一种燃烧加热控制系统的设计

摘 要：以燃烧加热控制系统为研究对象，从点火过程、控温燃烧和安全保护三个方面设计了合理的控制流程和控制方案。采用分别设置点火过程与温度控制的控制单元，将点火过程平稳切换到正常燃烧，安全保护贯穿整个过程。

关键词：点火控制器；执行机构；快速切断阀；温度检测单元；压力开关

0 引言

在工业生产中，加热、烘干等与燃烧控制相关联的技术广泛应用各行各业。在满足工艺要求及安全要求的前提下，如何简单方便地实现燃烧控制，降低投入，扩大经济效益，是很有研究价值的工业课题。本文以燃烧加热控制系统为研究对象，对控制方式进行设计，使之简单明了，达到点火易行、燃烧稳定、安全保障、维护方便的效果。

1 点火过程

本燃烧加热控制系统点火过程动作流程如图1点火过程动作流程图所示。系统通过启动信号，开始整个点火流程。

第1步为预吹扫，就是开启燃烧风机运转一段时间。其作用是将燃烧空间内的气体吹走，以杜绝里面留存的气体在点火时发生危险的可能，预吹扫时间由点火控制器设定。

预吹扫时间到后，点火控制器通过控制电路发出火花塞打火和打开小火管道上的快速切断阀，即第2步。在此，打火采用变低压为高压，通过火花塞进行尖端放电或对地放电，其所产生火花用以引燃燃气和空气混合气体。此时，小火点燃，火焰检测器检测到火焰，同时向点火控制器反馈信号，以便判断下一步动作。

经过延迟一段时间，点火控制器判断出火焰信号没有问题，则打开主管道快速切断阀，通过小火引燃主管道燃气，即第3步点打火。

如果点火时，或者在整个过程中，火焰检测器信号不正常，系统关闭所有控制阀门，仅留鼓风机进行运转进行吹扫。同时，点火控制器发出报警信号，提醒使用人员点火或燃烧失败，进行确认和修复处理。

大火点燃后，通过一定的延迟时间，系统将关断小火快速切断阀，开启温度调节功能，即进入控温燃烧过程。

2 控温燃烧

控温燃烧运行过程主要由温度检测单元、控制单元和执行机构三部分构成一个闭环控制回路。

温度检测单元将温度信号送入控制单元与温度设定值进行比较，控制单元通过PID算法，输出一个4～20mA电流信号，对执行机构进行控制，以调节燃气进气量，控制燃烧所得总热量，从而达到调节温度的目的。

PID控制算法如下面公式所示：

为避免控温过程中，执行机构出现故障引起温度过高或者温度过低，影响设备使用或者造成产品质量低劣，可在控制单元设定温度高低报警。在温度变化过大情况下，可以让控制单元输出报警信号，同时给点火控制器送入停止信号，以避免事故发生，从而减小可能造成的损失。

3 安全保护

在整个控制系统中，除了前面所述的火焰检测器和温度控制单元的高低报警设计之外，针对安全保护的设计还可以添加压力开关对鼓风机风压和换热风机风压进行检测，在系统启动时自检测附件运行是否正常，以保证燃烧控制系统在运行前和运行中的安全，防止意外事故发生。此外，系统中大小火的切断阀应选用止回燃的快速切断阀，且应是冗余设置（如图2所示），以保证燃气设备故障情况下能快速安全地切断燃气回路，确保系统的安全等级。

图中，K1和K2是燃气主管路快速切断阀，KV是温控执行机构（调节阀），K3是小火快速切断阀。点小火时，K1和K3同时打开。

4 总结

本燃烧控制系统具有结构简单，控制便捷，安全性能优良等特点。在实际故障维护过程中，主要故障点包括火花塞无法打火、火焰检测器故障、点火控制器故障、压力开关故障等，排查故障点与维护具有简单快捷的特点，可以保证设备的正常运转率，以提高生产效率。当然，还需要各种工况的大量实践来检验本系统的性能和适应性，根据不同条件做必要的优化控制，从而达到更好的控制效果和目标。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理.科学出版社.2007

[2]林德杰.过程控制仪表及控制系统. 机械工业出版社.2009

[3]杨帆.传感器技术. 西安电子科技大学出版社.2008