CN111857194A - 一种闭环水循环系统液位平衡控制模型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，涉及自动控制技术领域。该闭环水循环系统液位平衡控制模型，包括以下操作步骤：S1、建立液位区间分析模块，判断当前液位是处在上涨区间还是处在下降区间，而后根据不同的区间选择对应的预设参数方案；S2、建立液位差值分析模块，判断当前液位与设置液位的差值处在第几个阶段，用于判断选择对应参数方案下的比例因数与积分因数的取值。本发明，在其因输出管路不同或者同一管路因运行时间不同而导致的输出阻尼发声变化时，可以通过调整封装模块的外部接口，直接改变模型的调节力度，模型仍然具有较强的适应能力，仍然能使调节快速进入稳态，并且稳态性能比普通模块具有相当的优势。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体为一种闭环水循环系统液位平衡控制模型。
背景技术
博图TIA15系统内置PID调节器，功能简单、调试参数功能性描述居多，方向性明确但定值定量性差。普通自动化调试人员上手慢、调试期长，不便于应用，特别是对初学者带来诸多不便，不能满足现代工业化生产对自动化控制领域人员的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，解决了现有技术中存在的缺陷与不足。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，包括以下操作步骤：
S1、建立液位区间分析模块，判断当前液位是处在上涨区间还是处在下降区间，而后根据不同的区间选择对应的预设参数方案；
S2、建立液位差值分析模块，判断当前液位与设置液位的差值处在第几个阶段，用于判断选择对应参数方案下的比例因数与积分因数的取值；
S3、建立模块的死区以及上下限判断模块，根据系统中包含的多个独立水循环系统的截面积、水深、管道输出阻尼等因素，对每个独立的上下游系统设立不同的死区区间以及输出限值，调整水泵的输出范围，用于防止出现空载无负荷或者满载泵颤的极端情况出现；
S4、模型参数的封装，接口参数设置的直观化，在不调整内部设置的情况下，通过直接修改外部接口参数，实现模型的优化配置，用于快速适应不同的具有多变性的现场实际。
优选的，所述控制模型对比例、积分、死区、限值、手自动切换等参数的设置调整引入分段函数、模拟人工智能模糊控制，采用多段斜坡输入控制、正反向液位区间分别控制等方法。
优选的，所述步骤1中设定液位由HMI控件实现输入，模型接收到设定值后，与采集到的实际液位进行比对，判断当前处于正向或者反向液位区间，选用两套不同的PID参数方案。
(三)有益效果
本发明提供了一种闭环水循环系统液位平衡控制模型。具备以下有益效果：
1、本发明，在博图TIA15系统内置PID调节器基础上进行改进，对具有多个独立水循环系统组成的上下游关系的开放式的串级调节系统，在其因输出管路不同或者同一管路因运行时间不同而导致的输出阻尼发声变化时，可以通过调整封装模块的外部接口，直接改变模型的调节力度，模型仍然具有较强的适应能力，仍然能使调节快速进入稳态，并且稳态性能比普通模块具有相当的优势。
2、本发明，模型内部的比例、积分、死区、限值等因数，改变常数化固化思维，根据差值区间，分别设立不同的取值方案，取值调试优化之后封装，保留外部接口，应用方便，具有相当广泛的推广应用价值。
3、本发明，采用多段斜坡输入控制、正反向液位区间分别控制等方法，完善内置数学模型，对开放式闭环串级水循环系统的液位平衡具有相当的时效性与灵敏性，震荡幅值与震荡周期降幅显著。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为本发明偏差值与比例系数关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1－2所示，本发明实施例提供一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，包括以下操作步骤：
S1、建立液位区间分析模块，判断当前液位是处在上涨区间还是处在下降区间，而后根据不同的区间选择对应的预设参数方案，设定液位由HMI控件实现输入，模型接收到设定值后，与采集到的实际液位进行比对，判断当前处于正向或者反向液位区间，选用两套不同的PID参数方案；
S2、建立液位差值分析模块，判断当前液位与设置液位的差值处在第几个阶段，用于判断选择对应参数方案下的比例因数与积分因数的取值，控制模型对比例、积分、死区、限值、手自动切换等参数的设置调整引入分段函数、模拟人工智能模糊控制，采用多段斜坡输入控制、正反向液位区间分别控制等方法；
S3、建立模块的死区以及上下限判断模块，根据系统中包含的多个独立水循环系统的截面积、水深、管道输出阻尼等因素，对每个独立的上下游系统设立不同的死区区间以及输出限值，调整水泵的输出范围，用于防止出现空载无负荷或者满载泵颤的极端情况出现；
S4、模型参数的封装，接口参数设置的直观化，在不调整内部设置的情况下，通过直接修改外部接口参数，实现模型的优化配置，用于快速适应不同的具有多变性的现场实际。
本发明中，设定液位由HMI控件实现输入，模型接收到设定值后，与采集到的实际液位进行比对，判断当前处于正向或者反向液位区间，选用两套不同的PID参数方案，之所以设计正反两套方案，是由此套开放式闭环串级水循环系统的特点决定的，该系统包含多个相互独立的水系统，而又彼此构成上下游串级系统，上游输出至下游时，因为管路形态的不同，其阻尼系数不尽相同，即便是同一管路，因为运行一段时间后，管道通透性的改变，也会引起阻尼系数的改变，为适应此特性，引入分段函数、采用多段斜坡输入控制，模拟人工智能，实现模糊控制，对比例、积分因子的赋值执行不同的设置方案，达到水泵频率的调整力度、调整周期的智能化，如图2所示，当设定液位与实际液位差生偏差时，不同的偏差值，赋予不同的比例系数，偏差值越大，采用的比例系数越大，并且，正负象限分别计算。
理论上，差值分段越精细，进入稳态之后的平衡性越好，但是进入稳态的时间会延长，所以，在定制分段策略时，结合实际情况，包括水池的截面积、深度、水泵的输出能力等，确定具体的分段差值，达到最细理想的调整效果，既能快速进入稳态，又能保证进入稳态之后平衡性能好，在本模型中，当前所选的分段差值为2厘米，在实际应用中，－9米至－3米的井深时，能在2分钟之内进入稳态，而且正负波动区间控制在5厘米以内，完全达到了生产工艺对自动化的要求。
本发明，在博图TIA15系统内置PID调节器基础上进行改进，对其功能进行了延伸与扩展，在内置功能块只具备基本调节功能基础上，打破往常一贯的参数常数化的固化逻辑思维，对比例、积分、死区、限值、手自动切换等参数的设置调整引入分段函数、模拟人工智能模糊控制，采用多段斜坡输入控制、正反向液位区间分别控制等方法，完善内置数学模型，对开放式闭环串级水循环系统的液位平衡具有相当的时效性与灵敏性，震荡幅值与震荡周期降幅显著。
参数设置模块化，对自成体系的多个水循环串级系统，输出阻尼系数因运转时长而产生变化时，可在不调整内部参数的情况下直接对外部接口进行调整。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1、建立液位区间分析模块，判断当前液位是处在上涨区间还是处在下降区间，而后根据不同的区间选择对应的预设参数方案；
S2、建立液位差值分析模块，判断当前液位与设置液位的差值处在第几个阶段，用于判断选择对应参数方案下的比例因数与积分因数的取值；
S3、建立模块的死区以及上下限判断模块，根据系统中包含的多个独立水循环系统的截面积、水深、管道输出阻尼等因素，对每个独立的上下游系统设立不同的死区区间以及输出限值，调整水泵的输出范围，用于防止出现空载无负荷或者满载泵颤的极端情况出现；
S4、模型参数的封装，接口参数设置的直观化，在不调整内部设置的情况下，通过直接修改外部接口参数，实现模型的优化配置，用于快速适应不同的具有多变性的现场实际。
2.根据权利要求1所述的一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，其特征在于：所述控制模型对比例、积分、死区、限值、手自动切换等参数的设置调整引入分段函数、模拟人工智能模糊控制，采用多段斜坡输入控制、正反向液位区间分别控制等方法。
3.根据权利要求1所述的一种闭环水循环系统液位平衡控制模型，其特征在于：所述步骤1中设定液位由HMI控件实现输入，模型接收到设定值后，与采集到的实际液位进行比对，判断当前处于正向或者反向液位区间，选用两套不同的PID参数方案。
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