JPS6040565B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ダブルクロスリミット法を用いた燃焼制御装
置の改良に関する。

一般に、ダブルクロスリミット法による燃焼制御手段は
第１図のような構成を採用している。

即ち、連続炉等の炉壁１に熱電対２と燃焼用バーナ３を
取着し、熱電対２で得た信号を温度変換器４で温度信号
に変換した後この信号を温度調節計５に供給し、ここで
炉内が最適温度となるべき操作信号ＳＶを求めて出力し
ている。一方、バーナ３には流擁計６および燃料流量調
節弁７を介挿してなる燃料供給配管８が導入され、また
別配管として流量計９および空気流量調節弁１０を介挿
してなる空気流量配管１１が導入されている。

さらに、温度調節計５と、流量計６、燃料流量調節計７
等との間にマイクロコンピュータ等でソフト的に構成さ
れダブルクロスリミット法を採用した演算制御部１２お
よび燃料流量調節計１３が介在され、同様に温度調節計
５と、流計９、空気流量調節計１０との間に前記演算制
御部１２および空気流量調節計１４が介在されている。
ところで、以上のような燃焼制御手段において最適燃焼
を行なう場合、空気流量と燃料流量との流量比（以下、
空燃比と指称する）を一定に保つことが必要不可欠であ
り、このため演算制御部１２ではダブルクロスリミット
法を用いている。

即ち、このダブルクロスリミット法にあっては、温度の
急激な変動となる過度状態にあっても空燃比がある範囲
を逸脱しないように、流量計９で検出した空気流量を、
１／８・仏（８は理論空燃比、〆は空気過剰率）によっ
て燃料流量に換算し、この換算値を第１の信号制限部１
２１の上限レベル設定部１２１ａおよび下限レベル設定
部１２１ｂのパラメーターＫ３％、十Ｋ，％で制限して
縛しベル選択部１２１ｃ、低レベル選択部１２１ｄで操
作信号ＳＶと比較選択し、空気流量に対する最適燃料流
量信号を経て燃料流量調節弁７を制御するものである。
同様に、燃料流量に対する空気流量換算の制御は、流量
計６で検出した燃料流量信号ＰＶを第２の信号制限部１
２２の下限レベル設定部１２２ａおよび上限レベル設定
部１２２ｂをそれぞれ介して低レベル選択部１２２ｃお
よび高レベル選択部１２２ｄに供給し、操作信号ＳＶと
比較し、この比較結果これらの選択部１２２ｃ、１２２
ｄを通って出力した信号を理論空燃比８および空気過剰
率叫こよって空気流量に換算し、この換算値に基づいて
空気流量調節弁１０を制御するものである。

この場合も下限レベル設定部１２２ａおよび上限レベル
設定部１２２ｂはパラメータ＋Ｋ４％、一Ｋ２％で制限
している。このように、検出燃料流量および検出空気流
量で相互に相手側流量を制限している。即ち、第１図に
示すダブルク。スリミット法燃料制御にあっては、燃料
流量は−Ｋ３％〜十Ｋ，％を、空気流量は十Ｋ４％〜一
Ｋ２％を超えないようにしている。しかし、この燃焼制
御手段では、パラメータＫ，〜＆が定数であるので、こ
の定数の制限値を小さく設定すれば空燃比を一定範囲内
に抑えることができるが、炉内温度の急変つまり燃焼量
の急変に対しても過度空燃比の変動を小さく抑えようと
するために過度時の応答性が非常に悪化してしまう。

逆に応答性を遠くするためにパラメータＫ，〜＆を大き
くすると、第２図の点線（実線はＫ，〜Ｋが小さい場合
の特性）で示すように定常時の設定空燃比に対して大き
な幅で変化し燃焼制御として好ましい状態ではない。本
発明は上記のような不都合を除去するためになされたも
のであって、ダブルクロスリミット法による燃焼制御に
おいてクロスリミットのパラメ−夕をダイナミック則ち
偏差の関数に応じて上下限を自動的に変更する動的修正
かつフィードオワード的に変更制御して過渡時に対して
も十分な応答性を得られるようにする燃焼制御装置を提
供するものである。

以下、本発明の一実施例について第３図を参照して説明
する。

なお、第３図において第１図と同一部分は同一符号を付
して一部説明を略述する。先ず本発明方式において特に
異なるところは、温度調節計５からの操作信号ＳＶと燃
料流量信号ＰＶとの偏差がある値より大きくなった時に
ダブルクロスリミットのパラメータＫ，〜Ｋ４をＫ，′
〜Ｋ４′にダイナミックに変更して過渡時の応答性を速
める変更手段を設けたことにある。即ち、パラメータは
定数ではなく、ＳＶとＰＶとに応じて変数とするもので
ある。今、変数となるパラメータをＫ，′〜Ｋ′とする
と、Ｋ，′＝Ｋ．十Ｇ …
…‘１｝Ｋ２′＝Ｋ２十Ｇ
……｛２｝Ｋ３′＝Ｋ３十Ｇ・ａ，
……｛３｝Ｋ′＝Ｋ４十Ｇ・ａ２
……｛４１とする。

ここで、Ｋ，〜Ｋは従来例の第１図で示す定数、Ｇは変
数、ａ，は空気流量に対する燃料流量の応答補正信号、
ａ２は燃料流量に対する空気流量の応答補正信号である
。ａ，，ａ２は過去の実測データ等から決定する。具体
的に述べると、変更手段は、温度調節計５の操作信号Ｓ
Ｖと流量計６の燃料流量信号ＰＶとを偏差値測定部１２
３に入れて偏差値信号△Ｆを求めた後、この信号を関数
発生部１２４で例えば第４図に示すような変数Ｇを出力
する。

つまり、この関数発生部１２４は、偏差値信号△Ｆがフ
ィードフオワード開始値Ｅからフィードフオワードリミ
ット値Ｌの間の変化に対応して変数Ｇを増加させ、フィ
−ドフオワードリミット値Ｌより大きくなった時プロセ
スの暴走を回避するためＧを一定とするものである。１
２５，１２６は乗算部、１２７〜１３０は加算部である
。

従って、加算部１２７から｛３｝式で表わすＫ３′＝Ｋ
３十Ｇ・ａ，、加算部１２８から｛１｝式で表わすＫ，
′＝Ｋ，十Ｇ、加算部１２９からｔ４’式で表わすＫ４
′＝Ｋ＋Ｇ・ａ２、加算部１ ３０から■式で表わすＫ
２′＝Ｋ２十Ｇのパラメ−夕がそれぞれ出力し、上限レ
ベル設定部１２１ａ′のＫ３′、下限レベル設定部１２
１ｂ′のＫ，′、下限レベル設定部１２２ａ′のＫ′、
上限レベル設定部１ ２２ｂ′のＫ２′をそれぞれ変更
するようになっている。１２′はダブルクロスリミット
法を用いたフィードフオワードの演算制御部であって、
マイクロコンピュータ等でソフト的に構成されている。

次に、以上のように構成された装置の作用を説明する。

先ず、温度調節計５の操作信号ＳＶと流量計６の燃料流
量信号ＰＶとの偏差値信号△Ｆ；ＩＳＶ−ＰＶＩがフィ
ードフオワード開始値Ｅ以下の場合は、第４図に示すよ
うに関数発生部１２４の出力変数Ｇが零となるので、Ｋ
，′＝Ｋ・，Ｋ２′＝Ｋ２，Ｋ３′＝Ｋ３，Ｋ４′＝Ｋ
４となり第１図で示すダブルクロスリミット法に基づい
て燃焼制御が行なわれる。即ち、Ｇ＝０（△ＦミＥ）で
は、ほぼ定常状態に近いので、特にＫ′〜＆′を変数と
する必要がなく、従来のダブルクロスリミット法でも応
答性が十分維持できるためである。次に、例えば炉内の
温度が急激に低下している場合等にあっては、温度調節
計５から温度を高〈すべ〈操作信号ＳＶがでるが、この
結果ＳＶとＰＶとの偏差値信号△Ｆが第４図のＥ−Ｌ間
の値となる。

そして、関数発生部１２４からＧ＝△Ｆ（Ｅ＜△Ｆ＜Ｌ
）の変数が出力し、加算部１２７，１２８からＫ３，Ｋ
，より大きいパラメータＫ３′，Ｋ，′が第１の信号制
限手段を構成する上限レベル設定部１２１を、下限レベ
ル設定部１２１Ｍこ与えられる。一方、流量計９からも
１／８仏で空気流量を燃料流量に換算した信号がそれぞ
れの設定部１２１を，１２１ｂ′に入っている。而して
、温度調節計５の高レベル操作信号ＳＶと上限レベル設
定部１２１ａ′の出力信号とが高レベル選択部１２１ｃ
で比較されて高レベルである操作信号ＳＶが出力し、こ
れが低レベル選択部１２１ｄに入る。

この選択部１２１ｄでは、操作信号ＳＶとフオードフオ
ワードによるパラメータＫ，′によって下限レベル設定
部１２１ｂ′からＫ，より高レベルとなった信号とを比
較し、結果としてパラメータＫ．′‘こ属する信号が出
力する。この信号が燃料流量計１３を介して燃料流量調
節弁７の弁関度を開く。この開度はＫ・のパラメータの
時より大きくなるので、燃料流量が信号ＳＶより少ない
がＫ，のパラメータの場合よりも多くバーナ３に供給さ
れて燃焼度が高まり、炉内の温度が高くなる。同様の動
作原理に基づいて、空気供給配管１１の空気流量調節弁
１０も第２の信号制限手段におけるパラメータＫ４′に
属する信号でＫ４より弁開度が大きくなって燃料流量に
見合う空気流量がバーナ３に供給される。しかし、ＳＶ
とＰＶとの偏差値信号△Ｆがフィードフオワードリミッ
ト値ＬＩこ達した時は、これ以上変数Ｇを大きくしてパ
ラメータＫ，′〜Ｋ４′を増加させることはプロセス上
好ましくないので、Ｇ＝Ｌ（△Ｆ＞Ｌ）を限度としてパ
ラメータＫ，′〜Ｋ４′を増加させない。なお、上記説
明では、炉内の温度が定常状態より低い例について述べ
たが、逆に炉内の温度が定常状態より高くなった場合に
はＫ２、Ｋ３をＫ′２、Ｋ′３に変更し下限の値を減少
させればよく、このように負荷の変化に応じてフィード
フオワード‘こよってパラメータＫ，′〜Ｋ４′をダイ
ナミックに変更して応答性を遠くすることができること
は言うまでもない。また、関数発生部１２４のＧ特性は
第４図に限定されるものではなく、例えば第５図の特性
でもよく、その種々の特性を使用できるものである。

以上詳記したように発明によれば、ダブルクロスリミッ
トのパラメータをフイードフオワードによってダイナミ
ックに変更するように燃焼制御を行なっているので、定
常状態では空燃比の変化幅を小さく抑えることができ、
過度状態ではある範囲で応答性を速くすることができる
。即ち、従来のダブルクロスリミット法は、燃料、空気
が互いに所定空燃比リミットを保持するように制御して
いるが、現実には燃料流量および空気流量が同時に動い
ているためにその動きの差が空燃比の変化となって現わ
れる欠点がある。この点、本発明方．式は互いに相手の
動きを予測し、その予測分をフィードフオワードを行な
うことで過渡空燃比の乱れを抑えつつ応答性を速めるこ
とができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃焼制御装置の構成図、第２図ａ，ｂ，
ｃはダブルクロスリミット法によるパラメータの大小設
定に伴なう燃料流量、空気流量、空燃比の関係特性図、
第３図は本発明に係る燃焼制御装置の一例を示す構成図
、第４図および第５図は第３図に示す関数発生部の出力
特性図である。 １・・・・・・炉壁、２・・・・・・熱電対、３…・・
・バーナ、５・・・・・・温度調節計、６・・・・・・
流量計、７・・・・・・燃料流量調節弁、９・・・・・
・流量計、１０・・・・・・空気流量調節弁、１２′・
・・・・・演算制御部、１３・・・・・・燃料流量調節
弁、１４・・・・・・空気流量調節弁、１２１ａ′・・
・・・・上限レベル設定部、１２１ｂ′……下限レベル
設定部、１２１ｃ・・・・・・高レベル選択部、１２１
ｄ・…・・低レベル設定部、１２２を・・・・・・下限
レベル設定部、１２２ｂ′・…・・高レベル設定部、１
２２ｃ・・・・・・低レベル設定部、１２２ｄ・・・・
・・高レベル設定部、１２３……偏差値測定部、１２４
……関数発生部、１２５，１２６・・・・・・乗算部、
１２７〜１３０・…・・加算部。 第１図 第２図 第４図 第５図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料流量計および燃料流量操作端を有する燃料供給
   系並びに空気流量計および空気流量操作端を有する空気
   供給系を備えた燃焼装置において、この燃焼装置に関係
   する制御量を検出する検出器と、この検出器の出力信号
   を受けて燃料流量指令信号または空気流量指令信号を得
   る調節手段と、前記空気流量計の出力に関連した予定の
   上限および下限を有し前記調節手段からの指令信号を制
   限する第１の制御手段と、前記燃料流量計の出力に関連
   した予定の上限および下限を有し前記調節手段からの指
   令信号を制限する第２の制限手段と、前記検出器の出力
   信号と前記調節手段からの指令信号との偏差を求めこの
   偏差の値が増加するに応じて予め定められた関数に従い
   前記第１、第２の制限手段における上限値を増加方向或
   いは前記第１、第２の制限手段における下限値を減少方
   向に選択的に変更する変更手段と、前記第１の制限手段
   の出力および燃料流量計の出力を受けて前記燃料流量操
   作端を制御する手段と、前記第２の制限手段の出力およ
   び空気流量計の出力を受けて前記空気流量操作端を制御
   する手段とを備えた燃焼制御装置。