СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F22B37/42 

Изобретение относится к теплоэнергетике, касается котельных агрегатов и может быть использовано в системах защиты и управления котельными агрегатами с одновременной регистрацией их технических параметров как при выработке пара, так и нагреве воды.

Известен способ автоматической защиты водогрейного котла [1], согласно которому измеряют параметры работы котельного агрегата и объединяют горелочные устройства в две группы, первую из которых включают при розжиге и наборе нагрузки, а вторую - при тепловой нагрузке котла свыше 50% от номинальной, причем задают выдержку времени и уставку расхода воды и в зависимости от величин расхода и недогрева воды включают или отключают соответствующие группы горелок.

Устройство, реализующее способ [1], содержит релейный блок с сигнальными контактами, связанными с выходами расходомера и потенциометра, причем расходомер входом соединен с датчиком расхода воды, а потенциометр - с выходом датчика температуры воды на выходе котла и через нормирующий преобразователь с манометром, а релейный блок подключен к исполнительным механизмам первой и второй групп горелок [1].

Недостатками указанного способа защиты котельного агрегата и устройства, его реализующего, является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная релейно-контакторной схемой устройства, и отсутствие возможности фиксировать параметры котельной установки, что необходимо для анализа ее работы и при расследовании аварийных ситуаций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, реализованный в устройстве [2], и, согласно которому, измеряют сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата как при выработке пара, так и при нагреве воды, выполняют первичную обработку указанных сигналов, в том числе преобразованных в цифровую форму, выполняют индикацию о режиме работы котельного агрегата и формируют управляющие сигналы для включения исполнительных устройств и устройств сигнализации [2].

Устройство, реализующее данный способ, содержит цепи контроля, представленные цифровыми и аналоговыми датчиками параметров работы котельного агрегата, исполнительный блок, включающий в себя блок розжига и электромагнитный клапан, блок звуковой сигнализации, блок индикации режимов работы, блок индикации памяти, блок индикации текущего состояния параметров, тактовый генератор и логический анализатор сигналов, представляющий собой вычислительный блок, выполненный на элементах логики, причем информационные выходы логического анализатора сигналов соединены с выходами датчиков параметров котельной установки и выходом тактового генератора, а выходы логического анализатора сигналов подключены ко входам электромагнитного клапана, блока розжига, блока звуковой сигнализации, блока индикации текущего состояния параметров, блока индикации памяти и блока индикации режимов работы [2].

Недостатками указанного способа защиты котельного агрегата являются сложность контроля соответствия режимов эксплуатации котельного агрегата режимной карте и отсутствие возможности регистрации параметров котельного агрегата с фиксацией времени (даты) для определения ресурса работы котельного агрегата и расследования аварийных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации.

Устройство, реализующее указанный способ защиты, характеризуется теми же недостатками и, кроме того, имеет невысокую надежность, сложно в наладке и в диагностике неисправностей.

Техническими результатами, на достижение которых направлены предлагаемый способ защиты котельного агрегата и устройство для его осуществления, являются повышение эксплуатационной надежности и обеспечение возможности регистрации технологических параметров котельного агрегата с фиксацией времени (даты) для контроля соответствия режимов эксплуатации режимной карте, определения ресурса работы котельного агрегата и расследования аварийных ситуаций, возникающих в процессе его эксплуатации.

Этот результат достигается тем, что в способе защиты котельного агрегата, основанном на том, что изменяют сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата, выполняют первичную обработку указанных сигналов, преобразуют аналоговые сигналы в цифровую форму, выполняют индикацию о режиме работы котельного агрегата и после превышения измеренными сигналами допустимых значений формируют управляющие сигналы для защиты и управления котельным агрегатом, дополнительно задают очередность обработки измеренных сигналов, синхронизируют эту обработку сформированной импульсной последовательностью в реальном масштабе времени, записывают в долговременную энергонезависимую память для хранения сформированные управляющие сигналы и прошедшие первичную обработку сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата, фиксируют время появления этих сигналов и считывают полученную информацию для анализа и контроля работы котельного агрегата.

Этот результат достигается также тем, что устройство для защиты котельного агрегата, содержащее выполненный со входом прерывания вычислительный блок, информационными входами соединенный с выходами m дискретных датчиков и через аналогово-цифровой преобразователь с выходами n аналоговых датчиков технологических параметров котельного агрегата, информационным выходом подключенный ко входу блока звуковой сигнализации и входу блока визуальной информации, и исполнительный блок, дополнительно содержит цифровой запоминающий блок, цифровой управляемый фильтр и таймер, первым выходом связанный со входом прерывания вычислительного блока, выполненного цифровым, и входом управления цифрового управляемого фильтра, информационным входом подключенного к информационному выходу вычислительного блока, а выходом - к исполнительному блоку, и ко второму входу цифрового запоминающего блока, причем второй вход цифрового запоминающего блока соединен со вторым выходом таймера, кроме того, цифровой запоминающий блок и вычислительный блок выполнены с выходами считывания - записи информации.

Совокупность указанных операций при управлении котельным агрегатом, а также включение дополнительных элементов позволяет повысить эксплуатационную надежность, обеспечить возможность регистрации технологических параметров котельного агрегата с фиксацией времени (даты) для контроля соответствия режимов эксплуатации режимной карте и расследования аварийных ситуаций, возникающих в процессе его эксплуатации, а также дополнительно получить такую информацию, как ресурс работы котельного агрегата, его производительность и др.

По предложенному способу защиты котельного агрегата выполняют следующие действия:
- измеряют сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата;
- выполняют первичную обработку измеренных сигналов;
- преобразуют аналоговые сигналы в цифровую форму;
- задают очередность обработки этих сигналов;
- синхронизируют эту обработку импульсной последовательностью в реальном масштабе времени;
- выполняют индикацию о режиме работы котельного агрегата;
- после превышения обработанными сигналами допустимых значений формируют управляющие сигналы для защиты и управления котельным агрегатом;
- записывают прошедшие обработку сигналы и управляющие сигналы в долговременную энергонезависимую память;
- фиксируют время появления этих сигналов;
- считывают полученную информацию на блок визуальной информации, например, дисплей для анализа и контроля работы котельного агрегата.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства защиты котельного агрегата, реализующего указанный способ защиты, на фиг. 2 - блок-схема запоминающего блока, на фиг. 3 - блок-схема таймера.

Устройство защиты котельного агрегата (фиг. 1) содержит вычислительный блок 1, выполненный цифровым, n аналоговых датчиков 2 технологических параметров котельного агрегата, через аналого-цифровой преобразователь 3 подключенных к информационному входу вычислительного блока 1, m дискретных датчиков 4 параметров котельного агрегата, связанных также с информационными входами вычислительного блока 1. Таймер 5 первым выходом связан со входом прерывания вычислительного блока 1 и выходом цифрового управляемого фильтра 6, выходом подключенного ко входу исполнительного блока 7 и ко входу цифрового запоминающего блока 8. Информационный выход вычислительного блока 1 соединен со входом блока 9 визуальной информации и со входом блока 10 звуковой сигнализации 10.

Цифровой запоминающий блок 8 (фиг. 2) содержит подключенный своими входами к внутренней шине контроллер 11, выход которого является двунаправленным входом-выходом считывания-записи цифрового запоминающего блока 8, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 12, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 13, блок 14 долговременной энергонезависимой памяти, первый вход которого подсоединен к таймеру 5, а второй - к цифровому управляемому фильтру 6, причем второй двунаправленный вход ОЗУ, выход ПЗУ и третий двунаправленный вход блока 14 долговременной энергонезависимой памяти объединены и подключены к вычислительному блоку 1. Таймер 5 (фиг. 3) может быть выполнен, например, из последовательно соединенных генератора 15 импульсной последовательности и формирователя 16 отметок реального времени. Выход генератора 15 импульсной последовательности подключен ко входу вычислительного блока 1, а выход формирователя 16 отметок реального времени - ко входу цифрового запоминающего блока 8.

Работа устройства защиты котельного агрегата осуществляется следующим образом.

Аналоговые датчики 2 технологических параметров котельного агрегата имеют на выходе сигналы, характеризующие его работу. К этим датчикам относятся, например, датчик давления воздуха на форсунки, датчик давления пара в барабане, датчик расхода воды, датчики температуры воды до и после котла и т. д. Измеренные сигналы с датчиков 2 и 4 проходят первичную обработку, т.е. согласуются по уровню напряжения с параметрами вычислительного блока 1 и аналого-цифрового преобразователя 3. Сигналы с датчиков 2 поступают на многоканальный аналого-цифровой преобразователь 3, управляемый вычислительным блоком 1.

Управление производится таким образом, что аналоговые сигналы с датчиков 2 последовательно преобразуются в цифровую форму и эта информация заводится в вычислительный блок 1. Кроме того, вычислительный блок производит последовательно опрос датчиков 4 для получения дискретной информации о работе котельного агрегата. К этой информации относится, например, разрежение в топке котла, давление воды до после котла и т.д. Вся информация, получаемая с датчиков 2 и 4 вместе с информацией, извлекаемой из ПЗУ 13 цифрового запоминающего блока 8, перерабатывается в вычислительном блоке 1. При пуске котельного агрегата в вычислительный блок 1 подается сигнал с дискретного датчика 4 от кнопки "Пуск" (не показана), при этом фиксируется время включения контакта пускателя дымососа или дутьевого вентилятора.

При предварительной вентиляции топки котла вычислительный блок 1 (дискретный датчик 4) производит опрос состояния контактов реле газоанализатора и при наличии метана фиксирует это состояние и дает запрет на дальнейший розжиг котельного агрегата.

По срабатыванию блока контроля факела горелки котельного агрегата вычислительный блок 1 дает команду на фиксацию времени начала отсчета времени прогрева котла, включает программу проверки состояния датчиков защиты котла и включает программу регистрации параметров аналоговых датчиков 2.

Генератор импульсной последовательности 15, входящий в таймер 5, синхронизирует работу вычислительного блока 1, в котором поступающая информация перерабатывается в параметры, отражающие работу контрольной установки, подаваемые на блок 9 визуальной информации. В вычислительном блоке 1 производится также сравнение контролируемых параметров с заданными пороговыми уровнями и при переходе этих параметров через заданный уровень включают блок 10 звуковой сигнализации, а величина превышения по информационному входу с вычислительного блока 1 поступает на цифровой управляемый фильтр 6. Кроме того, на управляемый цифровой фильтр 6 поступает сигнал с таймера 5 (импульсная последовательность сигнала).

При аварийном превышении параметров над установленными значениями цифровой управляемый фильтр 6 формирует сигнал на исполнительный блок 7 и одновременно подает его на долговременную энергонезависимую память 14, куда также поступает сигнал с формирователя 16 отметок реального времени. Из вычислительного блока 1 обработанные сигналы, пропорциональные регистрируемым параметрам, заносятся в блок 14 энергонезависимой памяти для дальнейшего считывания через контроллер 11.

Постоянное запоминающее устройство 13 выдает команды в вычислительный блок 1 для управления обработкой сигналов в нем, а в оперативное запоминающее устройство 12 заносятся результаты промежуточных вычислений, которые могут быть либо считаны через контроллер 11, либо обратно самим вычислительным блоком 1.

Таймер 5 может быть выполнен на микросхеме RTC-634221A [4, стр. 138], вычислительное устройство 1 на микросхеме H1013BM1 [4, стр. 88], аналого-цифровой преобразователь 3 на микросхеме AD78581LAR [3, стр. 218], цифровой запоминающий блок 8 на микросхемах AT29C020 и 537PY10 [5, стр. 43], блок 10 звуковой сигнализации на микросхемах AD7945N, 174YH19 и TS-G1030, блок 9 визуальной информации - ИЖЦ-21-4/7 [6, стр. 202 - 223].

В качестве датчиков технологических параметров котельного агрегата используются установленные на нем датчики, описанные, например, в [7, стр. 193 - 208].

Литература
1. Авт. свид. СССР N 1451448. Способ автоматической защиты водогрейного котла. Авторы Шанин Н.М., Райский Ю.Б., Зыков А.К. Кл. F 22 B 37/40, 1986 г.

2. Авт. свид. RU N 2073170. Устройство защиты парового котла. Авторы Сурогин Б. Г., Ипатов О.В., Воеводин Е.А., Ямников В.А., Дворянков В.Ф. Кл. F 22 B 37/42, 1997 г. (прототип).

3. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. М., Энергоиздат, 1981 г.

4. Гришин Ю. П. и др. Микропроцессоры в радиотехнических системах. М., Радио и связь, 1982 г.

5. Мультимедиа. Под ред. Петренко А.И. М., БИНОМ, 1994 г.

6. Васенко И.В., Телец В.А. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. М., Радио и связь, 1992 г.

7. Киселев Н.А. Котельные установки. М., Высшая школа., 1987 г.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах защиты и управления котельными агрегатами с одновременной регистрацией их технологических параметров при выработке пара или нагреве воды. Задают очередность обработки параметров в соответствии с предварительно запомненными сигналами, синхронизируют эту обработку сформированной импульсной последовательностью в реальном масштабе времени, записывают в долговременную энергонезависимую память для хранения сформированные управляющие сигналы и прошедшие первичную обработку сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата, и время появления этих сигналов для считывания всей информации при анализе и контроле работы котельного агрегата. Устройство содержит цифровой запоминающий блок, цифровой управляемый фильтр и таймер, первым выходом связанный со входом прерывания вычислительного блока, выполненного цифровым, и входом управления цифрового управляемого фильтра, информационным входом подключенного к информационному выходу вычислительного блока, а выходом - к исполнительному блоку и ко второму входу цифрового запоминающего блока, причем второй вход цифрового запоминающего блока соединен со вторым выходом таймера, кроме того, цифровой запоминающий блок и вычислительный блок выполнены с выходом считывания - записи информации. Такой способ защиты котельного агрегата и устройство для его осуществления позволяют повысить эксплуатационную надежность и обеспечить возможность регистрации технологических параметров котельного агрегата с фиксацией времени (даты) для контроля соответствия режимов эксплуатации режимной карте, определения ресурса работы котельного агрегата и расследования аварийных ситуаций, возникающих в процессе его эксплуатации. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты котельного агрегата, основанный на том, что измеряют сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата, выполняют первичную обработку указанных сигналов, преобразуют аналоговые сигналы в цифровую форму, выполняют индикацию о режимах работы котельного агрегата и после превышения измеренными сигналами допустимых значений формируют управляющие сигналы для защиты и управления котельным агрегатом, отличающийся тем, что дополнительно задают очередность обработки измеренных сигналов, синхронизируют эту обработку сформированной импульсной последовательностью в реальном масштабе времени, записывают в долговременную энергонезависимую память для хранения сформированные управляющие сигналы и прошедшие обработку сигналы, пропорциональные технологическим параметрам котельного агрегата, фиксируют время появления этих сигналов и считывают полученную информацию для анализа и контроля работы котельного агрегата. 2. Устройство защиты котельного агрегата, содержащее вычислительный блок, входами соединенный с выходами датчиков технологических параметров котельной установки, а выходами - с входами блока звуковой сигнализации, блока визуальной информации и исполнительным блоком, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено цифровым запоминающим блоком, цифровым управляемым фильтром и таймером, первым выходом связанным со входом прерывания вычислительного блока, выполненного цифровым, и входом управления цифрового управляемого фильтра, информационным входом подключенного к информационному выходу вычислительного блока, а выходом - к исполнительному блоку и ко второму входу цифрового запоминающего блока, причем второй вход цифрового запоминающего блока соединен со вторым выходом таймера, кроме того, цифровой запоминающий блок и вычислительный блок выполнены с выходами считывания - записи информации.