CN110045758A

CN110045758A - 一种定流量控制方法

Info

Publication number: CN110045758A
Application number: CN201910450911.7A
Authority: CN
Inventors: 李志东; 杨硕
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2019-07-23

Abstract

本发明公开了一种定流量控制方法，包括以下步骤：开始、系统初始化、设置下沉速度、根据公式计算流量值、判断流量是否在A±B范围内、根据PID算法改变电动调节阀开合度、水深是否大于H、结束等步骤。本发明在复合筒型基础的管道部中设置流量计和电动调节阀用于检测和调节流量，在复合筒型基础的基础部中设置液位计、测速传感器用于液位的检测和下降速度的测量，本发明可计算出相应的流量值，通过实现数据采集的自动化，可编程控制器运算后对电动调节阀的开合度进行PID调节，实现精准控制，将流量值稳定控制在某一范围内。本发明实时性和可扩展性好，满足自动化、工业化生产需求。

Description

一种定流量控制方法

技术领域

本发明属于水路管道流量控制技术领域，具体涉及一种定流量控制方法。

背景技术

复合筒型基础用于安装海上风力发电机，其复合筒型基础内部中空，通过向其内部充打高压气体，利用拖船浮运至指定地点后开始下沉，为了控制复合筒型基础的下沉速度，使其平稳下沉，需要计算出相应的流量范围，并将海水流量控制在该范围内。

目前，该过程只能人工计算与控制，没有实现自动化。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种定流量控制方法。

本发明的技术方案是：一种定流量控制方法，包括以下步骤：

ⅰ.开始

控制开始

ⅱ.系统初始化

控制装置中的流量计、电动调节阀、液位计、测速传感器均初始化；

ⅲ.设置下沉速度

在工业控制计算机中预设置下沉速度V和水深度H；

ⅳ.根据公式计算流量值

计算出下沉速度V的情况下，流量计的目标值，该目标值为A；

ⅴ.判断流量是否在A±B范围内

判断流量计的读取值是否在A±B范围内，如果读取值在A±B范围内，则执行步骤ⅶ，如果读取值不在A±B范围内，则执行步骤ⅵ，B是指误差数值；

ⅵ.根据PID算法改变电动调节阀开合度

根据PID算法改变电动调节阀，进行反馈调节，并跳转至步骤ⅴ；

ⅶ.水深是否大于H

根据液位计的读数判断深度是否大于水深度H，如果读数不大于水深度H则执行步骤ⅲ，如果读数大于水深度H则执行步骤ⅷ；

ⅷ.结束

控制结束。

步骤中PID算法具体包括以下步骤：

a.取采样转换值ui(k)

其中，ui(k)是指采样转换值，k是指某一采样点数值；

b.取设定初值ur

c.将采样转换值ui(k)和设定初值ur转化成双字节整数

d.计算本次偏差值e(k)＝ui(k)-ur

其中，e(k)是指偏差值；

e.计算比例调整量△Pp(k)＝Kp*(e(k)-e(k-1))

其中，△Pp(k)是指比例调整量，Kp是指比例系数，e(k-1)是指第(k-1)次的偏差值；

f.计算积分调整量△Pi(k)＝Ki*e(k)

其中，△Pi(k)是指积分调整量，Ki是指积分系数；

g.计算微分调整量△Pd(k)＝Kd*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)]

其中，△Pd(k)是指微分调整量，Kd是指微分系数，e(k-1)是指第(k-1)次的偏差值，e(k-2)是指第(k-2)次的偏差值；

h.计算PID调整量△P(k)＝△Pp(k)+△Pi(k)+△Pd(k)

其中，△P(k)是指PID调整量；

i.计算调整量偏差之和P(k)＝△P(k)+△P(k+1)，使P(k)的值最小，从而得出Kp、Ki、Kd的值

其中，P(k)是指调整量偏差之和；

j.返回

返回到步骤ⅴ。

所述流量计用来显示复合筒型基础管道部中的水流量。

所述电动调节阀用来控制复合筒型基础管道部中的水流量。

所述液位计用来显示复合筒型基础中基础部的液位深度。

所述测速传感器用来显示复合筒型基础的下降速度。

所述流量计、液位计、测速传感器均与控制机柜中的可编程控制器连接。

所述电动调节阀与控制机柜中的网络交换机连接。

所述可编程控制器接入到网络交换机中，所述网络交换机与工业控制计算机连接。

本发明在复合筒型基础的管道部中设置流量计和电动调节阀用于检测和调节流量，在复合筒型基础的基础部中设置液位计、测速传感器用于液位的检测和下降速度的测量，并且将流量计、电动调节阀、液位计、测速传感器均接入到控制机柜实现检测和反馈控制，本发明实时性和可扩展性好，满足自动化、工业化生产需求。

本发明可设置默认的下沉速度，用户也可重置下沉速度，并计算出相应的流量值，通过实现数据采集的自动化，可编程控制器运算后对电动调节阀的开合度进行PID调节，实现精准控制，将流量值稳定控制在某一范围内，不需要人工计算与控制，整个系统实现了自动化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明中PID算法的计算流程图；

其中：

1 工业控制计算机 2 Ⅰ号以太网网线

3 Ⅱ号以太网网线 4 网络交换机

5 Ⅲ号以太网网线 6 流量计

7 电动调节阀 8 复合筒型基础

9 可编程控制器 10 Ⅰ号信号线

11 Ⅱ号信号线 12 Ⅲ号信号线

13 控制机柜 14 液位计

15 测速传感器 16 仓顶。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1～3所示，一种定流量控制装置，包括复合筒型基础8，所述复合筒型基础8包括位于上部的管道部和位于下部的基础部，所述管道部中设置有流量计6、电动调节阀7，所述基础部的仓顶16处设置有测速传感器15、液位计14，所述流量计6、电动调节阀7、测速传感器15、液位计14均将数据传输至控制机柜13。

更进一步的，所述控制机柜13中设置有工业控制计算机1、网络交换机4、可编程控制器9。

更进一步的，所述工业控制计算机1、网络交换机4通过Ⅰ号以太网网线2相连，所述网络交换机4通过Ⅲ号以太网网线5与电动调节阀7相连。

更进一步的，所述网络交换机4通过Ⅱ号以太网网线3与可编程控制器9相连。

更进一步的，所述可编程控制器9通过Ⅰ号信号线10与液位计14连通。

更进一步的，所述可编程控制器9通过Ⅱ号信号线11与测速传感器15连通。

更进一步的，所述可编程控制器9通过Ⅲ号信号线12与流量计6连通。

更进一步的，所述Ⅰ号以太网网线2、Ⅱ号以太网网线3、Ⅲ号以太网网线5为标准以太网双绞线网线。

更进一步的，所述Ⅲ号以太网网线5、Ⅰ号信号线10、Ⅱ号信号线11、Ⅲ号信号线12从控制机柜13的柜体中引出。

所述工业控制计算机1可以显示装置中的流量计6的数值、液位计14的数值和测速传感器15的数值；可以控制电动调节阀7的开合度。

所述Ⅰ号信号线10为4～20mA信号线，Ⅲ号信号线12为4～20mA信号线，所述Ⅱ号信号线11为0～10V信号线，Ⅰ号信号线10、Ⅱ号信号线11、Ⅲ号信号线12均采用RVVP 2*1*0.5mm²屏蔽双绞线。

所述可编程控制器9采用西门子品牌的可编程控制器。流量计6的量程范围是0～600m³/h，电动调节阀7的开合度范围是0～1000，液位计14的量程范围是0～20m，测速传感器的量程范围是0～2m/h。

一种定流量控制方法，包括以下步骤：

ⅰ.开始S1

控制开始

ⅱ.系统初始化S2

控制装置中的流量计6、电动调节阀7、液位计14、测速传感器15均初始化；

ⅲ.设置下沉速度S3

在工业控制计算机1中预设置下沉速度V和水深度H；

ⅳ.根据公式计算流量值S4

计算出下沉速度V的情况下，流量计6的目标值，该目标值为A；

根据伯努利方程p+1/2ρv^2+ρgh＝C，式中：p为流体压强，v为流速，ρ为流体密度，C为常量，F＝PS，式中：F为受力，P为压强，S为受力面积，以及Q＝v×A/3600，式中：Q为管道流量，v为流速，A为管道截面积，计算出下沉速度对应的流量值。

ⅴ.判断流量是否在A±B范围内S5

判断流量计6的读取值是否在A±B范围内，如果读取值在A±B范围内，则执行步骤ⅶ，如果读取值不在A±B范围内，则执行步骤ⅵ，B是指误差数值；

ⅵ.根据PID算法改变电动调节阀开合度S6

ⅶ.水深是否大于H,S7

根据液位计14的读数判断深度是否大于水深度H，如果读数不大于水深度H则执行步骤ⅲ，如果读数大于水深度H则执行步骤ⅷ；

ⅷ.结束S8

控制结束。

步骤中PID算法具体包括以下步骤：

a.取采样转换值ui(k),S9

其中，ui(k)是指采样转换值，k是指某一采样点数值；

b.取设定初值ur,S10

c.将采样转换值ui(k)和设定初值ur转化成双字节整数,S11

d.计算本次偏差值e(k)＝ui(k)-ur,S12

其中，e(k)是指偏差值；

e.计算比例调整量△Pp(k)＝Kp*(e(k)-e(k-1)),S13

f.计算积分调整量△Pi(k)＝Ki*e(k),S14

其中，△Pi(k)是指积分调整量，Ki是指积分系数；

g.计算微分调整量△Pd(k)＝Kd*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)],S15

h.计算PID调整量△P(k)＝△Pp(k)+△Pi(k)+△Pd(k),S16

其中，△P(k)是指PID调整量；

i.计算调整量偏差之和P(k)＝△P(k)+△P(k+1)，使P(k)的值最小，从而得出Kp、Ki、Kd的值,S17

其中，P(k)是指调整量偏差之和；

j.返回,S18

返回到步骤ⅴ。

所述流量计6用来显示复合筒型基础管道部中的水流量。

所述电动调节阀7用来控制复合筒型基础管道部中的水流量。

所述液位计14用来显示复合筒型基础中基础部的液位深度。

所述测速传感器15用来显示复合筒型基础的下降速度。

所述流量计6、液位计14、测速传感器15均与控制机柜13中的可编程控制器9连接。

所述电动调节阀7与控制机柜13中的网络交换机4连接。

所述可编程控制器9接入到网络交换机4中，所述网络交换机4与工业控制计算机1连接。

Claims

1.一种定流量控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ⅰ）开始

控制开始

（ⅱ）系统初始化

控制装置中的流量计（6）、电动调节阀（7）、液位计（14）、测速传感器（15）均初始化；

（ⅲ）设置下沉速度

在工业控制计算机（1）中预设置下沉速度V和水深度H；

（ⅳ）根据公式计算流量值

计算出下沉速度V的情况下，流量计（6）的目标值，该目标值为A；

（ⅴ）判断流量是否在A±B范围内

判断流量计（6）的读取值是否在A±B范围内，如果读取值在A±B范围内，则执行步骤（ⅶ），如果读取值不在A±B范围内，则执行步骤（ⅵ），B是指误差数值；

（ⅵ）根据PID算法改变电动调节阀开合度

根据PID算法改变电动调节阀，进行反馈调节，并跳转至步骤（ⅴ）；

（ⅶ）水深是否大于H

根据液位计（14）的读数判断深度是否大于水深度H，如果读数不大于水深度H则执行步骤（ⅲ），如果读数大于水深度H则执行步骤（ⅷ）；

（ⅷ）结束

控制结束。

2.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：步骤中PID算法具体包括以下步骤：

（a）取采样转换值ui(k)

其中，ui(k)是指采样转换值，k是指某一采样点数值；

（b）取设定初值ur

（c）将采样转换值ui(k)和设定初值ur转化成双字节整数

（d）计算本次偏差值e(k)= ui(k)- ur

其中，e(k)是指偏差值；

（e）计算比例调整量△Pp(k)=Kp*(e(k)-e(k-1))

其中，△Pp(k)是指比例调整量，Kp是指比例系数，e(k-1)是指第（k-1）次的偏差值；

（f）计算积分调整量△Pi(k)=Ki*e(k)

其中，△Pi(k) 是指积分调整量，Ki是指积分系数；

（g）计算微分调整量△Pd(k)=Kd*[e(k)-2*e(k-1)+ e(k-2)]

其中，△Pd(k) 是指微分调整量，Kd是指微分系数，e(k-1) 是指第（k-1）次的偏差值，e(k-2) 是指第（k-2）次的偏差值；

（h）计算PID调整量△P(k)=△Pp(k)+△Pi(k)+△Pd(k)

其中，△P(k)是指PID调整量；

（i）计算调整量偏差之和P(k)=△P(k)+△P(k+1)，使P(k)的值最小，从而得出Kp、Ki、Kd的值

其中，P(k)是指调整量偏差之和；

（j）返回

返回到步骤（ⅴ）。

3.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述流量计（6）用来显示复合筒型基础管道部中的水流量。

4.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述电动调节阀（7）用来控制复合筒型基础管道部中的水流量。

5.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述液位计（14）用来显示复合筒型基础中基础部的液位深度。

6.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述测速传感器（15）用来显示复合筒型基础的下降速度。

7.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述流量计（6）、液位计（14）、测速传感器（15）均与控制机柜（13）中的可编程控制器（9）连接。

8.根据权利要求7所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述电动调节阀（7）与控制机柜（13）中的网络交换机（4）连接。

9.根据权利要求1所述的一种定流量控制方法，其特征在于：所述可编程控制器（9）接入到网络交换机（4）中，所述网络交换机（4）与工业控制计算机（1）连接。