CN115686091A - 一种控制型阀门的阀门出口压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门出口压力的控制方法，属于工业智能化技术领域。首先在阀门使用前，对该阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的阀门出口压力p和流量值q进行标记；根据采集得到的两组数据，进行数值拟合，得到初始的拟合函数p_1v＝f₁(q)；在阀门使用过程中，每间隔a秒采集一次数据，并进行一次拟合；将此次拟合的函数p_mv＝f_m(q)与最新的拟合函数p_v＝f(q)进行对比，选出两者中精度更高的一项作为最新的拟合函数p_v＝f(q)；将需要达到的出口压力p_vr，代入p_v＝f(q)，得到此时阀门需要达到的的流量q_vr。根据需要的流量值q_vr，调整阀门定位器的输入信号I_r，控制流量达到q_vr，进而控制出口压力到达p_vr。

Description

一种控制型阀门的阀门出口压力控制方法

技术领域

本发明涉及一种阀门出口压力的控制方法，特别涉及一种控制型阀门的阀门出口压力的控制方法。

背景技术

在现代工业中，控制型阀门被广泛地应用于石油石化、煤化工、制药以及金属冶炼等众多行业之中。控制型阀门主要用于实现对流量、压力等参数的调节功能。现有的控制型阀门除了阀门本体和执行机构之外，还配有定位器。通过改变输入的信号，达到控制阀门开度的目的，从而控制出口流量和出口压力。现阶段，仍然缺乏阀门开度与被控参数的准确物理关系，使得阀位控制不准确。只能根据自动控制理论，对被控参数进行反馈，再根据反馈的量，对阀位进行反复调整来实现控制。因此导致系统运行状态欠佳，设备磨损严重，易老化，面对管网调节扰动，难以实现动态补偿。因此，寻找一种实时、准确的阀门出口压力控制方法显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有控制型阀门控制技术的不足，提供一种能够根据实时工况进行自动学习，并且准确控制阀门出口压力的方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案主要包括：

步骤(a)控制型阀门在使用过程中，分别通过压力传感器和流量计采集阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的阀门出口压力p和出口流量值q，得到出口压力和流量两组数据。

步骤(b)对出口压力和流量两组数据进行数值拟合，得到拟合函数p_v＝f(q)。

步骤(c)将需要达到的出口压力p_vr，代入p_v＝f(q)，得到此时阀门需要达到的流量q_vr。

步骤(d)根据需要的流量值q_vr，调整阀门定位器的输入信号I_r，控制流量达到q_vr，进而控制出口压力到达p_vr。

在上述步骤中，对该阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的流量和阀门出口压力进行标记，即在不同开度和水泵不同功率状态下，分别采集阀门出口压力和出口流量；此过程中，尽可能多地采集此两组数据，保证所采集的组数不少于5组。

步骤(b)细化为如下子步骤：

(b-1)对初次采集的出口压力p和出口流量值q两组数据进行数值拟合，得到两者之间的函数关系：p_1v＝f₁(q)，并得到RMSE₁、R-square₁，初始的拟合函数为p_v＝f(q)＝p_1v＝f₁(q)，q是阀门的出口流量，p_1v是第一次拟合得到的出口压力值。

(b-2)阀门在使用过程中，传感器间隔a秒采集数据，同样对出口压力、流量两组数据进行数值拟合，得到第二次拟合函数p_2v＝f₂(q)，并得到RMSE₂、R-square₂；将p_2v＝f₂(q)和p_v＝f(q)＝p_1v＝f₁(q)两者的精度进行对比，以RMSE、R-square作为评价标准，RMSE越小，R-square越接近于1，则精度越高，将两者中精度高的记为最新的拟合表达式，其中a是自然数。

(b-3)间隔2a秒之后，再次采集数据，并对出口压力和流量两组数据进行数值拟合得到第三次拟合函数p_3v＝f₃(q)，以此类推，得到第m次拟合函数p_mv＝f_m(q)，并得到相应的RMSE_m、R-square_m，其中m是自然数。

(b-4)每一次拟合之后，均将p_mv＝f_m(q)和上一次获得的最新拟合函数p_v＝f(q)进行对比，将p_mv＝f_m(q)和p_v＝f(q)两者中精度高的一项作为最新的拟合函数p_v＝f(q)。

在上述步骤(b-2)和步骤(b-3)中，RMSE、R-square为式(2)、式(6)。

本发明提出了一种阀门出口压力的控制方法，该方法在阀门使用过程中，能够对工况情况自动学习，从而实现对阀门出口压力的同步实时地精确控制。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的流程示意图。

图2是阀门的管线示意图。

图3是本发明所拟合出来的曲线。

说明：图2中1是阀门，2是阀后的压力传感器，3是阀后的流量计。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明所述的阀门出口压力的控制方法，其步骤流程图如图1所示。详细描述为以下步骤：

(1)如图2所示，在阀门使用前，对该阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的出口压力和流量进行标记，即先通过流量计和压力传感器采集不同开度和不同水泵功率状态下的阀门出口压力和流量值。在这个过程中，尽可能多地采集多组数据，保证所采集的组数不少于5组。出口压力尽可能保持均匀分布，如30kPa、60kPa、90kPa、…，以保证之后拟合出的曲线具有更高的精度。

(2)采集得到出口压力为P，如式(7)所示。流量值为Q_v，如式(8)所示，其中n为自然数。

P＝(p₁,p₂,…,p_n) (7)

Q_v＝(q₁,q₂,…,q_n) (8)

(3)通过计算机程序(如Python)对P、Q_v两组数据进行数值拟合，得到拟合函数p_1v＝f₁(q)。

每个样本点可以表示为(q_i，p_i)，其中i＝1，2，…，n；误差可以表示为式(1)。RMSE、R-square作为评价标准，如式(2)、式(6)所示，当RMSE和R-square小于设定值时，则认为p_1v＝f₁(q)达到精度要求，可以近似表达曲线，将此p_1v＝f₁(q)记为初始拟合函数，即p_v＝f(q)＝p_1v＝f₁(q)，并求出相应的RMSE₁和R-square₁。

(4)在阀门的使用过程中，传感器间隔a秒采集一次数据，重复步骤(2)、步骤(3)，得到逼近函数p_2v＝f₂(q)，并得出相应的RMSE₂、R-square₂；将RMSE₁、R-square₁和RMSE₂、R-square₂进行比较，若p_2v＝f₂(q)精度高于p_v＝f(q)，则将p_2v＝f₂(q)标记为新的拟合函数，即p_v＝f(q)＝p_2v＝f₂(q)，反之则拟合函数保持不变。

间隔2a秒之后，重复步骤(2)、步骤(3)，得到p_3v＝f₃(q)，并得到相应的RMSE₃、R-square₃；以此类推，得到p_mv＝f_m(q)，以及RMSE_m、R-square_m，m、a均为自然数。每一次拟合之后，均将p_mv＝f_m(q)和上一次获得的最新拟合函数p_v＝f(q)进行对比，将p_mv＝f_m(q)和p_v＝f(q)两者中精度高的一项作为最新的拟合函数p_v＝f(q)。

(5)将阀门出口需要达到的实际压力p_vr代入最新的拟合函数p_v＝f(q)中，得出阀门需要的实际流量q_vr。控制阀门的实际流量达到要求，实现对出口压力的精确控制。

下面以一个具体实例来说明本发明所述方法的操作过程及获得的结果精度。

实施方式1

本发明给出了一种公称口径为NPS2、公称压力为Class2500的控制型阀门为例子，采用本发明提出的控制方法对阀门出口压力进行精确地控制；在此例子中，仅完成两次数值拟合，将需要达到的阀门出口压力p_vr代入拟合函数，得出阀门所需要的实际流量q_vr。将拟合实际流量q_vr与实际流量q_r进行对比，证明该控制方法的准确性。

按照本发明的基本步骤，具体操作步骤如下：

(1)先通过阀后的压力传感器和流量计分别采集阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的阀门出口压力值P和出口流量值Q_v，得到数据如表1的第一部分所示。

(2)通过计算机软件(如Python)对P、Q_v两组数据进行数值拟合，得到初始拟合表达式p_1v＝f₁(q)。

(3)通过传感器继续采集数据，重复(1)中的步骤，得到数据如表1的第二部分所示。

(4)通过计算机软件(如Python)对表1中所有数据进行数值拟合，得到初始拟合表达式p_2v＝f₂(q)。

(5)将p_1v＝f₁(q)与p_2v＝f₂(q)进行对比，p_2v＝f₂(q)的精度高于p_1v＝f₁(q)，故p_v＝f(q)＝p_2v＝f₂(q)。

(6)采集阀门在试验台上的数据，得到阀门在其他状态下的出口压力和流量值如表2所示。将表2中的阀门出口压力p_vr代入拟合表达式p_2v＝f₂(q)，得到拟合实际流量q_vr，如表2所示。通过对表2中的数据进行对比，发现实际流量q_r和拟合实际流量q_vr之间的偏差非常小。故可知只需要调整阀门的开度，使得阀门出口流量值达到q_vr，便可以实现对出口压力的精确控制。因此本发明给出的阀门出口压力的控制方法具备相当高的精度。

表1初始标记数据

表2实际流量与拟合实际流量及其误差

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种阀门出口压力的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)阀门在使用过程中，通过压力传感器和流量计分别采集阀门在不同开度和水泵不同功率状态下的阀门出口压力p和管路中的流量q，得到出口压力和流量两组数据；

(b)对出口压力和流量两组数据进行数值拟合，得到拟合函数p＝f(q)；

(c)将需要达到的出口压力p_vr代入p＝f(q)，得到需要的流量值q_vr；

(d)根据需要的流量值p_vr，调整阀门定位器的输入信号I_r，控制流量达到q_vr，进而控制阀门出口压力到达p_vr。

2.根据权利要求1所述的阀门出口压力的控制方法，其特征在于，在使用过程中，保持阀后管路中其他阀门开度不变，即阀后管路的等效阻抗保持不变；随着阀门开度和水泵功率的不断变化，采集不同开度和水泵不同功率状态下阀门的出口压力以及管路中的流量；此过程中，尽可能采集多个不同状态下的流量和阀门出口压力，保证采集的数据不少于5组。

3.根据权利要求1所述的阀门出口压力的控制方法，其特征在于，步骤(a)包括，管道在初次使用时，在不同开度和水泵不同功率状态下，对阀门出口压力和管道流量进行标记，即通过压力传感器采集不同状态下的阀门出口压力，通过流量计采集不同状态下对应的管道流量；在使用过程中，每间隔a秒，采集出口压力和流量。

4.根据权利要求1所述的阀门出口压力的控制方法，其特征在于，步骤(b)包括如下子步骤：

(b-1)对初次采集的阀门出口压力p、管道流量q，两组数据进行数值拟合，得到两者之间的函数关系：p₁＝f₁(q)，并得到RMSE₁、R-square₁，初始的拟合函数为p_v＝f(q)＝p₁＝f₁(q)，q是管道流量，p₁是第一次拟合得到的阀门出口压力；

(b-2)阀门在使用过程中，传感器间隔a秒采集数据，同样对出口压力和流量两组数据进行数值拟合，得到第二次拟合函数p₂＝f₂(q)，并得到RMSE₂、R-square₂；将p₂＝f₂(q)和p_v＝f(q)＝p₁＝f₁(q)这两者的精度进行对比，以RMSE和R-square作为评价标准，RMSE越小，R-square越接近于1，则精度越高，将两者中精度高的记为最新的拟合函数；

(b-3)间隔2a秒之后，再次采集数据，并对出口压力和流量两组数据进行数值拟合得到第三次拟合函数p₃＝f₃(q)，以此类推，得到第m次拟合函数p_m＝f_m(q)，并得到相应的RMSE_m、R-square_m，m是自然数；

(b-4)每一次拟合之后，均将p_m＝f_m(q)和上一次获得的最新拟合函数p_v＝f(q)进行对比，将p_m＝f_m(q)和p_v＝f(q)两者中精度高的表达式作为最新的拟合函数p_v＝f(q)。

5.根据权利要求1所述的阀门出口压力的控制方法，其特征在于，阀门出口压力和流量拟合得到的为二维曲线。

6.根据权利要求4所述的阀门出口压力的控制方法，其特征在于，步骤(b-2)、(b-3)中，以RMSE、R-square作为评价指标，其中：

e_i＝|p_i-f(q_i)| (1)

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