CN109814373A - 煤气混合控制方法 - Google Patents

Abstract

一种煤气混合控制方法，属于自动控制领域。智能煤气混合控制系统适用于煤气混合领域的各种复杂工艺情况。本系统采用二级专家系统指导一级控制系统的控制方式，以模糊补偿热值的方法进行控制，实现压力和流量的解耦，并结合前馈控制，使得在提高热值稳定性的同时，还具备较强的抗干扰能力。明显降低操作人员的劳动强度，为不同热值的煤气混合过程控制提供了简单有效的解决办法。

Description

煤气混合控制方法

技术领域

本发明属于煤气混合过程控制领域

背景技术

随着国内的发展形势，在节能减排，环境保护等方面受到非常重视，对相关产业要求不断提高，而在钢铁产业中，燃料的使用是生产的必然，合理的利用能源，对生产中的副产品回收再利用，是提升效益的重要手段。由于在生产中各生产段产生的煤气的热值数值参差不齐，所以将不同的气体混合后再使用是必要的。

近年来钢材的市场行情回暖，各生产厂在提高产品质量等方面上做足了准备，如首钢近期的套筒窑改造和二期中板厂项目，都增加了独立的煤气混合系统。但由于煤气混合系统的本身就是有个非常复杂的过程，又因为现场混合站的设立离煤气柜较远，用气的用户用量不确定等因素导致混合过程及其复杂难以控制，同时高热值煤气和低热值煤气在混合时要有一定的差压关系。所以要满足用户的使用要求，就要对系统进行有效的控制。

另京唐中板厂煤气混合站有高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和天然气四种不同的煤气，可根据煤气柜的气体回收情况，进行随意组合，进行配比，然后供中板厂加热炉使用。系统的四种煤气分别经四条管道，通过静态混合器将煤气混合，采集每条管道上的：压力、模式组合中两条管路间的差压、流量、温度等监测点。当系统工作时，通过管道上的压力、模式组合中两条管路间的差压去控制流量调节阀输出流量的大小进行混合配比，从而满足生产要求的热值和压力。

发明内容

本发明的目的是为煤气混合技术提供一种安全可靠，具备较强抗干扰能力的控制方法。

本发明所采用的技术方案是：可应用于煤气混合系统。

通过对混合煤气的压力和流量进行解耦，结合模糊补偿热值的方式进行初步控制，在由二级系统的有效数据库进行辅助控制。

实施步骤为：

步骤一、采集每条管道上的测点：压力、温度(做流量补偿用)、流量。同时，将混合的气体之间的压力差作为混合时的参考变量，压力差是用热值高的气体压力减去热值低的压力得到的，根据压力差的变化作为影响热值补偿的变量。

步骤二、将混合控制分为两管混合控制方法、三管混合控制方法和四管混合控制方法。

(1)两管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气与转炉煤气时，先将转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力进行前馈补偿控制

热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC

P_DI＝P_T1-P_T2

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力。

P_DIC＝P_DI1-P_DI2

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力的差值的实时值；P_DIC为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值。

Q＝Q_IC+p*P_DIC

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出；p为比例增益；Q为焦炉煤气流量阀位输出。

(2)三管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气时，先将高炉煤气和转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力和高炉煤气压力分别进行前馈补偿控制热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC

P_DI＝P_T1-P_T2

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力。

P_DIC1＝P_DI1-P_DI2

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力差值的实时值；P_DIC1为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值。

P_DI3＝P_T1-P_T3

式中：P_T1为焦炉煤气力；P_T3为高炉煤气压力。

P_DIC2＝P_DI4-P_DI5

式中：P_DI4为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与高炉煤气压力的差值；P_DI5为焦炉煤气与高炉煤气压力差值的实时值；P_DIC2为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值。

Q＝Q_IC+p₁*P_DIC1+p₂*P_DIC2

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出，p₁为焦炉与转炉的比例增益，p₂焦炉与高炉的比例增益，Q为焦炉煤气流量调节阀输出。

(3)四管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气和天然气时，由于气体种类较多，所以通过归类的方法，将气体划分并理解成两种气体为高气与低气，结合两管的混合方法，将低气组合与高气组合的设定值与过程值分别划分并进行控制。

R₅＝(R₁+R₂)+(R₃+R₄)由本公式推导得出下面公式

R＝(R₁+R₂)*k+(R₃+R₄)*(1-k)通过此公式算出比例

式中：R₅单位体制总热值，R为混合后总热值，R₁为高炉煤气的热值；R₂为转炉煤气的热值；R₃为焦炉煤气的热值；R₄为天然气的热值；k为占混合后煤气热值的百分比。

R＝R₆+R₇

式中：R₆为两种热值低的气体共产生的热值；R₇为两种热值高的气体共产生的热值

R₇＝R₃*k₁+R₄*(1-k₁)

式中：R₃为焦炉煤气热值；R₄为天然气热值；k₁为占两种高气产生热值的百分比。

当四种气体在混合时，首先将两种低热值气体进行单回路调节，然后将补偿时两种高热值气的设定值和过程值进行划分后再调节；

焦炉煤气流量PID控制器回路和天然气流量PID控制器回路的设定值和过程值要通过比例划分的形式设定，首先将两种高气的过程值通过公式算出k₁进行折算作为的过程值，再将设定值也通过k₁进行折算作为设定值，从而得到两种高气在混合过程时的模糊流量，然后通过解耦再将气体间的压差对流量造成的影响分别补偿到两种高气上，进行前馈补偿，方法请参照三管混合方式。

步骤三、建立二级专家系统数据库，并扩充有效参数形成较完整的控制数据库；

建立两个数据库，分别为静态数据库和动态数据库，静态数据库里存储的是在当气体不同组合进行混合时的比例增益值和比例参数P、积分时间I、微分时间D的初始整定参数；

当选择气体进行混合时，系统通过识别将对应的控制参数传输到控制系统，同时在每一个采样周期内存储控制参数；参数主要包括每个采样周期内各种煤气的压力、模式组合中两条管路的差压、流量、温度瞬时值，和PID控制器的比例参数P,积分时间I,微分时间D值及设定值和输出值；

在记录的参数内将满足设定值在控制范围内的控制参数形成一个动态数据库，对在控制范围内的参数进行整定和寻优，直到热值稳定；

当热值稳定后将系统的控制参数以及对应的工况，记录并存储，作为系统控制的有效数据，当下次系统再次遇到相同工况时，将系统参数直接发送并执行。

附图说明

图1为京唐中板厂煤气混合站工艺流程图。

具体实施方式

本发明是为煤气混合技术提供一种安全可靠，具备较强抗干扰能力的控制方法，下面详细说明整个实施过程的具体步骤。

步骤一、采集每条管道上的压力、温度、流量；将混合的气体之间的压力差作为混合时的参考变量，压力差是用热值高的气体压力减去热值低的压力得到的，根据压力差的变化作为影响热值补偿的变量；

步骤二、将混合控制分为两管混合控制方法、三管混合控制方法和四管混合控制方法；

所述的两管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气与转炉煤气时，先将转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力进行前馈补偿控制；

热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC；

P_DI＝P_T1-P_T2；

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力；

P_DIC＝P_DI1-P_DI2；

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力差值的实时值；P_DIC为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

Q＝Q_IC+p*P_DIC

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出；p为比例增益；Q为焦炉煤气流量阀位输出；

所述的三管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气时，先将高炉煤气和转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力和高炉煤气压力分别进行前馈补偿控制；

热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC；

P_DI＝P_T1-P_T2；

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力；

P_DIC1＝P_DI1-P_DI2；

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力差值的实时值；P_DIC1为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

P_DI3＝P_T1-P_T3；

式中：P_T1为焦炉煤气力；P_T3为高炉煤气压力；

P_DIC2＝P_DI4-P_DI5；

式中：P_DI4为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与高炉煤气压力的差值；P_DI5为焦炉煤气与高炉煤气压力差值的实时值；P_DIC2为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

Q＝Q_IC+p₁*P_DIC1+p₂*P_DIC2；

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出，p₁为焦炉与转炉的比例增益，p₂焦炉与高炉的比例增益，Q为焦炉煤气流量调节阀输出；

所述的四管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气和天然气时，通过归类的方法，将气体划分成两种气体为高气与低气，结合两管的混合方法，将低气组合与高气组合的设定值与过程值分别划分并进行控制；

R₅＝(R₁+R₂)+(R₃+R₄)；

R＝(R₁+R₂)*k+(R₃+R₄)*(1-k)；

式中：R₅单位体制总热值，R为混合后总热值，R₁为高炉煤气的热值；R₂为转炉煤气的热值；R₃为焦炉煤气的热值；R₄为天然气的热值；k为占混合后煤气热值的百分比；

R＝R₆+R₇；

式中：R₆为两种热值低的气体共产生的热值；R₇为两种热值高的气体共产生的热值：

R₇＝R₃*k₁+R₄*(1-k₁)；

式中：R₃为焦炉煤气热值；R₄为天然气热值；k₁为占两种高气产生热值的百分比；

当四种气体在混合时，首先将两种低热值气体进行单回路调节，然后将补偿时两种高热值气的设定值和过程值进行划分后再调节；

步骤三、建立二级专家系统数据库，扩充有效参数形成较完整的控制数据库；

建立两个数据库，分别为静态数据库和动态数据库，静态数据库里存储的是在当气体不同组合进行混合时的比例增益值和比例参数P、积分时间I、微分时间D的初始整定参数；

当选择气体进行混合时，系统通过识别将对应的控制参数传输到控制系统，同时在每一个采样周期内存储控制参数；参数主要包括每个采样周期内各种煤气的压力、模式组合中两条管路的差压、流量、温度瞬时值，和PID控制器的比例参数P,积分时间I,微分时间D值及设定值和输出值；

在记录的参数内将满足设定值在控制范围内的控制参数形成一个动态数据库，对在控制范围内的参数进行整定和寻优，直到热值稳定；

当热值稳定后将系统的控制参数以及对应的工况，记录并存储，作为系统控制的有效数据，当下次系统再次遇到相同工况时，将系统参数直接发送并执行。

其中主要控制参数整定过程如下：

(1)通过计算阀门的可调比，选好每个阀门的对应的可调区间。

(2)根据调节阀说明书，设定参数.如：死区、响应时间、保护开度等。

(3)将初步调节的PID控制器的参数通过调节阀的行程时间，进行参数整定。

建立二级专家系统数据库：

(1)存储整定好的不同气体组合时初始控制参数。

(2)采集混合过程的实时数据在动态数据库中寻优控制。

(3)记录并扩充有效数据。

Claims (1)

1.煤气混合控制方法，其特征在于：

步骤一、采集每条管道上的压力、温度、流量；将混合的气体之间的压力差作为混合时的参考变量，压力差是用热值高的气体压力减去热值低的压力得到的，根据压力差的变化作为影响热值补偿的变量；

步骤二、将混合控制分为两管混合控制方法、三管混合控制方法和四管混合控制方法；

所述的两管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气与转炉煤气时，先将转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力进行前馈补偿控制；

热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC；

P_DI＝P_T1-P_T2；

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力；

P_DIC＝P_DI1-P_DI2；

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力差值的实时值；P_DIC为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

Q＝Q_IC+p*P_DIC

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出；p为比例增益；Q为焦炉煤气流量阀位输出；

所述的三管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气时，先将高炉煤气和转炉煤气进行单回路调节，再由主导热值变化的焦炉煤气进行热值补偿控制，同时对影响热值补偿量的转炉煤气压力和高炉煤气压力分别进行前馈补偿控制；

热值作为过程值PV与上位设定的目标热值SP，通过PID控制器得到的输出为Q_IC；

P_DI＝P_T1-P_T2；

式中：P_T1为焦炉煤气压力；P_T2为转炉煤气压力；

P_DIC1＝P_DI1-P_DI2；

式中：P_DI1为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与转炉煤气压力的差值；P_DI2为焦炉煤气与转炉煤气压力差值的实时值；P_DIC1为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

P_DI3＝P_T1-P_T3；

式中：P_T1为焦炉煤气力；P_T3为高炉煤气压力；

P_DIC2＝P_DI4-P_DI5；

式中：P_DI4为调节程序前一秒扫描的焦炉煤气与高炉煤气压力的差值；P_DI5为焦炉煤气与高炉煤气压力差值的实时值；P_DIC2为前一秒扫描的压力差与实时的压力差的差值；

Q＝Q_IC+p₁*P_DIC1+p₂*P_DIC2；

式中：Q_IC为焦炉煤气流量调节回路输出，p₁为焦炉与转炉的比例增益，p₂焦炉与高炉的比例增益，Q为焦炉煤气流量调节阀输出；

所述的四管混合控制方法：当输入管道为焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气和天然气时，通过归类的方法，将气体划分成两种气体为高气与低气，结合两管的混合方法，将低气组合与高气组合的设定值与过程值分别划分并进行控制；

R₅＝(R₁+R₂)+(R₃+R₄)；

R＝(R₁+R₂)*k+(R₃+R₄)*(1-k)；

式中：R₅单位体制总热值，R为混合后总热值，R₁为高炉煤气的热值；R₂为转炉煤气的热值；R₃为焦炉煤气的热值；R₄为天然气的热值；k为占混合后煤气热值的百分比；

R＝R₆+R₇；

式中：R₆为两种热值低的气体共产生的热值；R₇为两种热值高的气体共产生的热值：

R₇＝R₃*k₁+R₄*(1-k₁)；

式中：R₃为焦炉煤气热值；R₄为天然气热值；k₁为占两种高气产生热值的百分比；

当四种气体在混合时，首先将两种低热值气体进行单回路调节，然后将补偿时两种高热值气的设定值和过程值进行划分后再调节；

步骤三、建立二级专家系统数据库，扩充有效参数形成较完整的控制数据库；

建立两个数据库，分别为静态数据库和动态数据库，静态数据库里存储的是在当气体不同组合进行混合时的比例增益值和比例参数P、积分时间I、微分时间D的初始整定参数；

当选择气体进行混合时，系统通过识别将对应的控制参数传输到控制系统，同时在每一个采样周期内存储控制参数；参数主要包括每个采样周期内各种煤气的压力、模式组合中两条管路的差压、流量、温度瞬时值，和PID控制器的比例参数P,积分时间I,微分时间D值及设定值和输出值；

在记录的参数内将满足设定值在控制范围内的控制参数形成一个动态数据库，对在控制范围内的参数进行整定和寻优，直到热值稳定；

当热值稳定后将系统的控制参数以及对应的工况，记录并存储，作为系统控制的有效数据，当下次系统再次遇到相同工况时，将系统参数直接发送并执行。