CN110947279B - 一种快速变化工况的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速变化工况的控制方法，通过预设阀门的开度参数来获取实际的工况数据，由此计算得到新的阀门的开度参数，再以此开度参数进行迭代循环，最终获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数，来实现快速工况的实时控制。其方法旨在解决快速变化工艺中，因变化周期短而无法根据实时数据反馈而做出调整的工况控制过程，通过迭代循环的方式对预设的阀门的开度参数进行修正，以期获得满足工艺要求的阀门的开度参数，其实际是通过准确获取循环周期内当前时间点下，趋于理想的工况数据的阀门的开度参数，来保证系统的稳定运行。

Description

一种快速变化工况的控制方法

技术领域

本发明是一种快速变化工况的控制方法，具体涉及流量或压力等工况变化曲线呈周期性波动的控制方法，属于工艺控制技术领域。

背景技术

吸附技术是指在固相-气相、固相-液相、液相-气相、气相-气相等体系中，其中某相的物质密度或溶于该相中的溶质浓度在界面上发生改变而与本相体不同的一种现象。在吸附领域中，以变压吸附制氧技术为例，往往存在工况变化快的情况。

在现有技术中，为实现变压吸附制氧工艺的稳定运行，提高产品气的回收效率，现有专利文献CN102527188A（一种变压吸附装置控制方法及系统，2013.09.18）公开了一种能保证变压吸附装置稳定运行的控制方法，该方法根据变压吸附装置的预置基准参数计算吸附时间与原料流量关系基准曲线，并根据所述基准曲线及预置工艺指标，获得吸附时间-原料流量控制曲线；采集变压器吸附装置的实时参数数据，并根据所述实时参数数据计算实时动态吸附点，并根据所述实时动态吸附点与所述基准曲线、控制曲线之间的位置关系，判断变压吸附装置当前是否正常运行，进而对当前吸附时间进行调整。除此之外，现有专利文献CN202687948U（真空变压吸附制氧机的智能控制系统，2013.01.23）公开了一种智能控制系统，该系统可实时采集现场的氧气纯度、流量、压力、温度、露点等参数，将数据进行分析处理，根据氧气纯度、流量压力、温度、露点曲线对设备工艺参数进行自动调节，实现整套真空变压吸附制氧机的自适应调节全自动运行。

由上述内容可以知道，以上专利均是通过实时数据反馈而进行的工艺控制方法。然而，在实际运行过程中，通常一个变化周期在20～50秒，若采用实时数据反馈而进行调节，例如，采用气动控制阀或其它类型阀门，由于时间滞后等因素，无法匹配快速变化的周期而实时的完成调节。因此，在现有的工程实践中，如果调节阀采用自动反馈控制，如PID整定调节，反而会造成控制发散，无法稳定运行，不仅达不到控制目的，反而还会因为工况发散，波动更大，超出系统承受的范围，进而导致停产，严重影响工艺的正常运行。

发明内容

本发明旨在解决快速变化工艺中，因变化周期短而无法根据实时数据反馈而做出调整的工况控制过程，提供了一种快速变化工况的控制方法，通过迭代循环的方式对预设的阀门的开度参数进行修正，以期获得满足工艺要求的阀门的开度参数，其实际是通过准确获取循环周期内当前时间点下，趋于理想的工况数据的阀门的开度参数，来保证系统的稳定运行。

本发明通过下述技术方案实现：一种快速变化工况的控制方法，包括以下步骤

（1）预设阀门的开度参数，

在循环工况的任一周期内，设周期的时间为0～t，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，n为大于1的自然数，对应周期内的每一时间点均预设一个阀门的开度参数；

（2）获取实际的工况数据，

系统按上述预设的阀门的开度参数条件进运行，记录所述每一时间点所对应的实际的工况数据，依次记为X₁，X₂，……，X_n；

（3）计算新的阀门的开度参数，

设定所述每一时间点所对应的理想的工况数据，以实际的工况数据与理想的工况数据的偏差、预设阀门的开度参数为自变量，计算得到新的阀门的开度参数；

（4）迭代修正，

将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复步骤（1）至（3）进行迭代循环，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数。

在所述步骤（1）中，离散后的每相邻两个时间点的间隔相等或者不相等。

所述步骤（2）中，系统在预设的阀门的开度参数条件下至少运行两个周期，取各运行周期内得到的实际的工况数据的算数平均值为实际的工况数据。

所述工况数据为流经阀门的流量或阀门前端的压力。

所述阀门的开度参数为阀门的开度比例或者阀门的开关速度。

所述阀门为调节阀。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明方法适用于快速变化工况，特别是吸附制氧工艺中涉及的如氧气出口管道上的气动控制阀、吸附塔顶部的调节阀等控制，改变了现有技术中控制阀采用自动反馈控制的方式，可实现对应时间点下的阀门控制，对流经阀门的流量或阀门前端的压力进行实时调节，在快速变化工况中，能避免反馈调节所带来的时间滞后等不稳定因素，保证系统稳定运行。

（2）本发明方法是利用工况周期性循环变化的特点，在一个或多个运行周期内，将预设的阀门的开度参数获得的工况数据与理想的工况数据进行比较，以对预设的阀门的开度参数进行修正，修正后的预设的阀门的开度参数可进行迭代循环，因此，在多个迭代循环修正的过程中，即可将预设的阀门的开度参数得到的工况数据更好的趋向于理想的工况数据，以此来解决快速工况变化过程中保证障系统运行的稳定。

（3）本发明方法属于调节阀控制领域，涉及流量和压力的控制，为更好的对预设阀门的开度参数进行修正，可以使系统在预设阀门的开度参数条件下行运行数个周期，然后取各运行周期内得到的工况数据的算数平均值再与理想的工况数据进行修正，可减少后续迭代修正次数，提高数据的准确性。

（4）本发明方法中，可根据实际工况数据情况，对循环周期内离散后的相邻两个时间点的间隔进行设定，每相邻两个时间点的间隔可以相等或者不等，在相邻时间点的间隔内，如判断工况数据变化幅度小，可以适当增加该相邻时间点的间隔，简化计算过程。

附图说明

图1为实施例1所述流量变化工况。

图2为实施例1所述迭代后的开度参数。

图3为实施例1所述实际流量曲线。

图4为实施例2所述压力变化工况。

图5为实施例2所述预设阀门参数后得到的实际压力曲线。

图6为实施例2所述迭代后的开度参数及其得到的实际压力曲线。

图7为实施例3所述压力变化工况。

图8为实施例3所述预设开度参数。

图9为实施例3所述迭代后的开度参数。

图10为实施例3所述实际压力曲线。

具体实施方式

下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说明，除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

由于现有通过实时数据反馈而进行的工艺控制过程仍然存在一定的时间滞后，特别在快速变化工况中，当通过数据反馈而进行控制时，工况已经发生变化，而在现有工程实践中，我们发现，快速变化工况在现有的PID整定调节过程中，无法使系统稳定运行，反而还会因为工况发散，系统波动变大而导致停车。为解决工艺系统在快速变化工况过程中的稳定运行，本发明提供了一种快速变化工况的控制方法，通过迭代循环的方式对预设的阀门的开度参数进行修正，以期获得满足工艺要求的阀门的开度参数，阀门为调节阀，实际应用时，可实现对应时间点下的阀门控制，对流经阀门的流量或阀门前端的压力进行实时调节，以保证系统的稳定运行。

本发明涉及的控制方法步骤如下：

（1）预设阀门的开度参数，

在循环工况的任一周期内，设周期的时间为0～t，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，n为大于1的自然数，对应周期内的每一时间点均预设一个阀门的开度参数，离散后的每相邻两个时间点的间隔通常相等，亦可根据经验判断，设置为不相等。

该预设的阀门的开度参数可以是阀门的开度比例或者阀门的开关速度，预设的阀门的开度参数与上述时间点的对应关系用函数表达式可记为：

A（ti），i={1,2…n}。

（2）获取实际的工况数据，

系统按上述预设的阀门的开度参数条件进行运行，运行周期数M≥1。

上述M个运行周期内，每个周期需要被控制的变量，即为每一时间点所对应的工况数据，例如，流经阀门的流量或阀门前端的压力等所有与该阀门开度参数有关联的变量，在上述t₀，t₁，……，t_n时间点，记录得到一组数据，M个周期，可得到M组数据，将M组数据取算数平均，得到实际的工况数据，依次记为X₁，X₂，……，X_n。

（3）计算新的阀门的开度参数，

根据系统工艺情况，设定所述每一时间点所对应的理想的工况数据，将上述记录的实际的工况数据{X₁，X₂，……，X_n}与理想的工况数据之间的偏差，记为{ δX₁，δX₂，……，δX_n }。

以实际的工况数据与理想的工况数据的偏差、预设阀门的开度参数（第一次或上次迭代的阀门的开度参数）为自变量，计算得到新的阀门的开度参数，用函数表达式可记为：

Anew（ti）=f（A（ti），δqi）。

在实际计算过程中，F函数可以根据实际控制的参数进行选择，一个简单的例子如：

Anew（ti）= A（ti）×（1+δqi/qi）。

（4）迭代修正，

将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复步骤（1）至（3）进行迭代循环，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数。

下面以几个典型实施例来列举说明本发明的具体实施方式，当然，本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

实施例1：

参照上述控制方法对如图1所示的流量变化工况进行控制。

如图1所示，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，对应每一时间点预设一个阀门的开度参数，同时，设定每一时间点所对应的理想的流量数据，参见图1所示的预设开度参数以及理想流量曲线。

系统按上述预设开度参数条件进行运行，运行数个周期，得到实际的流量数据，以实际的流量数据与理想的流量数据的偏差、预设阀门的开度参数为自变量，计算得到新的阀门的开度参数，将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复上述过程进行迭代修正，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数，如图2所示，使得系统在该阀门的开度参数条件运行时，其实际流量数据趋近于理想的流量数据，如图3所示。

实施例2：

参照上述控制方法对如图4所示的压力变化工况进行控制。

如图4所示，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，对应每一时间点预设一个阀门的开度参数，同时，设定每一时间点所对应的理想的压力数据，参见图4所示的预设开度参数以及理想压力曲线。

系统按上述预设开度参数条件进行运行，运行数个周期，得到实际的压力数据，参见图5所示的实际压力曲线，以实际的压力数据与理想的压力数据的偏差、预设阀门的开度参数为自变量，计算得到新的阀门的开度参数，将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复上述过程进行迭代修正，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数，如图6所示，使得系统在该阀门的开度参数条件运行时，其实际压力数据趋近于理想的压力数据，参见图6所示实际压力曲线。

实施例3：

参照上述控制方法对如图7所示的压力变化工况进行控制。

如图7所示，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，对应每一时间点预设一个阀门的开度参数，同时，设定每一时间点所对应的理想的压力数据，参见图8所示的预设开度参数以及理想压力曲线。

系统按上述预设开度参数条件进行运行，运行数个周期，得到实际的压力数据，以实际的压力数据与理想的压力数据的偏差、预设阀门的开度参数为自变量，计算得到新的阀门的开度参数，将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复上述过程进行迭代修正，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数，如图9所示，使得系统在该阀门的开度参数条件运行时，其实际压力数据趋近于理想的压力数据，如图10所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速变化工况的控制方法，其特征在于：包括以下步骤

（1）预设阀门的开度参数，

在循环工况的任一周期内，设周期的时间为0～t，将该周期的时间离散为n个时间点，依次记为t₀，t₁，……，t_n，n为大于1的自然数，对应周期内的每一时间点均预设一个阀门的开度参数；

（2）获取实际的工况数据，

系统按上述预设的阀门的开度参数条件进行运行，记录所述每一时间点所对应的实际的工况数据，依次记为X₁，X₂，……，X_n；

（3）计算新的阀门的开度参数，

设定所述每一时间点所对应的理想的工况数据，以实际的工况数据与理想的工况数据的偏差、预设阀门的开度参数为自变量，计算得到新的阀门的开度参数；

（4）迭代修正，

将新的阀门的开度参数作为预设阀门的开度参数，重复步骤（1）至（3）进行迭代循环，以获得满足工艺控制要求的阀门的开度参数，

所述工况的数据为流经阀门的流量或阀门前端的压力，所述阀门的开度参数为阀门的开度比例或者阀门的开关速度。

2.根据权利要求1所述的一种快速变化工况的控制方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，离散后的每相邻两个时间点的间隔相等或者不相等。

3.根据权利要求1所述的一种快速变化工况的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，系统在预设的阀门的开度参数条件下至少运行两个周期，取各运行周期内得到的实际的工况数据的算数平均值为实际的工况数据。

4.根据权利要求1所述的一种快速变化工况的控制方法，其特征在于：所述阀门为调节阀。

Images