CN104279729A - 基于支路风量自调整的风量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于支路风量自调整的风量控制系统，包括：支路电动风阀，安装在风管的支路上，用于调节支路的风量大小；支路风速风压传感器，安装在支路上，用于检测支路的风速和风压；支路控制器，安装在电动风阀上，用于接收给定的风量，并根据支路风速风压传感器检测到的支路的风速、风压和支路的管径，计算出支路的当前实际风量，然后利用连续调节控制方法调节支路电动风阀的开度，以使支路的风量达到给定的风量。由于各风管支管具有风量自调整能力，吸尘点风量不再依赖于整个管路的管路特性和工况变化。这样，本发明和现有技术相比，系统控制将会变得简单可靠，实现难度低，通用性大大增强。

Description

基于支路风量自调整的风量控制系统

技术领域

本发明属于通风技术领域，例如除尘通风领域和暖通通风领域，特别涉及一种基于支路风量自调整的风量控制系统。

背景技术

一台除尘通风系统一般由除尘风机、除尘器本体、以及风管管路组成。对于一个大型通风除尘系统来说，风管管路上往往连接有几十到上百个吸尘点，我们期望在每个吸尘点都能得到稳定的，符合要求的吸尘风力，也就是说在每个吸尘点得到额定风量。

1、由于风管管路上包含很多节点，管路上会使用很多不同直径的管道、弯头、三通和变径，在不同位置的风管中，风压、风速和风量分布也不相同，比如说在离除尘器最近的风管，风压(负压)将会较大，附近的支管风量也就比较大，而在离除尘器较远的管路，风压会比较小，附近的支管风量会比较小。也就是说，除尘效果从管路上衰减。

2、根据工艺设备(产生灰尘的设备)不一定会同时工作，各支路吸尘口也就不会同时开启，它们需要跟随工艺设备的运转进行切换，而除尘器通风阻力也会在运转过程中发生变化，这使得整个风管管路风压风速动态变化，也就是说整个除尘系统的工况经常变化。工况的变化对各吸尘点的风量将会产生影响，各支路吸尘点难以得到稳定的，符合额定要求的风量。

3、除尘风机的额定功率，往往根据最大风量要求进行设计，并且保留一定的裕量。然而，根据工艺设备的要求，需要开启的吸尘口有时会很多，而有时会很少，对风量的需求也是变化的。因此，为了实现节能的目的，有的除尘系统配备了风机变频调速系统，对于一个大型耗电设备，这是非常有意义的事。但是，由于变频调速系统缺少正确的调节参数作为支撑，变频节能的设想收效甚微，变频器形同虚设。例如：如前所说，由于各支路管路风量的不确定性，在风机的某一转速下，有的支管已经超过了额定风量，而有的支管还没有达到额定风量，那么变频调节系统应该增加转速还是降低转速呢？

基于上述问题，有人提出了方案，该方案基于一个管网特性计算控制系统，重点描述如下：

先将除尘管网的信息(如：各节点管道直径、弯头、三通、阀门、收尘罩等)和各收尘点要求风量输入计算机除尘管网特性模拟计算软件；计算机除尘管网特性模拟计算软件是一种使用PC平台的管网特性模拟计算软件，可以计算出不同工况下除尘管网中各节点、收尘点等处风量、风速、动风压、静风压、沿程阻力、局部阻力等信息，能够模拟出在管网中风压、风量的分布情况；利用此软件模拟计算出各工况点管网风量匹配情况，枚举出不同工况点对风压、风量的要求，形成逻辑控制图，并将逻辑控制图输入管网特性计算控制系统；

管网特性计算服务器实现对除尘管网工况变化实时模拟计算，确定在当前工况下确保各收尘点风量的前提下最小主管道压力和风量参数，并将这些参数传递给变频器或调速液力耦合器及PLC控制系统，同时管网特性计算服务器计算出各个收尘点阀门调整的量，并将这些数据传递给管网特性控制系统；管网特性控制系统是对除尘管网特性二次精确调整的控制系统，管网特性计算服务器传递的除尘管网中收尘点阀门调整量作为对应阀门的调整目标值，管网特性控制系统将这些目标值传输给对应的阀门，阀门电动执行机构按照给定值进行调整并将调整后的开度反馈给管网特性控制系统，管网特性控制系统对反馈的数据进行核实，如果符合误差要求确认调整成功，否则将对其进行下一轮调整。很明显，现有技术方案基于一个管网特性计算和控制系统，该系统需要正确计算出管路特性(各节点管道直径、长度、弯头、三通、阀门、收尘罩、风力在管路中的损耗等)，来确定各管路风压风量分布情况，还要确定出工况变化(除尘器风阻变化、风阀切换变化以及管道堵塞情况)，才能得出正确的变频调速参数，才能确定出各支路风阀的正确开度值。

因此，这个系统具有如下缺点：

1.计算复杂。由于管路在工艺现场的分布很长，包含很多的三通，弯头，有很多不同管径的管道，因此，管路的特性建模和计算是比较复杂的，涉及到非常多的参数；而系统还要根据工况的变化，实时改变系统模型和计算结果，这进一步增加了系统实现难度。计算结果的准确性需要在实践中验证。

2.通用性差。几乎每台除尘系统的管路特性都是不同的，即使在同一个工矿厂家，也需要为不同的除尘系统分别建立计算模型，因此该系统的通用性很差，系统的设计周期长，设计难度大。

3.可靠性低。由于风机调速系统和支路风阀调节量都依赖于管网特性计算和控制系统服务器，一旦该服务器出现问题，整个系统调节功能全部瘫痪。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单可靠、实现难度低、通用性好的基于支路风量自调整的风量控制系统。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种基于支路风量自调整的风量控制系统，包括：支路电动风阀，安装在风管的支路上，用于调节支路的风量大小；支路风速风压传感器，安装在支路上，用于检测支路的风速和风压；支路控制器，安装在电动风阀上，用于接收给定的风量，并根据支路风速风压传感器检测到的支路的风速、风压和支路的管径，计算出支路的当前实际风量，然后利用连续调节控制方法调节支路电动风阀的开度，以使支路的风量达到给定的风量。

进一步地，系统还包括人机交互单元，安装在每个支路上，且与相应支路上的支路控制器连接，用于向支路控制器设置给定的信息或直接向支路控制器发出控制指令。

进一步地，支路控制器包括内置的通讯模拟，用于接收来自远程管理装置的远程起停信号、和/或给定的风量、和/或状态反馈。

进一步地，系统还包括远程管理装置，用于使用画面来对风管管路的分布情况进行描述，接收来自工艺设备控制系统的启停信号以开关相对应的风管支路，对各支路控制器进行风量给定并且接收来自各支路反馈回来的实际风量、启停状态、故障等信息并将这些信息显示到画面上，对各支路的给定风量和实际风量进行数据综合，为变频调节系统提供数据支持。

进一步地，系统还包括变频调速装置，变频调速装置首先使用开环方法计算出当前所有需要开启的吸尘点的给定风量的总和，并加上一定的裕量，再折算出当前需要的转速和频率数据，将该数据交给变频器运行；然后，待变频器启动完成并运行稳定后，将需要开启的吸尘点反馈回来的风量总和与这些吸尘点给定风量总和进行比较，其数据偏差作为连续控制方法的基本参数来调节转速。

进一步地，连续调节控制方法为PID算法。

进一步地，支路控制器还包括故障判断部，故障判断部读取风阀当前开度值和风阀运转最慢速率，然后根据风阀当前开度值和风阀运转最慢速率计算出风阀到达指定开度值所需要的时间；然后经过时间的延时后，再次读取风阀当前开度值，并将其与指定开度值相比较，如果未达到指定开度值，则判断风阀发生故障，从而发出故障警报。

由于各风管支管具有风量自调整能力，吸尘点风量不再依赖于整个管路的管路特性和工况变化。因此，基于该系统的远程管理系统，不需要参与支管管路的风量调节，也就不再需要去计算整个管路的风力特性和动态变化特性。这样，本发明和现有技术相比，系统控制将会变得简单可靠，实现难度低，通用性大大增强。

附图说明

图1是本发明的控制过程示意图。

图2是停止过程示意图。

图3是故障判断过程示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1至图3，本发明提供了一种基于支路风量自调整的风量控制系统，包括：支路电动风阀，安装在风管的支路上，用于调节支路的风量大小；支路风速风压传感器，安装在支路上，用于检测支路的风速和风压；支路控制器，安装在电动风阀上(例如，安装在电动风阀的接线盒内，也可以安装在电动风阀附近便于操作、维护的位置)，用于接收给定的风量，并根据支路风速风压传感器检测到的支路的风速、风压和支路的管径，计算出支路的当前实际风量，然后利用连续调节控制方法调节支路电动风阀的开度，以使支路的风量达到给定的风量。

例如，当某个风管支路(比如靠近除尘器较近的风管支路)的负压(吸力)较高，该支路的传感器检测到较高的风压风速，支路控制器计算出此支管当前风量超过了额定风量，立即降低支路电动风阀开度，使得该支路的风速风量减少，也就是说释放出多余的风量还给主管，为没有达到额定风量要求风管支路提供风量资源。反之，还没有达到额定风量要求的风管支路，将会增加支路电动风阀开度，使得该支路的风量增加。如此，所有的风管支路自行进行调整，最终达到所有的吸尘点都达到额定的风量。当系统工况发生变化时，各风管支路的支路电动风阀开度将会自行进行调整，保持风量不变。

由于各风管支管具有风量自调整能力，吸尘点风量不再依赖于整个管路的管路特性和工况变化。因此，基于该系统的远程管理系统，不需要参与支管管路的风量调节，也就不再需要去计算整个管路的风力特性和动态变化特性。这样，本发明和现有技术相比，系统控制将会变得简单可靠，实现难度低，通用性大大增强。

优选地，系统还包括人机交互单元，安装在每个支路上，且与相应支路上的支路控制器连接，用于向支路控制器设置给定的信息或直接向支路控制器发出控制指令。这样，即使远程管理装置因为故障或维护而关闭，也可以就地启停吸尘点风阀系统，并且吸尘点的闭环风阀调节系统依然能够自行调节风量，维持整个管路风量平衡。

优选地，支路控制器包括内置的通讯模拟，用于接收来自远程管理装置的远程起停信号、和/或给定的风量、和/或状态反馈。

优选地，系统还包括远程管理装置，用于使用画面来对风管管路的分布情况进行描述，接收来自工艺设备控制系统的启停信号以开关相对应的风管支路，对各支路控制器进行风量给定并且接收来自各支路反馈回来的实际风量、启停状态、故障等信息并将这些信息显示到画面上，对各支路的给定风量和实际风量进行数据综合，为变频调节系统提供数据支持。

优选地，系统还包括变频调速装置，变频调速装置首先使用开环方法计算出当前所有需要开启的吸尘点的给定风量的总和，并加上一定的裕量，再折算出当前需要的转速和频率数据，将该数据交给变频器运行；然后，待变频器启动完成并运行稳定后，将需要开启的吸尘点反馈回来的风量总和与这些吸尘点给定风量总和进行比较，其数据偏差作为连续控制方法的基本参数来调节转速。基于该方案，管路特性、工况变化和除尘器风阻变化不需要作为调节参数参与调节过程，这就使得调节过程简单可靠。

优选地，连续调节控制方法为PID算法，但不限于PID算法。

优选地，支路控制器还包括故障判断部，故障判断部读取风阀当前开度值和风阀运转最慢速率，然后根据风阀当前开度值和风阀运转最慢速率计算出风阀到达指定开度值所需要的时间；然后经过时间的延时后，再次读取风阀当前开度值，并将其与指定开度值相比较，如果未达到指定开度值，则判断风阀发生故障，从而发出故障警报。

本发明具有以下特点：

1、在吸风点风管上安装闭环电动风阀控制系统，该系统利用传感器测量出该管路的风压风速信号，对该管路的电动风阀的开度进行调整，来消除通风管路特性、工况变化对该管路风量造成影响，既而在吸风点得到稳定的，符合要求的风量。利用在所有吸风点支路安装该系统，对整个通风管路的风压风量自动进行调整，消除管路特性和工况变化对通风系统造成的影响。

2、基于在各吸风点安装的闭环电动风阀系统，变频调节系统利用所有需要开启的吸风点的给定风量之和与反馈风量之和这两个参数，来调整风机转速，调节参数不依赖于计算管路特性、工况变化的影响以及除尘器风阻的变化，使其成为一个简单可靠，容易实现的系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于支路风量自调整的风量控制系统，其特征在于，包括：

支路电动风阀，安装在风管的支路上，用于调节支路的风量大小；

支路风速风压传感器，安装在所述支路上，用于检测所述支路的风速和风压；支路控制器，安装在所述电动风阀上，用于接收给定的风量，并根据所述支路风速风压传感器检测到的所述支路的风速、风压和所述支路的管径，计算出所述支路的当前实际风量，然后利用连续调节控制方法调节所述支路电动风阀的开度，以使所述支路的风量达到所述给定的风量。

2.根据权利要求1所述的风量控制系统，其特征在于，所述系统还包括人机交互单元，安装在每个所述支路上，且与相应支路上的所述支路控制器连接，用于向所述支路控制器设置给定的信息或直接向所述支路控制器发出控制指令。

3.根据权利要求1所述的风量控制系统，其特征在于，所述支路控制器包括内置的通讯模拟，用于接收来自远程管理装置的远程起停信号、和/或给定的风量、和/或状态反馈。

4.根据权利要求3所述的风量控制系统，其特征在于，所述系统还包括远程管理装置，用于使用画面来对风管管路的分布情况进行描述，接收来自工艺设备控制系统的启停信号以开关相对应的风管支路，对各支路控制器进行风量给定并且接收来自各支路反馈回来的实际风量、启停状态、故障等信息并将这些信息显示到画面上，对各支路的给定风量和实际风量进行数据综合，为变频调节系统提供数据支持。

5.根据权利要求4所述的风量控制系统，其特征在于，所述系统还包括变频调速装置，所述变频调速装置首先使用开环方法计算出当前所有需要开启的吸尘点的给定风量的总和，并加上一定的裕量，再折算出当前需要的转速和频率数据，将该数据交给变频器运行；然后，待变频器启动完成并运行稳定后，将需要开启的吸尘点反馈回来的风量总和与这些吸尘点给定风量总和进行比较，其数据偏差作为连续控制方法的基本参数来调节所述转速。

6.根据权利要求1所述的风量控制系统，其特征在于，所述连续调节控制方法为PID算法。

7.根据权利要求1所述的风量控制系统，其特征在于，所述支路控制器还包括故障判断部，所述故障判断部读取风阀当前开度值和风阀运转最慢速率，然后根据风阀当前开度值和风阀运转最慢速率计算出风阀到达指定开度值所需要的时间；然后经过所述时间的延时后，再次读取风阀当前开度值，并将其与所述指定开度值相比较，如果未达到指定开度值，则判断风阀发生故障，从而发出故障警报。