CN106949292B - 一种气动调节阀无扰切换控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于DCS控制技术领域，具体涉及一种气动调节阀无扰切换控制方法。在PID控制回路中加入切换模块，其切换信号来自于电磁阀的开关状态：当电磁阀处于得电状态时，电磁阀打开，切换模块不动作，输出仍然是PID控制器的输出MV；当电磁阀处于失电状态时，电磁阀关闭，切换模块动作，其输出为0％开度，与调节阀的实际情况相符；同时将切换模块输出引入到PID控制器的TR端口，强制PID控制器进入跟踪模式，其输出MV等于0％；当电磁阀重新得电时，压缩空气被重新送到主调节阀，PID控制器重新发挥作用，此时主调节阀阀门开度为0％，且PID控制器的输出MV也是0％，PID恢复正常工作模式，根据SP减去PV的结果对阀门进行调节。

Description

一种气动调节阀无扰切换控制方法
技术领域
本发明属于DCS控制技术领域，具体涉及一种气动调节阀无扰切换控制方法。
背景技术
作为过程控制工业中最常用的终端控制元件，调节阀在过程控制中起着极为重要的作用。目前，我国的核电机组所使用的调节阀大部分为气动调节阀。气动调节阀除了主调节阀门以外，还有电气转换器、定位器、限位开关和电磁阀等附件。电磁阀负责控制气动调节阀气路的通断，通过DCS控制电磁阀的电源，就可以打开或关闭电磁阀，从而控制送往调节阀的压缩空气。而调节阀采用的是PID控制，PID控制器通过控制阀门定位器来调节阀门的开度。电磁阀虽然并不直接控制调节阀的开度，但是它通过控制气路的通断间接的控制了调节阀的开度，因此电磁阀的动作也会影响到阀门的开度，必须与PID控制之间实现无扰切换。但是当前的控制方法都是将电磁阀与调节阀单独控制，并没有考虑他们之间的无扰切换问题。可以假设调节阀是失气关阀，而电磁阀得电打开。他们之间的关系可以见图1。而主调节阀的PID控制器算法如图2所示，从图中可以看出，电磁阀控制与PID控制之间没有任何关系，都是独立工作。
正常运行状态下，电磁阀得电打开，压缩空气沿着图1中a到b的方向送到调节阀的阀门定位器，PID控制器通过控制阀门定位器来控制压缩空气气流的大小调节阀门的开度。但是当出现紧急情况或报警信号时，需要快速关闭调节阀。此时操作员会发出指令使得电磁阀断电，导致a到b气路被断开，而b到c的气路被打开。调节阀内的压缩空气沿着b到c的方向排出到空气中，导致调节阀失去动力，阀门关闭。
根据图1所示，如果水箱水位仍然没有达到设定值要求，即SP大于PV的话，其中SP是设定值，而PV是测量值。由于此时阀门已经关闭，PID控制已经不起作用，但是PID控制器的积分环节会由于SP大于PV而继续向上积分，直到PID控制器输出为100％。如果此时紧急情况消除，操作员发出指令使得电磁阀得电的话，PID控制器将重新发挥作用，这将会导致阀门开度发生剧烈变化，直接从0％开到100％，而不是缓慢打开，水箱水位将会出现非常大的超调，导致工艺系统紊乱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气动调节阀无扰切换控制方法，使得当电磁阀动作时不会对系统造成大的扰动，可以平滑过渡。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种气动调节阀无扰切换控制方法，在PID控制回路中加入切换模块，其切换信号来自于电磁阀的开关状态：当电磁阀处于得电状态时，电磁阀打开，切换模块不动作，输出仍然是PID控制器的输出MV；当电磁阀处于失电状态时，电磁阀关闭，切换模块动作，其输出为0％开度，与调节阀的实际情况相符；同时将切换模块输出引入到PID控制器的TR端口，强制PID控制器进入跟踪模式，其输出MV等于0％；当电磁阀重新得电时，压缩空气被重新送到主调节阀，PID控制器重新发挥作用，此时主调节阀阀门开度为0％，且PID控制器的输出MV也是0％，PID恢复正常工作模式，根据SP减去PV的结果对阀门进行调节。
当所述的PID控制器为I/A Series的标准的PID控制器时，AOUTR表示I/A的模拟量输出模块，所做改进如下：在原有PID控制模块的下游加入了切换模块T，其输出连接到I/A的模拟量输出模块AOUTR；将PID控制器输出连接到切换模块T的第2个输入通道INP2；直接给切换模块的第一个输入通道INP1赋值为0％；将电磁阀开关状态信号输入到切换模块T的Toggle端口，该端口用于切换切换模块的输入；当电磁阀得电打开时，电磁阀开关状态为1，切换模块的输出等于INP2；当电磁阀失电后，电磁阀开关状态为0，切换模块的输出等于INP1；将AOUTR的BCALCO与切换模块BCALCI连起来，同时将PID模块的BCALCI和切换模块的BCALC2连起来，BCALXX端口负责信号的反传。
该方法的具体的流程如下：
(1)当PID正常运行时，电磁阀处于得电状态，切换模块的输出等于其第二个输入端口INP2的值；(2)当电磁阀失电时，电磁阀断开，并且其状态信号通过Toggle端口输入到切换模块，切换模块发现电磁阀断开后将进行切换，INP1将代替INP2作为切换模块输出信号发送到执行机构；同时切换模块将通过BCALC2端口将其输出信号反馈给PID控制器的BCALCI端口；PID控制器发现已经被切换模块断开与下游模块的联系后，则PID控制器进入跟踪模式，其输出将跟踪BCALCI端口的输入，即切换模块的输出信号；当电磁阀失电，主调节阀关闭时，PID控制器的输出也等于切换模块的输出，即等于0％；当电磁阀重新得电时，切换模块重新输出INP2的输入，此时PID控制器恢复正常工作模式，且其初始输出等于0％，与阀门状态一致。
本发明所取得的有益效果为：
本发明提出了一种可以实现电磁阀控制与PID控制无扰切换的方法，该方法简单易行，实现了电磁阀控制与PID控制之间的无扰切换，极大的减小了对系统的冲击，最大的保证了工艺生产的平稳过渡。该方法易于推广，可以在所有的DCS控制系统中实现。同时该方法已经在福清核电控制系统中将近50个气动调节阀的控制系统中实现，该电厂已经进入商运阶段，运转情况良好。
附图说明
图1为气动调节阀流程图；
图2为普通的PID控制器；
图3为改进的调节阀PID控制器；
图4为I/A Series DCS标准的PID控制器；
图5为I/A Series DCS调节阀控制逻辑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图3所示，为了实现电磁阀控制与PID控制之间的无扰切换，必须将电磁阀控制信息引入到PID控制中。
在PID控制回路中加入切换模块，其切换信号来自于电磁阀的开关状态。当电磁阀处于得电状态时，电磁阀打开，切换模块不动作，输出仍然是PID控制器的输出MV。当电磁阀处于失电状态时，电磁阀关闭，切换模块动作，其输出为0％开度，与调节阀的实际情况相符。同时将切换模块输出引入到PID控制器的TR端口，强制PID控制器进入跟踪模式，其输出MV等于0％。
这样的话，PID的积分环节就不会根据SP减去PV的结果不断积分，而是要跟踪切换模块的输出，保持MV等于0。当电磁阀重新得电时，压缩空气被重新送到主调节阀，PID控制器重新发挥作用。此时主调节阀阀门开度为0％，且PID控制器的输出MV也是0％，PID恢复正常工作模式，根据SP减去PV的结果对阀门进行调节，避免了PID控制器输出与阀门开度差别太大而导致的波动。
以福清核电项目中所用到的I/A Series DCS控制算法来说明具下面体的实施方式，I/A Series的标准的PID控制器如图4所示。其中“AOUTR”是I/A的模拟量输出模块。
如图5所示，为了实现对气动调节阀的无扰切换，对图4中的PID控制器进行了如下的改进。
首先在原有的PID控制模块的下游加入了切换模块“T”，其输出连接到I/A的模拟量输出模块AOUTR。将PID控制器输出连接到切换模块“T”的第2个输入通道INP2；然后直接给切换模块的第一个输入通道INP1赋值为0％；将“电磁阀开关状态”信号输入到切换模块“T”的“Toggle”端口，该端口用于切换切换模块的输入。当电磁阀得电打开时“电磁阀开关状态”为1，切换模块的输出等于INP2；而当电磁阀失电后“电磁阀开关状态”为0，切换模块的输出等于INP1。然后，将AOUTR的BCALCO与切换模块BCALCI连起来，同时将PID模块的BCALCI和切换模块的BCALC2连起来。BCALXX端口负责信号的反传，其他品牌的DCS也有相似的端口。
按上述的步骤设置好以后，就可以实现气动阀的无扰切换了。具体的流程如下：
(1)当PID正常运行时，电磁阀处于得电状态，切换模块的输出等于其第二个输入端口INP2的值；
(2)当电磁阀失电时，电磁阀断开，并且其状态信号通过“Toggle”端口输入到切换模块，切换模块发现电磁阀断开后将进行切换，INP1将代替INP2作为切换模块输出信号发送到执行机构。同时切换模块将通过BCALC2端口将其输出信号反馈给PID控制器的BCALCI端口。PID控制器发现已经被切换模块断开与下游模块的联系后，则PID控制器进入跟踪模式，其输出将跟踪BCALCI端口的输入，即切换模块的输出信号。
因此，当电磁阀失电，主调节阀关闭时，PID控制器的输出也会等于切换模块的输出，即等于0％，就避免了调节阀已经关闭，但是PID控制器还一直积分累计的问题。
当电磁阀重新得电时，切换模块重新输出INP2的输入，此时PID控制器恢复正常工作模式，且其初始输出等于0％，与阀门状态一致，不会对阀门开度造成冲击。

Claims (3)

1.一种气动调节阀无扰切换控制方法，其特征在于：气动调节阀包括主调节阀和电磁阀；在PID控制回路中加入切换模块，其切换信号来自于电磁阀的开关状态：当电磁阀处于得电状态时，电磁阀打开，切换模块不动作，输出仍然是PID控制器的输出MV；当电磁阀处于失电状态时，电磁阀关闭，切换模块动作，其输出为0％开度，与主调节阀的实际情况相符；同时将切换模块输出引入到PID控制器的TR端口，强制PID控制器进入跟踪模式，其输出MV等于0％；当电磁阀重新得电时，压缩空气被重新送到主调节阀，PID控制器重新发挥作用，此时主调节阀阀门开度为0％，且PID控制器的输出MV也是0％，PID控制器恢复正常工作模式，根据设定值SP减去实际值PV的结果对主调节阀进行调节。
2.根据权利要求1所述的气动调节阀无扰切换控制方法，其特征在于：当所述的PID控制器为I/A Series的标准的PID控制器时，AOUTR表示I/A的模拟量输出模块，所做改进如下：在原有PID控制模块的下游加入了切换模块，其输出连接到I/A的模拟量输出模块AOUTR；将PID控制器输出连接到切换模块的第二个输入通道INP2；直接给切换模块的第一个输入通道INP1赋值为0％；将电磁阀开关状态信号输入到切换模块的Toggle端口；当电磁阀得电打开时，电磁阀开关状态为1，切换模块的输出等于第二个输入通道INP2的值；当电磁阀失电后，电磁阀开关状态为0，切换模块的输出等于第一个输入通道INP1的值；将AOUTR的BCALCO端口与切换模块的BCALCI端口连起来，同时将PID控制器的BCALCI端口和切换模块的BCALC2端口连起来。
3.根据权利要求2所述的气动调节阀无扰切换控制方法，其特征在于：该方法的具体的流程如下：(1)当PID控制器正常运行时，电磁阀处于得电状态，切换模块的输出等于其第二个输入通道INP2的值；(2)当电磁阀失电时，电磁阀断开，并且其状态信号通过Toggle端口输入到切换模块，切换模块发现电磁阀断开后将进行切换，第一个输入通道INP1将代替第二个输入通道INP2作为切换模块输出信号发送到执行机构；同时切换模块将通过BCALC2端口将其输出信号反馈给PID控制器的BCALCI端口；PID控制器发现已经被切换模块断开与下游模块的联系后，则PID控制器进入跟踪模式，其输出将跟踪BCALCI端口的输入，即切换模块的输出信号；当电磁阀失电，主调节阀关闭时，PID控制器的输出也等于切换模块的输出，即等于0％；当电磁阀重新得电时，切换模块重新输出第二个输入通道INP2的输入，此时PID控制器恢复正常工作模式，且其初始输出等于0％，与阀门状态一致。
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