CN108105140A - 一种多级式稳压控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级式稳压控制方法及系统，方法包括：设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。本发明具有可有效稳定气管内的气体压力，为用气端设备可靠提供稳定的气压，有效消除供气管线内的气压振荡等优点。

Description

一种多级式稳压控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种气体压力控制领域，尤其涉及一种多级式稳压控制方法及控制系统。

背景技术

现有离心式增压风机作为动力设备的供气系统通常如图1所示，通过增压风机对气源的供气压力进行调节，提供给用气端，增压风机通过控制端进行控制。以目标压力为190mbar的供气系统为例进行说明，气源：压力为15-30mbar的沼气；增压风机：离心式的沼气增压风机，输出能力为1000 Nm3/h，功率为35Kw；控制端：变频器、压力传感器、PLC控制系统、人机界面；用气端：两台600kW•h的沼气发电机、两台4t的沼气锅炉、一套4t的干化系统。该供气系统在运行过程中，用气端的用气量经常出现大幅度的变化，如启动或者停止用气端之一或者用气端的功率发生变化，这就需要人工及时调整增压泵的输出功率（改变运行频率），才能保持供气管线的工艺压力。否则，就会导致供气管线压力过高或者过低，进而导致用气端设备停运，对生产和设备造成重大影响。现有技术中采用PID调节法，可以降低人工控制带来的风险并节省人力成本，但是，现有的PID调节法还存在如下缺陷：1、在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作得不是很好；2、PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调整参数都没有用；具体表现为：在用PID方法调试的过程中，因为用气端的用气量基本是处于变化状态，这就导致气管内的气压也一直在变化，此时无论参数如何调整，都无法稳定气管内的压力，气管内的振荡现象一直都存在。对于列举的供气系统，PID调节法虽然能够使供气系统运行下去，但是无法消除气管内的振荡现象，沼气增压风机的出口压力会在150mbar-220mbar之间来回波动。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可有效稳定气管内的气体压力，为用气端设备可靠提供稳定的气压，有效消除供气管线内的气压振荡的多级式稳压控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种多级式稳压控制方法，设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

进一步地，当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。

进一步地，在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

进一步地，当风机的数量大于1台时，按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。

进一步地，有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；

或者：

有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行调节。

一种多级式稳压控制系统，包括至少1台风机、压力监测模块和控制模块；

所述压力监测模块用于监测实时压力值；

所述风机用于为气态流体增压；

所述控制模块用于设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

进一步地，所述控制模块还用于在当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。

进一步地，所述控制模块还用于在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

进一步地，当风机的数量大于1台时，所述控制模块按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。

进一步地，所述控制模块还用于：有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；

或者：

有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行同步调节。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用快增慢减的控制方式，在气压不足时以相对较快的速度来增压，并且实时气压与目标气压之差越大，增压速度越快，很好的解决了用气端在启动时导致气管内压力突降，并且由于供气管路较长，从而导致因供气不及时而使得用气装置燃烧点火失败的问题。

2、本发明采用快增慢减的控制方式，在气压过大时以相对较慢的速度来降压，可有效消除供气管内气压的振荡，并且，实时气压与目标气压之差越大，降压速度越快，又很好的防止了因气压过高而不能及时降压而存在的危险。

附图说明

图1为现有技术的供气系统原理图。

图2为本发明具体实施例控制原理示意图一。

图3为本发明具体实施例控制原理示意图二。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例的多级式稳压控制方法，设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

如图2所示，以具体的供气系统为例，通过风机对气源的供气压力进行增压后，为用气端的用气设备供气，风机通过PLC控制器进行控制，风机为离心风机。离心风机的出口端装有压力传感器，压力传感器检测离心风机的输出压力并将输出压力传送至PLC系统，PLC系统根据输出压力计算出离心风机相应的控制电流，变频器再根据PLC系统给出的控制电流输出相应的功率来控制离心风机。对于一个具体的工艺，可以预先确定满足工艺要求的供气压力，即设置压力控制的目标压力区间，[目标压力1，目标压力2]，设工艺要求的供气压力为190mabr，可设置目标压力1为185mbar、目标压力2为195mbar，即目标压力区间为[185mbar，195mbar]。则低于目标压力1的压力区间为增压区间，[0,185mbar)，高于目标压力2的压力区间为降压区间，（195mbar，-）。

当供气管中的实时压力位于增压区间时，需要对离心风机进行升压控制，当供气管中的实时压力位于降压区间时，需要对离心风机进行降压控制。并且，进行升压控制的升压速度或进行降压控制的降压速度与压力差值有关，压力差值越大，升压速度或降压速度越快。如在升压控制中，当实时压力为180mbar时，压力差值为185-180=5mbar，以1Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压，当实时压力为160mbar时，压力差值为185-160=25mbar，以1.5Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压。在降压控制中，当实时压力为200mbar时，压力差值为200-195=5mbar，以0.2Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压，当实时压力为220mbar时，压力差值为220-195=25mbar，以0.4Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压。

在本实施例中，当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。如上述实时压力为180mbar时和实时压力为200mbar时，压力差值均为5mbar，但是实时压力为180mbar时，以1Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压，而实时压力为200mbar时，以0.2Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压。通过此种控制策略，可以保证供气管中的气压得到快速提升，保证用气设备不会因供气不及时而燃烧点火失败。同时，当实时压力大于目标压力2时，采用较小的步长以较慢的速度来控制离心风机降低输出压力，可有效防止降压过快而导致供气管中压力的振荡。

在本实施例中，在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

如图3所示，根据工艺状况，把低于所述目标压力区间的范围划分为四个增压区间，一级增压区间k1，压力区间为[170mbar，185mbar）；二级增压区间k2，压力区间为[150mbar，170mbar）；三级增压区间k3，压力区间为[120mbar，150mbar）；四级增压区间k4，压力区间为[0mbar，120mbar）；当实时压力落于一级增压区间k1时，以1Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压；当实时压力落于二级增压区间k2时，以1.5Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压；当实时压力落于三级增压区间k3时，以1.8Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压；当实时压力落于四级增压区间k4时，以2.2Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压。

把高于目标压力区间的范围划分为四个降压区间，一级减压区间j1，压力区间为[195mbar，205mbar）；二级减压区间j2，压力区间为[205mbar，215mbar）；三级减压区间j3，压力区间为[215mbar，230mbar）；四级减压区间，压力区间为[230mbar，-）；当实时压力落于一级减压区间j1时，以0.2Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压；当实时压力落于二级减压区间j2时，以0.4Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压；当实时压力落于三级减压区间j3时，以0.6Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压；当实时压力落于四级减压区间j4时，以0.9Hz/s的速率降低离心风机的运行频率来降压。

本实施例中，通过划分不同的增压区间和降压区间，并为之设置相适应的调整步长，来控制离心风机升压或降压。同时，对于可简化控制逻辑，降低控制复杂度，同时，也能保证供气管内的气压稳定。

在本实施例中，如果只有一台离心风机，只需要按照上述控制方法进行控制即可很好的控制供气管内的气压。但当具有1台以上的离心风机时，需要对多台（1台以上）离心风机进行协同控制。当风机的数量大于1台时，按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。设本实施例中，单台离心风机的最大输出压力为150mbar，共有2台离心风机用于增加气压，分别为1号离心风机和2号离心风机，目标压力区间为[185mbar，195mbar]。设置离心风机的启动顺序为1号离心风机、2号离心风机。在控制过程中，先启动1号离心风机，当1号离心风机输出压力达到最大值150mbar时，供气管内的气压仍然不满足目标压力，此时，启动2号离心风机，按照上述的方法确定升压调整步长，调整2号离心风机的输出压力，使得供气管的气压趋于稳定在目标压力区间内。

在本实施例中，当启动了1台以上的离心风机时，可采用两种不同的控制策略对离心风机进行控制，第一种策略为：有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；第二种策略为：有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行调节。采用第一种策略，在每次调整时，只对其中的1台离心风机进行调整控制，在需要升压时控制输出压力较小的离心风机进行升压，在需要降压时控制输出压力较大的离心风机进行降压。通过这种控制策略，一方面可以保证控制的精确性，另一方面又较好的保证了各台离心风机的趋于以相同的工作频率运行。采用第二种策略，首先使得各离心风机以相同的频率运行，根据实时压力确定升压或降压调节的调整步长，将所确定的调整步长平均分配给各离心风机。如有2台离心风机，对供气管的压力进行监测得到的实时压力为180mbar，需要以1Hz/s的速率增加离心风机的运行频率来升压，此时，分别控制2台离心风机以0.51Hz/s的速率增加运行频率来升压。通过这种策略，可以保证各离心风机之间的一致性好，有利于整个系统的平稳运行。

本实施例的多级式稳压控制系统，包括至少1台风机、压力监测模块和控制模块；所述压力监测模块用于监测实时压力值；所述风机用于为气态流体增压；所述控制模块用于设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

在本实施例中，所述控制模块还用于在当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。

在本实施例中，所述控制模块还用于在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

在本实施例中，当风机的数量大于1台时，所述控制模块按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。

在本实施例中，所述控制模块还用于：有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；或者：有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行同步调节。

本实施例的多级式稳压控制系统，通过上述控制方法来控制各离心风机的运行状态，可以很好的保证供气管中气压的稳定，有效消除供气管线内的气压振荡。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多级式稳压控制方法，其特征在于：设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

2.根据权利要求1所述的多级式稳压控制方法，其特征在于：当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。

3.根据权利要求2所述的多级式稳压控制方法，其特征在于：在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多级式稳压控制方法，其特征在于：当风机的数量大于1台时，按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。

5.根据权利要求4所述的多级式稳压控制方法，其特征在于：有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；

或者：

有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行调节。

6.一种多级式稳压控制系统，其特征在于：包括至少1台风机、压力监测模块和控制模块；

所述压力监测模块用于监测实时压力值；

所述风机用于为气态流体增压；

所述控制模块用于设置压力控制的目标压力区间，当实时压力值不位于所述目标压力区间时，根据所述实时压力值与所述目标压力区间之间的压力差值确定调整步长，根据所述调整步长调整风机的输出压力；所述压力差值越大，所述调整步长越大。

7.根据权利要求6所述的多级式稳压控制系统，其特征在于：所述控制模块还用于在当所述压力差值一定时，在进行升压控制时的调整步长大于在降压控制时的调整步长。

8.根据权利要求6所述的多级式稳压控制系统，其特征在于：所述控制模块还用于在低于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的增压区间，每级增压区间对应一个预设的升压调整步长，当所述实时压力值位于所述增压区间时，根据与所述增压区间对应的升压调整步长调整风机的输出压力；在高于所述目标压力区间的范围，设置有多级不重叠的降压区间，每级降压区间对应一个预设的降压调整步长，当所述实时压力值位于所述降压区间时，根据与所述降压区间对应的降压调整步长调整风机的输出压力。

9.根据权利要求6至8任一项所述的多级式稳压控制系统，其特征在于：当风机的数量大于1台时，所述控制模块按照预先确定的风机启动顺序启动风机，在已启动的风机的最大输出压力不满足目标压力区间时，启动下一台风机。

10.根据权利要求9所述的多级式稳压控制系统，其特征在于：所述控制模块还用于：有1台以上风机启动，当需要进行降压调节时，对输出压力值最大的风机进行降压调节，当需要进行升压调节时，对输出压力值最小的风机进行升压调节；

或者：

有1台以上风机启动时，控制各风机以相同的频率运行，在需要进行压力调节时，同时对各风机进行同步调节。