助燃风机联动控制系统和方法.pdf

本发明公开了一种助燃风机联动控制系统和方法，该系统包括，空气压力检测装置，风门控制装置，电源控制装置，人机交互界面和PLC装置。该PLC装置根据该空气压力检测装置输出的空气压力值对助燃风机的风门开度进行控制，并根据空气压力值和风门开度判断是否需要启动一台追加的助燃风机或者需要停止一台正在运行的助燃风机。本发明的系统和方法，减少了由于助燃风机的最佳启动个数无法确定带来的电能的浪费，同时克服了负荷量波动时的助燃风机选择困难，并减少了操作人员的劳动负荷。

1.  一种助燃风机联动控制系统，该系统包括，空气压力检测装置， 风门控制装置，电源控制装置，人机交互界面和PLC装置，其特征在 于，
该空气压力检测装置设置在助燃风机连接总管上，其输出端口与 该PLC装置的第一输入端口通信连接，该空气压力检测装置用于实时 检测助燃风机连接总管的空气压力，并将助燃风机连接总管的空气压 力值实时输出至该PLC装置；
该风门控制装置的输入端口与该PLC装置的第一输出端口通信连 接，该风门控制装置的输出端口与该PLC装置的第二输入端口通信连 接，该风门控制装置在该PLC装置的第一输出端口的输出信号的控制 下对每台助燃风机的风门开度进行独立控制，并且将每台助燃风机的 风门开度输出到该PLC装置；
该电源控制装置的输入端口与该PLC装置的第二输出端口通信连 接，该电源控制装置在该PLC装置的第二输出端口的输出信号的控制 下对每台助燃风机的电源进行独立控制，即开启或关闭助燃风机的电 源；
该人机交互界面的输入端口与该PLC装置的第三输出端口通信连 接，该人机交互界面的输出端口与该PLC装置的第三输入端口通信连 接，以实现该PLC装置与操作人员的交互；
以及，该PLC装置的第一输入端口与该空气压力检测装置的输出 端口通信连接，该PLC装置的第二输入端口与该风门控制装置的输出 端口通信连接，该PLC装置的第三输入端口与该人机交互界面的输出 端口通信连接，该PLC装置的第一输出端口与该风门控制装置的输入 端口通信连接，该PLC装置的第二输出端口与该电源控制装置的输入 端口通信连接，该PLC装置的第三输出端口与该人机交互界面的输入 端口通信连接。

2.  一种用权利要求1所述的系统进行助燃风机联动控制的方法， 该方法包括调控助燃风机风门开度的过程P21，PLC装置控制正在运 行的一台或多台助燃风机的风门开度保持一致，其特征在于，所述过 程P21包括如下步骤：
S21.空气压力检测装置实时检测助燃风机连接总管的空气压力并 将该连接总管的空气压力值实时输出到该PLC装置；
S22.该PLC装置判断该连接总管的空气压力值与空气压力设定 值的大小关系，当该PLC装置判断出该连接总管的空气压力值小于该 空气压力设定值时执行步骤S23-1，否则，执行步骤S23-2；
S23-1.该PLC装置判断该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度与风门开度上限值的大小关系，当该PLC装置判断出该正在运行 的一台或多台助燃风机的风门开度小于该风门开度上限值时，执行步 骤S24-1，否则，执行过程P22以启动一台追加的助燃风机；
S24-1.该PLC装置控制风门控制装置使得正在运行的一台或多台 助燃风机的风门开度增大；
S23-2.该PLC装置判断该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度与风门开度下限值的大小关系，当该PLC装置判断出该正在运行 的一台或多台助燃风机的风门开度大于该风门开度下限值时，执行步 骤S24-2，否则，执行过程P23以停止一台正在运行的助燃风机；
S24-2.该PLC装置控制风门控制装置使得正在运行的一台或多台 助燃风机的风门开度减小。

3.  根据权利要求2所述的助燃风机联动控制的方法，其特征在于， 所述过程P22包括如下步骤：
S31.该PLC装置输出启动一台追加的助燃风机的控制信号到该 电源控制装置，该电源控制装置开启一台追加的助燃风机的电源；
S32-1.该PLC装置控制该风门控制装置使得该追加的助燃风机的 风门开度逐步增大，以接近该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度，当该追加的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助 燃风机的风门开度一致时，该PLC装置控制该风门控制装置使得该追 加的助燃风机的风门开度停止增大；
S32-2.与步骤S42-1同时，该PLC装置控制该风门控制装置使得 该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小，直至该追加 的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开 度一致时，该PLC装置控制该风门控制装置使得该正在运行的一台或 多台助燃风机的风门开度停止减小；
S33.该追加的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助 燃风机的风门开度同步控制。

4.  根据权利要求2所述的助燃风机联动控制的方法，其特征在于， 所述过程P23包括如下步骤：
S41.该PLC装置输出需要停止一台正在运行的助燃风机的指示 信号到人机交互界面；
S42.人机交互界面显示该指示信号，操作人员选择一台准备停止 的助燃风机，人机交互界面将该准备停止的助燃风机的编号输出到该 PLC装置；
S43.该PLC装置控制该风门控制装置使得该准备停止的助燃风 机的风门开度逐渐减小直至完全关闭；
S44.该PLC装置控制该电源控制装置关闭该准备停止的助燃风 机的电源。

5.  根据权利要求2所述的助燃风机联动控制方法，其特征在于， 该空气压力设定值为7Kpa～10Kpa，该风门开度上限值为60%～85%， 该风门开度下限值为25%～45%。

6.  根据权利要求3所述的助燃风机联动控制方法，其特征在于， 该PLC装置控制该风门控制装置使得该追加的助燃风机的风门开度逐 步增大，该PLC装置控制该风门控制装置使得该正在运行的一台或多 台助燃风机的风门开度逐步减小。

7.  根据权利要求6所述的助燃风机联动控制方法，其特征在于， 所述追加的助燃风机的风门开度逐步增大的速率为0.1°～0.2°/s，所述正 在运行的一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小的速率为 0.1°～0.2°/s。

8.  根据权利要求4所述的助燃风机联动控制方法，其特征在于， 该PLC装置控制该风门控制装置使得该准备停止的助燃风机的风门开 度逐步减小。

9.  根据权利要求8所述的助燃风机联动控制方法，其特征在于， 所述准备停止的助燃风机的风门开度逐步减小的速率为0.1°～0.2°/s。

助燃风机联动控制系统和方法
技术领域
本发明涉及加热炉仪表自动化控制，特别涉及加热炉助燃风机的 控制。
背景技术
为有效地对板坯进行加热，热轧厂一般会配置多座板坯加热炉, 通常采用混合煤气作为燃料。为实现理想燃烧，必须配置有助燃风机 以提供连续稳定的空气量实现目标空燃比控制。通常情况下每座加热 炉对应配置有2台助燃风机，配置方式如图1所示，风量的大小靠调 节风门开度来实现，一方面确保大负荷时风量的需求，另外一方面2 台的配置也方便维护和切换。这样的配置在每座加热炉用一台助燃风 机无法提供足够的风量、用两台助燃风机又有很多风量富余的情况下， 会造成能源的浪费。特别是配置有多座加热炉时，比如有3座加热炉、 6台助燃风机，当一座加热炉用一台助燃风机满足不了需求时，就需要 将6台助燃风机全部开启，能源的浪费就更为明显。
为了解决此问题，对助燃风机的管路配置进行了改进，改进之后 的配置方式如图2所示。助燃风机和加热炉之间没有严格的对应关系， 而是将助燃风机出口的管路连接在一起，共同为多座加热炉提供风量。 这样可以根据负荷和检修的需求灵活地选择需要启动的风机。比如有3 座加热炉、6台助燃风机，当一座加热炉用一台助燃风机满足不了需求 时，可以根据情况只开启4台或者5台助燃风机，而不用将6台全部 开启。同时在检修方面也比较灵活。这样既降低了电能消耗又方便了 助燃风机的检修和切换。
随着此类配置方式的使用，逐渐暴露出一个难题，即如何选择助 燃风机的最佳启动个数，才能在满足工艺要求和负荷变化的情况下实 现最佳的节能效果。实际的工况是不断变化的，随着负荷量的波动， 风门的开度也会跟着波动，一旦负荷增加的太多，风门开度调节到最 大时仍然无法有效地满足需求，就需要再启动一台助燃风机。一旦负 荷减少的太多，风门开度调节到最小时风量仍然有富余，就需要停止 一台助燃风机。如果加热炉负荷变化频繁的话势必对助燃风机的选择 和控制带来困难，同时也增加了操作人员的工作量。实际操作时，通 常为了确保安全，操作人员一般是优先确保高值，比如当前的工况开 启4台助燃风机比较合理，风门的开度偏大在60%左右，此时操作人员 一般会选择开启5台助燃风机，因为这样即使负荷有大幅波动也不需 要担心风量不足，至于富余的风量，通过加热炉本身流量的调节来控 制。确保高值的这一策略虽然保证了风量的充足并且降低了操作人员 的工作量，但还是会造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于，为了解决现有技术中存在的上述问题，而提 出了一种助燃风机联动控制系统和方法。
在本发明的一个方面，公开了一种助燃风机联动控制系统，该系 统包括，空气压力检测装置，风门控制装置，电源控制装置，人机交 互界面和PLC装置，其特征在于，
该空气压力检测装置设置在助燃风机连接总管上，其输出端口与 该PLC装置的第一输入端口通信连接，该空气压力检测装置用于实时 检测助燃风机连接总管的空气压力，并将助燃风机连接总管的空气压 力值实时输出至该PLC装置；
该风门控制装置的输入端口与该PLC装置的第一输出端口通信连 接，该风门控制装置的输出端口与该PLC装置的第二输入端口通信连 接，该风门控制装置在该PLC装置的第一输出端口的输出信号的控制 下对每台助燃风机的风门开度进行独立控制，并且将每台助燃风机的 风门开度输出到该PLC装置；
该电源控制装置的输入端口与该PLC装置的第二输出端口通信连 接，该电源控制装置在该PLC装置的第二输出端口的输出信号的控制 下对每台助燃风机的电源进行独立控制，即开启或关闭助燃风机的电 源；
该人机交互界面的输入端口与该PLC装置的第三输出端口通信连 接，该人机交互界面的输出端口与该PLC装置的第三输入端口通信连 接，以实现该PLC装置与操作人员的交互；
以及，该PLC装置的第一输入端口与该空气压力检测装置的输出 端口通信连接，该PLC装置的第二输入端口与该风门控制装置的输出 端口通信连接，该PLC装置的第三输入端口与该人机交互界面的输出 端口通信连接，该PLC装置的第一输出端口与该风门控制装置的输入 端口通信连接，该PLC装置的第二输出端口与该电源控制装置的输入 端口通信连接，该PLC装置的第三输出端口与该人机交互界面的输入 端口通信连接。
在本发明的另一个方面，公开了一种助燃风机联动控制的方法， 该方法包括调控助燃风机风门开度的过程P21，PLC装置控制正在运 行的一台或多台助燃风机的风门开度保持一致，其特征在于，所述过 程P21包括如下步骤：
S21.空气压力检测装置实时检测助燃风机连接总管的空气压力并 将该连接总管的空气压力值实时输出到该PLC装置；
S22.该PLC装置判断该连接总管的空气压力值与空气压力设定 值的大小关系，当该PLC装置判断出该连接总管的空气压力值小于该 空气压力设定值时，执行步骤S23-1，否则，执行步骤S23-2；
S23-1.该PLC装置判断该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度与风门开度上限值的大小关系，当该PLC装置判断出该正在运行 的一台或多台助燃风机的风门开度小于该风门开度上限值时，执行步 骤S24-1，否则，执行过程P22以启动一台追加的助燃风机；
S24-1.该PLC装置控制风门控制装置使得正在运行的一台或多台 助燃风机的风门开度增大；
S23-2.该PLC装置判断该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度与风门开度下限值的大小关系，当该PLC装置判断出该正在运行 的一台或多台助燃风机的风门开度大于该风门开度下限值时，执行步 骤S24-2，否则，执行过程P23以停止一台正在运行的助燃风机；
S24-2.该PLC装置控制风门控制装置使得正在运行的一台或多台 助燃风机的风门开度减小。
进一步地，所述过程P22包括如下步骤：
S31.该PLC装置输出启动一台追加的助燃风机的控制信号到该 电源控制装置，该电源控制装置开启一台追加的助燃风机的电源；
S32-1.该PLC装置控制该风门控制装置使得该追加的助燃风机的 风门开度逐步增大，以接近该正在运行的一台或多台助燃风机的风门 开度，当该追加的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助 燃风机的风门开度一致时，该PLC装置控制该风门控制装置使得该追 加的助燃风机的风门开度停止增大；
S32-2.与步骤S32-1同时，该PLC装置控制该风门控制装置使得 该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小，直至该追加 的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开 度一致时，该PLC装置控制该风门控制装置使得该正在运行的一台或 多台助燃风机的风门开度停止减小；
S33.该追加的助燃风机的风门开度与该正在运行的一台或多台助 燃风机的风门开度同步控制。
进一步地，所述过程P23包括如下步骤：
S41.该PLC装置输出需要停止一台正在运行的助燃风机的指示 信号到人机交互界面；
S42.人机交互界面显示该指示信号，操作人员选择一台准备停止 的助燃风机，人机交互界面将该准备停止的助燃风机的编号输出到该 PLC装置；
S43.该PLC装置控制该风门控制装置使得该准备停止的助燃风 机的风门开度逐渐减小直至完全关闭；
S44.该PLC装置控制该电源控制装置关闭该准备停止的助燃风 机的电源。
优选地，该空气压力设定值为7Kpa～10Kpa，该风门开度上限值为 60%～85%，该风门开度下限值为25%～45%。
优选地，该PLC装置控制该风门控制装置使得该追加的助燃风机 的风门开度逐步增大，该PLC装置控制该风门控制装置使得该正在运 行的一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小。
优选地，所述追加的助燃风机的风门开度逐步增大的速率为 0.1°～0.2°/s，所述正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小 的速率为0.1°～0.2°/s。
优选地，该PLC装置控制该风门控制装置使得该准备停止的助燃 风机的风门开度逐步减小。
优选地，所述准备停止的助燃风机的风门开度逐步减小的速率为 0.1°～0.2°/s。
本发明的助燃风机联动控制系统和方法，用PLC装置自动控制助 燃风机的风门开度，并自动判别当前需要的最佳助燃风机个数，实现 助燃风机的联动控制，减少了由于助燃风机的最佳启动个数无法确定 带来的电能的浪费，同时克服了负荷量波动时的助燃风机选择困难， 并大大减少了操作人员的工作量。
需要说明的是，上述的各个过程是可以相互交叠或者相互包含的， 以及上述的各个步骤的次序可以颠倒或者互换。
附图说明
图1为现有技术的助燃风机和加热炉严格对应的配置方式示意图；
图2为现有技术的助燃风机风管出口连接起来的配置方式示意图；
图3为本发明的助燃风机联动控制系统的结构示意图；
图4为本发明的调控助燃风机风门开度的流程图；
图5为本发明的启动一台追加的助燃风机的流程图；
图6为本发明的停止一台正在运行的助燃风机的流程图。
具体实施方式
本发明的助燃风机联动控制系统和方法，用PLC装置自动控制助 燃风机的风门开度，并自动判别当前需要的最佳助燃风机个数，实现 助燃风机的联动控制。
具体地，参照图3，是本发明的助燃风机联动控制系统的结构示意 图。本发明的助燃风机联动控制系统，包括空气压力检测装置，风门 控制装置，电源控制装置，人机交互界面和PLC装置。
空气压力检测装置设置在助燃风机连接总管上，其输出端口与 PLC装置的第一输入端口11通信连接，空气压力检测装置用于实时检 测助燃风机连接总管的空气压力，并将助燃风机连接总管的空气压力 值实时实时输出至PLC装置的第一输入端口11。
风门控制装置的输入端口与PLC装置的第一输出端口21通信连 接，风门控制装置的输出端口与PLC装置的第二输入端口12通信连接， 风门控制装置在PLC装置的第一输出端口21的输出信号的控制下对每 台助燃风机的风门开度进行独立控制，并且将每台助燃风机的风门开 度输出到PLC装置的第二输入端口12。
电源控制装置的输入端口与PLC装置的第二输出端口22通信连 接，电源控制装置在PLC装置的第二输出端口22的输出信号的控制下 对每台助燃风机的电源进行独立控制，即开启或关闭助燃风机的电源。
人机交互界面的输入端口与PLC装置的第三输出端口23通信连 接，人机交互界面的输出端口与PLC装置的第三输入端口13通信连接， 以实现该系统与操作人员的交互。
PLC装置的第一输入端口11与空气压力检测装置的输出端口通信 连接，PLC装置的第二输入端口12与风门控制装置的输出端口通信连 接，PLC装置的第三输入端口13与人机交互界面的输出端口通信连接， PLC装置的第一输出端口21与风门控制装置的输入端口通信连接， PLC装置的第二输出端口22与电源控制装置的输入端口通信连接， PLC装置的第三输出端口23与人机交互界面的输入端口通信连接。
用上述助燃风机联动控制系统对助燃风机进行联动控制，其核心 为用PLC装置对助燃风机进行控制。以下以三个过程为例描述PLC装 置对助燃风机的控制。三个过程分别为：调控助燃风机风门开度的过 程P21，启动一台追加的助燃风机的过程P22，停止一台正在运行的助 燃风机的过P23。
过程P21为调控助燃风机风门开度的过程。该过程为常态的控制 过程，其在第一台助燃风机开启时即开始，在最后一台助燃风机停止 后才结束。
具体地，参照图4，过程P21包括如下步骤：步骤S21，空气压力 检测装置实时检测助燃风机连接总管的空气压力并将该连接总管的空 气压力值实时输出到该PLC装置；步骤S22，该PLC装置判断该连接 总管的空气压力值与空气压力设定值的大小关系，当该PLC装置判断 出该连接总管的空气压力值小于该空气压力设定值时执行步骤S23-1， 否则，执行步骤S23-2；步骤S23-1，该PLC装置判断该正在运行的一 台或多台助燃风机的风门开度与风门开度上限值的大小关系，当该 PLC装置判断出该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度小于该 风门开度上限值时，执行步骤S24-1，否则，执行过程P22以启动一台 追加的助燃风机；步骤S24-1，该PLC装置控制风门控制装置使得正 在运行的一台或多台助燃风机的风门开度增大；步骤S23-2，该PLC 装置判断该正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度与风门开度下 限值的大小关系，当该PLC装置判断出该正在运行的一台或多台助燃 风机的风门开度大于该风门开度下限值时，执行步骤S24-2，否则，执 行过程P23以停止一台正在运行的助燃风机；步骤S24-2，该PLC装 置控制风门控制装置使得正在运行的一台或多台助燃风机的风门开度 减小。并且，在PLC装置的控制下，正在运行的助燃风机的风门开度 保持一致。
过程P22为启动一台追加的助燃风机的过程。具体地，参照图5， 过程P22包括如下步骤：步骤S31，PLC装置输出启动一台追加的助 燃风机的控制信号到电源控制装置，电源控制装置开启一台追加的助 燃风机的电源；追加的助燃风机的电源开启之后，步骤S32-1，PLC装 置控制风门控制装置使得追加的助燃风机的风门开度逐步增大，以接 近该正在运行的助燃风机的风门开度，与此同时，步骤S32-2，PLC装 置控制该风门控制装置使得该正在运行的助燃风机的风门开度逐步减 小；步骤S33，直到该追加的助燃风机的风门开度与该正在运行的助燃 风机的风门开度一致时，PLC装置开始同步控制追加的助燃风机的风 门开度与正在运行的助燃风机的风门开度。
在启动一台追加的助燃风机的过程中，如果追加的助燃风机的风 门开度增大过快或者正在运行的助燃风机的风门开度减小过快，都会 造成连接总管的空气压力的波动，从而会影响燃烧质量。因此，追加 的助燃风机的风门开度增大的速率和正在运行的助燃风机的风门开度 减小的速率是过程P22中的关键。优选地，PLC装置控制该风门控制 装置使得该追加的助燃风机的风门开度逐步增大，PLC装置控制该风 门控制装置使得该正在运行的助燃风机的风门开度逐步减小。优选地， 追加的助燃风机的风门开度逐步增大的速率为0.1°～0.2°/s，正在运行的 一台或多台助燃风机的风门开度逐步减小的速率为0.1°～0.2°/s。其中， 风门开度逐步减小可根据比例积分微分（PID）控制策略连续地进行。 以上述方式在过程P22中进行风门开度的控制，可以有效地避免空气 压力的波动，保障了燃烧质量。
过程P23为停止一台正在运行的助燃风机的过程。具体地，参照 图6，过程P23包括如下步骤：步骤S41，PLC装置输出需要停止一台 正在运行的助燃风机的指示信号到人机交互界面；步骤S42，人机交互 界面显示该指示信号，操作人员选择一台准备停止的助燃风机，人机 交互界面将准备停止的助燃风机的编号输出到PLC装置；步骤S43， PLC装置控制该风门控制装置使得操作人员选定的这台准备停止的助 燃风机的风门开度逐渐减小直至完全关闭；步骤S44，PLC装置控制 该电源控制装置关闭该准备停止的助燃风机的电源。
如果准备停止的助燃风机的风门开度减小的过快，容易造成连接 总管的空气压力降低过快，从而影响燃烧质量，因此准备停止的助燃 风机的风门开度的减小的速度的控制很重要。优选地，PLC装置控制 风门控制装置使得准备停止的助燃风机的风门开度逐步减小。优选地， 准备停止的助燃风机的风门开度逐步减小的速率为每秒0.1～0.2度。
在本发明的过程P23中，当PLC装置判断出连接总管的空气压力 值高于空气压力设定值，并且正在运行的助燃风机的风门开度低于风 门开度下限值时，PLC装置并不是直接控制电源控制装置去关闭一台 正在运行的助燃风机的电源，而是输出需要停止一台正在运行的助燃 风机的指示信号到人机交互界面。这种方案是考虑到PLC装置自动关 闭助燃风机有一定的风险，万一误判会对燃烧质量造成无法挽救的损 失，所以这里需要操作人员根据现场情况进行人工判断。
如果人工判断结果也为需要停止一台正在运行的助燃风机，则需 要操作人员在人机交互界面中输入需要停止的助燃风机的编号以指示 PLC装置进行后续操作。对于准备停止的助燃风机的选择，可以由操 作人员任意指定，也可以根据助燃风机本身的状况来选择，比如选择 工作状况不好的助燃风机先停止以便检修，同时还可以保证送风量。
优选地，为了保证加热炉内燃料的理想燃烧，空气压力设定值为 7Kpa～10Kpa，风门开度上限值为60%～85%，风门开度下限值为 25%～45%。这些参数可以预先设定，也可以由操作人员根据工况等实 际情况实时设定。
需要说明的是，虽然出于便于描述的考虑，将PLC装置对助燃风 机的控制分为了过程P21、P22和P23，但这三个过程并不是孤立的， 它们之间存在互相交叠甚至互相包含。比如，在过程P23的步骤S43 中，当PLC装置控制该风门控制装置使得操作人员选定的这台准备停 止的助燃风机的风门开度逐渐减小直至完全关闭时，PLC装置还在执 行其常态的过程P21来调节正在运行的助燃风机的风门开度。
以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明， 本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明 的实质内容和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种 修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。