CN203433377U - 基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，包括依次连接的PID控制器、变频器、混合煤气加压机和压力变送器，还包括前馈控制器，2个以上的用户端煤气流量计、高炉煤气流量计、焦炉煤气流量计分别与所述前馈控制器的输入端相连接，所述前馈控制器的输出端通过前馈切换开关与所述PID控制器输出端后的加法器相连接，所述加法器的输出端与所述变频器的输入端相连接。如果用户端煤气负荷出现较大变化或用户端煤气负荷的时滞较大时，该控制系统能够提前调整混合煤气出口压力，防止因此出现的压力超调现象。该控制系统对多个用户端煤气且混合煤气负荷变比大的对象具有广泛的适用性。

Description

基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统

技术领域

本实用新型属于自动化控制技术领域，尤其涉及一种冶金企业大负荷变比条件下高、焦炉煤气混合加压站的基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统。

背景技术

煤气混合加压站是钢铁企业煤气输配系统的主要工艺环节之一，为了满足热值调节和充分利用各种副产煤气，需要将不同的煤气混合后供给用户。为了满足不同工业炉窑中煤气燃烧对压力的要求，需要把煤气加压到规定的压力供出。目前国内企业大多采用以混合煤气加压站机后压力P₂作为被控变量，通过单回路PID自动控制系统、通过变频器调整混合煤气加压机的转速，来保证混合煤气出口压力的稳定。但在实际运行中，混合煤气加压站与煤气用户间输送管路的距离较远，由于低压混合煤气输送具有低流速、管径大的特点，当用户煤气负荷因工艺调整出现较大的负荷变化时，通过调整混合煤气加压机的转速，进而控制混合煤气加压站机后压力P₂的负荷控制方式，会因对象的负荷变化和时滞较大的特性而出现严重的超调现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够满足具有多个煤气用户端、加压站与煤气用户端之间输送距离较远、用户端煤气负荷变化较大的基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，包括依次连接的PID控制器、变频器、混合煤气加压机和压力变送器，还包括前馈控制器，2个以上的用户端煤气流量计、高炉煤气流量计、焦炉煤气流量计分别与所述前馈控制器的输入端相连接，所述前馈控制器的输出端通过前馈切换开关与所述PID控制器输出端后的加法器相连接，所述加法器的输出端与所述变频器的输入端相连接。

所述混合煤气加压机的转速N及压差ΔP的限制条件为：1800r/min<N≤2960r/min；10kPa<ΔP≤14kPa。

采用本实用新型提供的基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，选择多个用户端的煤气用量Q₁～Q_n之和与混合前单种煤气流量之和（Q_高+Q_焦）间的差值ΔQ作为扰动量，混合煤气出口压力P₂作为被控变量，混合煤气加压机的转速变化量Δn作为控制变量，扰动量经前馈运算后的Uf(k)与被控量经PID运算的U1(K)进行叠加后，通过控制变量Δn进行负荷控制。该控制系统既可以发挥前馈控制器对用户端煤气用量突发的大负荷变化扰动和时滞的及时补偿，又可以保留混合煤气出口压力反馈控制对负荷偏差的校正作用。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.如果用户端煤气负荷出现较大变化，该系统能够提前调整混合煤气出口压力，防止因此出现的压力超调现象。

2.如果用户端煤气负荷的时滞较大时，该系统能够提前调整混合煤气出口压力，防止因此出现的压力超调现象。

3.该系统对多个用户端煤气且混合煤气负荷变比大的对象具有广泛的适用性。

附图说明

图1是本实用新型的控制原理框图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图中，1-PID控制器，2-变频器，3-混合煤气加压机，4-压力变送器，5-前馈控制器，6-用户端煤气流量计，7-高炉煤气流量计，8-焦炉煤气流量计，9-前馈切换开关，10-加法器。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，本实用新型提供的基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，包括依次连接的PID控制器1、变频器2、混合煤气加压机3和压力变送器4，PID控制器1的输出端与变频器2的输入端相连接，变频器2的输出端与混合煤气加压机3的输入端相连接，混合煤气加压机3的输出端与压力变送器4的输入端相连接，压力变送器4的输出端与PID控制器1输入端前的比较器相连接，还包括前馈控制器5，2个以上的用户端煤气流量计6、高炉煤气流量计7、焦炉煤气流量计8分别与前馈控制器5输入端相连接，前馈控制器5的输出端通过前馈切换开关9与PID控制器1输出端后的加法器10相连接，PID控制器1的输出端与加法器10的输入端相连接，加法器10的输出端与变频器2的输入端相连接。

如图2所示，多个用户端混合煤气流量计6、混合前高炉煤气流量计7、混合前焦炉煤气流量计8分别将采集到的流量信号输入PLC可编程序控制器中，用于参与前馈控制运算。PLC可编程序控制器将接收到流量信号和压力变送器4输入的压力信号进行前馈-反馈控制运算，并将运算结果控制信号送入通过变频器2送入混合煤气加压机3中，用来控制混合煤气加压机3的转速N，进而控制混合煤气加压站的机后压力P2。混合煤气加压机3后的压力变送器4测量混合煤气出口压力值P₂，并将测量得到的信号送入PLC可编程序控制器中，用于反馈控制运算。

如图1所示，PLC可编程序控制器中的前馈-反馈控制运算为：选择多个用户端的煤气用量Q₁～Qn之和与混合煤气量（混合前高炉煤气量Q_高+混合前焦炉煤气量Q_焦）之间的差值ΔQ作为扰动量，混合煤气加压机后压力P2作为被控变量，混合煤气加压机3的风机转速变化量Δn作为控制变量，扰动量经前馈运算后的Uf(k)与被控变量经PID运算后的U1(K)叠加，然后通过控制变量Δn进行负荷控制。前馈控制器5的运行由前馈切换开关9控制，当多个用户端的煤气用量负荷变化增量≥±2000m³/h时，前馈控制器5投入运行，否则停止运行。前馈控制器5可由操作人员在启动和停止混合煤气加压机3时，设置为停运方式。

依据风机相似定律:Q_前/Q_后=n₁/n₂，式中：Q_前为混合煤气加压站用户端负荷变化前流量，Q_前=（Q_高+Q_焦），n₁为负荷变化前变频调速混合煤气加压机的转速；Q_后为多个用户端负荷变化后流量，Q_后=(Q1+Q2+…+Qn)，n₂为负荷变化后变频调速混合煤气加压机的转速。

当多个用户端的负荷变化增量为ΔQ时，ΔQ=(Q1+Q2+Q3+Q4)-(Q_高+Q_焦)，变频调速混合煤气加压机的转速调整量为Δn，则负荷前馈算法为：                                                

。

 该前馈算法中，混合煤气加压机3的转速N及压差ΔP的限制条件为：1800r/min<N≤2960r/min；10kPa<ΔP≤14kPa。

当混合煤气加压站各用户端的使用负荷平稳时，操作员根据工艺要求，在PLC可编程序控制器中设置混合煤气加压站出口压力P2为给定值SP，该给定值SP与混合煤气出口压力变送器4的压力反馈回来的测量值PV之间的差值，通过PID运算后的结果为U1(K)，该信号直接送入变频器2，变频调速控制混合煤气加压机3的转速，实现稳定混合煤气加压机后压力的目的。

当混合煤气加压站各用户端的使用负荷突然出现较大波动时，即送入PLC可编程序控制器的各用户端煤气流量与混合前焦炉煤气流量、混合前高炉煤气流量之和的差值ΔQ大于≥±2000m³/h时，前馈控制开关9闭合，通过公式

的前馈运算，得到前馈运算后Uf(k)，与被控量经PID运算U1(K)叠加后，通过控制变量Δn进行负荷控制，实现稳定混合煤气出口压力的目的。

 以上所述的仅是本实用新型的较佳实施例，并不局限本实用新型。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本实用新型的目的，都应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，包括依次连接的PID控制器（1）、变频器（2）、混合煤气加压机（3）和压力变送器（4），其特征在于，还包括前馈控制器（5），2个以上的用户端煤气流量计（6）、高炉煤气流量计（7）、焦炉煤气流量计（8）分别与所述前馈控制器（5）的输入端相连接，所述前馈控制器（5）的输出端通过前馈切换开关（9）与所述PID控制器（1）输出端后的加法器（10）相连接，所述加法器（10）的输出端与所述变频器（2）的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于前馈-反馈控制的混合煤气加压站机后压力控制系统，其特征在于，所述混合煤气加压机（3）的转速N及压差ΔP的限制条件为：1800r/min<N≤2960r/min,10kPa<ΔP≤14kPa。

Images