CN113985825A - 一种基于dcs系统优化scr脱硝系统的方法 - Google Patents

一种基于dcs系统优化scr脱硝系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，包括以下步骤：步骤一、通过被调量减去设定值得到被调量与设定值的偏差，再通过被调量减去自身24秒前的值得到被调量的微分；步骤二、判断被调量偏离设定值的幅值和速率，然后根据判断结果调节或不调节原系数值；步骤三、通过DCS系统计算正向返回速率A、负向返回速率B；步骤四、调节后的系数值以正向返回速率A或负向返回速率B调整至1；步骤五、PID输出乘以系数后驱动执行单元；步骤二中的判断过程为：先判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否大于预设值。本发明具有可快速抑制扰动造成的被调量波动，并提高自动调节品质的优点。

Description

一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法
技术领域
本发明涉及自动控制系统领域，尤其涉及一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法。
背景技术
自动调节系统是指在运行过程中使输出量与期望值保持一致的反馈控制系统。早期，反馈控制系统常称为自动调节系统，而用于分析和设计这种系统的经典控制理论常称为调节原理。自动调节系统广泛用于工业生产和国防技术中，例如温度、频率和压力调节系统等。在自动调节系统中，延迟环节的传递函数为ets，较大的延迟容易造成自动控制系统的振荡，它是导致控制品质不佳的重要原因，应用最为广泛的PID控制，对抑制此类工艺系统的扰动效果不佳，一般需要找到扰动的原因，用提前于被调量的其他变量作为前馈来抑制扰动，但是很多情况下，相关性很好的前馈量是找不到的，或者是找不全的。现有技术主要是PID加前馈控制，但是很多工艺系统中，找不到合适的前馈，比如火力发电厂SCR脱硝系统中的喷氨自动控制，CEMS仪表测量入口、出口的NOX浓度一般有20～60秒的延迟，控制系统运算→输出→驱动执行机构→热解尿素→喷入反应器也有延迟，而与出口NOX浓度有关的入口NOX浓度的提前量可以忽略不计，其真正作用是依照化学反应方程式计算的粗调。与NOX浓度变化相关的燃料变化，虽有很好的超前性，但对应关系不稳定，不是优良的前馈信号。基于以上原因，某些入口NOX浓度波动大，延迟长的脱硝系统，传统PID控制的品质一般较差。目前流行的一种解决方案是采用先进控制系统的外挂机，它采用数据建模，自调整参数，相比PID控制效果好很多，但是价格在几十万元不等，而且只能由厂家维护。
在专利CN201410720745.5中，公开了一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征在于：该方法利用CFD模拟数据分析反应器混合物的变化，针对非线性和滞后性的影响，提高喷氨控制的效果，对组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制系统内，作为前馈信号作用在预喷氨控制回路中；该方法步骤如下：
第一步：在DCS内增加CFD脱硝数据监视接口，对实时模拟数据进行组态处理；
第二步：将组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制回路内，对脱硝喷氨控制回路进行逻辑组态；
第三步：脱硝控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定喷氨控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。该专利实时性好，减少大滞后性，便于现场工程，大大提高了机组运行的安全性和经济性，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平，但其整体调整逻辑较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，该方法与传统PID的输出相反，不是小→大→小的连续调节，是一种关联偏差幅值和变化速率的大→小的调节。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过被调量减去设定值得到被调量与设定值的偏差，再通过被调量减去自身24秒前的值得到被调量的微分；
步骤二、判断被调量偏离设定值的幅值和速率，然后根据判断结果调节或不调节原系数值；
步骤三、通过DCS系统计算正向返回速率A、负向返回速率B；
步骤四、调节后的系数值以正向返回速率A或负向返回速率B调整至1；
步骤五、PID输出乘以系数后驱动执行单元。
进一步的，步骤二中的判断过程为：先判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否大于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，系数1向上调整并切换；当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，则进行判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否小于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分小于预设值时，系数1向下调整并切换。
进一步的，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分既不大于预设值也不小于预设值时，保持系数为1。
进一步的，步骤三中的DCS系统中植入有第一折线函数和第二折线函数，所述第一折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差α和变化速率α，所述第二折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差β和变化速率β。
进一步的，当变化速率≤0.001时，变化速率α=0.001，当变化速率≥0.001时，变化速率α=变化速率；当偏差≤0.001时，偏差α=0.001，当偏差≥0.001时，偏差α=偏差，然后将第一常数/(变化速率α×偏差α)得出的值作为正向返回速率A。
进一步的，当变化速率≤0.001时，变化速率β=变化速率的绝对值，当变化速率≥0.001时，变化速率β=0.001；当偏差≤0.001时，偏差β=偏差的绝对值，当偏差≥0.001时，偏差β=0.001，然后将第二常数/(变化速率β×偏差β)得出的值作为负向返回速率B。
进一步的，系数1向上调整并切换后的系数以正向返回速率A降至1。
更进一步的，系数1向下调整并切换后的系数以负向返回速率B升至1。
更进一步的，所述第一折线函数为正向折线函数，所述第二折线函数为负向折线函数。
本发明的有益效果：
本发明提出的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法是在DCS中依据过程值偏离设定值的大小和速率迅速增加控制输出，然后按照一定斜率返回的算法，该方法可快速抑制扰动造成的被调量波动，提高自动调节品质，对于有较大延迟的工艺系统的自动调节有良好的辅助作用，可大幅减小被调量的波动；该方法在火电机组的脱硝喷氨控制中应用效果很好，应用前NOX瞬时超标从每月40余次，降低到每月2~3次，同时由于喷氨量的减少，空预器差压也得到了控制。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是表示变化速率α的第一折线函数；
图3是表示偏差α的第一折线函数；
图4是表示变化速率β的第二折线函数；
图5是表示偏差β的第二折线函数；
图6是PID控制回路示意图；
图7是PID控制回路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例一、本实施例中，如图1至图5所示，一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过被调量减去设定值得到被调量与设定值的偏差，再通过被调量减去自身24秒前的值得到被调量的微分；
步骤二、判断被调量偏离设定值的幅值和速率，然后根据判断结果调节或不调节原系数值；
步骤三、通过DCS系统计算正向返回速率A、负向返回速率B；
步骤四、调节后的系数值以正向返回速率A或负向返回速率B调整至1；
步骤五、PID输出乘以系数后驱动执行单元。
本发明进一步设置为：步骤二中的判断过程为：先判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否大于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，系数1向上调整并切换；当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，则进行判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否小于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分小于预设值时，系数1向下调整并切换。
本发明进一步设置为：当被调量与设定值的偏差和被调量的微分既不大于预设值也不小于预设值时，保持系数为1。
本发明进一步设置为：步骤三中的DCS系统中植入有第一折线函数和第二折线函数，所述第一折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差α和变化速率α，所述第二折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差β和变化速率β。
本发明进一步设置为：当变化速率≤0.001时，变化速率α=0.001，当变化速率≥0.001时，变化速率α=变化速率；当偏差≤0.001时，偏差α=0.001，当偏差≥0.001时，偏差α=偏差，然后将第一常数/(变化速率α×偏差α)得出的值作为正向返回速率A。
本发明进一步设置为：当变化速率≤0.001时，变化速率β=变化速率的绝对值，当变化速率≥0.001时，变化速率β=0.001；当偏差≤0.001时，偏差β=偏差的绝对值，当偏差≥0.001时，偏差β=0.001，然后将第二常数/(变化速率β×偏差β)得出的值作为负向返回速率B。
本发明进一步设置为：系数1向上调整并切换后的系数以正向返回速率A降至1。
本发明进一步设置为：系数1向下调整并切换后的系数以负向返回速率B升至1。
本发明进一步设置为：所述第一折线函数为正向折线函数，所述第二折线函数为负向折线函数。
实施例二、本实施例提供了一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过被调量减去设定值得到被调量与设定值的偏差，再通过被调量减去自身24秒前的值得到被调量的微分；
步骤二、判断被调量偏离设定值的幅值和速率，然后根据判断结果调节或不调节原系数值；
步骤三、通过DCS系统计算正向返回速率A、负向返回速率B；
步骤四、调节后的系数值以正向返回速率A或负向返回速率B调整至1；
步骤五、PID输出乘以系数后驱动执行单元。
本实施例以一个正向作用的PID控制回路为例：
本发明进一步设置为：步骤二中的判断过程为：先判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否大于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，系数1向上调整并切换；当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，则进行判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否小于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分小于预设值时，系数1向下调整并切换。
本实施例中，如图6中的黑框部分：当被调量变化速率＞0.25/s且偏离设定值+4时，立即将PID的输出乘以系数1.2，2秒后以速率A返回系数1；
当被调量变化速率＜-0.25/s且偏离设定值-4时，立即将PID的输出乘以系数0.8，2秒后以速率B返回系数1；
本发明进一步设置为：当被调量与设定值的偏差和被调量的微分既不大于预设值也不小于预设值时，保持系数为1。
本发明进一步设置为：步骤三中的DCS系统中植入有第一折线函数和第二折线函数，所述第一折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差α和变化速率α，所述第二折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差β和变化速率β。
本发明进一步设置为：本实施例中，如图7中的黑框部分：当变化速率≤0.001时，变化速率α=0.001，当变化速率≥0.001时，变化速率α=变化速率；当偏差≤0.001时，偏差α=0.001，当偏差≥0.001时，偏差α=偏差，然后将第一常数/(变化速率α×偏差α)得出的值作为正向返回速率A。
本实施例中，第一常数设置30。
本发明进一步设置为：当变化速率≤0.001时，变化速率β=变化速率的绝对值，当变化速率≥0.001时，变化速率β=0.001；当偏差≤0.001时，偏差β=偏差的绝对值，当偏差≥0.001时，偏差β=0.001，然后将第二常数/(变化速率β×偏差β)得出的值作为负向返回速率B。
本实施例中，第二常数设置18。
本发明进一步设置为：系数1向上调整并切换后的系数以正向返回速率A降至1。
本发明进一步设置为：系数1向下调整并切换后的系数以负向返回速率B升至1。
本发明进一步设置为：所述第一折线函数为正向折线函数，所述第二折线函数为负向折线函数。
本实施例中，以上各常数±0.25/s、±4、1.2、0.8、30、18均视具体工艺系统而定，并不是恒定数值。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过被调量减去设定值得到被调量与设定值的偏差，再通过被调量减去自身24秒前的值得到被调量的微分；
步骤二、判断被调量偏离设定值的幅值和速率，然后根据判断结果调节或不调节原系数值；
步骤三、通过DCS系统计算正向返回速率A、负向返回速率B；
步骤四、调节后的系数值以正向返回速率A或负向返回速率B调整至1；
步骤五、PID输出乘以系数后驱动执行单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：步骤二中的判断过程为：先判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否大于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，系数1向上调整并切换；当被调量与设定值的偏差和被调量的微分大于预设值时，则进行判断被调量与设定值的偏差和被调量的微分是否小于预设值，当被调量与设定值的偏差和被调量的微分小于预设值时，系数1向下调整并切换。
3.根据权利要求2所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：当被调量与设定值的偏差和被调量的微分既不大于预设值也不小于预设值时，保持系数为1。
4.根据权利要求2所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：步骤三中的DCS系统中植入有第一折线函数和第二折线函数，所述第一折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差α和变化速率α，所述第二折线函数将步骤一中得出的数据进行转换为偏差β和变化速率β。
5.根据权利要求4所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：当变化速率≤0.001时，变化速率α=0.001，当变化速率≥0.001时，变化速率α=变化速率；当偏差≤0.001时，偏差α=0.001，当偏差≥0.001时，偏差α=偏差，然后将第一常数/(变化速率α×偏差α)得出的值作为正向返回速率A。
6.根据权利要求4所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：当变化速率≤0.001时，变化速率β=变化速率的绝对值，当变化速率≥0.001时，变化速率β=0.001；当偏差≤0.001时，偏差β=偏差的绝对值，当偏差≥0.001时，偏差β=0.001，然后将第二常数/(变化速率β×偏差β)得出的值作为负向返回速率B。
7.根据权利要求5所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：系数1向上调整并切换后的系数以正向返回速率A降至1。
8.根据权利要求6所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：系数1向下调整并切换后的系数以负向返回速率B升至1。
9.根据权利要求4所述的一种基于DCS系统优化SCR脱硝系统的方法，其特征在于：所述第一折线函数为正向折线函数，所述第二折线函数为负向折线函数。
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BAOYING ZHU 等: "Application of cascade PID plus feedforward in automatic denitration control", 《JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES》, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 1 - 6 *
马康丰: "火电机组SCR脱石肖系统全工况建模与优化控制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》, no. 6, 15 June 2021 (2021-06-15), pages 027 - 630 *

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