CN109322713B - 一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法及系统，选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差与工况信息、故障信息分别作为不同的匹配项，能最大限度地识别过程特征信息，以确定引起乏汽压力波动的原因，通过与数据库进行自动匹配，进而精确得到排放大阀、排放小阀和补充阀的控制模式，进而快速、无超调地将乏汽压力控制在规定范围内，大大缩短了现有乏汽压力调节的过程，动态响应快，调节时间短，减少乏汽压力控制系统的震荡时间，提升整个系统的稳定性。

Description

一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法及系统

技术领域

本发明涉及动力装置乏汽系统的技术领域，具体涉及一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法及系统。

背景技术

过热蒸汽经管道引入汽轮机将热势能转变成动能，释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。海洋动力装置的乏汽系统以背压式辅汽轮发电机组排汽为汽源，进入乏汽总管向相关用汽设备提供稳定的蒸汽。若乏汽压力不稳定，阀后的除氧器、给水加热器、冷凝器和热井等用汽设备就不能可靠工作，甚至损坏设备，从而影响动力装置的正常运行。

乏汽系统管路设计有补充阀、排放阀，乏汽压力控制系统旨在通过改变补充阀或排放阀的开度，来控制其总管上的压力在所规定的范围内，确保辅机背压的稳定，为动力装置的安全可靠运行提供技术保障。

由于海洋动力装置有长期连续运行工作的特点，因此乏汽系统应在额定工况、夏季及冬季、辅机及辅机故障等多种变工况下均能满足各乏汽用户的需求量。现有的动力装置乏汽压力控制系统是将乏汽压力作为被控冲量，将采集的压力信号进行常规的PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)逻辑运算后，输出信号控制对应补充阀或者排放阀的动作，从而维持乏汽压力在规定值范围内。该方案的缺点是：由于系统用户多、乏汽管路复杂，管路的容积有限，不同工况干扰变量不同，乏汽压力在不同工况下波动范围很大，仅以压力参数作为被控量，先对阀门进行初步调节，待一段时间后根据调节效果，再对阀门的开度进行第二步的调节，以此循环对压力进行控制，常规的PID控制过程需要多个调节步骤，导致控制稳定过渡的时间较长，控制系统震荡时引起系统的不稳，从而难以保证动力装置的正常运行。

此外，当压力传感器出现故障时，只能对控制系统解除自动，故障排除后继续执行控制任务，降低了乏汽控制系统的工作效率，也影响到了系统的控制效果。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：在海洋动力装置长期运行的过程中，如何缩短乏汽压力控制系统的震荡时间，提高控制进度，进而提升整个系统的稳定性。

为达到以上目的，本发明提供的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，包括以下步骤：

A：将补充阀、排放大阀和排放小阀均设置为自动方式，选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，选择与匹配项对应的预先设定的控制模式，控制模式包括阀门工作模式和对应的阀门开度，转到步骤B；

B：电动执行单元根据控制模式驱动对应的阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度。

在上述技术方案的基础上，步骤A中选择控制模式的具体流程包括：

A01：若乏汽压力大于或等于一级预设值，关闭补充阀，并转到步骤A02；

A02：判断发电机功率是否高于设定值，若是，转到步骤A03，否则通过数据库选择对应的控制模式，转到步骤B；

A03：根据乏汽压力是否高于二级预设值，通过数据库分别选择不同的控制模式，转到步骤B。

在上述技术方案的基础上，步骤A01还包括以下步骤：

A01a：若乏汽压力低于一级预设值，判断乏汽压力是否低于压力下限值，若是，转到步骤A01b，否则保持并锁定当前的阀门开度，转到步骤B；

A01b：判断排放大阀、排放小阀是否均关闭，若是，通过数据库选择对应的控制模式，转到步骤B，否则关闭排放大阀或排放小阀，转到步骤A01a。

在上述技术方案的基础上，在步骤A之前还包括以下步骤：判断压力传感器是否故障，若是，通过数据库选择该故障模式对应的控制模式，转到步骤B，否则转到步骤A01。

在上述技术方案的基础上，在步骤A之前还包括以下步骤：判断控制单元是否故障，若是，结束自动控制，采用遥控方式进行控制；否则转到步骤A01。

在上述技术方案的基础上，在步骤A之前还包括以下步骤：判断控制运行的方式是遥控或自动；若为遥控方式，由操作人员采用遥控操作方式将补充阀、排放大阀或排放小阀的开度控制量分别传输至相应阀门的电动执行单元；若为自动方式，转到步骤A。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，包括选控操作单元、控制单元和电动执行单元；

选控操作单元包括选操器，选操器用于：将补充阀、排放大阀或排放小阀设置为自动方式或遥控方式；

控制单元用于：选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，选择与匹配项对应的预先设置的控制模式；

电动执行单元用于：根据控制模式驱动对应的阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度。

在上述技术方案的基础上，所述控制单元包括采集单元、故障判断单元、数据库、模式运算单元和控制输出单元；

采集单元用于：采集选控操作信号、乏汽压力信号、阀位反馈信号和发电机功率信号，并将采集的信号传输至故障判断单元和控制模式运算单元；

故障判断单元用于：对故障种类进行判断，并将故障信息传输至模式运算单元；

模式运算单元用于：将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，从数据库中自动选择与匹配项对应的控制模式，并传输至控制输出单元；

控制输出单元用于：将收到的控制模式中各阀门开度传输至相应阀门的电动执行单元。

在上述技术方案的基础上，所述选控操作单元还包括第一操作器、第二操作器和第三操作器，分别与第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元信号连接，用于遥控调节补充阀、排放小阀和排放大阀的开度。

在上述技术方案的基础上，所述第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元均包括远程控制单元、开关控制单元和阀位反馈单元；

各远程控制单元均与控制输出单元信号连接，用于接收控制单元的模拟控制信号，并驱动对应的阀门调节机构运行；

各开关控制单元均与选控操作单元信号连接，用于接收选控操作单元的开关量信号，并驱动对应的阀门调节机构运行；

各阀位反馈单元均与阀位显示单元信号连接，用于显示相应阀门的阀位开度，并通过阀位显示单元将阀位信号传输至控制单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差与工况信息、故障信息分别作为不同的匹配项，能最大限度地识别过程特征信息，以确定引起乏汽压力波动的原因，通过与数据库进行自动匹配，进而精确得到排放大阀、排放小阀和补充阀的控制模式，进而快速、无超调地将乏汽压力控制在规定范围内，大大缩短了现有乏汽压力调节的过程，动态响应快，调节时间短，减少乏汽压力控制系统的震荡时间，提升整个系统的稳定性；

2)当压力传感器出现故障时，利用数据库选择对应的控制模式进行乏汽调节，减少对自动控制效果的影响，提升控制系统的普适性，能解决现有控制系统中压力传感器故障导致控制系统就不能正常工作的难题；

3)采用排放大阀和排放小阀相配合，根据不同工况进行选择相应的调节模式，减少乏汽压力控制系统的震荡时间，进而提升控制系统调节的稳定性；在额定工况时，只开启排放小阀进行调节即可；在辅机工况下，当乏汽总管的压力高于二级预设值，先将排放大阀开至一定开度，再通过排放小阀将乏汽的压力控制在规定范围内；

4)采用遥控方式与自动方式相配合，当控制单元出现故障时，可选用遥控方式进行远程控制，大大提高了控制系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明中一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法的流程图。

图2为一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法中步骤A的具体流程图。

图3为本发明实施例中一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法的具体流程图。

图4为本发明实施例中一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统的结构示意图。

图5为本发明实施例中一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统的具体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本实施例中的海洋动力装置包括安装在乏汽总管上的压力传感器，乏汽总管通过补充阀与主蒸汽管道连通，乏汽总管分别通过排放大阀、排放小阀与用汽设备连通，补充阀、排放大阀和排放小阀均包括电动执行单元和阀门调节机构。

参见图1所示，一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，包括以下步骤：

A：将补充阀、排放大阀和排放小阀均设置为自动方式，控制单元选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为与数据库的匹配项，从数据库中通过手动或自动的方式，选择与匹配项对应的控制模式，控制模式包括阀门工作模式和对应的阀门开度，转到步骤B；

步骤A中选择控制模式的具体流程包括：

A01：判断乏汽压力是否高于或等于一级预设值(一级预设值为预先设置的压力上限值)，若是，关闭补充阀，转到步骤A02，否则转到步骤A01a；

A01a：若乏汽压力低于一级预设值，判断乏汽压力是否低于压力下限值，若是，转到步骤A01b，否则保持并锁定当前的阀门开度，转到步骤B；

A01b：判断排放大阀、排放小阀是否均关闭，若是，通过数据库选择对应的控制模式，转到步骤B，否则关闭排放大阀或排放小阀，转到步骤A01a；

A02：判断发电机功率是否高于设定值，若是，即辅机工况，转到步骤A03，否则通过数据库选择对应的控制模式，控制模式包括排放小阀的工作模式、及排放小阀的开度，转到步骤B；

A03：根据乏汽压力是否高于二级预设值(二级预设值为预先设置的压力上上限值，即乏汽压力的偏差较大)，通过数据库分别选择不同的控制模式，转到步骤B；若乏汽压力高于二级预设值，通过数据库选择的控制模式包括：排放大阀和排放小阀的工作模式、及排放大阀和排放小阀的开度，即先将排放大阀开至一定开度，再通过排放小阀将乏汽的压力控制在规定范围内；若乏汽压力低于二级预设值，通过数据库选择的控制模式包括：排放小阀的工作模式、及排放小阀的开度，即只开启排放小阀进行调节；

B：利用控制输出单元将控制模式中各阀门开度分别传输至相应阀门的电动执行单元，各电动执行单元驱动对应的阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度，通过调节相应阀门的开度进而实现对乏汽压力的控制。

本发明的步骤A01中乏汽压力是通过压力传感器采集的，在采集乏汽压力之前还包括以下步骤：先判断压力传感器是否发生故障，若是，通过数据库选择该故障模式对应的控制模式，转到步骤B，否则转到步骤A01。当压力传感器出现故障时，利用数据库选择对应的控制模式进行乏汽调节，减少对自动控制效果的影响，提升控制系统的普适性。解决现有控制系统中，当压力传感器出现故障时，控制系统就不能正常工作的难题。

在本发明的步骤A之前还包括以下步骤：判断控制单元是否故障，若是，结束自动控制，采用遥控方式进行控制各阀门的开度；否则转到步骤A01。采用遥控方式与自动方式相配合，当控制单元出现故障时，可选用遥控方式进行远程控制，大大提高了控制系统的可靠性。

在本发明的步骤A之前还包括以下步骤：对选控操作器的信号进行采集，用于判断控制运行的方式是遥控或自动；若选控操作器设置为遥控方式，操作人员根据乏汽压力以及补充阀、排放大阀或排放小阀的阀位，采用遥控操作方式将补充阀、排放大阀或排放小阀的开度控制量分别传输至相应阀门的电动执行单元，结束；若选控操作器设置为自动方式，转到步骤A。采用遥控方式与自动方式相配合，当控制单元出现故障时，可选用遥控方式进行远程控制，大大提高了控制过程的可靠性。

本发明是以被控量的偏差确定阀门调节的方向、以被控量偏差的一阶导确定被控量惯性变化的方向和以被控量偏差的二阶导判断被控量惯性变化的趋势，按依次递进的层次确定三个匹配项，并与工况信息、故障信息分别作为不同的匹配项，能最大限度地识别过程特征信息，以确定引起乏汽压力波动的原因，通过与数据库进行自动匹配，进而精确得到相应的控制模式(各阀门的工作模式和对应的阀门开度)，快速、无超调地将乏汽压力控制在规定范围内，大大缩短了现有乏汽压力调节的过程，缩短乏汽压力控制系统的震荡时间，进而提升整个系统的稳定性。

参见图2所示，本发明还提供一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，包括选控操作单元、控制单元和电动执行单元；

选控操作单元包括选操器，选操器用于：将补充阀、排放大阀或排放小阀设置为自动方式或遥控方式；

控制单元用于：选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，选择与匹配项对应的预先设置的控制模式；

电动执行单元用于：接收控制单元、选控操作单元发送的驱动信号，并驱动阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度，实现对阀门开度的控制调节。

下面通过六个实施例说明本发明的控制系统。

实施例1：

在上述控制系统的基础上，参见图3所示，所述控制单元包括采集单元、故障判断单元、数据库、模式运算单元和控制输出单元；

采集单元用于：采集选控操作信号、乏汽压力信号、阀位反馈信号和发电机功率信号，并将采集的信号传输至故障判断单元和控制模式运算单元；

故障判断单元用于：对故障种类进行判断，并将故障信息传输至模式运算单元；

模式运算单元用于：将被控量的偏差(包括被控量的偏差、偏差的一阶导和偏差的二阶导)、故障种类和发电机功率作为匹配项，根据多个匹配项进行组合，从数据库中自动选择与匹配项对应的控制模式(对应工况或故障的控制模式)，并传输至控制输出单元；

控制输出单元用于：将收到的控制模式中各阀门开度传输至相应阀门的电动执行单元；

数据库是根据大量的试验数据所总结出在不同工况或故障种类等环境下对应的最优控制模式的合集。

实施例2：

在实施例1的基础上，参见图3所示，所述控制系统还包括压力显示单元和阀位显示单元。压力显示单元与压力传感器信号连接，用于显示所接收压力传感器的乏汽压力信号，并将压力信号传输至采集单元。阀位显示单元包括第一阀位显示单元、第二阀位显示单元和第三阀位显示单元，分别与补充阀、排放小阀和排放大阀的电动执行单元连接，每个阀位显示单元用于显示对应阀门的阀位开度，并将阀位信号传输至采集单元。

通过压力显示单元、阀位显示单元分别对乏汽压力和阀位开度进行直接显示，便于操作人员对整改控制过程的直接观测和及时记录，可作为后期修改控制参数的依据。

实施例3：

在实施例1的基础上，参见图3所示，所述选控操作单元还包括第一操作器、第二操作器和第三操作器，分别与第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元信号连接，用于遥控调节补充阀、排放小阀和排放大阀的开度。

当控制单元出现故障时，可将选操器设置为遥控方式，操作人员根据乏汽压力以及补充阀、排放小阀和排放大阀的阀位，利用第一操作器、第二操作器和第三操作器将补充阀、排放小阀或排放大阀的开度控制量分别传输至相应阀门的电动执行单元，实现远程遥控操作，提高了控制系统的可靠性。

实施例4：

在实施例3的基础上，参见图3所示，所述第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元均包括远程控制单元、开关控制单元和阀位反馈单元。

各远程控制单元均与控制输出单元信号连接，用于接收控制单元的模拟控制信号，并驱动阀门调节机构运行，完成对相应阀门开度的控制调节。

各开关控制单元均与选控操作单元信号连接，用于接收选控操作单元的开关量信号，并驱动阀门调节机构运行，完成对相应阀门开度的控制调节。

各阀位反馈单元均与阀位显示单元连接，用于将阀位开度信号传输至阀位显示单元，显示相应阀门的阀位开度，并通过阀位显示单元将阀位信号传输至控制单元。

实施例5：

在实施例3的基础上，所述选操器采用开关量触点信号方式，第一操作器、第二操作器和第三操作器均采用标准4-2mA电流信号方式，以减少控制系统中信号传输的扰动。

实施例6：

在实施例1的基础上，所述控制单元还包括控制显示单元，控制显示单元与采集单元信号连接，用于显示采集单元所采集的信号，便于操作人员对整改控制过程的直接观测和及时记录，作为后期修改控制参数的依据。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，将补充阀、排放大阀和排放小阀均设置为自动方式，其特征在于，包括以下步骤：

A：选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，选择与匹配项对应的预先设定的控制模式，控制模式包括阀门工作模式和对应的阀门开度，转到步骤B；

B：电动执行单元根据控制模式驱动对应的阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度。

2.如权利要求1所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，其特征在于，步骤A中选择控制模式的具体流程包括：

A01：若乏汽压力大于或等于一级预设值，关闭补充阀，并转到步骤A02；

A02：判断发电机功率是否高于设定值，若是，转到步骤A03，否则通过数据库选择对应的控制模式，转到步骤B；

A03：根据乏汽压力是否高于二级预设值，通过数据库分别选择不同的控制模式，转到步骤B。

3.如权利要求2所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，其特征在于，步骤A01还包括以下步骤：

A01a：若乏汽压力低于一级预设值，判断乏汽压力是否低于压力下限值，若是，转到步骤A01b，否则保持并锁定当前的阀门开度，转到步骤B；

A01b：判断排放大阀、排放小阀是否均关闭，若是，通过数据库选择对应的控制模式，转到步骤B，否则关闭排放大阀或排放小阀，转到步骤A01a。

4.如权利要求2所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，其特征在于，在步骤A之前还包括以下步骤：判断压力传感器是否故障，若是，通过数据库选择该故障模式对应的控制模式，转到步骤B，否则转到步骤A01。

5.如权利要求2所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，其特征在于，在步骤A之前还包括以下步骤：判断控制单元是否故障，若是，结束自动控制，采用遥控方式进行控制；否则转到步骤A01。

6.如权利要求1所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制方法，其特征在于，在步骤A之前还包括以下步骤：判断控制运行的方式是遥控或自动；若为遥控方式，由操作人员采用遥控操作方式将补充阀、排放大阀或排放小阀的开度控制量分别传输至相应阀门的电动执行单元；若为自动方式，转到步骤A。

7.一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，包括选控操作单元、控制单元和电动执行单元；选控操作单元包括选操器，选操器用于：将补充阀、排放大阀或排放小阀设置为自动方式或遥控方式，其特征在于，

控制单元用于：选择乏汽压力作为被控量，将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，选择与匹配项对应的预先设置的控制模式；

电动执行单元用于：根据控制模式驱动对应的阀门调节机构运行，将阀位调节至选定的开度。

8.如权利要求7所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，其特征在于：所述控制单元包括采集单元、故障判断单元、数据库、模式运算单元和控制输出单元；

采集单元用于：采集选控操作信号、乏汽压力信号、阀位反馈信号和发电机功率信号，并将采集的信号传输至故障判断单元和控制模式运算单元；

故障判断单元用于：对故障种类进行判断，并将故障信息传输至模式运算单元；

模式运算单元用于：将被控量的偏差、故障种类和发电机功率作为匹配项，从数据库中自动选择与匹配项对应的控制模式，并传输至控制输出单元；

控制输出单元用于：将收到的控制模式中各阀门开度传输至相应阀门的电动执行单元。

9.如权利要求7所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，其特征在于：所述选控操作单元还包括第一操作器、第二操作器和第三操作器，分别与第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元信号连接，用于遥控调节补充阀、排放小阀和排放大阀的开度。

10.如权利要求9所述的一种海洋动力装置的乏汽压力自适应控制系统，其特征在于：所述第一电动执行单元、第二电动执行单元和第三电动执行单元均包括远程控制单元、开关控制单元和阀位反馈单元；

各远程控制单元均与控制输出单元信号连接，用于接收控制单元的模拟控制信号，并驱动对应的阀门调节机构运行；

各开关控制单元均与选控操作单元信号连接，用于接收选控操作单元的开关量信号，并驱动对应的阀门调节机构运行；

各阀位反馈单元均与阀位显示单元信号连接，用于显示相应阀门的阀位开度，并通过阀位显示单元将阀位信号传输至控制单元。

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