一种炉具控制器及炉具系统的制作方法

本发明实施例涉及测控技术，尤其涉及一种炉具控制器及炉具系统。

背景技术：

小区域锅炉集中供热是一种分散式燃气采暖模式，分为模块化采暖和分散集中采暖，一个建筑单元、一个建筑使用一个燃气锅炉房采暖称为模块采暖(也称为单元式燃气采暖)。多个相邻且使用性质相同的建筑使用一个燃气锅炉房采暖称为分散集中采暖，其特点是有一次热网直供。根据能源种类，小区域锅炉主要分为燃气、燃煤、电能水暖炉具，该类成套炉具一般分为炉具本体和尾部烟气净化两个部分，目前市面上的小区域锅炉控制系统普遍通过对燃料量的控制、风力控制实现出水温度的控制。

小区域锅炉集中供热通常需要占用单独的锅炉房，锅炉及锅炉房散热损失不能利用，目前的小区域锅炉集中供热系统末端无调节装置，当室内过热时，用户开窗散热而不是关小暖气，有部分热量损失，这种采暖方式锅炉数量多，管理分散，无法最大程度的发挥成套系统的优越性，无法实现智能化信息集成和智能化统一控制，且nox的排放总量高于家用燃气锅炉采暖。

因此亟需一种热转化效率高，尾部烟气净化效果好的自动化小区域炉具系统。

技术实现要素：

本发明提供一种炉具控制器及炉具系统，以解决小区域锅炉系统中各部分独立控制，分布控制的弊端，实现高度的统一协同控制，提高了炉具效率，同时实现了烟气的超低排放，满足超低排放的要求。

第一方面，本发明实施例提供了一种炉具控制器，控制器用于：

接收锅炉运行传感信息以及排放物传感信息，所述控制器判定所述排放物传感信息是否异常，若所述排放物传感信息异常，则遍历所述锅炉运行传感信息，找出异常的锅炉运行传感信息，根据异常的锅炉运行传感信息生成锅炉运行调整控制指令，接收燃料存储信息，所述控制器判定所述燃料存储信息是否异常，若所述燃料存储信息异常，则所述控制器根据异常燃料存储信息生成上料调整控制指令。

可选的，所述锅炉运行信息包括锅炉本体信息和引风装置信息，所述排放物传感信息包括锅炉本体排放信息，所述锅炉运行调整控制指令包括锅炉本体调整控制指令、引风装置调整控制指令，若异常的排放物传感信息为异常的锅炉本体排放信息，则所述控制器遍历所述锅炉本体信息，根据异常的锅炉本体信息生成所述锅炉本体调整控制指令，根据经过调整控制后的锅炉本体信息和所述引风装置信息生成所述引风装置调整控制指令。

可选的，所述锅炉运行信息包括锅炉本体信息、净化装置信息和引风装置信息，所述排放物传感信息包括锅炉本体排放信息和净化装置烟道信息，所述锅炉运行调整控制指令包括锅炉本体调整控制指令、净化装置调整控制指令以及引风装置调整控制指令，若异常的排放物传感信息包括异常的锅炉本体排放信息，则所述控制器判定所述燃料存储信息是否异常，若所述燃料存储信息异常，则所述控制器根据异常燃料存储信息生成上料调整控制指令，所述控制器遍历所述锅炉本体信息，根据异常的锅炉本体信息生成所述锅炉本体调整控制指令，所述控制器遍历所述净化装置信息，根据异常的净化装置信息生成所述净化装置调整控制指令，根据经过调整控制后的锅炉本体信息、调整控制后的净化装置信息以及所述引风装置信息生成所述引风装置调整控制指令。

可选的，若异常的排放物传感信息为异常的净化装置烟道信息，则所述控制器遍历所述净化装置信息，根据异常的净化装置信息生成所述净化装置调整控制指令，根据经过调整控制后的净化装置信息和所述引风装置信息生成所述引风装置调整控制指令。

可选的，所述控制器还用于记录并发送异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息。

可选的，所述控制器还用于接收外部输入的锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种炉具系统，包括锅炉、上料机、净化装置、排渣设备和引风机，包括权利要求1所述的控制器，以及与所述控制器电连接的物料传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、重量传感器、撕裂传感器、转速传感器、压力传感器、第一烟气传感器和第二烟气传感器，所述物料传感器以及撕裂传感器采集的信息为燃料存储信息，所述物料传感器设置在所述锅炉的料仓内，用于检测所述料仓内燃料的余量，所述撕裂传感器设置在所述上料机的传送带上，用于检测上料机的运行状态，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、重量传感器采集的信息为锅炉运行传感信息，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、重量传感器分别用于检测所述锅炉的进水温度、出水温度、料仓温度、以及所述排渣设备内灰渣的重量，所述转速传感器、压力传感器、第一烟气传感器和第二烟气传感器采集的信息为排放物传感信息，所述转速传感器、压力传感器分别用于检测所述引风机的转速和风压，所述第一烟气传感器用于检测锅炉烟道内的烟气信息，所述第二烟气传感器用于检测净化装置烟道内的烟气信息。

可选的，还包括流量传感器，所述流量传感器用于检测所述净化装置内净化剂的流量。

可选的，所述控制器还配置有交互面板，用于：显示异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息；接收人工输入的锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

可选的，还包括监控终端，所述控制器还配置有通信模块，所述监控终端与所述控制器通信连接，所述监控终端用于：接收异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息；远程发送锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的控制器接收锅炉运行传感信息、排放物传感信息以及接收燃料存储信息，可以根据炉具各部分的实际工作情况自动生成系统调节指令，实现炉具从燃料存储、进给、燃烧、排渣、尾部烟气处理、引风等的全方位、全周期的信息集成控制，实现了成套炉具系统的集成控制，大大提高了炉具系统的热转化效率、烟气处理效率和整体系统效率。

附图说明

图1是实施例一中的一种锅炉系统结构框图；

图2是实施例三中的一种炉具控制单元结构框图；

图3是实施例三中的一种炉具控制流程图；

图4是实施例三中的另一种炉具控制流程图；

图5是实施例三中的一种炉具系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实施例提出一种用于小区域锅炉系统的炉具控制器，其中小区域锅炉系统包括燃气、燃煤、电能水暖锅炉系统，本实施例中将成套锅炉系统中的上料系统部分划分为辅助系统、锅炉以及排污系统部分划分为主体系统。控制器针对辅助系统和主体系统执行不同的控制策略。

具体的，针对主体系统，控制器的控制策略包括：

接收锅炉运行传感信息以及排放物传感信息；

控制器判定排放物传感信息是否异常；

若所述排放物传感信息异常，则遍历所述锅炉运行传感信息；

找出异常的锅炉运行传感信息，根据异常的锅炉运行传感信息生成锅炉运行调整控制指令。

针对辅助系统，控制器的控制策略包括：

接收燃料存储信息；

控制器判定燃料存储信息是否异常，

若燃料存储信息异常，则控制器根据异常燃料存储信息生成上料调整控制指令。

图1是实施例一中的一种锅炉系统结构框图，作为一种可实施方案，本实施例提出控制器可以应用于燃煤热水锅炉系统，参考图1，典型的，锅炉系统包括上料系统100、锅炉200、净化装置300，控制器400与上料系统100、锅炉200以及净化系统300通信连接。示例性的，上料系统100包括燃煤存储仓、给煤机、磨煤机等。锅炉200包括炉膛、煤道、燃烧器、控制预热器、送风机、省煤器、过热器、水泵、汽包、下降管、联箱、水冷壁、排渣设备等。净化装置300包括除尘器、引风机、脱硫设备、脱硝设备、二氧化碳减排设备、烟道等。

针对主体系统，控制器400实现协同控制，示例性的，控制器400接收设置在炉膛顶部传感器发送的温度信息、接收设置在烟道内的传感器发送烟气信息，当控制器400判断炉膛顶部排烟口的烟气温度过高或者烟道内烟气指标异常时，则控制器依次分析锅炉200上配置的传感器发送的信息，例如送风机的工作电流、风道内调节阀的开度、水泵转速等，找出出现异常的锅炉组件，并基于异常锅炉组件的工作状态生成锅炉运行调整控制指令。

例如，控制器400判定炉膛顶部排烟口的烟气温度过高，控制器400检测出送风机的电流值过高，导致送风机转速升高，则控制器400减小送风机电流值、同时减小风道内调节阀的开度、减小燃烧器的档位，以使烟气温度恢复到正常的范围内。

控制器400判定烟道内排放物指标异常，控制器400检测出引风机故障停止工作，则控制器400控制煤斗内的下煤挡板关闭、控制给煤机停止上料、依次控制送风机、引风机关闭；控制水泵出水阀门关闭、控制水泵停泵。

示例性的，若主体系统中的锅炉组件均处于正常工作状态，则控制器400控制给煤机减小给料量。

示例性的，控制器400可以采用基于pid控制生成炉运行调整控制指令，也可以采用模糊控制生成炉运行调整控制指令。

示例性的，正常状态下，控制器400的控制策略还包括水泵给水阀开度调节和减温器电磁阀控制。其中进行给水阀控制时，以蒸汽流量、汽包水位和水泵流量作为控制输入量，给水阀开度作为控制输出量，进行简化控制时，采用汽包水位作为控制输入量。进行减温器电磁阀控制时，以蒸汽温度、蒸汽流量、减温器出口蒸汽温度作为控制输入，以减温器电磁阀开度作为控制输出量。

示例性的，当主体系统正常运行时，可以针对辅助系统控制器生成独立的控制指令，具体的，控制器400接收设置在燃煤存储仓内的传感器发送的信息，当燃煤存储仓内燃煤处于低位时，控制给煤机进行上料，当燃煤处于上限时，控制给煤机停止上料。

本实施例提出一种用于小区域锅炉系统的炉具控制器，控制器根据不同设备的实际工作情况自动生成控制指令，对小区域锅炉系统中各设备进行协同控制，可以提高锅炉系统的热转换效率、降低污染物排放水平。

优选的，控制器400还用于记录并发送异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息。控制器400还用于接收外部输入的锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

示例性的，本实施例中控制器400配置有通信模块，相应的控制器400配置有通讯接口，例如网口，以及i/o接口，使控制器400可以进行联网配置，通过网络控制器400可以与外部控制系统进行通信，以实现远程监控以及远程控制。

示例性的，控制器400还配置有人机界面，通过人机界面使控制器400可显示数据、写入数据。

实施例二

作为一种可替换方案，在实施例一的基础上，锅炉运行信息包括锅炉本体信息和引风装置信息，排放物传感信息包括锅炉本体排放信息，锅炉运行调整控制指令包括锅炉本体调整控制指令、引风装置调整控制指令。

控制器400的控制策略为：

若异常的排放物传感信息为异常的锅炉本体排放信息，则控制器400遍历锅炉本体信息，根据异常的锅炉本体信息生成锅炉本体调整控制指令，

根据经过调整控制后的锅炉本体信息和引风装置信息生成引风装置调整控制指令。

具体的，锅炉本体排放信息可以包括锅炉本体烟气排放信息和锅炉本体水循环信息。示例性的，若控制器400判定蒸汽温度过高，控制器400检测出减温器电磁阀开度异常，则控制器400根据当前的蒸汽温度、蒸汽流量以及减温器出口蒸汽温度生成用于控制减温器电磁阀开度的控制指令。控制器400接收反馈的蒸汽温度信息，采集锅炉当前的炉膛负压值，将蒸汽温度信息值和炉膛负压值作为输入，引风机转速作为输出，采用模糊控制方法对引风机进行控制，以达到对炉膛负压的调整，通过对炉膛负压的调整，保证蒸汽质量，同时达到节点和节省燃料的目的。

作为一种优选方案，锅炉运行信息包括锅炉本体信息、净化装置信息和引风装置信息，排放物传感信息包括锅炉本体排放信息和净化装置烟道信息，锅炉运行调整控制指令包括锅炉本体调整控制指令、净化装置调整控制指令以及引风装置调整控制指令。

控制器400的控制策略为：

若异常的排放物传感信息包括异常的锅炉本体排放信息，则控制器判定燃料存储信息是否异常，若燃料存储信息异常，则控制器根据异常燃料存储信息生成上料调整控制指令，

控制器遍历锅炉本体信息，根据异常的锅炉本体信息生成锅炉本体调整控制指令，

控制器遍历净化装置信息，根据异常的净化装置信息生成净化装置调整控制指令，

根据经过调整控制后的锅炉本体信息、调整控制后的净化装置信息以及引风装置信息生成引风装置调整控制指令。

具体的，当排放物传感信息为锅炉本体排放信息和净化装置烟道信息时，控制器400对上料系统100、锅炉200、净化装置300三部分进行协同控制，示例性的，若控制器400判定蒸汽流量过低、烟道内烟气指标异常，控制器400检测出给水阀开度异常、净化剂控制阀开度异常，则控制器400进一步检测上料系统100是否出行异常，例如燃料仓内燃料是否处于低位，当燃料处于低位收首先控制给煤机进行上料，其次，控制器400以蒸汽流量、汽包水位和水泵流量作为控制输入量，给水阀开度作为控制输出量，采用pid控制方法生成给水阀控制指令，控制器400以烟气指标作为反馈量，采用pid控制方法生成净化剂控制阀控制指令，完成对给水阀和净化剂控制阀的控制后，控制器400采集下煤挡板的开度，判断进入到锅炉内的燃料的变化量，同时采集净化剂控制阀的开度，判断净化剂用量的变化量，以燃料变化量和净化剂用量变化量作为输入，引风机的转速或者引风挡板的开度作为输出，采用模糊控制的方法生成引风机的控制指令，通过采用燃料变化量和净化剂用量变化量对炉具系统进行协同控制，使得炉具本体燃烧排出的烟气达到污染物最低，在经尾部烟气净化后，达到超低排放要求，同时使锅炉在经济性最好的燃烧工况下稳定运行。

控制器400的控制策略还包括：

若异常的排放物传感信息为异常的净化装置烟道信息，则控制器遍历净化装置信息；

根据异常的净化装置信息生成净化装置调整控制指令；

根据经过调整控制后的净化装置信息和引风装置信息生成引风装置调整控制指令。

示例性的，若控制器400判定烟道内烟气指标异常，控制器400检测出净化剂控制阀开度异常，控制器400以烟气指标作为反馈量，采用pid控制方法生成净化剂控制阀控制指令，完成对净化剂控制阀的控制后，控制器400采集净化剂控制阀的开度，判断净化剂用量的变化量，以净化剂用量变化量作为输入，引风机的转速或者引风挡板的开度作为输出，采用模糊控制的方法生成引风机的控制指令。

实施例三

本实施例提出一种炉具系统，包括锅炉、上料机、净化装置、排渣设备、引风机和控制器，图2是实施例三中的一种炉具控制单元结构框图，参考图2，还包括与控制器400电连接的物料传感器1、第一温度传感器2、第二温度传感器3、第三温度传感器4、重量传感器5、撕裂传感器6、转速传感器7、压力传感器8、第一烟气传感器9和第二烟气传感器10。

物料传感器1以及撕裂传感器6采集的信息为燃料存储信息，物料传感器1设置在锅炉的料仓内，用于检测料仓内燃料的余量，撕裂传感器设置在上料机的传送带上，用于检测上料机的运行状态。

示例性的，物料传感器1可以采用超声波传感器，通过超声波传感器检测料仓内燃料的高度。

第一温度传感器2、第二温度传感器3、第三温度传感器4、重量传感器5采集的信息为锅炉运行传感信息，第一温度传感器2、第二温度传感器3、第三温度传感器4、重量传感器5分别用于检测锅炉的进水温度、出水温度、料仓温度、以及排渣设备内灰渣的重量。

转速传感器7、压力传感器8、第一烟气传感器9和第二烟气传感器10采集的信息为排放物传感信息，转速传感器7、压力传感器8分别用于检测引风机的转速和风压，第一烟气传感器9用于检测锅炉烟道内的烟气信息，第二烟气传感器10用于检测净化装置烟道内的烟气信息。

示例性的，第一烟气传感器9和第二烟气传感器10采用烟气分析仪，例如红外烟气分析仪，功能包括检测烟气温度、烟气流速、二氧化硫含量、氮氧化物含量、氧量、一氧化碳量、二氧化碳量等信息。

炉具控制单元还包括流量传感器11，流量传感器11用于检测净化装置内净化剂的流量。

示例性的，净化装置设有四个调节结构，每种调节结构利用一种净化剂极性尾气净化，示例性的，四种净化剂分别为脱硫剂、脱硝剂、除渣剂和催化剂，相应的炉具控制单元包括多个流量传感器11，一个流量传感器11检测一种净化剂的流量。

示例性的，炉具系统还可以包括数据采集设备，传感器通过数据采集设备与控制器400通讯连接。炉具系统还可以包括执行控制器，控制器400通过执行控制器与净化装置、引风机等执行设备通信连接，执行控制器接收控制400生成的逻辑控制指令，并将逻辑控制指令转化成执行设备可直接执行的控制指令。

本实施例中，控制器400可以执行实施例一或实施例二记载的任意一种控制策略。

作为一种可替换方案，本实施例中控制器400还配置有交互面板，用于显示异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息；接收人工输入的锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

图3是实施例三中的一种炉具控制流程图，可选的，控制器400的执行策略还包括：

控制器通过物料传感器检测料仓内燃料的余量；

若燃料的余量小于设定的低位阈值，则在交互面板上显示料仓内燃料余量过低；

控制器通过撕裂传感器的传感信息判断上料机是否正常运行，若上料机故障，则在交互面板上显示上料机故障，同时等待上料机故障排除，待上料机故障排除后进行后续控制，若上料机运行正常，则控制器生成补料控制指令，控制上料机从外部燃料仓进行补料；

若燃料的余量大于设定的高位阈值，则控制器生成停止补料控制指令。

示例性的，外部燃料仓内也可以设置物料传感器，当控制器判定外部燃料仓内的燃料余量过低时，在控制面板上显示外部燃料仓燃料余量过低。示例性的，当主体系统正常运行时，根据外部燃料仓内的燃料存储信息也可以生成针对辅助系统和主体系统的控制指令，当控制器400判定外部燃煤存储仓内燃煤处于低位时，控制器400减小燃烧器的档位，同时减小下煤挡板开度、控制给煤机较小上料量，确保炉具可持续利用时间增长，避免因燃料突然过少，炉具停机造成管路冰冻损坏、供暖区温度骤降。

图4是实施例三中的另一种炉具控制流程图，可选的，控制器400的执行策略还包括：

控制器通过重量传感器检测排渣设备中灰渣的重量；

若灰渣重量大于设定的高限阈值，则在交互面板上显示灰渣余量过多；

控制器判断排渣设备是否正常运行，若排渣设备故障(例如清扫链断链、清扫链异常倾斜等)，则在交互面板上显示排渣设备故障，同时等待排渣设备故障排除，待排渣设备故障排除后进行后续控制，若排渣设备运行正常，则控制器生成排渣控制指令，控制排渣设备进行排渣；

若灰渣重量小于设定的低限阈值，则控制器生成停止排渣控制指令。

示例性的，控制器400还可以用于显示炉具系统运行时的正常运行参数，以及存储运行参数(例如锅炉温度)并绘制成历史曲线，在交互面板上显示历史曲线。

图5是实施例三中的一种炉具系统结构框图，参考图5，作为一种优选方案，炉具系统还包括监控终端500，控制器400还配置有通信模块，监控终端500与控制器400通信连接。监控终端用于：接收异常的锅炉运行传感信息、异常的排放物传感信息以及异常的燃料存储信息；远程发送锅炉运行调整控制指令或者上料调整控制指令。

示例性的，监控终端可以为手机等智能移动设备，也可以为计算机、服务器或者工控机等电子终端。

本实施例提出的炉具系统具备远程控制功能，可以应用在偏远地区或极度高寒地区，可以在无人值守时，实现从燃料存储、进给、燃烧、排渣、尾部烟气处理、引风等的全方位、全周期的集成控制。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

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