使用燃烧率信号的燃料分表计量的制作方法

背景技术：

本公开涉及器具并且特别涉及利用燃料的器具。

技术实现要素：

本公开展现了一种用于消耗燃料的器具的燃料分表计量（submeter）机构。每个器具可以具有燃烧率指示器。可将单独的燃料线连接到每个器具。主燃料线可以被连接到单独的燃料线。计量器可以被连接到主燃料线。处理器可以被连接到燃烧率指示器和计量器。计量器可以测量器具的总燃料消耗。处理器可以提供每个器具所消耗的燃料的分表计量估计。分表计量估计可以至少部分基于相应器具的燃烧率和如由计量器指示的总燃料消耗。

附图说明

图1是本系统和方法的装置示图；

图2、3和4分别是应用于诸如锅炉之类的若干器具的燃料燃烧的分表计量估计的图表的示图；

图5是展现总计燃料消耗以及其估计的图表的示图；

图6是本系统和方法的流程图；以及

图7是现场操作的流程图。

具体实施方式

在这里描述和/或示出的实施方式中，本系统和方法可以包含一个或多个处理器、计算机、控制器、用户接口、无线和/或有线连接、和/或者诸如此类的配置。

本描述可以提供实施本系统和方法的一个或多个说明性且具体的示例或方式。可能存在实施该系统和方法的许多其他示例或方式。

在建筑物采暖、通风和空调（hvac）以及生产领域中，热水或蒸汽产生量可以形成大量的能量消耗。在许多情况下，单独（即逐个器具地）计量燃烧器具的燃料消耗以能够迅速查明用于各种用途（例如生产过程的监视、建筑物维护或商业单元之间的划分）的燃料消耗可能是有用的。对单独测量燃料消耗的另一需要可能归因于立法要求（例如环境保护署（epa）锅炉最大可达控制技术（mact）新要求）以报告器具所燃烧的燃料以用于排放文档编制。

现在在工业中可能存在用于测量燃料消耗的若干技术。质量或体积流量计可能是最流行的。就要安装的部件和人力来说，这些计量器可能非常昂贵。因此，要克服的问题可能是在不增加大成本的情况下如何使燃料计量器安装在大设施中的每个燃烧器前面。

生产线的建筑物或集合常常可具有用于计费目的的针对所有器具的主燃料计量器，并且每个器具可能具有燃烧率信号（即命令燃烧器中的燃料量的信号）。

本方法可以提供一种使用单独器具的测得的总燃料消耗“gct”和日志记录的燃烧率“fri”来导出该单独器具的燃料消耗“gci”的方式。

本系统和方法可以基于以下观察结果。1）单独器具的消耗可能主要依赖于相应的燃烧率信号。2）在没有显著的准确度损失的情况下，依赖关系可以以函数（例如线性函数）来近似。3）器具的燃料消耗和燃烧率之间的比率（即线性函数的斜率）可以在同一器具类型的安装设施之间变化。

本系统和方法可以包含以下步骤。1）选择输入变量和模型类型（诸如估计作为燃烧率信号的线性函数的总燃料消耗的模型）。2）初始化模型参数（诸如估计燃料消耗和燃烧率之间的关系）。3）基于数据（使用曲线拟合法的适当类型）来更新模型参数。

在一种简单的情况下，可以使用线性模型，但是也可以使用非线性模型。例如，局部非参数模型可能适合于更准确地捕获依赖关系的形状。影响燃料消耗的潜在其他变量可以被用作模型的附加输入变量（例如过剩空气比率，在气体被用作燃料的情况下气体压力、气体温度、或其他相关变量）。

模型参数可以被初始化，例如使用数据表值。如果不存在可用的先验信息，则有可能从任意值（例如零）开始。在线性情况下，这样做仅有的成本可能涉及收敛到实际参数值的较长发起时间。

随后，一种方法可以分解总燃料消耗。其对数据的可用性和质量的要求可能是现实的。

该方法的在计算上不昂贵的版本（线性模型）对于真实数据可能是相当准确的。该版本可以展现同一类型的器具的不同消耗，这似乎难以用器具的设置调查来解释。

本系统和方法可以被用在监督级（在这种情况下它可以对所收集的数据离线或按批次运行）和控制器级（在这种情况下它可以在线运行）。在控制器级，各器具的控制器之间的简单通信可能需要被实施，以便收集关于总燃料消耗的信息和器具的燃烧率。

关于燃料消耗的信息可以被用于（在hvac领域中）后续故障检测和诊断算法（例如给定器具的增加的消耗（减小的效率）的检测）、优化算法（例如建筑物监督控制器）、或分析学（例如循环水质量流量估计）（水质量流量的物理传感器可能安装昂贵并非常少见）。

图1是应用于例如以气体作为燃料的系统的本系统和方法以及说明性示例器具（诸如锅炉）的图示。本系统和方法实质上可适用于除了锅炉之外的消耗燃料（并具有燃烧率信号）的所有器具。气体供应可以经由燃料线21连接到用于诸如建筑物之类的安装设施的主燃料计量器22。气体可以从燃料计量器22经由燃料线23分别流到锅炉27、28和29。可以存在多于或少于三个锅炉。锅炉27、28和29可以具有控制器31、32和33，它们经由燃烧率信号36、37和38来控制被燃烧的燃料（例如气体）量（在图表上分别用阀24、25和26来描绘，但是可以用另外的方式来完成）。如何控制燃料量的示例可以是各种各样的，诸如阀打开、风扇转速和文丘里管。

主燃料计量器22可以在线34上向处理器35发送指示被提供给锅炉的气体的总量的信号。处理器35可以是估计器，其接收分别指示对于锅炉27、28和29的燃烧率信号36、37和38的信号。锅炉27、28和29可以可替代地被称为锅炉1、2和3。在其他但类似的布置中可以存在多于或少于三个锅炉。处理器可以是作为锅炉控制器的一部分或整体、位于建筑物自动化系统中的软件、基于云的解决方案、具有数据处理功能的智能阀或其他相关设备的一个或多个条目。

处理器35可以基于各锅炉一起的总测得的气体消耗和单独的锅炉27、28和29的日志记录的燃烧率在线55上输出为该单独的锅炉导出的气体消耗的分表计量估计。可以在图表51、52和53中分别将对于各锅炉的分表计量估计展现为线54、55和56（如图1中所示）。图表51、52和53的放大分别在图2、图3和图4中示出。例如，单独的锅炉27、28和29的真实气体消耗数据57、58和59分别可以作为小圆圈叠加在图表51、52和53上，以展现如由图表中的线54、55和56指示的分表计量估计的相关性和验证。每个图表可以表示其就每分钟立方英尺气体流量与以百分比计的燃烧率的关系的信息。图表数据可以随着时间被积分，如图1的条目60处所指示的。

图5是展现随着时间的气体消耗以及其估计的图表61的示图。虚曲线62表示真实数据。实曲线63表示总计估计。数据可以来自三个锅炉。真实数据可以是三个锅炉的消耗的总数（即总计的消耗）。该估计可以是分表计量模型的分表计量消耗的总数（在这里没有归一化）。

图6是本系统和方法的流程图80。已知输入可以包含建筑物中的锅炉随着时间的总燃料消耗和及时锅炉的燃烧率。计算的输出可以是分开的锅炉的燃料消耗（即锅炉分表计量）。白色箭头81可以指示输入和输出。散列箭头（hashedarrow）82可以指示算法流程。列83、84和85可以表示输入、任务和输出。行可以被分类成设置阶段87和现场操作阶段88。

设置阶段87可以是一些具有输入和输出的任务。燃烧率、过量空气比率等等的输入可以进入到选择输入变量的任务。线性模型、局部非参数模型等等的输入可以进入到选择模型类型的任务（其具有模型的结构的输出）。数据表值（如果有的话）的输入可以进入到初始化模型参数的任务（其具有被发起的模型的输出）。

现场操作阶段88可以是一些具有输入和输出的任务。输入变量可以包括进入使用数据更新模型参数的任务（其输出经过更新的模型）的总燃料消耗。包含总燃料消耗的输入变量可以进入使用模型来分解的任务（在总和与总体消耗不匹配的情况下其输出分解）。包含总燃料消耗的输入变量可以进入归一化总体消耗的任务（其输出被分解的消耗）。可以从归一化总体消耗的任务得到返回以便使用数据来更新模型参数。

图7是现场操作的示图。图7可以是图6的一个子集。在符号71处可以读取输入变量的值和总燃料消耗。在符号72处可以使用最后输入的值利用例如最小二乘算法来更新模型，以得到/更新模型的系数，即量化每个燃烧率与总消耗的关系。在符号73处，模型（系数）可以被用于总消耗的分解。在符号74处可以将被分解的值归一化以确保它们总计到达总消耗值。在符号75处可以输出被分解的值。

扼要重述一下，一种用于分表计量器具的燃料消耗的系统可以包含：能够消耗燃料的两个或更多器具；两根或更多根单独的燃料线，它们分别单独地连接到该两个或更多器具中的每一个；具有连接到单独的燃料线的输出端的主燃料线；与主燃料线串行连接的燃料计量器；以及被连接到该两个或更多器具的处理器。每个器具可以具有一个控制器，其经由燃烧率信号来控制被连接到器具的单独的燃料线中的燃料量。该控制器可向处理器提供一系列燃烧率信号，其每一个都通过经由燃烧率信号控制连接到该器件的单独的燃料线中的燃料量来单独地命令去到该器具的燃料量。燃料计量器可以提供指示多个器具的总燃料消耗的信号。处理器可以提供从来自该两个或更多器具的每个器具的控制器的该燃烧率信号系列以及来自指示该两个或更多器具的总燃料消耗的燃料计量器的信号导出的每个器具所消耗的燃料量的估计。

该系统还可以包含日志记录设备，其记录每个器具所消耗的燃料量随着时间的估计。

该系统还可以包含诊断仪器，其检测每个器具所消耗的燃料量随着时间的估计的一个或多个异常并且指示对该一个或多个异常的起因的调查的需要。

记录每个器具所消耗的燃料量随着时间的估计的日志记录设备可以实现包含以下各项的组中的一个或多个条目：对商业单元的消耗核算、生产进度报告、排放文档编制、一个或多个器具的降级监视、器具故障检测、器具操作的优化、器具维护、水加热、蒸汽产生量、和循环水质量流量估计。

该器具的控制器和处理器之间的通信、以及燃料计量器和处理器之间的通信可以为处理器产生关于总燃料消耗和器具的燃烧率的信息。

一种用于确定被分解的消耗的方法，可以包含：将单独的线分别连接到多个器具，该多个器具中的每个器具都具有燃烧率指示器；将主燃料线连接到单独的燃料线；将计量器连接到主燃料线；以及将处理器连接到计量器和多个器具中的每个器具的燃烧率指示器。该计量器可以将测量信号提供给处理器以指示多个器具的总燃料消耗。多个器具中的每个器具的燃烧率指示器可以向处理器提供燃烧率信号。

该燃烧信号可以命令连接单独的线中的燃料量。处理器可以提供每个器具所消耗的燃料的分表计量估计。

由该处理器对每个器具所消耗的燃料的分表计量估计可以具有一种方法，其包含：选择一个或多个输入变量，选择模型类型来确定模型的结构，利用数据初始化模型的参数，利用输入变量和总燃料消耗数据更新模型的参数，使用模型的经过更新的参数和输入变量数据来分解总燃料消耗，以及归一化被分解的消耗的总和等于总体燃料消耗的分解以获得每个器具所消耗的燃料的分表计量估计中的被分解的消耗。

该一个或多个输入变量可以是从包含以下各项的组中选择的：器具的燃烧率、器具的过量空气比率、以及燃料压力和燃料温度。

该模型类型可以是从包含线性模型和局部非参数模型的组中选择的：。

用于初始化模型的参数的数据可以是从器具的可用数据表、从另一安装设施，或从工程估计获得的值。

用于更新模型的参数的数据可以是输入变量和总燃料消耗的值。

一种燃料分表计量机构可以包含：两个或更多器具；在该两个或更多器具的每个器具处的燃烧率指示器；连接到每个器具的单独的燃料线；连接到单独的燃料线的主燃料线；连接到主燃料线的计量器；以及连接到燃烧率指示器和计量器的处理器。

该计量器可以测量两个或更多器具的总燃料消耗。该处理器可以提供每个器具所消耗的燃料的分表计量估计。该分表计量估计可以至少部分基于相应器具的燃烧率和如由计量器指示的总燃料消耗。

来自燃烧率指示器的输出可以提供单独的燃烧率。

该燃烧率可以是命令器具中的燃料量的信号。

对两个或更多器具中的每个器具的燃料消耗的估计可以是从两个或更多器具的燃烧率以及通过主线到该两个或更多器具的总体燃料供应的测量结果导出的。

该处理器可以包含估计器，其可以是利用模型类型和输入变量的选择而编程的。

模型可以依赖于模型类型的选择。可以利用燃料消耗和燃烧率之间的依赖关系的估计来初始化模型参数。可以基于输入变量数据和总燃料消耗数据来更新模型参数。

具有经过更新的参数的模型可以被用来基于输入变量数据来分解总燃料消耗。被分解的燃料消耗可以被归一化以使得被分解的燃料消耗的和等于总燃料消耗。

通过引用将2014年10月22日提交且标题为“valvecontrollerconfiguredtoestimatefuelconsumption”序列号为14/521,154的美国专利申请结合于此。通过引用将2008年7月10日提交且标题为“burnerfiringratedeterminationformodulatingfurnace”序列号为12/171,158的美国专利申请结合于此。通过引用将1988年1月5日提交且标题为“automaticfiringratecontrolmodemeansforaboiler”编号为4,716,858的美国专利结合于此。

通过引用将这里提到的任何出版物或专利文档结合于此，就像每个出版物或专利文档被特别且单独指示为通过引用被结合于此一样。

在本说明书中，某些事情可以具有假设或预言性质，尽管一另一方式或时态阐述。

尽管已经关于至少一个说明性示例描述了本系统和/或方法，但是在阅读说明书时许多变化和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此意图为，考虑到相关技术，所附权利要求被尽可能宽泛地解释为包括所有这样的变化和修改。