CN113741168A

CN113741168A - 一种双调节装置并联控制系统的控制方法

Info

Publication number: CN113741168A
Application number: CN202010478648.5A
Authority: CN
Inventors: 徐国梁
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN113741168B

Abstract

本发明涉及一种双调节装置并联的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤1：PID计算；步骤2：分程点确定；步骤3：可调范围扩大，精度提升；步骤4：运行模式转换；步骤5：调节装置设定值输出。该方案通过与“一用一备”模式的故障状态下的无缝衔接，确保了所控工艺的正常运行；可根据实际需要设定首先动作调节装置，分程点根据选定的首先动作调节装置自动计算、设定。

Description

一种双调节装置并联控制系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种双调节装置并联控制系统的控制方法，属于能源环保及工业自动化控制领域。

背景技术

工业企业中，对于一些较为重要的工艺流程，为了保证工艺的正常运行，其涉及的流体管道调节装置一般会设置两套及两套以上，正常运行过程中往往以下两种模式：

模式一：两套装置“一用一备”，即：正常运行时其中一台为主调装置负责正常调节，另外一台作为备用。

模式二：设置分程点，即：在一个调节行程内根据分程点设置，将调节行程划分为两个不同的范围，在某一范围内由其中的一台装置动作。

上述模式一仅从确保系统稳定性出发，并没有考虑到充分利用两套调节装置提高控制精度，模式2利用了控制装置特别是三偏心蝶阀的相对平稳的线型行程，但由于分程点设置缺乏依据，动作过程不合理，阀门动作行程有限，只是将原本需要一台调节装置或阀门动作的行程分割为两台多台装置或阀门，控制精度、增加线性度虽有所增加，仍未能充分发挥并联装置在控制精度方面的优势。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种双调节装置并联控制系统的控制方法，该技术方案满足了企业需要，提供一种实现双调节装置系统的稳定高精度控制方法，该方法充分利用现有工艺与设备，对控制系统功能与控制逻辑进行完善，无需大规模的改造。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种双调节装置并联控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：PID计算；

步骤2：分程点确定；

步骤3：可调范围扩大，精度提升；

步骤4：运行模式转换；

步骤5：调节装置设定值输出。

所述步骤1：PID计算具体如下：按照控制变量如：压力、温度、流量等的设定值与实际值之间的偏移量，控制系统根据事先调试出的增益、积分时间、微分时间、死区等自动计算出被控量，一般为调节机构的计算输出开度Cv,该数据按照公式由控制系统自动计算，即：

Cv(t)＝kp(C(t)+1/TI×∫C(t)dt+TD×dC(t)/dt)

kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数

kp、TI、TD依据经典整定方法及曲线图进行整定所述步骤2：分程点确定，具体如下：

分程点确定子程序根据给定的各自动调节装置所在流体分管道的管径计算出最佳分程控制点，其计算过程如下：根据并联调节装置前后压力点压力相同，压力差一致，流过其表面的流体流速相同的情况下，按照管道的截面积进行分程，即：

Cvf＝Cvm/(s1+s2)×s1,

其中：Cvf为需要设定的分程点、Cvm为PID计算子程序中设定的最大输出值，一般为100％，S1、S2分别为V1、V2所在分管道截面积，由控制HMI输入的管径的d1、d2计算得出。本发明支持根据现场控制需要及调节装置实际运行状态设定V1、V2动作顺序，系统能够确保控制过程中分程前后的调节速率一致，避免波动，降低扰动，实现稳定调节。

所述步骤3：可调范围扩大，精度提升，具体如下：

步骤1计算出的输出开度、步骤2确定的分程点，分别对调节装置的输出开度进行计算，具体如下：

Cv1＝Cv/Cvf×Cvm1；

Cv2＝(Cv-Cvf)/(100-Cvf)×Cvm2；

其中：Cv1,Cv2分别为调节装置的最终调节设定值，Cvm1、Cvm2分别为调节阀的最大开度(根据各类调节执行机构的线性度不同分别设定，对于纯线性执行机构该值可设定为100，对于三偏心蝶阀该值一般控制在75上下，如果更高调节行程则对精度会造成一定的影响)，在计算开度Cv小于分程点Cvf时，Cv2设定输出为零，避免误动作。

所述步骤4：运行模式转换，具体如下：

接收控制系统HMI给出的模式转换命令及设置的参与过程控制的调节装置选项，将PID计算出的开度至直接给到该调节装置，控制其动作，其他未设置的调节装置处于全关的位置，不参与工艺过程控制，即由双调节系统装换为“一用一备”调节系统。

所述步骤5：调节装置设定值输出，控制系统将计算出的Cv1、Cv2通过通讯、电流、电压或气动信号给至现场的执行机构，执行机构根据设定值进行最终动作。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案充分利用了调节装置的有效行程，可调范围明显扩大，控制精度与稳定性大大提高，适用于对控制精度与稳定性要求较高的场合；2)该技术方案在控制行程内各调节装置均参与动作，避免因设备长久不动作导致的卡阻等异常；3)该方案有利于充分联动调节装置中响应速度较快，运行状态良好的装置首先动作，负责主调节，减少控制系统阻尼时间；4)通过与“一用一备”模式的故障状态下的无缝衔接，确保了所控工艺的正常运行；5)可根据实际需要设定首先动作的调节装置，分程点根据选定的首先动作调节的装置自动计算、设定；6)该技术方案提供了一种较为合理的分程点设置方法。综上，通过该发明实现双调节装置系统的高精度、稳定控制，有助于工艺系统的精细化稳定运行。

附图说明

图1为工艺示意图；

图2为控制流程对比图；

图3为系统控制总体逻辑图；

图4为分程点计算子逻辑图；

图5为可调范围扩大子逻辑图；

图6为调节机构防过力矩示意图；

图7为实施例步骤2中两台调节阀的线性度调节特性曲线示意图；

图8为为实施例步骤4中的状态示意图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：如图1、图2、图3、图6所示：该控制系统由两套并联的调节装置组成(一般为三偏心电动调节阀，为了确保控制系统的顺利实施，本方案增加了一套智能防过力矩功能，该功能采用计时控制，计时时间以阀门正常开关满行程所需时间扩大1.5倍设定，用于避免阀门长时间过力矩运行，提高系统稳定性，具体如图6所示)，一套手动装置组成，在正常运行过程中V1、V2组成联动调节装置系统，按照设定的逻辑进行控制，只有在一些特殊情况下(控制系统断电、两台自动阀门同时故障)使用手动阀门进行调节。

具体控制过程如下：

步骤1：PID计算；

按照控制变量如：压力、温度、流量等的设定值与实际值之间的偏移量，控制系统根据事先调试出的增益、积分时间、微分时间、死区等自动计算出被控量，一般为调节机构的计算输出开度Cv,该数据按照公式由控制系统自动计算，即：

Cv(t)＝kp(C(t)+1/TI×∫C(t)dt+TD×dC(t)/dt)

kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数

kp、TI、TD依据经典整定方法及曲线图进行整定

在本实施例中，被控变量为调节阀后送至用户的压力P，设定值为Ps,即控制系统根据设定值Ps进行PID计算、调节，使得实际压力

步骤2：分程点确定；

Cvf＝Cvm/(s1+s2)×s1,

其中：Cvf为需要设定的分程点、Cvm为PID计算子程序中设定的最大输出值，一般为100％，S1、S2分别为V1、V2所在分管道截面积，由控制HMI输入的管径的d1、d2计算得出，本发明支持根据现场控制需要及调节装置实际运行状态设定V1、V2动作顺序，系统能够确保控制过程中分程前后的调节速率一致，避免波动，降低扰动，实现稳定调节。

在本次实施例中V1阀、V2阀所在的管径一致，且两台调节阀的线性度与调节特性曲线一致，故按照上述计算步骤，将分程点设置为50％，具体如下图7所示：

即将原一台阀门的动作分割为两台特性曲线一致的阀门的分别动作。

步骤3：可调范围扩大，精度提升；

Cv1＝Cv/Cvf×Cvm1

Cv2＝(Cv-Cvf)/(100-Cvf)×Cvm2

其中：Cv1,Cv2分别为调节装置的最终调节设定值，Cvm1、Cvm2分别为调节阀的最大开度(根据各类调节执行机构的线性度不同分别设定，对于纯线性执行机构该值可设定为100，对于三偏心蝶阀该值一般可控制在75上下，如果更高调节行程则对精度会造成一定的影响)，在计算开度Cv小于分程点Cvf时，Cv2设定输出为零，避免误动作。

在本实施例中，为了能够进行量化比较，设调节阀最小开度下可控制最小压力为Pmin，最大开度下可控制最大压力为Pmax，定义可调比或可调范围R＝Pmax/Pmin，阀门的可调比等于30，设可控制的最大压力为100kPa，R＝30，可控制的最小压力为100/30＝3.33，而采用本方案后，两只阀门工作于不同的控制信号区间，对于这两只阀门并联而成的起分程控制作用的整体来说：由于两台阀门的调节特性曲线基本一致，V1阀在0-50％动作曲线与V2阀在50％-100％间的动作曲线基本一致，如前述步骤2所述，则可控制最小压力P′min＝Pmin＝3.33，可控制最大压力P′max＝2×Pmax＝200。则有可调比R′＝P′max/P′min＝200/3.33＝60，由此可见，可调比增加了一倍，这就意味着控制精度与稳定性提高一倍，考虑到现场多数情况下管径并不一致，一般采用小管首先进行调节，可调比可进一步扩大。

步骤4：运行模式转换；

在本实施例中，采用了控制系统HMI选择模式，即：设定四种控制模式，分别为：V1单独控制、V2单独控制、V1阀主控(正向调节时V1首先动作)、V2阀主控(正向调节时V2首先动作)，前两种为阀门单独控制模式，后两种为分程控制模式，为了描述需要，假设此时为系统运行在V1主控模式，需要切换至V2单独控制，其切换过程如下：

a、接收控制模式选择指令；

b、判断V1、V2运行状态，开度位置；

c、V2直接退出分程点计算出的开度位置，直接接收PID计算出的开度信号；

d、V1逐步关闭；

e、为了避免被控对象(出口压力P)，P值、I值分别视情况进行扩大或缩小(在本实施例中由于阀门的调节特性一致，故P值扩大1倍，I值缩小一半，控制程序中自动设定)；

f、V1全部关闭、V2控制采用设定的PID参数

g、切换结束，反馈HMI实际运行模式信号(本实例中即为V2单独控制信号)参见图8，。

步骤5：调节装置设定值输出；

控制系统将计算出的Cv1、Cv2通过通讯、电流、电压或气动信号给至现场的执行机构，执行机构根据设定值进行最终动作。

在本实施例中，调节信号装换过程如下：

1、计算值为模拟量由控制程序块装换为数字量；

2、数字量由物理输出模块转换为电流信号；

3、执行机构接收电流信号；

4、调节器伺服放大器比较，控制正反作用接触器闭合；

5、执行机构电机正反作用动作；

6、位置动作信号反馈。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims

1.一种双调节装置并联的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：PID计算；

步骤2：分程点确定；

步骤3：可调范围扩大，精度提升；

步骤4：运行模式转换；

步骤5：调节装置设定值输出。

2.根据权利要求1所述的双调节装置并联控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1、PID计算具体如下：

按照控制变量如：压力、温度、流量等的设定值与实际值之间的偏移量，控制系统根据事先调试出的增益、积分时间、微分时间、死区等自动计算出被控量，调节机构的计算输出开度Cv,该数据按照公式由控制系统自动计算，即：

Cv(t)＝kp(C(t)+1/TI×∫C(t)dt+TD×dC(t)/dt)

kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数

kp、TI、TD依据经典整定方法及曲线图进行整定。

3.根据权利要求2所述的双调节装置并联控制系统的控制方法，其特征在于，步骤2、分程点确定，具体如下：

Cvf＝Cvm/(s1+s2)×s1,

其中：Cvf为需要设定的分程点、Cvm为PID计算子程序中设定的最大输出值为100％，S1、S2分别为V1、V2所在分管道截面积，由控制HMI输入的管径的d1、d2计算得出。

4.根据权利要求3所述的双调节装置并联控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3、可调范围扩大，精度提升，具体如下：

Cv1＝Cv/Cvf×Cvm1；

Cv2＝(Cv-Cvf)/(100-Cvf)×Cvm2；

其中：Cv1,Cv2分别为调节装置的最终调节设定值，Cvm1、Cvm2分别为调节阀的最大开度(根据各类调节执行机构的线性度不同分别设定，对于纯线性执行机构该值可设定为100，对于三偏心蝶阀该值一般控制在75上下，在计算开度Cv小于分程点Cvf时，Cv2设定输出为零，避免误动作。

5.根据权利要求3或4所述的双调节装置并联控制系统的控制方法，其特征在于，步骤4、运行模式转换具体如下：接收控制系统HMI给出的模式转换命令及设置的参与过程控制的调节装置选项，将PID计算出的开度至直接给到该调节装置，控制其动作，其他未设置的调节装置处于全关的位置，不参与工艺过程控制，即由双调节系统装换为“一用一备”调节系统。

6.根据权利要求5所述的双调节装置并联控制系统的控制方法，其特征在于，步骤5、调节装置设定值输出，控制系统将计算出的Cv1、Cv2通过通讯、电流、电压或气动信号给至现场的执行机构，执行机构根据设定值进行最终动作。