專利名稱：全調型智能化混合煤氣熱值控制儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線控制混合煤氣熱值為任一設定值的儀表，尤其是一種跟蹤摻混燃氣熱值變化，調節各摻混燃氣流量實現控制混合煤氣熱值的全調型智能化混合煤氣熱值控制儀。
許多生產企業燃燒用的煤氣，是由二種或三種以上燃氣摻混而成的混合煤氣。為了穩定燃燒供熱過程，節約能源，保證產品質量和產量，要求混合煤氣的熱值必須恒定不變。由二種燃氣構成的混合煤氣，目前是使其中的一種作為主導氣不予控制，另一種則是接受控制的受控氣，隨混合煤氣熱值的變化調節其流量，使混合煤氣熱值不變。同樣，對由三種以上燃氣構成的混合煤氣，也是選擇其中一種或二種作為受控氣其他是不予控制的主導氣。總之，目前控制混合煤氣熱值的方法是非全調型的，僅調節摻混燃氣中的一種或二種。非全調型控制方法的缺點是，當主導氣壓力、流量或熱值的波動引起混合煤氣熱值發生變化時，必須全部由受控氣來補償，受控氣調節幅度大，調節過程緩慢，如受控氣是增大流量，則在二種燃氣匯流處的壓力成為有阻擋作用的反壓力，使主導氣和受控氣管內的壓力都有升高，成為新的干擾，更延緩了調節過程。所以非全調型控制方法，混合煤氣熱值難于保持恒定不變，要經過多個調節周期才能穩定，這中間如頻頻出現干擾，則總是處于波動狀態。為克服這些缺點，本實用新型特發明了能控制混合煤氣熱值恒定不變的全調型智能化混合煤氣熱值控制儀，目的是用于控制混合煤氣熱值不受摻混燃氣熱值和壓力波動影響，連續保持所要求的恒定值，充分滿足各企業對混合煤氣熱值的嚴格要求。
本實用新型是根據自我推導的數學模型，利用單片機技術而設計的。
圖1是本實用新型的電路結構附圖，圖2和圖3是本實用新型的電路原理附圖，圖4是本實用新型的應用方案附圖。圖1表示以二種燃氣摻混為例的電路結構，實際可擴展成對四種燃氣的摻混進行控制。在圖1中，以單片機(8098)1為核心，其內部A/D轉換部件ACH.4通過放大電路2接環境溫度模入信號tN,ACH.5和ACH.6通過模路轉換電路3和4及I/V變換電路5和6接二種燃氣的流量V1,V2和熱值Q1、Q2的模入信號，ACH.7通過I/V變換電路7接混合煤氣熱值Qh的模入信號。單片機1擴展的存貯器有RAH存貯器8、EPROM存貯器9和EEPROM存貯器10。單片機1還通過接口芯片(8279)11同數碼管顯示器12及20鍵小鍵盤13相接；通過接口芯片(8255)14與時鐘電15相接；通過接口電路16與微型打印機17相接；通過芯片(8255)18與聲光報警電路19相接；通過電子轉換電路20對外進行串行通訊。單片機1還通過D/A轉換電路21及22和V/I變換電路23向外輸出6路模擬信號，其中4路是發送控制燃氣1和燃氣2流量(V1、V2)及壓力(P1、P2)的蝶閥位置的PID調節信號，圖2和圖3是本實用新型的電路原理圖，其中各部分的功能電路均為常用技術，是按圖1所示取用組合，不再作具體說明。
圖4是本實用新型的具體應用方案，在圖4中24為燃氣1的管道，25為燃氣2的管道，26為混合煤氣管道，27為全調型智能化混合煤氣熱值控制儀(以下簡稱熱值控制儀)，管道24上裝有調節用蝶閥28和29，管道25上裝有調節用蝶閥30和31，因此圖4所示系統簡稱為“四蝶閥控制系統”。蝶閥28和29之間及蝶閥30和31之間裝有流量孔板32和33，在蝶閥28和流量孔板32及蝶閥30和流量孔板33之間裝有測壓點34和35以及測溫點36和37，管道24和25上各裝有熱值測量點38和39，向熱值儀44和41輸入熱值測量信號。在混合煤氣管道26上裝有流量測點42和熱值測點43，流量信號送給流量檢測儀44，熱值信號送給熱值儀45。在圖4示出的四蝶閥控制系統中，熱值控制儀27是主導系統工作的中心環節，其實現控制的方法是進行定時采樣，取得二種燃氣的6路流量參數的數字信號，算出燃氣的實際流量V1和V2，同時算出混合煤氣的實際流量Vh=V1+V2，熱值儀40和41對燃氣1和燃氣2同步采樣測試，得出熱值Q1和Q2，將其數值送給熱值控制儀27，對熱值控制儀27還通過鍵盤送入燃氣壓力給定值P1N和P2N，以及混合煤氣需要保持的熱值設定值QhN。根據取得的各項數字量，熱值控制儀27首先判斷蝶閥28和蝶閥29后面燃氣壓力是否波動，如有波動則發出調節儀號，使蝶閥28和29開大或關小，將各自壓力恢復到給定值P1N和P2N，從而使混合煤氣壓力Ph保持穩定。此后，熱值控制儀27又利用自行推導的數字模型計算出V1o=QhN-Q2Q1-Q2Vh]]>V2s=-QhN-Q1Q1-Q2Vh]]>式中V1S和V2S是在實測Q1、Q2和Vh條件下保持QhN恒定不變應有的流量，是調節燃氣流量的給定值。熱值控制儀27以流量偏差(V1S-V1)和(V2S-V2)為準進行數字調節計算，經D/A和V/I轉換后，輸出二路PID調節信號，變更蝶閥29和31的位置，將V1和V2分別調節到V1S和V2S，從而使混合煤氣熱值Qh保持為QhN。流量檢測儀44和熱值儀45是獨立存在的，目的是同步檢測混合煤氣流量和熱值的控制效果，其Qh數值信號送給熱值控制儀27，便于通過串行口通訊集中向上位機傳送。
熱值控制儀27獨立產生調節需要的給定值和調節量，在四蝶閥控制系統支持下，完成保持混合煤氣熱值和壓力恒定不變的控制過程，故而成為本實用新型發明。
本實用新型所有工作程序和數表都固化在EPRON存貯器9中，采樣周期、串行通訊本機地址、混合煤氣熱值的設定值等常數，通過鍵盤13寫入EEPRONM存貯器10中。開機后通過功能鍵控制、鍵入日歷時鐘、寫入各種常數、對各硬件部分進行自檢，而后轉為正常運行，在CPU指揮下按程序進行采樣取數、轉換、判斷、運稱、顯示、打印和輸出，有失常時發出聲光報警和顯示標志。正常運行時，數碼管顯示器12循環顯示混合煤氣流量Vh及熱值Qh等數值；打印機17打印V1、V2、Vh、Q1、Q2和Qh等參數小時及班平均值和累計值；串行口同上位機通訊，發送每次采樣的V1、V2、Vh、Q1、Q2和Qh等參數的瞬時值。
本實用新型對構成混合煤氣的摻混燃氣實行全調節，需要熱值儀相配合，數量等于燃氣種類數加1，例如二種燃氣相混合要采用三臺熱值儀，數量較多，如采用現有熱值儀，與非全調型控制系統只用一臺熱值儀相比較，有造價高、維護量大和工作可靠性差等問題。為克服這些缺點，可采用本人發明的新型智能化熱值儀，其特點是按新的原理測量煤氣熱值，有精度高、實時性強、可靠性好、維護量小等優點，特別是價格便宜，三臺的總和與一臺現有熱值儀相當。所以，本實用新型在采用新型智能化熱值儀的控制系統中使用，可有以下優點1．對構成混合煤氣的摻混燃氣實行全部調節，使混合煤氣熱值產生波動的任何干擾的補償，都分攤給各摻混燃氣，都通過調節各摻混燃氣的流量使混合燃氣的熱值在設定值下保持不變，調節幅度小、速度快、精度高。
2．調節時，有的燃氣增加流量，有的燃氣減少流量，增加的流量與減少的流量數量相等，流量變化阻力小，調節結束時混合煤氣流量不受影響，穩定性好。
3．每種燃氣的管道上都裝有二個蝶閥，一個用于穩定壓力，一個用于調節流量，如此構成四蝶閥控制系統，六蝶閥控制系統等，接受熱值控制儀27的控制操作，使混合煤氣即有恒定的熱值又有穩定的壓力，作到了全面保證混合煤氣的質量，這是所謂全調型概念的另一含意。
4．四蝶閥或六蝶閥等控制系統，結構簡單、操作容易、熱值控制儀27自動產生給定值對其執行控制，調節過程迅速。混合煤氣熱值的設定值可通過鍵盤13或上位機的調度命令，在可有范圍內任意變化，包括改成由單一燃氣供氣。
5．整個控制系統工作可靠性高，維護簡單、造價低。
6．本實用新型及與其配套的控制系統，可供各行業輸配混合煤氣使用。
權利要求1．一種全調型智能化混合煤氣熱值控制儀，其特征在于該控制儀是一小型單片機應用系統，以單片機(8098)1為核心，擴展有RAM存貯器8、EPROM存貯器9和EEPROM存貯器10，單片機1內部A/D轉換體ACH.4通過放大電路2按環境溫度模入信號tN,ACH.5和ACH.6通過模路轉換電路3和4及1/V變換電路7接混合煤氣流量和熱值的模入信號。單片機1還通過接口芯片連接有數碼管顯示器12、鍵盤13、時鐘電路15、微型打印機17和聲光報警電路19，通過D/A轉換電路21和22、V/I變換電路23向外輸出調節摻混燃氣的壓力和流量的PID調節信號。
2.根據權利要求1所述全調型智能化混合煤氣熱值控制儀，其特征在于調節摻混燃氣流量時計算流量給定值的數學模型，當二種燃氣摻混時為V1m=QhN-Q2Q1-Q2Vh]]>V2m=-QhN-Q1Q1-Q2Vh]]>式中V1m-燃氣1流量給定值，V2-燃氣2流量給定值，Q1-燃氣1熱值測定值，Q2-燃氣2熱值測定值，QhN-混合煤氣熱值設定值，Vh-混合煤氣流量。三種以上燃氣摻混，逐次使用上式推算各燃氣流量給定值。
3.根據權利要求1所述全調型智能化混合煤氣熱值控制儀，其特征在于各摻混燃氣管道上均裝設二個調節蝶閥，由此構成的控制執行系統。
專利摘要本實用新型提供一種全調型智能化混合煤氣熱值控制儀,該儀表由單片機、存貯器、I/V變換、A/D和D/V轉換、V/I變換、鍵盤、顯示打印及通訊等電路構成,具有數據采集和處理,數字量和模擬量輸出等功能,通過軟件程序,對由二種或三種以上燃氣摻混而成的混合煤氣,控制其瞬時熱值和壓力在設定值下保持恒定不變。本儀表通過直接對各摻混燃氣的流量進行測量和調節來實現控制目標,應用和維護非常簡單,可供各行業配制輸送混合煤氣時采用。
文檔編號G05B19/00GK2325807SQ9721423
公開日1999年6月23日 申請日期1997年4月15日 優先權日1997年4月15日
發明者王政民 申請人:王政民