CN104122904B - 一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统及方法，氢气液位的模拟量信号和氧气液位的模拟量信号分别输入到DCS系统后分别经过功能函数F1(X)和F2(X)的修正，经过修正后的两路模拟量信号输入至除法算法块，除法算法块的输出作为比例积分微分控制器的设置值输入端，可以避免氢气分离器液位与氧气分离器液位两者之间进行除法计算后可能出现的数值溢出问题，防止控制过程中可能出现的数值溢出所导致的系统控制失调现象；常值1的输出与切换功能算法块相连接，切换算法功能块的输出作为比例积分微分控制器的输入端(测量值即PV值)，可以实现制氢站在采用比值控制方法后自动控制模式与手动控制模式在切换过程中产生的扰动问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统及方法。
背景技术
国家经济的发展带动了电力的需求，电厂的数量和机组容量越来越大。机组单机容量的增大意味着汽轮机单机容量的增大，由于汽轮机的线圈温度是依靠氢气来冷却的，这必然要求制氢站系统的产氢量增加。冷却发电机的氢气纯度要求比较高，汽轮发电机组所用的氢气都是采用电解水的方法制得。制氢装置为火电机组的发电机提供氢气冷却系统所需要的氢气，其纯度和湿度要满足一定的要求。
水电解制氢装置是通过电解NaOH水溶液产生氢气和氧气，氢气和氧气分别带着NaOH碱液进入氢、氧分离器，在氢、氧分离器内氢气、氧气与NaOH碱液进行分离，分离后的碱液通过分离器底部的连通管汇合进入过滤器。电解水产生的氢气量是氧气两倍，而氢气和氧气产生混合时可能引起设备的爆炸，如果氢、氧分离器差压过大，就可能使氢气或氧气从压力大的分离器进入另一个分离器(因为两者底部连通)，为此在系统运行时控制氢、氧分离器的液位使其基本平衡，在系统安全上起着很重要的作用，氢气制取设备的氧罐、氢罐的液位控制非常关键，若发生液位波动较大的情况下轻则使得设备跳闸，重则很容易产生爆炸事故，因此相关设备厂家对液位控制的保护都很严格，当氢侧与氧侧液位波动差值超过50mm时即发生跳闸，以防止氧气与氢气发生接触。
传统的比值控制方法需要将氢侧液位与氧侧的液位进行除法运算，运算结果输入至PID控制器的一端，存在以下两个问题：
(1)由于输入到DCS控制器的模拟量信号存在出现品质坏(坏点)的情况，或瞬间扫描值为0的情况发生，若分母上的液位扫描值在瞬间突变为0，则会造成除法运算的输出值为无穷大(即数值溢出)，无穷大的数值输入到PID控制器后必然引起控制器的剧烈扰动，在这种情况下很必然的将会造成控制系统的紊乱；
(2)制氢站控制系统在使用DCS控制系统后，在采用比值控制算法后存在控制器手动状态与自动状态切换时产生扰动的问题，即控制器在自动状态与手动状态之间切换时控制器的输出产生变化的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统及方法，可以避免氢气分离器液位与氧气分离器液位两者之间进行除法计算后可能出现的数值溢出问题，防止控制过程中可能出现的数值溢出所导致的系统控制失调现象；同时还可以实现制氢站在采用比值控制方法后自动控制模式与手动控制模式在切换过程中产生的扰动问题。
一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统，其结构包括氧气分离器模拟量测量模块、氢气分离器模拟量测量模块、切换功能算法模块、手动/自动切换模块和比例积分微分控制器，所述氧气分离器模拟量测量模块和氢气分离器模拟量测量模块的输出信号输入至DCS系统并分别经过功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的修正后输出；
所述功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出端均与除法器连接，所述除法器的输出端与所述比例积分微分控制器的输入端连接；所述切换功能算法模块包括三路输入端，分别为输入端N端、输入端Y端和手动/自动切换指令端，所述切换功能算法模块的N端与常值1模块的输出端连接，切换功能算法模块的Y端与除法器的输出端连接，所述切换功能算法模块的手动/自动切换指令端与手动/自动切换指令模块连接，所述切换功能算法模块的输出端与所述比例积分微分控制器的另一输入端连接。
一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，具体步骤包括：氢气液位的模拟量信号输入到DCS系统后，并经过DCS系统上的功能函数F1(X)模块的修正，氧气液位的模拟量信号输入到DCS系统后，并经过DCS系统上的功能函数F2(X)模块的修正，经过修正后的两路模拟量信号输入至除法算法块，除法算法块的输出作为比例积分微分控制器的设置值输入端；
当氢侧液位信号值为0mm时，所述功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值均为设定值，当氢侧液位信号不为0mm时，功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值均与氢侧液位信号值相等；
常值1的输出与切换功能算法块相连接，切换算法功能块的输出作为比例积分微分控制器的测量值端输入端。
所述定值1与切换算法块的N端相连。
所述除法器的输出与切换算法块的Y端相连。
所述切换算法功能块的控制算法中使用了手动/自动状态模块判断控制器处于手动模式或自动模式，当控制器处于手动模式时，切换功能算法块将Y路的输入作为算法块的输出，确保控制器的偏差输入为零；当控制器处于自动模式时，切换功能算法块将N路的输入作为算法块的输出。
本发明的有益效果是：
1.由于氢气和氧气液位的模拟量信号输入到DCS系统后分别经过功能函数F1(X)和F2(X)的修正，可以避免氢气分离器液位与氧气分离器液位两者之间进行除法计算后可能出现的数值溢出问题，防止了控制过程中可能出现的数值溢出所导致的系统控制失调现象；
2.由于所述切换算法功能块的控制算法中使用了手动/自动状态模块(M/A MODE算法块)判断控制器处于手动模式或自动模式，当控制器处于手动模式时，切换功能算法块(T块)将Y路的输入作为算法块的输出，确保控制器的偏差输入为零；当控制器处于自动模式时，切换功能算法块(T块)将N路的输入作为算法块的输出，可以实现制氢站在采用比值控制方法后自动控制模式与手动控制模式在切换过程中产生的扰动问题。
附图说明
图1是制氢站液位比值控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统，其结构包括氧气分离器模拟量测量模块、氢气分离器模拟量测量模块、切换功能算法模块、手动/自动切换模块和比例积分微分控制器(PID控制器)，所述氧气分离器模拟量测量模块和氢气分离器模拟量测量模块的输出信号输入至DCS系统并分别经过功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的修正后输出；功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出端与除法器连接，所述除法器的输出端与所述比例积分微分控制器(PID控制器)的输入端连接；所述切换功能算法模块包括三路输入端，分别为输入端N端、输入端Y端和手动/自动切换指令端，所述切换功能算法模块的N端与常值1模块的输出端连接，切换功能算法模块的Y端与除法器的输出端连接，所述切换功能算法模块的手动/自动切换指令端与手动/自动切换指令模块连接，所述切换功能算法模块的输出端与所述比例积分微分控制器(PID控制器)的另一输入端连接。
一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，具体步骤包括：
防止数值溢出控制逻辑功能的为：氢气液位的模拟量信号输入到DCS系统后经过功能函数F1(X)的修正，氧气液位的模拟量信号输入到DCS系统后经过功能函数F2(X)的修正，经过修正后的两路模拟量信号输入至除法算法块，除法算法块的输出作为比例积分微分控制器(PID控制器)的设置值(SP值)输入端；
当氢侧液位信号值为0mm时，所述功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值为设定值，当氢侧液位信号不为0mm时，功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值与氢侧液位信号值相等；
例如，功能函数F1(X)的具体数值如下：
实现无扰切换的控制逻辑功能为：常值1的输出与切换功能算法块(T块)相连接，切换算法功能块(T块)的输出作为比例积分微分控制器(PID控制器)的测量值端(PV端)输入端。所述定值1与切换算法块的N端相连。所述除法器的输出与切换算法块的Y端相连。所述切换算法功能块的控制算法中使用了手动/自动状态模块(M/A MODE算法块)判断控制器处于手动模式或自动模式，当控制器处于手动模式时，切换功能算法块(T块)将Y路的输入作为算法块的输出，即将除法算法块的输出连接至切换块输出确保控制器的偏差输入为零；当控制器处于自动模式时，切换功能算法块(T块)将N路的输入作为算法块的输出。
氢侧液位模拟量信号与功能函数F1(X)模块相连接，且功能函数F1(X)模块的输出与除法算法块相连接。氧侧液位模拟量信号与功能函数F2(X)模块相连接，且功能函数F2(X)模块的输出与除法算法块相连接。除法块的输出连接至PID控制器的设置值(SP值)输入端。定值1连接至切换算法块的N端。除法器的输出连接至切换算法块的Y端。切换算法块的输出端连接至PID控制器的测量值(PV值)端。
Claims (5)
1.一种具有多种功能的制氢站液位比值控制系统，其结构包括氧气分离器模拟量测量模块、氢气分离器模拟量测量模块、切换功能算法模块、手动/自动切换模块和比例积分微分控制器，所述氧气分离器模拟量测量模块的输出信号输入至DCS系统，经过DCS系统上的功能函数F2(X)模块修正后输出，所述氢气分离器模拟量测量模块的输出信号输入至DCS系统，经过DCS系统上的功能函数F1(X)模块修正后输出；所述功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出端均与除法器连接，所述除法器的输出端与所述比例积分微分控制器的输入端连接；所述切换功能算法模块包括三路输入端，分别为输入端N端、输入端Y端和手动/自动切换指令端，所述切换功能算法模块的N端与常值1模块的输出端连接，切换功能算法模块的Y端与除法器的输出端连接，所述切换功能算法模块的手动/自动切换指令端与手动/自动切换指令模块连接，所述切换功能算法模块的输出端与所述比例积分微分控制器的另一输入端连接。
2.一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，其特征是，具体步骤包括：氢气液位的模拟量信号输入到DCS系统后，并经过DCS系统上的功能函数F1(X)模块的修正，氧气液位的模拟量信号输入到DCS系统后，并经过DCS系统上的功能函数F2(X)模块的修正，经过修正后的两路模拟量信号输入至除法算法块，除法算法块的输出作为比例积分微分控制器的设置值输入端；
当氢侧液位信号值为0mm时，所述功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值均为设定值，当氢侧液位信号不为0mm时，功能函数F1(X)模块和功能函数F2(X)模块的输出值均与氢侧液位信号值相等；
常值1的输出与切换功能算法块相连接，切换算法功能块的输出作为比例积分微分控制器的测量值端输入端。
3.如权利要求2所述的一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，其特征是，所述定值1与切换算法块的N端相连。
4.如权利要求2所述的一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，其特征是，所述除法器的输出与切换算法块的Y端相连。
5.如权利要求2所述的一种具有多种功能的制氢站液位比值控制方法，其特征是，所述切换算法功能块的控制算法中使用了手动/自动状态模块判断控制器处于手动模式或自动模式，当控制器处于手动模式时，切换功能算法块将Y路的输入作为算法块的输出，确保控制器的偏差输入为零；当控制器处于自动模式时，切换功能算法块将N路的输入作为算法块的输出。
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