CN114659028A

CN114659028A - 用于控制气体供应系统的气体供应的方法和设备

Info

Publication number: CN114659028A
Application number: CN202210291206.9A
Authority: CN
Inventors: 阚翔; 阎峻昆; 张志杰; 尹永杰
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-06-24
Also published as: TW202400929A; WO2023179380A1

Abstract

本申请提出用于控制气体供应系统的气体供应的方法、设备和存储介质以及气体供应系统。该气体供应系统包括气体产生装置和气体缓冲装置，气体缓冲装置接收来自气体产生装置的气体供应以及向用户提供气体，该方法获取气体缓冲装置的压力测量数据，其中压力测量数据与用户在先前的用气周期内的用气需求相关联；基于压力测量数据确定气体缓冲装置的压力预测数据，其中压力预测数据包括预测压力和预测压力变化率；以及基于压力预测数据确定气体缓冲装置的气体供应的控制参数。本申请的方案可以减少根据用户的用气需求调整气体供应负载的成本和避免浪费。

Description

用于控制气体供应系统的气体供应的方法和设备

技术领域

本申请涉及过程控制，更具体地，涉及用于控制诸如气体供应系统中的气体缓冲装置的气体供应的方法、设备和系统。

背景技术

包括空气分离装置(Air Separate Unit，ASU)的气体供应系统用于在工厂或工业园区中向用户供应气体。根据用户对气体的需求或消耗情况，系统动态地调节用于存储气体的缓冲罐的气体供应负载以满足用户的用气需求。

当用户的气体需求存在剧烈波动时，需要由操作人员不间断地(例如24小时)关注缓冲罐中的气体压力峰值或谷值，并基于经验调整缓冲罐的进气量。例如，压力峰值变高表明用户的用气需求变小，可以相应地手动减少空气分离装置向缓冲罐的气体供应；而压力峰值变低表明用气需求变大，需要相应地手动增加空气分离装置向缓冲罐的气体供应。

上述控制方案在用气需求突然变小而空气分离装置无法快速响应时，需要将装置生产出的过量气体产品从缓冲罐中放空以防止管网超压，这样已生产出的气体产品被浪费。另一种情况下，当用户的用气需求突然变大而空气分离装置的气体供应无法满足时，则需要汽化液体产品来及时补充缓冲罐中的气体以维持对用户的气体供应，使用液态产品相比正常供应气体的成本更高。

因此，需要设计一种能够满足用户的不断波动的用气需求，特别是在用户的用气需求存在剧烈波动的情况下能够以较低成本和更高效率供应气体的方案。

发明内容

为了解决上文中提出的至少一个问题，本申请的实施例提出用于控制气体供应的方法、设备和系统。

根据本申请的一方面，提出一种用于控制气体供应系统的气体供应的方法，该气体供应系统包括气体产生装置和气体缓冲装置，气体缓冲装置接收来自气体产生装置的气体供应以及向用户提供气体，该方法包括：获取气体缓冲装置的压力测量数据，压力测量数据与用户在先前的用气周期内的用气需求相关联；基于压力测量数据确定气体缓冲装置的压力预测数据，其中压力预测数据包括预测压力和预测压力变化率；以及基于压力预测数据确定气体缓冲装置的气体供应的控制参数。

根据本申请的又一方面，提出一种用于控制气体供应系统的气体供应的设备，该气体供应系统包括气体产生装置和气体缓冲装置，气体缓冲装置接收来自气体产生装置的气体供应以及向用户提供气体，该设备包括：检测单元，被配置为获取气体缓冲装置的压力测量数据，压力测量数据与用户在先前的用气周期内的用气需求相关联；控制单元，被配置为基于压力测量数据确定气体缓冲装置的压力预测数据以及基于压力预测数据确定所述气体缓冲装置的气体供应的控制参数，其中压力预测数据包括预测压力和预测压力变化率。

根据本申请的再一方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序包括可执行指令，当该可执行指令被处理器执行时，实施根据如上所述的方法。

根据本申请的再一方面，提出一种电子设备包括处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器被配置为执行可执行指令以实施如上所述的方法。

根据本申请的再又一方面，提出一种气体供应系统，至少包括气体产生装置，气体缓冲装置以及如上所述的用于控制气体供应系统的气体供应的设备。

本申请所提出的用于控制气体供应系统的气体供应的方法、设备、系统及其计算机存储介质，基于大数据和高级过程控制(APC，Advanced Process Control)技术可以实现对用户的气体需求和/或消耗剧烈波动应用场景下的气体供应，特别是气体产生装置向气体缓冲装置提供气体过程中的自动气体供应负载的预测控制。通过获取表征气体供应系统，特别是气体产生装置向气体缓冲装置的气体供应的负载情况的状态变量(包括气体缓冲装置中的气体的压力与压力变化率)以及用户的用气需求的历史数据集，可以对气体供应系统在下一采样间隔或时间处的系统状态及其变化趋势进行预测，在与作为参考的控制约束进行比较后确定对气体供应系统，特别是用于存储向用户提供的气体的气体缓冲装置的气体供应和气体产生装置的气体生产相关的控制参数。这种自动化负载预测控制方案可以显著减少人工操作的时间从而减少人力/时间成本，同时准确预测和跟踪用户的用气需求，显著降低由于放空气体产品和液体产品汽化造成的浪费和成本。此外，本申请的方案具有可复制性，能够容易地应用于具有类似需求的其他场景。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为根据本申请的一个实施例的用于供应气体的气体供应系统架构的示意框图。

图2为根据本申请的一个实施例的用户的用气需求的历史数据曲线。

图3为根据本申请的一个实施例的用户的用气需求的历史数据曲线。

图4A和4B为根据本申请的一个实施例的用于确定用户的用气周期而对用气需求的历史数据曲线进行自回归分析的示意图。

图5为根据本申请的一个实施例的用于控制气体供应的控制逻辑的示意性流程图。

图6为根据本申请的一个实施例的用于控制气体供应的方法的示意性流程图。

图7为根据本申请的一个实施例的用于控制气体供应的设备的示意性结构框图。

图8为根据本申请的一个实施例的用于控制气体供应的气体供应系统的示意性结构框图。

图9为根据本申请的一个实施例的用于控制气体供应的电子设备的示意性结构图。

具体实施方式

现在基于参考附图更全面地描述示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请的内容变得全面和完整，并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能会夸大部分元件的尺寸或加以变形。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、元件等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法或者操作以避免模糊本申请的各方面。

图1示出根据本申请的一个实施例的用于向用户供应气体的气体供应系统的示例性架构。在本申请中，气体供应系统100指用于向用气用户供应气体的设备的集合。以点划线标记的气体供应系统100一般可以包括用于供应气体的气体产生装置104，用于接收来自气体产生装置104的气体以及在向用户提供气体之前对气体进行存储和缓冲的气体缓冲装置101，用于测量气体供应系统100中的各个设备的参数和状态的检测单元102，实现气体供应系统100的自动气体供应负载预测和调节的控制单元103，以及相应的供应管路101a至101c等。气体产生装置104用于生产用气用户所需的气体产品。在本申请的实施例中，气体产生装置104例如可以包括空气分离装置(下文简称为ASU)，还可以包括用于产生各种气体产品的其他类型的装置。为简便起见，下文中使用ASU作为气体产生装置的具体示例。由气体产生装置104生产的气体产品不仅包括通常由ASU生产的氧气、氮气和氩气，还可以包括诸如氢气、NH3等各种类型的气体产品以满足不同用气用户的多样需求。在图1所示的应用场景中，气体供应系统100具有两个用气用户131和132。本领域技术人员可以理解，气体供应系统100可以为单独的用户供应气体，也可以同时为更多个用户供应气体，其中用户的数量也可以是3个，4个或更多个。用户131和132可以是在位置上相邻或相近(例如处于同一工业园区中)的工厂，也可以是处于不同位置的工厂，也可以是大型工厂中的不同厂区或车间。通常，可以根据与用户对应的分离的供应管路的数量区分各个用气用户。

ASU 104通过供应管路101a向气体缓冲罐101提供用户所需的气体。根据工业园区的用户131和132的用气需求(例如多个用户的整体用气需求的平均值，整体用气需求的峰值等)和单套ASU的供气能力，可以使用单个ASU或者多个ASU并联提供气体分离和供应功能。通常每个ASU提供相同的气体分离和供应功能。需要说明的是，在使用多个ASU并联为多个用户供应气体时，多个ASU并联可以满足多个用户的整体用气需求，但是ASU与用户之间一般不存在严格的对应关系，即某个或某组ASU并不专用于满足特定用户的用气需求。

ASU 104提供的气体一般可以包括氧气(O₂)，氮气(N₂)和氩气(Ar)等。这些气体通过单独的供应管路连接到对应的气体缓冲罐101，从而经由与用户131和132对应的供应管路101b和101c分别向用户供应对应的气体。ASU 104还可以包括后备系统，用于在ASU的气体供应无法满足用户剧烈增长的用气需求的紧急情况下，使用液态产品汽化快速补充对应的气体产品。液态产品汽化的成本较高，因此气体供应系统100的自动气体供应负载预测和调节功能尽量避免使用这种供应方式。测量和控制ASU 104的气体供应参数可以通过供应管路101a上的感测装置和致动装置实现。感测装置例如可以包括检测ASU 104输出的气体量和/或气体流量的流量计，检测气体温度的温度计，检测管路101a中的气体压力的压力计等。感测装置可以集成到ASU 104中，或者在气体供应系统100中作为检测单元102的一部分或与其分离地设置。致动装置例如可以包括通过电磁或机械方式调节阀门或阀芯的开度来控制气体流量或流速的阀等。同样，致动装置可以集成到ASU 104中由ASU 104中的控制部件控制，或者由气体供应系统100中的控制单元103控制。

气体缓冲装置101用于临时存储来自ASU 104的气体以及提供ASU 104到用户131和132之间的缓冲。气体缓冲装置101例如可以实现为气体缓冲罐(Buffer Tank)或具有气体存储和缓冲功能的其他反应容器、气体容器或管道等。为简便起见，下文中使用气体缓冲罐作为气体缓冲装置的具体示例。气体缓冲罐101可以调节向用户131和132的气体供应管路101b和101c输出的气体的压力、流量或流速、温度等，保证在用气用户131和132的工业反应过程的严格要求。气体缓冲罐101通过检测单元102中的相应传感器检测其中存储的气体的状态参数。气体的状态参数例如包括压力和温度等。气体的压力可以通过位于气体缓冲罐101内部(例如容器内壁上或容器空间中)或位于气体缓冲罐101外部(例如容器外壁)的压力传感器检测。气体的温度同样可以位于气体缓冲罐101内部或外部的温度传感器检测。根据本申请的实施例，还可以设置位于气体缓冲罐101上或其附近的用于检测气体缓冲罐101所在场所的环境温度的环境温度传感器。可以将环境温度作为气体缓冲罐101中存储的气体的温度。

气体缓冲罐101分别经由供应管路101b和101c向用户131和132输送气体。为了保证用户接收的气体供应符合需求，需要在供应管路101b和101c上设置相应的感测装置和致动装置。以向用户131提供气体的供应管路101b为例，管路101b上可以设置用于检测气体流量或流速的流量计，检测气体压力的压力计，检测气体温度的温度计和用于通过电磁或机械方式调节阀门或阀芯的开度来控制气体流量或流速的阀等。这些感测装置和致动装置可以设置在供应管路101b靠近气体缓冲罐101的一侧，在供应管路101b中部，或者在供应管路101b靠近用户131的一侧。例如，当设置在气体缓冲罐101一侧时，感测装置可以作为检测单元102的一部分以便于气体供应系统100检测系统状态。致动装置通过气体供应系统100的控制单元103控制，作为系统的致动或执行设备之一控制系统运行。当设置在靠近用户131一侧时，感测装置检测的相关参数能够更准确地表征用户131在接收到所供应的气体产品时的气体状态参数，相应地致动装置也可以更准确地控制和调节输送到用户131的气体的流量或流速、温度和压力。在理想情况下，可以认为供应管路101b中的气体压力、温度、流速和流量中的至少一项是不变的，因此可以将感测装置和致动装置设置在靠近气体缓冲罐101的一侧，作为气体供应系统100的组成部分。在气体供应系统100所在的环境中的温度均匀时，可以认为气体缓冲罐101和供应管路101b和101c中的气体的温度均可以使用环境温度表示，从而减少温度传感器的设置数量。如果将来自ASU 104供应的气体以及向用户131和132输出的气体的感测装置检测的参数和致动装置的控制或调节参数(例如阀的开度)视为气体缓冲罐101的入口侧和出口侧的气体状态参数和控制参数，则检测装置102可以通过检测与气体缓冲罐101相关的各个参数获得气体供应系统100的主要系统状态，如图1中从气体缓冲罐101到检测单元102之间的箭头所示。相应地，控制单元103可以通过分别控制与气体缓冲罐101相关的各个致动装置的操作参数提供对气体缓冲罐101的状态控制和调节，进而实现对气体供应系统100的气体供应的负载自动预测和调节。

根据本申请的实施例，针对不同类型的气体可以设置不同的气体缓冲罐101，并且对于同一种类型的气体可以设置一个或更多个气体缓冲罐101。存储同类型气体的气体缓冲罐101可以采用并联或串联的形式。由存储同类型气体的多个气体缓冲罐101向诸如用户131提供气体的供应管路101b可以是集合来自这些气体缓冲罐101的供应管路分支的总的供应管路。在这种情况下，感测装置和致动装置可以设置在由气体缓冲罐101向用户131和132供应气体的对应的总的供应管路101b和101c上。在图1中，以单个气体缓冲罐101的形式表示存储相同类型的气体的一个或多个气体缓冲罐101。例如，可以假设这些气体缓冲罐101具有相同的温度、压力以及其他状态参数以便于系统分析和方案描述。

控制单元103获取来自检测单元102的系统状态参数，特别是与气体缓冲罐101相关的系统状态参数的测量数据。这些系统状态参数例如包括气体缓冲罐101内存储的气体的压力和温度，由ASU 104进入气体缓冲罐101的气体的流量或流速，从气体缓冲罐101输出到用户131和132的气体的流量或流速等。控制单元103还可以获取来自用户131和132的用户的用气需求数据。用户的用气需求数据可以通过在供应管路101b和101c上设置的感测装置(例如靠近用户侧的流量计)测量，也可以通过用户131和132提供(例如由图1中从用户131和132到控制单元103的虚线箭头所示)。用气需求数据例如可以采用用气需求/消耗的历史数据曲线的形式由检测单元102或用户输入到控制单元103中，或者由控制单元103基于来自检测单元102或用户131和132的测量数据或用户需求的输入数据生成。

由检测单元102检测的系统状态参数的测量数据不仅包括当前采样时间或间隔所获取的采样数据，还可以包括先前时间或间隔，或者先前一段时间内累积的采样数据的集合，后者可以称为历史时间处或历史间隔期间的采样数据或测量数据的历史数据。来自用户131和132的用气需求数据也不仅包括当前采样时间或间隔所获取的用气需求数据，还可以包括先前时间或间隔，或者先前一段时间内累积的用气需求数据的集合，后者可以相应地称为在历史时间处或历史间隔期间的用户的用气需求的历史数据。历史数据中累积了过程的大量有价值信息，相比某一时间或间隔的瞬时数据，更能反映系统趋势。

如上文所述，气体供应系统100的用户的用气需求呈现时间相关性，并且其中存在短时波动，甚至出现剧烈波动。表1给出了在某段时间期间的工业园区内的用户的用气需求的示例性流量分布表，其中供应的气体为气态氧，单位为标准立方米(Nm³)或标准立方米/小时(Nm³/h)。

	用户A	用户B	用户C
				总计数	604516	604601	604557
需求平均值(Nm<sup>3</sup>/h)	90322.69	1770.725	28.61523
				标准差(Nm<sup>3</sup>/h)	15854.2	2827.403	1.488039
最小值(Nm<sup>3</sup>/h)	1299.591	0	21.71574
				25％分位数(Nm<sup>3</sup>/h)	81401.44	295.3931	28.07617
50％分位数(Nm<sup>3</sup>/h)	91213.54	778.5904	28.07617
				75％分位数(Nm<sup>3</sup>/h)	101921.2	2266.846	29.29688
最大值(Nm<sup>3</sup>/h)	135736.5	291878	35.40039

表1

基于表1中所列出的各个用户所需的气体(氧气)的总计数、需求平均值以及其他相应的流量相关参数值可见，氧气需求主要来自三个用户中的用户A，而用户B和C的氧气需求对气体供应系统的气体供应的影响较小。

表2则给出在该段时间期间的气体供应系统使用三套ASU(ASU1至ASU3)提供满足来自用户A至C的整体氧气需求的气体供应的示例性流量分布表。如上文所述，ASU1至3的气体供应用于满足三个用户的整体氧气需求，即气体供应的总量满足用户的氧气需求总量。但是，ASU1至ASU3中的任一个或多个并不存在与用户A至C中的任一个或多个用户之间的气体供应的对应关系。

表2

基于各个ASU在氧气流量分布表中的需求平均值和最大值项的流量数据，可以计算得出表2中的ASU1、ASU2和ASU3三套ASU的气体供应负载数据的最大值相对于各自负载的平均值分别存在大约10％，12％和20％的波动。为了使气体供应系统的氧气供应匹配用户的气体需求和消耗，存在对ASU的气体供应的负载进行频繁调节的情况。

如上文所述，如果对来自用户的用气需求和消耗不能准确预测和跟踪，ASU可能生产超过用户所需的气体而使得气体缓冲罐101和供应管路101a至101c中的气体压力过高。为了避免设备损坏，气体供应系统100需要将气体缓冲罐101中的过量气体排出甚至放空，导致ASU生产的气体产品被浪费。这种情况在用户的需求在瞬间或短时间内强烈下降时造成的负面影响更大。如果ASU的气体产品生产速度无法满足用户的瞬间或短期内的强烈上升，为了保证用户的反应过程所需的气体供应流量或流速，必须由ASU 104的后备系统对液态气体产品进行汽化来快速补充气体缓冲罐101中的气体。液态气体的成本远高于ASU正常产生气体产品的生产方式，因此频繁地启用液体汽化来生产气体将显著增加气体供应系统的运行成本。与浪费气体类似，这种情况在用户的需求在瞬间或短时间内强烈上升以及频繁波动时同样造成很大的负面影响。

因此，保证气体供应系统100以较经济的成本实现用户的用气需求和消耗的合理跟踪和供应，维持ASU以稳定可控的气体供应负载状态运行是气体供应系统100的重要控制目标。

下面，基于质量守恒定理分析与气体供应和气体消耗分别对应的气体进入和离开气体缓冲罐(缓冲罐)的质量/流量参数之间的对应关系，确定准确地预测用户的实时用气需求的趋势的主要参数和指标。

根据质量守恒定理，气体缓冲罐101中的气体(例如氧气O₂)实时或瞬时状态符合如下公式：

d(ρV)＝(F_in-F_out)*ρ_s*dt 公式(1)

其中，

F_in为进入气体缓冲罐101的气体流量；

F_out为离开气体缓冲罐101的气体流量，F_in和F_out可以使用位于气体缓冲罐101的气体入口侧和出口侧的两个流量感测装置(例如流量计)检测标准状态下的气体流量获得；

ΔF＝F_in-F_out为进入气体缓冲罐101内的气体流量变化，也称为净气体流量；

ρ为气体密度，ρ_s为标准状态下的气体密度；

t为瞬时时刻。

根据理想气体状态方程，将气体密度展开为包括P，R，T和M的表达式，得到公式(2)：

d(M_O2*P/(R*T)*V)＝(F_in-F_out)*ρ_s*dt 公式(2)

其中，

R为气体常数；

P为气体的压力，可以由位于气体缓冲罐101内部或外部的压力传感器检测，在此假设气体缓冲罐101(包括多个并联或串联的气体缓冲罐)的压力是均匀分布的；

T为气体的温度，由位于气体缓冲罐101内部或外部的温度传感器检测。根据本申请的实施例，可以使用气体缓冲罐101所在的场所的环境温度作为公式中的气体的温度。假设在所关注的气体供应过程期间(例如，30分钟，1小时或更长的时间)期间的气体温度或环境温度是恒定的，即T为常数；

M为气体(氧气)的摩尔质量。

对公式(2)进行等效变换，得到：

F_out＝F_in-d(M_O2*P/(R*T)*V)/(ρ_s*dt)

再将恒定的参数从微分项中移到外部并整合为常数参数，得到：

d(P/T)/dt＝(F_in-F_out)/k

进一步，

dP/dt＝T*(F_in-F_out)/k＝(F_in-F_out)/k1＝ΔF/k1 公式(3)

其中，

常数参数k为M_O2*V/(R*ρ_s)，k1＝k/T，即在考虑气体的温度(环境温度)的情况下，压力的微分dP/dt与气体的温度和气体流量变化的乘积成比例；如果气体的温度恒定时，可以将温度并入常数参数k得到常数参数k1，则压力的微分dP/dt仅与气体流量变化成比例。

根据上述公式，可以将从气体缓冲罐101输出到用户的供应管路的气体流量计算为：

F_out＝F_in-[d(P/T)/dt]*k＝F_in-[d(P)/dt]*k1 公式(4)

可见，气体缓冲罐101中的气体的压力变化率dP/dt是用于反映用户的气体(氧气)消耗与ASU 104的气体供应之间的偏差，即预测用户的气体需求趋势的直接指标。在气体的温度(环境温度)恒定的情况下，参数dP/dt可以作为气体需求趋势的关键预测参数之一。在此基础上，结合反应气体供应系统100的重要的状态变量的气体的压力P，可以准确地预测用户的气体需求趋势，为ASU 104的气体供应负载准确跟踪用户的用气需求趋势提供理论上的支持。

在预测用户的用气需求时，通常需要基于用户在过去一段时间期间的用气需求数据作为历史数据提取用气规律。所累积的历史数据量越大，从中提取的能够反映用户的用气规律和趋势的特征信息越多。另外，用户的用气需求存在一定的周期性，因此至少可以根据先前的一个或多个周期内的用户用气需求的历史数据集合，预测与用户在未来时间或时间期间的用气趋势相对应的气体缓冲罐101中的气体的压力变化率以及压力，进而确定控制气体供应系统100的供气策略。

确定气体供应策略需要确定用户的用气周期。控制单元103首先获取以预定的采样时间间隔(例如15秒，30秒，1分钟，5分钟或更长的时间间隔)持续采集(例如分别采集用户131和132)的用气需求/消耗数据。如上文所述，用气需求/消耗数据的历史数据可以采用来自用户131或132或者来自诸如靠近用户侧的供应管路上的感测装置(例如流量计)提供的用气需求数据的历史数据集合。

图2和图3以用气需求的历史数据曲线的形式分别示出用户A在不同时间段的历史用气需求情况。可以看出，用户A在图3所示的时间段的用气需求的历史数据曲线呈现比该用户在图2所示的时间段更剧烈的波动(纵轴上流量变化幅度更大)并且占据对气体供应系统100的气体供应负载的影响的主要部分(纵轴上的流量及其变化的绝对值更大)。

尽管用户的用气需求历史数据曲线呈现较多的剧烈波动，但是这些波动呈现一定的周期性。可以对历史数据曲线进行回归分析，例如自回归分析来确定用户的用气需求的用气周期。自回归分析适于以较低的运算量快速地确定参数的自相关特性。本领域技术人员可以想到，还可以使用其他方法确定用户的用气周期。

控制单元103可以针对每个用户的气体需求/消耗的历史数据曲线进行自回归分析，获得与每个用户的气体需求对应的用气周期。针对每个用户分别确定用气周期，可以支持气体供应系统100制定针对每个用气用户的气体供应策略和自动负载调节方案，获得更精准的气体供应效果。控制单元103还可以将具有起始时间和相位相同或相近的用气周期的用户的气体需求的历史数据整合，确定同时对多个用户进行气体供应的供应策略和自动负载调节方案。

将用户A的用气需求的历史数据曲线(记为原始曲线y)按照采样时间间隔(例如30秒)为移位步长沿横轴(时间)向前或向后水平移位获得移位后的曲线y’，对两条曲线y和y’进行相关性分析，确定相位相差不同的时间区间的两条气体需求历史数据曲线之间的相关性(也称为吻合度)。如果两条曲线中具有相同的横轴坐标(时间)的两点之间存在较大相关性，则这两条曲线具有较大的相关性值，反之则具有较低的相关性值。将相关性值定义为[0,1]之间的值，显然，如果两条曲线完全相同(即没有在时间上移位)则它们具有值为1的相关性值。

将用户A的用气需求的历史数据曲线的原始曲线y和移位后的曲线y’之间的时间区间差值作为横轴坐标(单位为采样时间间隔的计数)，二者的相关性值作为纵轴坐标生成自回归相关性曲线图，如图4A所示。显然在时间区间差值(0个采样时间间隔)处存在值为1的最大相关性。进一步，发现图4A所示的示例在60个采样时间间隔的滞后(对应的横坐标为-60)或者在60个采样时间间隔的超前(对应的横坐标为+60)的两条曲线y和y’的相关性值，达到除了横坐标为0的点(0移位步长)处的最大相关性值以外的最大相关性值(次最大相关性)的波峰。波峰表示在该超前移位步长或滞后移位步长处存在较大的参数自相关值，而波谷则表示存在较小的自相关值，即最不相关。除了0点外的最高波峰每60个移位步长出现一次，并且该波峰的相关性值相同或基本相同，证明用户A的用气需求存在60个移位步长的用气周期。该示例中的采样时间间隔为30秒，则60个移位步长的采样时间间隔的和为30分钟，从用户A的用气需求的历史数据曲线可以确定其用气周期为30分钟。

图4B则是用户B的用气需求的历史数据曲线的原始曲线y和移位后的曲线y’之间的自回归相关性曲线图。虽然图中除0点位置之外存在多个波峰和波谷，但是最大波峰(除0点之外)仍然出现在+-60个移位步长处，因此可以确定用户B的用气需求的用气周期为30分钟。

可以根据公式(4)基于用气需求的历史数据对以自回归分析确定的用户的用气周期进行验证。基于公式(4)变换得到：

dP/dt*k1＝F_in–F_out

进一步，在确定的用气周期上对压力变化率进行积分，得到：

∫(dP/dt)dt＝∫(F_in-F_out)dt 公式(5)

在理想状态下，气体缓冲罐101既没有多余的气体被放空，也没有使用液体汽化补充供气，则ASU 104提供的进入气体缓冲罐101的气体流量应当满足用户的气体需求流量(即F_in与F_out相同)使得ΔF＝F_in-F_out为零，其积分也为零。则压力变化率的积分值在所确定的用气周期(例如30分钟)内近似为0，表示气体供应系统100的ASU 104提供的气体量与用户所需的气体需求量相同，二者差为0。因此，可以证明上文中根据自回归分析所确定的用户周期是正确的。

在确定用户的用气周期之后，控制单元103基于所获取的气体供应系统在先前的用户用气周期内的系统状态变量的历史数据预测与用户在未来采样时间或时间间隔处的用气趋势相对应的预测系统状态变量。系统状态变量使用上文中所分析确定的气体缓冲罐101的气体压力和压力变化率。由检测单元102所获取的气体缓冲罐101在先前的用气周期内的压力测量数据体现了用户在用气周期内的用气需求信息，或者说在先前的用气周期内的压力测量数据与用户的用气需求相关联。因此，可以通过先前的用户用气周期内所获取的压力测量数据计算得到气体缓冲罐101内的气体的预测压力和预测压力变化率。

气体供应系统100的检测单元102在所确定的先前一个或多个用气周期内，以预定的采样时间间隔获取与气体缓冲罐101中的气体压力，气体缓冲罐101中的气体的温度(或环境温度)的测量值及其采样时间或测量时间。气体供应系统100也可以获取其他时间期间内的气体压力、气体温度的测量值。一般来说，检测单元102采样上述气体参数的时间期间至少应当大于或等于上文中所确定的一个完整的用气周期。可以使用平均值算法计算在该时间期间(例如一个或多个用气周期，或者大于或等于一个完整用气周期的其他时间期间)内的预测压力和预测压力变化率中的至少一项。平均值可以包括移动平均值或算术平均值。以移动平均值为例，所获取的在先前的一个或多个用气周期或大于或等于一个完整用气周期的其他时间期间内的气体压力的测量值的移动平均值可以作为气体压力在未来时间或时间间隔的预测值。基于气体压力的测量值和该测量值所对应的测量时间或采样时间还可以计算该测量时间或时间间隔期间的压力变化率，所计算的多个压力变化率在先前的一个或多个用气周期或大于或等于一个完整用气周期的其他时间期间内的的移动平均值可以作为气体的压力变化率在未来时间或时间间隔的预测值。在此，未来时间或时间间隔指的是气体供应系统100的控制单元103的下一控制时间或控制时间间隔，气体缓冲罐101中的气体压力和压力变化率的预测值作为该未来时刻的压力和压力变化率的期望值或控制目标值。对于控制单元103的控制间隔需要根据检测单元102的采样时间或时间间隔和所确定的用户的用气周期来适当地选择。较长的控制时间或控制时间间隔不能准确跟踪用户的用气需求，而较短的控制时间或控制时间间隔不仅增加了气体供应系统的控制单元103的运算负荷，也会因为过度控制或调节而降低用户的生产工艺过程的稳定性。所以，控制单元103的控制时间或时间间隔可根据调试结果进行选择和微调。例如，例如，对于30分钟的用气周期和30秒的采样时间间隔，控制时间或控制时间间隔可以选择为1分钟、5分钟或其他时间长度。

如果气体的温度(环境温度)是变化的，则在计算预测压力，特别是预测压力变化率时还需要考虑气体的温度测量值，至少基于公式(3)确定与气体温度相对应的预测压力和预测压力变化率。

图5示出用于气体供应系统100的高级过程控制(APC，Advanced ProcessControl)的示例性控制逻辑。根据上文中的分析，在控制逻辑中增加气体缓冲罐101中的气体的压力变化率(dP/dt)和压力(P)的(移动)平均值算法。其中，用于计算平均值的用气周期基于由用户的用气需求历史数据的自回归分析计算。

控制单元103的控制输入510为系统状态变量的期望值，例如，分别包括气体缓冲罐101中的气体的压力和压力变化率的期望范围，二者分别被称为压力控制约束和压力变化率控制约束。控制约束限定了相关系统状态变量的变化范围，与气体供应系统的设备参数、气体供应性能、负载调节范围以及设备安全限制等因素有关。控制约束可以采用阈值，或者由上限阈值和下限阈值组成的阈值范围(也称为控制带)表示。根据本申请的实施例，压力控制约束为期望的压力P的阈值范围[P_low，P_High]，例如可以设定为[2.0Mpa，2.5Mpa]，或者更精细的[2.05Mpa，2.22Mpa]。压力变化率控制约束为期望的压力变化率dP/dt的阈值范围[DP_low，DP_high]，例如可以设定为[-5kPa/min，7kPa/min]，或者更精确的[-5.1kPa/min，6.8kPa/min]。

气体供应系统100的输出512为经过气体供应调节后的系统状态变量，例如是气体缓冲罐101中的气体的经控制后所测得的压力和所计算的压力变化率。检测单元102检测系统控制输出512(气体压力P)，获得气体缓冲罐101的气体压力和气体压力变化率作为系统的反馈信号。检测的压力和压力变化率经过反馈单元504(其传递函数为Gm(s))处理后，在521处分别将处理后的压力与期望的压力和压力变化率进行比较获得压力偏差e(P)和压力变化率偏差e(dP)，并将压力偏差e(P)输入到压力控制器501，将压力变化率偏差e(dP)输入到压力变化率控制器502。

作为策略控制器之一的压力控制器501(其传递函数为Gc_a(s))，基于压力控制约束，确定由气体压力决定的气体供应策略的第一控制量以指示气体供应系统100的气体供应的调整方向。

在本文中，以压力和压力变化率的移动平均值作为系统状态变量的预测值为例说明控制策略，但是本领域技术人员应当理解，压力和压力变化率的其他计算值也是适用的。

如果压力的移动平均值Ave_Move(P)>P_high，表示气体缓冲罐101的气体供应量超过用户的用气需求量，需要减少供气以避免浪费气体。如果压力的移动平均值Ave_Move(P)<P_low，表示气体缓冲罐101的气体供应量不足以满足用户的用气需求量，需要增加供气甚至可能需要液体汽化。而压力的移动平均值Ave_Move(P)在P_low和P_high之间，表示气体缓冲罐101的气体供应量满足压力控制约束，气体供应量满足用户的用气需求量。压力的移动平均值Ave_Move(P)与上限和下限阈值P_high和P_low的比较结果实际反映的是气体缓冲罐101在提供用户的用气需求后剩余气体的压力(存量)情况，用于判断系统的供气量是否满足用户的用气需求量。

压力控制器501生成的第一控制量可以采用指示气体供应策略或气体供应调整方向的标志量(flag)。标志量可以使用离散控制方式简化控制算法，也便于基于经验调整控制策略，获得快速高效的控制效果。例如，分别使用-1，0和+1作为压力控制器501所输出的标志量Flag1。其中，-1的标志量指示气体缓冲罐101中气体存量过大，需要减少气体供应；0指示气体缓冲罐101中的气体存量尚能满足用户需求，无需调整当前气体供应方案，气体供应保持不变；+1则指示气体缓冲罐101中的气体存量已经不足，需要增加气体供应以提前做好用户需求快速增加的准备。相对应地，压力的移动平均值Ave_Move(P)>P_high时压力控制器501的输出标志量Flag1为-1，压力的移动平均值Ave_Move(P)落入阈值范围[P_low，P_High]中时压力控制器501的输出标志量Flag1为0，压力的移动平均值Ave_Move(P)<P_low时压力控制器501的输出标志量Flag1为+1。

另一策略控制器的压力变化率控制器502(也可以称为微分先行控制器，其传递函数为Gc_b(s))，基于压力变化率控制约束，确定由气体压力变化率决定的气体供应策略的第二控制量以指示气体供应系统100的气体供应的调整方向。压力变化率控制器502可以弥补仅使用压力控制器501进行压力调节的滞后性，基于微分控制实现相位超前的系统状态变量调整。

如果压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)>DP_high，表示进入气体缓冲罐101的气体流量F_in大于离开气体缓冲罐101的气体流量F_out，气体供应超过用户的用气需求，需要减少供气以避免浪费气体。如果压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)<DP_low，表示进入气体缓冲罐101的气体流量F_in小于离开气体缓冲罐101的气体流量F_out，气体供应不足以满足用户的用气需求，需要增加供气，甚至可能需要后备系统的液体汽化。如果压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)位于DP_low和DP_high之间，表示进入气体缓冲罐101的气体流量F_in与离开气体缓冲罐101的气体流量F_out基本达到平衡。压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)与DP_high和DP_low的比较结果实际反映的是上游的气体分离装置ASU的气体生产量或生产速度(气体流量或流速)是否满足下游的用气装置(用户)的气体消耗量或消耗速度(流量或流速)，即用气量变化速度的考量，用于判断系统供气速度是否满足用户的用气速度。

类似地，压力变化率控制器502生成的第二控制量同样可以采用指示气体供应策略或气体供应调整方向的标志量。例如，分别使用-1，0和+1的作为压力变化率控制器502所输出的标志量Flag2。其中，-1的标志量指示气体缓冲罐101的下游用户用量低于上游的ASU提供的进入气体缓冲罐101的气体流量(下游快速退量)，需要减小气体供应速度；0指示气体缓冲罐101的下游用户用量与上游的ASU气体分离生产量基本平衡，无需调整当前气体供应方案，气体供应速度保持不变；+1则指示气体缓冲罐101的下游用户用量高于上游的ASU提供的进入气体缓冲罐101的气体流量(下游快速消耗)，需要增加气体供应速度以应对用户需求快速增加。相对应地，压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)>DP_high时压力变化率控制器502的输出标志量为-1，压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)落入阈值范围[DP_low，DP_High]中时压力变化率控制器502的输出标志量为0，压力变化率的移动平均值Ave_Move(dP/dt)<DP_low时压力变化率控制器502的输出标志量为1。

压力控制器501和压力变化率控制器502输出的第一和第二控制量在522处进行融合操作以生成融合控制量。在这里，融合操作可以将压力控制器501和压力变化率控制器502生成的气体供应策略进行整合以获得组合的单一控制输出。融合操作可以包括将第一和第二控制量进行简单的算术求和，还可以引入各自的权重进行加权求和以表示压力和压力变化率对气体供应策略的贡献程度。还可以使用其他算法计算融合控制量。

在第一和第二控制量采用标志量的情况下，可以将标志量相加获得的总和作为压力控制器501和压力变化率控制器502的融合控制量。例如，如果用户的用气需求猛烈增加，虽然预测的气体压力P的移动平均值小于P_low(对应的Flag1值为+1)，但是系统的供气速度在加快(预测的压力变化率dP/dt大于DP_high，对应的Flag2值为-1)，则Flag1和Flag2的算术总和为+1+-1＝0，说明气体缓冲罐101的供气已经在不断增加并且能够满足用气需求快速增加的趋势，则融合控制量的标志量Flag＝Flag1+Flag2＝0，最终不需要调整现有供气策略。再例如，如果用气需求猛烈增加，但是所预测的气体缓冲罐101中的气体压力P的移动平均值仍然很高(Ave_Move(P)>>P_high，对应的Flag1为-1)，说明此时气体缓冲罐101的供气量仍然满足用气需求，即使预测的压力变化率的移动平均值小于DP_low(对应的Flag2为1)，则二者的总和得到的融合控制量的标志量仍然为Flag＝Flag1+Flag2＝+1+-1＝0，不需要调整现有的供气策略。

根据本申请的实施例，在第一和第二控制量的标志量的总和为-2时，仍然将融合控制量的标志量设置为-1，即不在增加供气或减少供气的控制策略中再分级。相应地，在总和为+2的情况下，仍然将融合控制量的标志量设置为+1。

控制逻辑中还可以包括针对干扰输入511进行控制的前馈控制器503(其传递函数为Gc_c(s))。前馈控制器503主要用于针对气体供应系统中诸如因一氧化碳或二氧化碳等杂质气体的存在，导致气体供应系统的气体供应负载中存在干扰成分而使得从气体分离装置向气体缓冲罐提供气体时需要被迫升高或降低气体供应负载的情况。前馈控制器503可以基于所检测的与一氧化碳或二氧化碳等杂质气体相关的干扰输入511，生成气体供应负载的经调整和补偿的控制参数。

在具有或不具有前馈控制器503的情况下，压力控制器501和压力变化率控制器502、和/或前馈控制器503的输出在522进行融合以生成单一的融合控制量，然后将融合控制量输入到气体供应系统100的执行控制器505(其传递函数为Gv(s))。如上文所述，融合操作可以包括将两个或三个控制器的控制输出的简单求和后的总和作为融合控制量，也可以引入权重计算两者或三者的加权总和作为融合控制量。在将前馈控制器503的控制量输出与压力控制器501、压力变化率控制器502的控制量输出(第一和第二控制量)进行融合前，需要先统一它们的输出格式。

系统的执行控制器505(其传递函数为Gv(s))基于来自522的融合控制输出所指示的整合气体供应策略，使用DCS控制方法确定气体供应系统100的执行设备(例如包括如上文所述的各个致动装置)的控制参数。DCS控制方法使用的多变量预测控制(MVPC，MultiVariables Predictive Control)模型提供自动调速功能，可以将来自522的融合控制输出与相应的控制量阈值或阈值范围进行比较。在融合控制输出超出阈值较多或者距离较远时，MVPC可以以较快的速度和幅度将控制量调节或“拉回”到阈值以内或到阈值范围内。融合控制输出越接近阈值或阈值范围，调节的速度或幅度越小，呈现“降速”的效果。也就是说，MVPC可以通过自动调速功能根据输入到执行控制器505的融合控制量与阈值或阈值范围的偏离程度自动选择相应的调节速度或幅度。因此，在压力控制器501、压力变化率控制器502和/或前馈控制器503中，输出的控制量不再设置-2和+2的标志量，融合后的融合控制量也不再设置-2和+2的标志量而是将其分别并入-1和+1中。

执行控制器505输出的控制参数用于控制致动装置执行气体缓冲罐101的气体供应负载的调整，例如包括气体缓冲罐101的进气量，进气流量或流速(例如以标准立方米/小时为单位)，和/或位于气体缓冲罐101的进气侧的供应管路101a上或气体缓冲罐101的进气口处的阀门的开度等。压力和压力变化率分别与期望的压力控制约束条件和压力变化率约束条件的比较(以及可能进一步考虑的干扰输入511的影响)，可以确定气体供应系统100的控制参数(例如用于ASU的气体分离生产参数)的调整方向和趋势。而MVPC中的整合控制量与对应阈值和阈值范围的比较，可以确定气体供应系统100的控制参数的变化或调整的方向、幅度和/或速度。

气体供应系统100的系统模型506(其传递函数为Gp(s))在执行控制器505输出的控制参数的控制下，达到新的系统状态并产生如上文所述的系统输出512。根据本申请的实施例，干扰输入511也可以影响气体供应系统100的系统模型506的系统状态输出512，因此需要引入前馈控制器503。

在某工业园区中，采用根据本申请所提出的APC控制逻辑控制的气体供应系统100，获得了自2020年11月至2020年12月的系统运行数据。其中，所记录的ASU的氧气供应负载在85-105kNm³/h(千标准立方米/小时)之间。作为对比，以相同氧气供应负载下的手动控制方案的平均性能作为比较基准。

经过对现场测试结果的工作时间和经济成本的节约性分析，可以发现本申请所提出的用于控制气体供应的自动化负载预测系统方案可以显著减少人工操作时间。例如，操作记录从平均80.37条/天减少到0，即没有由于气体生产需求不匹配用户的用气需求和消耗问题而导致的人工操作，可以每天节省2个人工时。此外，本申请的系统方案可以显著降低气体产品放空和液体产品汽化的额外成本。对使用本申请提出的系统方案与人工操作进行比较计算发现，气体供应过程中的液体汽化比(liquid evaporation ratio，以液体汽化提供的供应气体占用户的总气体需求量的比率，以百分比表示)可以从2％降到1％，排气时间比(venting time ratio，从气体缓冲罐中排除过量气体的时间占总供气时间的比率，以百分比表示)从11％降到6％，显著节约了人力、时间和原料成本从而避免浪费。综合上述工作时间和成本节省以及相关的其他支出，本申请提出的系统方案可以每月节省约10万元，每天减少两个人工时的人力/时间成本，从而提高了操作人员的工作体验。该方案还可以复制应用于需求类似的其他应用场景。

图6示出用于控制气体供应的示例性方法。该方法中与结合图1至图5描述的气体供应系统的运行过程相同或相似的部分将不再详述。

方法首先在步骤S610中获取气体供应系统的系统状态变量的测量数据，例如气体缓冲罐中的气体的压力测量数据。从上文可知，这些压力测量数据与用户在先前的用气周期内的用气需求相关联。为了确定可用于提取用户的用气需求规律的足够信息，需要在步骤S610中进一步实施多个子步骤。这些子步骤用于确定用户的用气周期并基于用气周期选取在先前的用气周期中所测量的系统状态变量。例如，在子步骤S611中进一步获取用户的用气需求的历史数据，以及在子步骤S612中基于用气需求的历史数据确定用气周期，使得在步骤S610中可以获取在当前时间之前的先前的用气周期内的压力测量数据。在基于用气需求的历史数据确定用气周期时，可以在用气周期历史数据(曲线)上应用回归分析，特别是自回归分析算法确定用气周期。

接下来，方法在步骤S620中确定下一时间/时间间隔(特别是下一控制时间或控制时间间隔)的预测的系统状态变量，例如压力预测数据。表征气体供应系统的系统状态变量包括气体缓冲罐中的气体压力和压力变化率，因此步骤S620中确定压力预测数据主要是确定压力与压力变化率的预测数据(子步骤S622)。在理想状态下，气体缓冲罐中的气体温度保持恒定，也可以使用所测量的环境温度表示气体缓冲罐内的气体温度。当气体的温度可变时，还需要根据质量守恒定理所推导的规律(例如公式4)获取气体缓冲罐中的气体温度(例如图6中由虚线示出的子步骤S621)来计算与气体温度相对应的预测压力和预测压力变化率。

在完成步骤S620之后，方法在步骤S630中确定气体供应系统的控制参数。其中，在子步骤S631中，基于所预测的压力以及压力控制约束的比较结果可以确定气体供应负载调节的第一控制量。在子步骤S632中，基于所预测的压力变化率以及压力变化率控制约束的比较结果可以确定气体供应负载调节的第二控制量。控制量可以采用表征不同控制策略的标志量的形式。子步骤S631和S632可以独立、串行或并行实施。然后，在子步骤S633中将第一和第二控制量进行融合操作生成融合后的系统控制量，并确定系统中各个设备(例如ASU)的控制或操作参数。控制参数可以是气体的供应相关的可测量参数，例如气体缓冲罐的进气量或进气流量(流速)或ASU的气体分离生产量或生产流量(流速)，也可以是直接或间接地作用于气体供应系统的设备的致动装置或执行装置的操作量，例如气体缓冲罐的进气口或进气侧的供应管路上的阀门的开度。

如果气体供应系统有多个用气用户，则本申请所提出的方法还可以针对不同的用户需求规律设计对应的气体供应负载调节策略和方法。本领域技术人员可知，在气体供应系统供应多种类型的气体时，气体供应负载的自动调节是针对每种类型的气体产品单独设置的。

图7则示出根据本申请的实施例的用于控制气体供应的设备700。设备700至少包括用于获取气体供应系统的系统状态变量数据701，例如气体缓冲罐的压力测量数据的检测单元710，用于基于所获取的压力测量数据确定压力预测数据(包括预测压力和预测压力变化率)并基于压力预测数据确定系统的气体供应负载调节的控制参数702的控制单元720。

具体地，控制单元720可以进一步实施如图6中所示的步骤S610至S630中的至少一个步骤和至少一个子步骤。其中，与上文中结合图1至5描述的系统运行过程以及结合图6描述的方法中相同或类似的部分将不再详述。

设备700还可以包括用于与操作人员交互的界面(未示出)。界面可以包括接收操作人员的输入信息的输入单元，操作人员可以通过输入单元介入气体供应系统的气体供应负载自动调节过程，输入期望的控制约束条件和控制参数等。界面还可以包括向操作人员呈现系统工作状态和所获取的各种数据的显示单元。

图8示出气体供应系统的示例性框图。气体供应系统800可以包括如图7中所示的用于气体供应控制的设备700，用于缓存提供给用户的气体的气体缓冲罐810，以及用于生产气体的气体产生装置(例如ASU)820。设备700从气体缓冲罐810获取系统状态变量以确定气体供应控制和负载调节的控制参数，控制气体产生装置820的气体供应负载的调节操作，例如正常产气或液体汽化，和/或控制气体缓冲罐810的操作。与气体缓冲罐810相关的操作例如包括，调节进入和流出气体缓冲罐810的气体量或气体流量/流速，以及控制气体缓冲罐810排出生产过量的气体产品。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于控制气体供应的系统的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请的方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本申请的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序包括可执行指令，该可执行指令被例如处理器执行时可以实现上述任意一个实施例中所述用于控制气体供应的方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本申请的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书用于控制气体供应的方法中描述的根据本申请各种示例性实施例的步骤。

根据本申请的实施例的用于实现上述方法的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本申请的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

在本申请的示例性实施例中，还提供一种电子设备，该电子设备可以包括处理器，以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器。其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一个实施例中的用于控制气体供应的方法的步骤。

所属技术领域的技术人员能够理解，本申请的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本申请的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图9来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备900。图9显示的电子设备900仅仅是一个示例，不应对本申请的实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，电子设备900以通用计算设备的形式表现。电子设备900的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元910、至少一个存储单元920、连接不同系统组件(包括存储单元920和处理单元910)的总线930、显示单元940等。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元910执行，使得所述处理单元910执行本说明书用于控制气体供应的方法中描述的根据本申请各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元910可以执行如图6中所示的步骤。

所述存储单元920可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)9201和/或高速缓存存储单元9202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)9203。

所述存储单元920还可以包括具有一组(至少一个)程序模块9205的程序/实用工具9204，这样的程序模块9205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线930可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备900也可以与一个或多个外部设备1000(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备900交互的设备通信，和/或与使得该电子设备900能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口950进行。并且，电子设备900还可以通过网络适配器960与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器960可以通过总线930与电子设备900的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本申请实施方式的用于控制气体供应的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种用于控制气体供应系统的气体供应的方法，所述气体供应系统包括气体产生装置和气体缓冲装置，所述气体缓冲装置接收来自所述气体产生装置的气体供应以及向用户提供所述气体，所述方法包括：

获取所述气体缓冲装置的压力测量数据，所述压力测量数据与所述用户在先前的用气周期内的用气需求相关联；

基于所述压力测量数据确定所述气体缓冲装置的压力预测数据，其中所述压力预测数据包括预测压力和预测压力变化率；以及

基于所述压力预测数据确定所述气体缓冲装置的气体供应的控制参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取气体缓冲装置的压力测量数据进一步包括：

获取所述用户的用气需求的历史数据；

基于所述用气需求的历史数据确定所述用户的所述用气周期；

获取所述气体缓冲装置在所述用户的先前的用气周期内的所述压力测量数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述用气需求的历史数据确定所述用户的所述用气周期进一步包括：

通过对所述用户需求的历史数据进行自回归分析来确定所述用户的所述用气周期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力测量数据包括压力测量值和对应的压力测量时间，基于所述压力测量数据确定所述气体缓冲装置的压力预测数据进一步包括：

计算所述压力测量值的平均值作为所述预测压力；

基于所述压力测量值和所述压力测量时间计算压力变化率的平均值作为所述预测压力变化率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述平均值为算术平均值或移动平均值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述压力测量数据确定所述气体缓冲装置的压力预测数据进一步包括：

获取所述气体缓冲装置的温度，确定与所述温度对应的所述压力预测数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述压力预测数据确定向所述气体缓冲装置供应气体的控制参数进一步包括：

基于所述预测压力与压力控制约束确定气体供应的第一控制量；

基于所述预测压力变化率与压力变化率控制约束确定气体供应的第二控制量；

将所述第一控制量与所述第二控制量进行融合以生成所述控制参数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述压力控制约束包括预设的压力阈值或压力阈值范围，所述压力变化率控制约束包括预设的压力变化率阈值或压力变化率阈值范围。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一控制量和所述第二控制量为指示所述气体供应的控制策略的标志量，将所述第一控制量与所述第二控制量进行融合以生成所述控制参数进一步包括：

将所述第一控制量的标志量与所述第二控制量的标志量的总和作为指示所述控制参数的控制策略的标志量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气体供应的控制策略包括以下中的至少一项：

增加所述气体缓冲装置的气体供应；

减少所述气体缓冲装置的气体供应；以及

保持所述气体缓冲装置的气体供应不变。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制参数包括所述气体缓冲装置的进气量、进气流量和阀门开度中的至少一个的调整方向、幅度和/或速度。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力测量数据与多个用户在先前的用气周期内的用气需求相关联，所述方法进一步包括：

针对每个用户获取气体缓冲装置的压力测量数据；

基于每个用户的所述压力测量数据确定针对每个用户的所述气体缓冲装置的压力预测数据；

基于针对每个用户的所述压力预测数据确定所述气体缓冲装置的针对每个用户的气体供应的控制参数。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体为氧气、氮气和氩气中的至少一种。

14.一种用于控制气体供应系统的气体供应的设备，所述气体供应系统包括气体产生装置和气体缓冲装置，所述气体缓冲装置接收来自所述气体产生装置的气体以及向用户提供所述气体，所述设备包括：

检测单元，被配置为获取所述气体缓冲装置的压力测量数据，所述压力测量数据与所述用户在先前的用气周期内的用气需求相关联；

控制单元，被配置为基于所述压力测量数据确定所述气体缓冲装置的压力预测数据，其中所述压力预测数据包括预测压力和预测压力变化率；以及基于所述压力预测数据确定所述气体缓冲装置的气体供应的控制参数。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述设备还包括输入单元，所述输入单元被配置为获取所述用户的用气需求的历史数据；

所述控制单元被进一步配置为基于所述用气需求的历史数据确定所述用户的所述用气周期；以及

所述检测单元被进一步配置为获取所述气体缓冲装置在所述用户的先前的用气周期内的所述压力测量数据。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述控制单元被进一步配置为：

17.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述压力测量数据包括压力测量值和对应的压力测量时间，所述控制单元被进一步配置为：

计算所述压力测量值的平均值作为所述预测压力；

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述平均值为算术平均值或移动平均值。

19.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述检测单元被进一步配置为获取所述气体缓冲装置的温度，所述控制单元被进一步配置为确定与所述温度对应的所述压力预测数据。

20.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述控制单元被进一步配置为：

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述压力控制约束包括预设的压力阈值或压力阈值范围，所述压力变化率控制约束包括预设的压力变化率阈值或压力变化率阈值范围。

22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第一控制量和所述第二控制量为指示所述气体供应的控制策略的标志量，所述控制单元被进一步配置为：

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述气体供应的控制策略包括以下中的至少一项：

增加所述气体缓冲装置的气体供应；

减少所述气体缓冲装置的气体供应；以及

保持所述气体缓冲装置的气体供应不变。

24.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述控制参数包括所述气体缓冲装置的进气量、进气流量和阀门开度中的至少一个的调整方向、幅度和/或速度。

25.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述压力测量数据与多个用户在先前的用气周期内的用气需求相关联，

所述检测单元被进一步配置为针对每个用户获取气体缓冲装置的压力测量数据；

所述控制单元被进一步配置为基于每个用户的所述压力测量数据确定针对每个用户的所述气体缓冲装置的压力预测数据；以及基于针对每个用户的所述压力预测数据确定所述气体缓冲装置的针对每个用户的所述气体缓冲装置的气体供应的控制参数。

26.根据权利要求14至25中任一项所述的设备，其特征在于，所述气体为氧气、氮气和氩气中的至少一种。

27.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序包括可执行指令，当该可执行指令被处理器执行时，实施根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

28.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令以实施根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

29.一种气体供应系统，至少包括气体产生装置，气体缓冲装置以及根据权利要求14至26中任一项所述的用于控制气体供应系统的气体供应的设备。