は、実施例を参照して説明したが、本発明の範囲
を逸脱せずに種々の変化変容が可能なことは当業者には
理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力を基にした加熱装置の従来例のグラフ、第
２図はボイラー及びボイラー制御装置のブロック図、第
３図は本発明の空燃比制御装置の処理のフローチャート
、第４図は空燃比の５ＥＴＰＯＩＮＴからのずれに対し
てプロットされたグラフ、第５図は５ＥＴＰＯＩＮＴに
対してプロットされた制御帯域のグラフである。 ２４、、、ボイラー ２５、、、バーナー ３０、、、モータ ３６、、、キーボード／表示装置 ４０、、、マイクロコンピュータ ４１、、、メモリ ４２、、、空燃比制御手段 ４４、、、比較制御装置 ４６、、、モータドライブ 特許出願人　山武ハネウェル株式会社 代理人　　　弁理士　松　下　義　治 罐 聰 手 続 （甫 正 書 １゜ 事件の表示 平成 ２年 特 許 願 第 １５７７７号 ２゜ 発明の名称 加熱装置の空燃比制御方法 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱装置の熱的質量特性を補償する空燃比制御方
   法において、 加熱装置識別情報から加熱装置の熱的質量特性を得て、 空燃比制御に関連する負荷特性及び所望の制御精度を表
   す重み付けされた制御応答係数を選択し、前記重み付け
   された制御応答係数及び熱的質量特性を基に、加熱装置
   、制御される負荷の種類、及び所望の制御精度に適合す
   るように空燃比を制御するステップからなることを特徴
   とする、加熱装置の空燃比制御方法。
2. （２）前記熱的質量特性を得るステップは更に、加熱装
   置を制御するために用いられる加熱装置制御装置に複数
   の加熱装置の熱的質量特性を記憶制御装置に複数の加熱
   装置の熱的質量特性を記憶し、 制御すべき加熱装置に対応した加熱装置識別情報を前記
   制御装置に供給し、 前記加熱装置識別情報及び記憶されている熱的質量特性
   を基に制御すべき加熱装置の熱的質量特性を得るステッ
   プを含むことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載の加熱装置の空燃比制御方法。