專利名稱：工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)鍋爐操作仿真培訓(xùn)裝置及方法，尤其是涉及一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)鍋爐操作仿真培訓(xùn)裝置是一種由縮小比例的鍋爐實(shí)體物理模型和后臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)組成的半物理式仿真培訓(xùn)考核系統(tǒng)，通常又稱為鍋爐模擬機(jī)。這類裝置中沒有燃料、水、汽等介質(zhì)，也不存在真正的燃燒、蒸發(fā)等物理化學(xué)過程。利用鍋爐模擬機(jī)對(duì)司爐人員的實(shí)際操作技能進(jìn)行培訓(xùn)考核，能取得較好的培訓(xùn)效果，同時(shí)又能保證人員的安全性。隨著國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的開展，工業(yè)鍋爐成為了節(jié)能的主要對(duì)象之一。我國(guó)工業(yè)燃煤鍋爐數(shù)量眾多，而實(shí)際熱效率平均僅為60%飛5%。實(shí)踐證明，司爐工的操作水平和節(jié)能安全意識(shí)是影響鍋爐效率的決定性因素，提高司爐人員操作水平而取得的節(jié)能效果可占節(jié)能總量的1/3左右，開展司爐工節(jié)能操作技能的培訓(xùn)顯得十分緊迫。然而目前的工業(yè)鍋爐模擬機(jī)并不具備節(jié)能操作技能培訓(xùn)的功能，僅僅只提供安全操作技能培訓(xùn)功能，如對(duì)鍋爐運(yùn)行時(shí)的一些正常操作步驟的培訓(xùn)，以及針對(duì)常見事故的應(yīng)急操作的仿真培訓(xùn)。要在鍋爐模擬機(jī)上實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能的培訓(xùn)考核需要具備一定軟硬件條件，在硬件上需要對(duì)煤層高度、爐排速度、分段送分門開度、鼓引風(fēng)擋板開度、給水出汽閥門開度等節(jié)能操作關(guān)鍵物理量進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的煤量調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置、風(fēng)量調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置、給水量及出汽量調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置、及熱力學(xué)參數(shù)顯示反饋裝置等；而在軟件上需要較為精確的鍋爐全工況動(dòng)態(tài)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，使得對(duì)節(jié)能變量操作時(shí)各物理量之間建立聯(lián)動(dòng)關(guān)系?，F(xiàn)有的鍋爐操作仿真培訓(xùn)裝置并不具備以上條件，對(duì)閥門擋板等的狀態(tài)檢測(cè)通常以開關(guān)量或檔位量的形式處理，在操作機(jī)構(gòu)上通常也進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，如采用鐵皮或木板做鍋爐的外包結(jié)構(gòu)，沒有真正運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈條爐排，省略了煤層高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，省略了分段風(fēng)門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，對(duì)鍋爐狀態(tài)的顯示通常也以指示燈的亮滅來表示，缺乏空氣過剩系數(shù)、排煙溫度、熱效率等鍋爐運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的顯示。相比而言，支持節(jié)能操作技能培訓(xùn)考核的工業(yè)燃煤鍋爐仿真培訓(xùn)裝置涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感檢測(cè)、機(jī)電控制、軟件編程等相關(guān)技術(shù)，是一套更為復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述背景技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提出一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能的仿真培訓(xùn)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)司爐工的實(shí)際操作技能，尤其是工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的各種實(shí)際操作技能的培訓(xùn)及考核。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一、一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置:
本發(fā)明包括鏈條爐排、鍋筒及其外包結(jié)構(gòu)、水位表、壓力表、主汽閥、給水閥、安全閥、排氣閥、快開排污閥、慢開排污閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、除塵器、給水泵、除渣機(jī)、操作控制臺(tái)、仿真微機(jī)。用來測(cè)量煤層高度的直線位移傳感器固定于鏈條爐排內(nèi)部的前拱安裝處，直線位移傳感器拉桿和煤閘板固定連接；用來測(cè)量爐排速度的轉(zhuǎn)速傳感器固定安裝在爐排驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸上；用來測(cè)量分段風(fēng)門開度的四個(gè)風(fēng)門角位移傳感器分別通過支架固定于爐排側(cè)板上，每個(gè)風(fēng)門角位移傳感器的轉(zhuǎn)軸分別與各自風(fēng)門轉(zhuǎn)軸固定連接；用來測(cè)量鼓風(fēng)擋板開度的鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器安裝在鼓風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸上；用來測(cè)量引風(fēng)擋板開度的引風(fēng)機(jī)角位移傳感器安裝在引風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸上；兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器分別通過各自的弧形套筒安裝在給水閥及主汽閥內(nèi)；用來模擬爐膛火焰的電子壁爐安裝在鍋爐爐膛內(nèi)；用來顯示煤斗中剩余煤量的煤量指示LED光柱固定安裝在煤斗的側(cè)面；用來顯示鍋爐運(yùn)行熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線的觸摸屏顯示器安裝在操作控制臺(tái)上；用來顯示水位的雙色LED光柱固定安裝在水位表內(nèi)；用來驅(qū)動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)安裝在壓力表內(nèi)；PLC控制器安裝在操作控制臺(tái)內(nèi)，所述的各種傳感器、顯示裝置及驅(qū)動(dòng)裝置通過電纜和PLC控制器電氣連接，PLC控制器通過以太網(wǎng)聯(lián)接仿真微機(jī)，觸摸屏顯示器通過VGA電纜連接仿真微機(jī)。所述的兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器自由放置在各自的弧形套筒內(nèi)，兩個(gè)弧形套筒通過螺紋分別固定在給水閥及主汽閥閥體內(nèi)部，兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器的轉(zhuǎn)軸分別和給水閥及主汽閥的閥桿固定連接。所述的仿真微機(jī)上運(yùn)行著包含燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序及操作記錄評(píng)分程序的培訓(xùn)考核軟件。所述的安裝在爐膛內(nèi)的電子壁爐的火焰狀態(tài)根據(jù)仿真的燃燒情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。二、一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)方法，其步驟為:
1)教練員在仿真微機(jī)上打開培訓(xùn)考核軟件，在登陸成功后根據(jù)培訓(xùn)要求進(jìn)入培訓(xùn)模式或考核模式，選擇一道節(jié)能操作技能培訓(xùn)試題，在選定試題后由學(xué)員完成初始狀態(tài)的設(shè)置；
2)學(xué)員根據(jù)操作控制臺(tái)觸摸屏顯示器上出現(xiàn)的文字及動(dòng)畫提示，設(shè)置工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置的初始狀態(tài)，直到鍋爐實(shí)體物理模型上的煤閘板高度、爐排速度、四個(gè)分段調(diào)風(fēng)門、鼓風(fēng)機(jī)擋板、引風(fēng)機(jī)擋板、所有閥門、儀表及顯示裝置的初始狀態(tài)符合試題要求為止；
3)學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“開始練習(xí)”按鍵，開始節(jié)能操作技能培訓(xùn)過程；學(xué)員通過觀察水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，操作控制臺(tái)上的各指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，以及觸摸屏顯示器上顯示的熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線，包括熱效率、爐膛出口處煙溫及過量空氣系數(shù)、排煙溫度及過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓，對(duì)鍋爐的運(yùn)行工況及低效運(yùn)行的原因做出分析和判斷，然后調(diào)節(jié)鍋爐實(shí)體物理模型上的與節(jié)能操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)，包括煤閘板調(diào)節(jié)手輪、爐排調(diào)速旋鈕、四個(gè)風(fēng)門調(diào)節(jié)手柄、鼓風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、引風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、給水閥手輪、主汽閥手輪，同時(shí)根據(jù)鍋爐出現(xiàn)的狀況，對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的與安全操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，包括排氣閥、安全閥、快開排污閥、慢開排污閥、觀火窗、撥火門、三通旋塞、水位表上的各旋塞、控制柜上的各按鍵；
4)PLC控制器按設(shè)定的頻率對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的各傳感器及操作控制臺(tái)上的各按鍵的狀態(tài)進(jìn)行采樣，再將各傳感器和按鍵的狀態(tài)信號(hào)處理成包含了節(jié)能操作信號(hào)在內(nèi)的各類操作信號(hào)，并通過以太網(wǎng)將各操作信號(hào)輸入仿真微機(jī)；仿真微機(jī)一方面依據(jù)操作記錄評(píng)分程序記錄并判斷學(xué)員操作的正誤，另一方面依據(jù)燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序計(jì)算出鍋爐仿真運(yùn)行的各參數(shù)信號(hào)，其中包含蒸汽壓力、水位、煤斗煤余量、爐膛火焰大小在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)通過以太網(wǎng)輸出給PLC控制器，包含熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)輸出給觸摸屏顯示器；PLC控制器將收到的各參數(shù)信號(hào)進(jìn)一步處理成各類顯示裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將各驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別輸出至鍋爐實(shí)體物理模型上的水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，以及操作控制臺(tái)上的指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，觸摸屏顯示器將收到的各參數(shù)信號(hào)顯示成動(dòng)態(tài)曲線形式，從而將鍋爐的運(yùn)行工況反饋給學(xué)員，使學(xué)員做出進(jìn)一步的判斷和操作調(diào)節(jié)；
5)在試題規(guī)定的操作時(shí)間到達(dá)后，學(xué)員的操作將無效，操作記錄評(píng)分程序根據(jù)試題規(guī)定操作時(shí)間內(nèi)鍋爐仿真運(yùn)行的平均熱效率、平均排煙溫度，以及操作記錄評(píng)分程序自動(dòng)記錄下的學(xué)員操作步驟，對(duì)學(xué)員在試題規(guī)定時(shí)間內(nèi)的操作進(jìn)行評(píng)分，并通過觸摸屏顯示器向?qū)W員顯示最終得分以及提示扣分內(nèi)容和相應(yīng)的錯(cuò)誤操作步驟，學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“確認(rèn)評(píng)分”按鍵完成試題的練習(xí)，若為考核模式，則操作記錄評(píng)分程序?qū)W(xué)員的練習(xí)成績(jī)記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
1.本發(fā)明的培訓(xùn)裝置克服了現(xiàn)有的鍋爐操作仿真培訓(xùn)裝置存在的缺陷，突破了現(xiàn)有培訓(xùn)裝置的功能限制，采用可定量連續(xù)測(cè)量開度的煤量、風(fēng)量、水量、汽量調(diào)節(jié)裝置、基于電磁傳感技術(shù)的電氣化閥門、基于新型光學(xué)原理的可控電子火焰、能顯示關(guān)鍵熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線的大屏幕觸摸屏顯示器、真實(shí)運(yùn)動(dòng)的鏈條爐排、帶有剖析結(jié)構(gòu)的外墻實(shí)體等結(jié)構(gòu)，通過用戶的視覺、聽覺、觸覺等模擬仿真為受訓(xùn)司爐工提供了較為逼真的訓(xùn)練環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)燃煤鍋爐實(shí)際節(jié)能操作技能的培訓(xùn)及考核，同時(shí)又兼具傳統(tǒng)的安全操作及應(yīng)急操作技能培訓(xùn)功能。2.本發(fā)明的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)方法給工業(yè)鍋爐的實(shí)際操作技能培訓(xùn)提供了一種新的培訓(xùn)模式，針對(duì)性強(qiáng)，具有系統(tǒng)性，兼顧實(shí)際操作和理論強(qiáng)化兩方面，能有效降低培訓(xùn)成本，仿真度高，操作感真實(shí)，培訓(xùn)效果好。


圖1是本發(fā)明的仿真培訓(xùn)裝置的裝配主視圖。圖2是本發(fā)明的仿真培訓(xùn)裝置的裝配左視圖。圖3是圖1的A向局部放大視圖。圖4是給水閥和主汽閥開度檢測(cè)裝置的剖視結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的仿真培訓(xùn)裝置的信號(hào)流示意圖。圖6是本發(fā)明的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)方法的流程圖。圖中:1.操作控制臺(tái)，2.PLC控制器，3.鏈條爐排，4.煤閘板調(diào)節(jié)手輪，5.煤斗，
6.煤量指示LED光柱，7.煤閘板，8.直線位移傳感器，9.直線位移傳感器拉桿，10.壓力表，11.三通旋塞，12.水位表，13.水位報(bào)警器，14.排氣閥，15.主汽閥，16.安全閥，17.鍋筒，18.煙氣管道，19.除塵器，20.引風(fēng)機(jī)角位移傳感器，21.引風(fēng)機(jī)，22.引風(fēng)擋板，23.引風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸，24.引風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄，25.鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器，26.鼓風(fēng)機(jī)，27.鼓風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸，28.鼓風(fēng)擋板，29.鼓風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄，30.快開排污閥，31.慢開排污閥，32.傳動(dòng)鏈條，33.電子壁爐，34.爐膛觀看窗，35.支架，36.四根清灰桿，37.四個(gè)風(fēng)門角位移傳感器，38.風(fēng)門調(diào)節(jié)手柄，39.電纜，40.爐排驅(qū)動(dòng)裝置，41.撥火門，42.觀火窗，43.爐排側(cè)板，44.風(fēng)門轉(zhuǎn)軸，45.給水泵，46.給水壓力表，47.除渣機(jī)，48.止回閥，49.給水閥，50.轉(zhuǎn)速傳感器,51.爐排驅(qū)動(dòng)電機(jī),52.觸摸屏顯不器,53.仿真微機(jī),54.閥體,55.閥桿,56.兩個(gè)電位器，57.弧形套筒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置由鍋爐實(shí)體物理模型、操作控制臺(tái)1、仿真微機(jī)53三大部分組成。其中鍋爐實(shí)體物理模型由鏈條爐排3、鍋筒17及其外包結(jié)構(gòu)、安裝在鍋筒上的閥門和儀表、及鍋爐配套的附屬設(shè)備組成。鏈條爐排3包括爐排底座、煤斗5、爐排驅(qū)動(dòng)裝置40，爐排底座上設(shè)置有I個(gè)觀火窗42、4個(gè)分段調(diào)風(fēng)門以及4根清灰桿36 ;鍋筒的外包結(jié)構(gòu)上設(shè)置有撥火門41、爐膛觀看窗34 ;安裝在鍋筒上的閥門包括安全閥16、主汽閥15、排氣閥14、快開排污閥30、慢開排污閥31、給水閥49、止回閥48 ;安裝在鍋筒上的儀表包括水位表12、水位報(bào)警器13、壓力表10、給水壓力表46 ；鍋爐配套的附屬設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)26、引風(fēng)機(jī)21、除塵器19、煙氣管道18、給水泵45、除渣機(jī)47等。要實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能的仿真培訓(xùn)功能，需要對(duì)爐排的進(jìn)煤量、爐膛的進(jìn)風(fēng)量、鍋筒的進(jìn)水量、汽包的出汽量進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，即首先需要連續(xù)測(cè)量煤層高度、爐排速度、分段送分門開度、鼓風(fēng)擋板開度、引風(fēng)擋板開度、給水閥開度、主汽閥開度這些節(jié)能操作關(guān)鍵物理量。如圖1所示，在煤斗5后方的前拱安裝處固定安裝直線位移傳感器8，其拉桿9通過連接板和螺栓與煤閘板7固定連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)煤閘板調(diào)節(jié)手輪4時(shí)，煤閘板7帶動(dòng)直線位移傳感器拉桿9 一起運(yùn)動(dòng)，直線位移傳感器8測(cè)出爐排煤層高度的調(diào)節(jié)值。如圖2所示，在爐排驅(qū)動(dòng)電機(jī)51的主軸上上固定安裝轉(zhuǎn)速傳感器50，用來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而可換算得爐排的運(yùn)動(dòng)速度。由煤層設(shè)置高度和爐排運(yùn)動(dòng)速度可算得爐排的進(jìn)煤量。如圖1、圖3所示，在爐排的4個(gè)分段風(fēng)門上均安裝風(fēng)門開度檢測(cè)裝置。四個(gè)風(fēng)門角位移傳感器37分別通過支架35固定安裝于爐排側(cè)板43上，每個(gè)風(fēng)門角位移傳感器37的轉(zhuǎn)軸分別通過銷釘與各自的風(fēng)門轉(zhuǎn)軸44固定連接，當(dāng)風(fēng)門調(diào)節(jié)手柄38轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)門轉(zhuǎn)軸44帶動(dòng)角位移傳感器轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，從而測(cè)量出分段風(fēng)門的設(shè)置開度。如圖1所示，在鼓風(fēng)機(jī)26和引風(fēng)機(jī)21上均安裝擋板開度檢測(cè)裝置。以鼓風(fēng)機(jī)為例，用來測(cè)量鼓風(fēng)擋板28開度的鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器25的轉(zhuǎn)軸和鼓風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸27通過銷釘固定連接，當(dāng)鼓風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄29轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器25測(cè)出鼓風(fēng)擋板28的開度，進(jìn)一步可計(jì)算出鼓風(fēng)風(fēng)量，和鼓風(fēng)相同，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)引風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄24時(shí)，可測(cè)量出引風(fēng)擋板開度。根據(jù)各風(fēng)門開度和鼓引風(fēng)風(fēng)量可計(jì)算出各風(fēng)室的進(jìn)風(fēng)量及風(fēng)壓、爐膛進(jìn)風(fēng)量、爐膛負(fù)壓等參數(shù)。如圖1、圖2、圖4所示，在給水閥49和主汽閥15內(nèi)均安裝閥門開度檢測(cè)裝置。以主汽閥為例，弧形套筒57通過螺紋固定在閥體54內(nèi)部，套筒內(nèi)自由放置電位器56，使得電位器能在軸向移動(dòng)，但無法在周向轉(zhuǎn)動(dòng)，電位器的轉(zhuǎn)軸通過銷釘和閥桿55固定連接，當(dāng)閥門手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位器56測(cè)出閥門開度。根據(jù)主汽閥及給水閥的開度可計(jì)算出鍋筒進(jìn)水量和汽包的出汽量。
要實(shí)現(xiàn)節(jié)能操作技能的培訓(xùn)，還需要在培訓(xùn)裝置上將學(xué)員操作后的鍋爐運(yùn)行狀態(tài)顯示和反饋給操作人員。需要顯示的物理量有爐膛內(nèi)的火焰狀態(tài)、煤斗中剩余的煤量、鍋筒的水位值、汽包壓力、鍋爐熱效率、爐膛出口處煙溫及過量空氣系數(shù)、排煙溫度及過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度等熱力學(xué)參數(shù)。如圖1所示，在鍋爐爐膛內(nèi)安裝電子壁爐33，用來模擬爐膛內(nèi)的火焰，且其火焰狀態(tài)可根據(jù)仿真的燃燒情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作人員可從撥火門41及鍋爐外包的爐膛觀看窗34觀察到電子壁爐所模擬的火焰。在煤斗5的側(cè)面固定安裝煤量指示LED光柱6，用光柱點(diǎn)亮的長(zhǎng)度表示煤斗中剩余煤量。同樣在水位表12內(nèi)安裝雙色的LED光柱，用來指示鍋筒水位值。在壓力表內(nèi)安裝步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)從而指示汽包的壓力。如圖2所示，在操作控制臺(tái)I的顯示面板上安裝觸摸屏顯示器52，當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)顯示器上顯示由燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序計(jì)算出的熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)等熱力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)曲線。操作人員通過觀察鍋爐模型及控制臺(tái)上的熱力學(xué)參數(shù)顯示裝置對(duì)鍋爐的狀態(tài)做出判斷，并做進(jìn)一步的調(diào)整操作。除了以上節(jié)能操作關(guān)鍵物理量的測(cè)量和顯示外，在鍋爐物理模型上還需對(duì)其他一些操作信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)整套鍋爐的完整運(yùn)行以及安全操作技能培訓(xùn)考核功能。如圖1所示，在觀火窗42、撥火門41、三通旋塞11、水位表12上的各旋塞、排氣閥14、安全閥16、快開排污閥30、慢開排污閥31上均安裝有非接觸式電磁傳感器，用來檢測(cè)這些操作機(jī)構(gòu)或閥門的開關(guān)狀態(tài)。此外，操作控制臺(tái)I的布局也是基于實(shí)際鍋爐，在按鍵面板上設(shè)置有對(duì)爐排、給水泵、鼓引風(fēng)機(jī)、除渣機(jī)等裝置操作的啟停按鍵，在顯示面板上安裝有爐排調(diào)速器、水位壓力報(bào)警指示燈、電壓電流表等。如圖1所示，在所述培訓(xùn)裝置的鍋爐實(shí)體物理模型上，安裝在鏈條爐排3上的傳動(dòng)鏈條32采用由塑料材料制成的爐排片組裝而成，安裝在煤斗5上的煤閘板7采用木質(zhì)材料制成，爐排3內(nèi)省略了密封塊等材料，鍋爐內(nèi)也省略了耐火磚等材料，其目的是減輕鍋爐模型的重量，方便運(yùn)輸及安裝。如圖1、圖2所示，PLC控制器2安裝在操作控制臺(tái)I內(nèi)，安裝在鍋爐實(shí)體物理模型上的各種傳感器、顯示裝置和驅(qū)動(dòng)裝置通過電纜39和PLC控制器2電氣連接，操作控制臺(tái)I上的按鍵及顯示裝置也與PLC控制器2電氣連接，PLC控制器2通過以太網(wǎng)和仿真微機(jī)53聯(lián)接，觸摸屏顯示器52通過VGA電纜和仿真微機(jī)53連接。仿真微機(jī)53上運(yùn)行著包含燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序及操作記錄評(píng)分程序的培訓(xùn)考核軟件，其中燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序根據(jù)燃煤鍋爐全工況運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編寫。如圖5所示，本發(fā)明的仿真培訓(xùn)裝置的各部件之間的信號(hào)流關(guān)系如下:學(xué)員在培訓(xùn)裝置的鍋爐實(shí)體物理模型及操作控制臺(tái)上進(jìn)行操作，由鍋爐實(shí)體物理模型上的各傳感器將各操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，PLC控制器按一定的頻率對(duì)各傳感器及操作控制臺(tái)上的各按鍵的狀態(tài)進(jìn)行采樣，再將各傳感器和按鍵的狀態(tài)信號(hào)處理成包含了節(jié)能操作信號(hào)在內(nèi)的各類操作信號(hào)，并通過以太網(wǎng)將各操作信號(hào)輸入仿真微機(jī)；仿真微機(jī)一方面依據(jù)操作記錄評(píng)分程序記錄并判斷學(xué)員操作的正誤，另一方面依據(jù)燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序計(jì)算出鍋爐仿真運(yùn)行的各參數(shù)信號(hào)，其中包含蒸汽壓力、水位、煤斗煤余量、爐膛火焰大小在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)通過以太網(wǎng)輸出給PLC控制器，包含熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)輸出給觸摸屏顯示器；PLC控制器將收到的各參數(shù)信號(hào)進(jìn)一步處理成各類顯示裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將各驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別輸出至鍋爐實(shí)體物理模型上的水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，以及操作控制臺(tái)上的指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，觸摸屏顯示器將收到的各參數(shù)信號(hào)顯示成動(dòng)態(tài)曲線形式，從而將鍋爐的運(yùn)行工況反饋給學(xué)員，使學(xué)員做出進(jìn)一步的判斷和操作調(diào)節(jié)。當(dāng)培訓(xùn)練習(xí)完成后，操作記錄評(píng)分程序?qū)W(xué)員的得分和扣分信息通過觸摸屏顯示器顯示給學(xué)員。依此實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能及安全操作技能的培訓(xùn)。本發(fā)明的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)方法的流程圖如圖6所示，使用本發(fā)明的工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置對(duì)學(xué)員進(jìn)行節(jié)能操作技能的培訓(xùn)，方法步驟如下:
I)教練員在仿真微機(jī)上打開培訓(xùn)考核軟件，在登陸成功后根據(jù)培訓(xùn)要求進(jìn)入培訓(xùn)模式或考核模式，選擇一道節(jié)能操作技能培訓(xùn)試題，在選定試題后由學(xué)員完成初始狀態(tài)的設(shè)置。2)學(xué)員根據(jù)操作控制臺(tái)觸摸屏顯示器上出現(xiàn)的文字及動(dòng)畫提示，設(shè)置工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置的初始狀態(tài)，直到鍋爐實(shí)體物理模型上的煤閘板高度、爐排速度、四個(gè)分段調(diào)風(fēng)門、鼓風(fēng)機(jī)擋板、引風(fēng)機(jī)擋板、所有閥門、儀表及顯示裝置的初始狀態(tài)符合試題要求為止。3)學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“開始練習(xí)”按鍵，開始節(jié)能操作技能培訓(xùn)過程；學(xué)員通過觀察水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，操作控制臺(tái)上的各指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，以及觸摸屏顯示器上顯示的熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線，包括熱效率、爐膛出口處煙溫及過量空氣系數(shù)、排煙溫度及過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓，對(duì)鍋爐的運(yùn)行工況及低效運(yùn)行的原因做出分析和判斷，然后調(diào)節(jié)鍋爐實(shí)體物理模型上的與節(jié)能操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)，包括煤閘板調(diào)節(jié)手輪、爐排調(diào)速旋鈕、四個(gè)風(fēng)門調(diào)節(jié)手柄、鼓風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、引風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、給水閥手輪、主汽閥手輪，同時(shí)根據(jù)鍋爐出現(xiàn)的狀況，對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的與安全操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，包括排氣閥、安全閥、快開排污閥、慢開排污閥、觀火窗、撥火門、三通旋塞、水位表上的各旋塞、控制柜上的各按鍵。4)PLC控制器按一定的頻率對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的各傳感器及操作控制臺(tái)上的各按鍵的狀態(tài)進(jìn)行采樣，再將各傳感器和按鍵的狀態(tài)信號(hào)處理成包含了節(jié)能操作信號(hào)在內(nèi)的各類操作信號(hào)，并通過以太網(wǎng)將各操作信號(hào)輸入仿真微機(jī)；仿真微機(jī)一方面依據(jù)操作記錄評(píng)分程序記錄并判斷學(xué)員操作的正誤，另一方面依據(jù)燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序計(jì)算出鍋爐仿真運(yùn)行的各參數(shù)信號(hào)，其中包含蒸汽壓力、水位、煤斗煤余量、爐膛火焰大小在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)通過以太網(wǎng)輸出給PLC控制器，包含熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)輸出給觸摸屏顯示器；PLC控制器將收到的各參數(shù)信號(hào)進(jìn)一步處理成各類顯示裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將各驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別輸出至鍋爐實(shí)體物理模型上的水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，以及操作控制臺(tái)上的指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，觸摸屏顯示器將收到的各參數(shù)信號(hào)顯示成動(dòng)態(tài)曲線形式，從而將鍋爐的運(yùn)行工況反饋給學(xué)員，使學(xué)員做出進(jìn)一步的判斷和操作調(diào)節(jié)。5)在試題規(guī)定的操作時(shí)間到達(dá)后，學(xué)員的操作將無效，操作記錄評(píng)分程序根據(jù)試題規(guī)定操作時(shí)間內(nèi)鍋爐仿真運(yùn)行的平均熱效率、平均排煙溫度，以及操作記錄評(píng)分程序自動(dòng)記錄下的學(xué)員操作步驟，對(duì)學(xué)員在試題規(guī)定時(shí)間內(nèi)的操作進(jìn)行評(píng)分，并通過觸摸屏顯示器向?qū)W員顯示最終得分以及提示扣分內(nèi)容和相應(yīng)的錯(cuò)誤操作步驟，學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“確認(rèn)評(píng)分”按鍵完成試題的練習(xí)，若為考核模式，則操作記錄評(píng)分程序?qū)W(xué)員的練習(xí)成績(jī)記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置，包括鏈條爐排(3)、鍋筒(17)及其外包結(jié)構(gòu)、水位表(12)、壓力表(10)、主汽閥(15)、給水閥(49)、安全閥(16)、排氣閥(14)、快開排污閥(30)、慢開排污閥(31)、鼓風(fēng)機(jī)(26)、引風(fēng)機(jī)(21)、除塵器(19)、給水泵(45)、除渣機(jī)(47)、操作控制臺(tái)(I)、仿真微機(jī)(53);其特征在于:用來測(cè)量煤層高度的直線位移傳感器(8)固定于鏈條爐排(3)內(nèi)部的前拱安裝處，直線位移傳感器拉桿(9)和煤閘板(7)固定連接；用來測(cè)量爐排速度的轉(zhuǎn)速傳感器(50)固定安裝在爐排驅(qū)動(dòng)電機(jī)(51)的主軸上；用來測(cè)量分段風(fēng)門開度的四個(gè)風(fēng)門角位移傳感器(37)分別通過支架(35)固定于爐排側(cè)板(43)上，每個(gè)風(fēng)門角位移傳感器(37)的轉(zhuǎn)軸分別與各自風(fēng)門轉(zhuǎn)軸(44)固定連接；用來測(cè)量鼓風(fēng)擋板(28)開度的鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器(25)安裝在鼓風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸(27)上；用來測(cè)量引風(fēng)擋板(22)開度的引風(fēng)機(jī)角位移傳感器(20)安裝在引風(fēng)擋板轉(zhuǎn)軸(23)上；兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器(56)分 別通過各自的弧形套筒(57)安裝在給水閥(49)及主汽閥(15)內(nèi)；用來模擬爐膛火焰的電子壁爐(33)安裝在鍋爐爐膛內(nèi)；用來顯示煤斗中剩余煤量的煤量指示LED光柱(6)固定安裝在煤斗(5)的側(cè)面；用來顯示鍋爐運(yùn)行熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線的觸摸屏顯示器(52)安裝在操作控制臺(tái)(I)上；用來顯示水位的雙色LED光柱固定安裝在水位表(12)內(nèi)；用來驅(qū)動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)安裝在壓力表(10)內(nèi)；PLC控制器(2)安裝在操作控制臺(tái)(I)內(nèi)，所述的各種傳感器、顯示裝置及驅(qū)動(dòng)裝置通過電纜(39 )和PLC控制器(2)電氣連接，PLC控制器(2)通過以太網(wǎng)聯(lián)接仿真微機(jī)(53)，觸摸屏顯示器(52)通過VGA電纜連接仿真微機(jī)(53)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器(56)自由放置在各自的弧形套筒(57)內(nèi)，兩個(gè)弧形套筒(57)通過螺紋分別固定在給水閥(49)及主汽閥(15)閥體內(nèi)部，兩個(gè)用于測(cè)量閥門開度的電位器的轉(zhuǎn)軸分別和給水閥(49)及主汽閥(15)的閥桿(55)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置，其特征在于:所述的仿真微機(jī)(53)上運(yùn)行著包含燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序及操作記錄評(píng)分程序的培訓(xùn)考核軟件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置，其特征在于:所述的安裝在爐膛內(nèi)的電子壁爐(33)的火焰狀態(tài)根據(jù)仿真的燃燒情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)方法，其步驟為: 1)教練員在仿真微機(jī)上打開培訓(xùn)考核軟件，在登陸成功后根據(jù)培訓(xùn)要求進(jìn)入培訓(xùn)模式或考核模式，選擇一道節(jié)能操作技能培訓(xùn)試題，在選定試題后由學(xué)員完成初始狀態(tài)的設(shè)置； 2)學(xué)員根據(jù)操作控制臺(tái)觸摸屏顯示器上出現(xiàn)的文字及動(dòng)畫提示，設(shè)置工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置的初始狀態(tài)，直到鍋爐實(shí)體物理模型上的煤閘板高度、爐排速度、四個(gè)分段調(diào)風(fēng)門、鼓風(fēng)機(jī)擋板、引風(fēng)機(jī)擋板、所有閥門、儀表及顯示裝置的初始狀態(tài)符合試題要求為止； 3)學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“開始練習(xí)”按鍵，開始節(jié)能操作技能培訓(xùn)過程；學(xué)員通過觀察水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，操作控制臺(tái)上的各指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，以及觸摸屏顯示器上顯示的熱力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線，包括熱效率、爐膛出口處煙溫及過量空氣系數(shù)、排煙溫度及過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓，對(duì)鍋爐的運(yùn)行工況及低效運(yùn)行的原因做出分析和判斷，然后調(diào)節(jié)鍋爐實(shí)體物理模型上的與節(jié)能操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)，包括煤閘板調(diào)節(jié)手輪、爐排調(diào)速旋鈕、四個(gè)風(fēng)門調(diào)節(jié)手柄、鼓風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、引風(fēng)擋板調(diào)節(jié)手柄、給水閥手輪、主汽閥手輪，同時(shí)根據(jù)鍋爐出現(xiàn)的狀況，對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的與安全操作相關(guān)的各操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，包括排氣閥、安全閥、快開排污閥、慢開排污閥、觀火窗、撥火門、三通旋塞、水位表上的各旋塞、控制柜上的各按鍵； 4)PLC控制器按設(shè)定的頻率對(duì)鍋爐實(shí)體物理模型上的各傳感器及操作控制臺(tái)上的各按鍵的狀態(tài)進(jìn)行采樣，再將各傳感器和按鍵的狀態(tài)信號(hào)處理成包含了節(jié)能操作信號(hào)在內(nèi)的各類操作信號(hào)，并通過以太網(wǎng)將各操作信號(hào)輸入仿真微機(jī)；仿真微機(jī)一方面依據(jù)操作記錄評(píng)分程序記錄并判斷學(xué)員操作的正誤，另一方面依據(jù)燃煤鍋爐數(shù)字仿真程序計(jì)算出鍋爐仿真運(yùn)行的各參數(shù)信號(hào)，其中包含蒸汽壓力、水位、煤斗煤余量、爐膛火焰大小在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)通過以太網(wǎng)輸出給PLC控制器，包含熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、爐體外表溫度、爐膛負(fù)壓在內(nèi)的參數(shù)信號(hào)輸出給觸摸屏顯示器；PLC控制器將收到的各參數(shù)信號(hào)進(jìn)一步處理成各類顯示裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將各驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別輸出至鍋爐實(shí)體物理模型上的水位表、壓力表、煤量指示LED光柱、電子壁爐，以及操作控制臺(tái)上的指示燈、電流電壓表、報(bào)警燈，觸摸屏顯示器將收到的各參數(shù)信號(hào)顯示成動(dòng)態(tài)曲線形式，從而將鍋爐的運(yùn)行工況反饋給學(xué)員，使學(xué)員做出進(jìn)一步的判斷和操作調(diào)節(jié)； 5)在試題規(guī)定的操作時(shí)間到達(dá)后，學(xué)員的操作將無效，操作記錄評(píng)分程序根據(jù)試題規(guī)定操作時(shí)間內(nèi)鍋爐仿真運(yùn)行的平均熱效率、平均排煙溫度，以及操作記錄評(píng)分程序自動(dòng)記錄下的學(xué)員操作步驟，對(duì)學(xué)員在試題規(guī)定時(shí)間內(nèi)的操作進(jìn)行評(píng)分，并通過觸摸屏顯示器向?qū)W員顯示最終得分以及提示扣分內(nèi)容和相應(yīng)的錯(cuò)誤操作步驟，學(xué)員在觸摸屏顯示器上點(diǎn)擊“確認(rèn)評(píng)分”按鍵完成試題的練習(xí)，若為考核模式，則操作記錄評(píng)分程序?qū)W(xué)員的練習(xí)成績(jī)記入系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)燃煤鍋爐節(jié)能操作技能仿真培訓(xùn)裝置及方法。直線位移傳感器固定于鏈條爐排內(nèi)部的前拱安裝處，轉(zhuǎn)速傳感器固定安裝在爐排驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸上，四個(gè)風(fēng)門角位移傳感器、鼓風(fēng)機(jī)角位移傳感器及引風(fēng)機(jī)角位移傳感器分別安裝在分段風(fēng)門、鼓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)上，兩個(gè)電位器分別安裝在給水閥及主汽閥內(nèi)，電子壁爐安裝在鍋爐爐膛內(nèi)，煤量指示LED光柱安裝在煤斗側(cè)面，觸摸屏顯示器安裝在操作控制臺(tái)上，雙色LED光柱安裝在水位表內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)安裝在壓力表內(nèi)，PLC控制器安裝在操作控制臺(tái)內(nèi)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有鍋爐操作仿真培訓(xùn)裝置存在的缺陷，仿真度高，操作真實(shí)感強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能操作技能的培訓(xùn)，為工業(yè)鍋爐的實(shí)際操作提供了新的培訓(xùn)模式。
文檔編號(hào)G09B9/00GK103093662SQ201310037850
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者馬舜, 孫志敏, 李順榮, 趙輝, 劉松國(guó), 盧志毅 申請(qǐng)人:杭州市特種設(shè)備檢測(cè)院