ES2256142T3 - Metodo para la regulacion continua de una posicion de una valvula de regulacion. - Google Patents

Abstract

Un método para la regulación continua de una posición de una válvula de control (32), especialmente de una válvula de control como una parte de una regulación o control de un proceso, con lo que una desviación de la regulación (2) de una posición determinada de la válvula de control se determina como una variable controlada (3), con respecto a una variable de referencia (4), y a partir de la desviación de la regulación (2) se determina una variable manipulada (5), mediante la cual la válvula de control (32) se coloca y/o mantiene en la posición predeterminada por la variable de referencia (4), caracterizado porque la variable controlada (3) correspondiente a la posición de la válvula de control (32) se determine mediante la observación de una variable manipulada (5) y, al menos, otra variable (6, 7) que puede verse influida por la posición de la válvula de control (32).

Description

Método para la regulación continua de una posición de una válvula de regulación.

La invención trata de un método para la regulación continua de una posición de una válvula de control, especialmente de una válvula de control que forme parte de una regulación o control de un proceso, con lo que una desviación de la regulación de una posición determinada de la válvula de control se determina como una variable controlada, con respecto a una variable de referencia, y a partir de la desviación de la regulación se determina una variable manipulada, mediante la cual la válvula de control se coloca y/o mantiene en la posición predeterminada por la variable de referencia.

En el estado de la técnica se conocen procesos para la producción de energía a partir de vapor de agua mediante turbinas, con los que el vapor se guía desde un recalentador intermedio hasta un conjunto de turbinas que se componga, por ejemplo, de una turbina de media presión con turbinas de baja presión conectadas a continuación, con lo que las turbinas se sitúan en un eje común. Para poder accionar las turbinas en un estado de funcionamiento definido y/o óptimo, se han previsto válvulas de control del desvío con un sistema de control de la posición de forma paralela al conjunto de turbinas. Las válvulas de control de este tipo muestran, generalmente, un accionamiento electro-hidráulico.

Un método para la regulación de las presiones se representa en la GB 1 028 345. En este documento se describe un aparato para regular la presión de una sustancia activa, con lo que la sustancia se calienta de tal modo que se consigue una transición de fase de una fase líquida a una fase en forma de vapor. La salida del aparato depende del tiempo y de la temperatura de la sustancia activa, con lo que la proporción es menor cuanto mayor sea la temperatura de la sustancia activa.

El sistema de control de la posición sitúa la válvula de control de forma correspondiente a un valor teórico (variable de referencia) predefinido por un sistema de control. Un valor real (variable controlada detectada) requerido para este sistema de control dispone de un transmisor de posición de la válvula con un convertidor análogo de medición del recorrido.

Una diferencia de control entre el valor real y el valor teórico se asocia al valor de control (variable manipulada), de acuerdo con una característica de control predefinida, con la que la válvula de control se sitúa en la posición predefinida por el accionamiento electro-hidráulico.

En el caso de los conductos largos conectados, se muestra una tendencia a la oscilación del sistema, con lo que en las válvulas se presentan las cargas de oscilación correspondientes. Esto lleva, si se coloca un transmisor de posición de la válvula en la válvula de control, a una gran tensión mecánica, que muestra un índice de averías alto en el transmisor de posición de la válvula correspondiente. En las ejecuciones de control actuales, la avería del transmisor de posición de la válvula lleva a que se cierre la válvula de control del desvío, y, así, a la avería del circuito del sistema de control de la posición.

La invención se basa, así, en la función de mejorar un método conocido para el control de la posición de una válvula, en el sentido de que una avería en un transmisor de posición de la válvula no conlleve una avería del circuito del sistema de control de la posición.

Con este fin, se propone con esta invención que la variable controlada correspondiente a la posición de la válvula de control se determine mediante la observación de una variable manipulada y, al menos, otra variable que puede verse influida por la posición de la válvula de control.

Con "observación" se entiende aquí una definición referida al control, según la que un sistema se denomina completamente observable, si el estado inicial de un sistema se puede determinar a partir del desarrollo conocido de la variable de entrada por un intervalo finito y de la variable de salida (véase Jan Lunes, Regelungstechnik 2, [Técnica de con-
trol], Definición 3.2, o también Otto Föllinger, Regelungstechnik, [Técnica de control], 5ª edición, Definición 11.190).

Ventajosamente, se puede prescindir completamente de un transmisor de posición de la válvula para la válvula de control. Las piezas y costes pueden reducirse y/o evitarse, especialmente los referentes al mantenimiento y la conservación. Con la solución acorde a la invención, se puede alcanzar un alto grado de precisión y fiabilidad. Además, por ejemplo, en una re-adaptación en una instalación, el observador puede utilizarse opcionalmente de forma paralela a un transmisor de posición de la válvula. En caso de funcionamiento defectuoso del transmisor de posición de la válvula, la variable controlada que se requiere para el sistema de control se puede determinar mediante la observación independiente de la función del transmisor de posición de la válvula. Se puede alcanzar un gran nivel de fiabilidad y precisión. La solución acorde a la invención se puede usar en circuitos de control, con lo que un valor teórico de posición de la válvula puede concretarse de forma predefinida como una variable de referencia, o mediante un circuito de control prioritario, como por ejemplo un circuito de control de presión.

Además, se propone que la variable controlada correspondiente a la posición de la válvula de control se determina mediante la observación de la variable controlada y una presión registrada correspondientemente delante y detrás de la válvula de control. Los puntos de medición que ya existen y se requieren, en cualquier caso, para el control o regulación del proceso, pueden utilizarse ventajosamente para determinar la variable controlada.

Además, se propone que la variable de referencia se predefina por un sistema de control prioritario, por ejemplo un sistema de control de presión. Así, por ejemplo, se puede predefinir una posición de la válvula por un sistema de control prioritario, con lo que se consigue adoptar y mantener la posición predefinida por un sistema de control que es, por otro lado, independiente. Especialmente en el caso de las grandes instalaciones industriales, esto puede conseguirse mediante un sistema de control situado localmente, para alcanzar y/o mantener una posición de la válvula predefinida por una central remota, de una manera rápida y con pocas interferencias. Además, se propone que el sistema de control muestre ventajosamente un comportamiento proporcional.

Además, se propone que se indique la posición determinada de la válvula de control. El valor de medición observado de la posición de la válvula puede indicarse sin que se requiera otro dispositivo de medición. El valor de medición también puede transmitirse a un sistema de control prioritario o a una central.

Un caudal másico es ventajosamente proporcional a la presión respectiva. Además, se propone que se presente una presión supercrítica a lo largo de la válvula de control.

Para alcanzar una variable manipulada de la válvula explícitamente conocida que, de alguna forma, afecte al movimiento resultante de la válvula que no dependa del movimiento actual de la válvula, se propone que un sistema de control sea afín.

Además, se ha propuesto que un valor de la variable de referencia (4) se mantenga en un rango de aproximadamente -10% hasta 110%. Ventajosamente, las posiciones finales de la válvula de control pueden moverse de una manera definida.

Para crear posibilidades para intervenir en el sistema de control, se ha propuesto que la variable manipulada se guíe a un conmutador selector. Así, se puede conseguir que la válvula de control tenga un valor de control predefinido aplicado a ésta, por ejemplo para pruebas. Mediante el conmutador selector, la variable manipulada puede conectarse a un valor máximo o mínimo, para, por ejemplo, determinar el movimiento máximo y/o mínimo.

Además, se propone que se utilice también un valor de medición determinado de un transmisor de posición de la válvula a modo de variable controlada. Así, por ejemplo para pruebas, se puede escoger entre la determinación directa y una observada de la posición de la válvula.

Además, se propone que un valor de medición del transmisor de posición de la válvula se use para la calibración del denominado observador, que es el dispositivo que determina, por la observación de las variables señaladas, la posición de la válvula de control. Una posición de la válvula medida directamente puede usarse ventajosamente para ajustar el observador con sus parámetros, de modo que una desviación con respecto al sistema de control, mediante el uso de un transmisor de posición de la válvula, sea lo más ligera que sea posible en el estado de funcionamiento que beneficie al transmisor de posición de la válvula.

También se ha propuesto que la válvula de control se coloque y/o mantenga por un accionamiento electro-hidráulico en la posición predefinida por la variable de referencia. Las válvulas de control pueden usarse ventajosamente para grandes requerimientos. Las características de control del sistema que contiene la válvula de control y el accionamiento electro-hidráulico pueden tomarse en cuenta en la característica de control, de modo que puede realizarse un control rápido, estable, evitando, por ejemplo, las averías generadas, por ejemplo, por las oscilaciones o también por la corrosión.

Otros detalles, características y ventajas de la invención pueden derivarse de la siguiente descripción de un ejemplo de ejecución. Las piezas esencialmente constantes se señalan con los mismos símbolos de referencia. Además, con respecto a las mismas características y funciones, hay que remitirse a la descripción del ejemplo de ejecución de la Figura 1.

Se muestra:

Figura 1: Un corte de un esquema de una instalación para el control de un conjunto de turbinas,

Figura 2: Un diagrama de bloques para un sistema de control de una válvula de control con un observador acorde a la invención y

Figura 3: Un diagrama de bloques para el observador acorde a la invención.

La Figura 1 representa una sección de un esquema de una instalación de una instalación de producción de energía a partir del vapor de agua. En un conducto 10, una corriente gaseosa de vapor de agua se guía hacia las válvulas 31, 32, por una ramificación 29.

Además, la Figura 1 muestra un observador 17 que se conecta a un punto de medición de la presión 6 colocado delante de las válvulas de control 31, 32, en la dirección de la corriente y, a un punto de medición de la presión 7, colocado detrás de la válvula de control 32, en la dirección de la corriente. El caudal másico es proporcional a la diferencia de presión correspondiente, con lo que existe una bajada de presión supercrítica a través de la válvula de control 32. Además, el observador 17 obtiene la variable manipulada 5 a partir de un controlador de posición 28, a modo de señal de entrada. De estas tres variables de entrada, el observador 17 determina el valor real 22 de la posición de la válvula de la válvula de control 32. La señal se le proporciona a un controlador de posición 28, que determina la desviación de control 2 de una variable de referencia 4, a partir de la que el controlador de posición 28 genera la variable manipulada 5 para la válvula de control 32. La variable de referencia 4 puede asumir valores entre -10% y 110%, para posibilitar un movimiento definido a las posiciones finales de la válvula de control 32. Por el conmutador selector 30, el valor actual 14 proporcionado por un transmisor de posición de la válvula, que no se ha representado con más detalle, puede escogerse también para el sistema de control (Figura 2). El sistema de control proporcionado es un sistema de control afín.

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques para un método para el control continuo de una posición de la válvula de control 32 como una parte de una regulación del proceso, con lo que un elemento comparador 18 determina una desviación del control 2 de una posición de la válvula de control 32 determinada como una variable controlada 3 con respecto a la variable de referencia 4, a partir de la que la desviación de control 2 determina una variable manipulada 5, mediante la que la válvula de control 32 se coloca y/o mantiene en la posición predefinida por la variable de referencia. De acuerdo con la invención, la variable controlada 3 correspondiente a la posición de la válvula de control 32 se determina mediante la observación de la variable manipulada 5 y otras dos variables 6, 7 en las que influye la posición de la válvula de control 32 y que, en este acondicionamiento, se forman mediante una presión 6, 7, registrada respectivamente de forma delante y detrás de la válvula de control 32.

La variable de referencia 4 se predefine por un sistema de control de presión 8 prioritario. El controlador de posición 28 se caracteriza por un comportamiento proporcional. La posición determinada de la válvula de control 32 se indica mediante una señal indicadora 1 que proviene de un indicador, no representado con más detalle. Además, se genera una variable manipulada 9 para controlar una bobina de un accionamiento electro-hidráulico, que no se representa con más detalla, de la válvula de control 32.

La variable manipulada 5 se guía a un conmutador selector 11, con el que, opcionalmente, el valor de limitación 13 más bajo puede escogerse como la variable manipulada. A continuación, se ha previsto un conmutador 26 con el que, opcionalmente, el valor de limitación 12 puede escogerse como la variable manipulada.

En lo que respecta al observador 17, su función básica se vuelve a abordar brevemente en este punto. Las presiones 6, 7 de delante y detrás de la válvula de control 32, a modo de variables de salida, así como sus variables manipuladas 5, a modo de variables de entrada en forma de una tensión eléctrica, se dan por conocidas, puesto que están disponibles como resultado de las mediciones. De las desviaciones temporales, aquí es posible, para el estado inicial, determinar la señal 22 para la posición de la válvula de control 32 (a este respecto, véase en particular Jan Lunes).

Por separado, la posición de la válvula se determina como una variable manipulada 5, con la ayuda del observador 17, mediante el uso de presiones 6, 7, medidas en la parte delantera y trasera de la válvula de control 32, así como de la tensión 9 correspondiente a la posición de la válvula. En este acondicionamiento, la variación de la posición de la válvula de control 32 es proporcional a la tensión 9 aplicada. Además, sin embargo, también se puede concebir una ejecución en la que la posición de la válvula de control 32 en sí sea proporcional a la tensión 9 aplicada.

La presión 7 descendente de la válvula de control 32 depende de los caudales másicos 19, 20 de vapor que circulan hacia dentro y hacia fuera (Figura 3). La variación en la presión es proporcional a la diferencia entre los caudales másicos 19, 20, por la constante de tiempo de almacenamiento 21 que depende del volumen. Si se cuenta con una bajada de presión supercrítica, la masa de vapor 19 que fluye por el espacio por detrás de la válvula de control 32 es proporcional al producto de la posición de la válvula y la presión 6 anterior a la válvula de control 32. La masa de vapor 20 emanado es, en primera instancia, proporcional a la presión 7 conformada en el espacio de almacenamiento formado por el conducto, pero que no se representa con más detalle. Esto se representa mediante los multiplicadores 15, 16.

El sistema que se representa aquí debe ilustrarse por medio de un sistema de ecuaciones diferenciales con ecuaciones diferenciales acopladas.

1

h_{v} =

Posición de la válvula

P_{nach} =

Presión conformada detrás de la válvula

T_{v} =

Constante volumen tiempo

K_{U,1,2} =

Parámetros

P_{vor} =

Presión delante de la válvula de control

U_{v} =

Tensión en la válvula de control (variable manipulada)

La dinámica de las ecuaciones del sistema se reproduce por el observador 17. Además de las ecuaciones referentes al sistema original, el observador 17 contiene una retroalimentación relacionada con la diferencia entre la presión 7 medida y la observada. El observador 17 se describe mediante las ecuaciones

2

Las variables punteadas son estados del observador.

Los parámetros d_{1} y d_{2} se pueden escoger de tal forma que la ecuación diferencial para el error

3

es estable en el origen (0, 0). Así, esto resulta en el sistema de ecuaciones diferenciales

4

que es estable si el polinomio característico asociado sólo muestra ceros complejos con una parte real menor que cero. Así, el resultado para los parámetros d_{1} y d_{2} es:

d_{2}>K_{2}/T_{v}

\hskip0.5cm

y

\hskip0.5cm

d_{1}>0.

Para los parámetros se consideran, en este ejemplo de ejecución, los siguientes valores:

K_{1}

= 2,3

K_{2}

= 4,55

K_{3}

= 0,01

T_{v}

= 0,1

d_{1}

= 1

d_{2}

= 0,02

K_{u}

= 0,5 (primera posición)

Los ejemplos de ejecución representados en las Figuras sirven únicamente para explicar la invención, y no se restringen a estos. Por ejemplo, pueden variar ciertos pasos aislados del método, como la selección de la variable en la que puede influir la posición de la válvula de control, como por ejemplo el caudal másico, y también las funciones adicionales, como la conversión de las variables manipuladas, etc.

Claims (14)

1. Un método para la regulación continua de una posición de una válvula de control (32), especialmente de una válvula de control como una parte de una regulación o control de un proceso, con lo que una desviación de la regulación (2) de una posición determinada de la válvula de control se determina como una variable controlada (3), con respecto a una variable de referencia (4), y a partir de la desviación de la regulación (2) se determina una variable manipulada (5), mediante la cual la válvula de control (32) se coloca y/o mantiene en la posición predeterminada por la variable de referencia (4), caracterizado porque la variable controlada (3) correspondiente a la posición de la válvula de control (32) se determine mediante la observación de una variable manipulada (5) y, al menos, otra variable (6, 7) que puede verse influida por la posición de la válvula de control (32).

2. El método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la variable controlada (3) correspondiente a la posición de la válvula de control (32) se determina mediante la observación de la variable controlada (5) y una presión (6, 7) registrada correspondientemente en la parte delantera y trasera de la válvula de control (32).

3. El método, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la variable de referencia (4) se predefine por un sistema de control (8) prioritario, especialmente un sistema de control de presión.

4. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por un comportamiento proporcional.

5. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque se indica la posición determinada de la válvula de control (32).

6. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por un caudal másico proporcional a la presión correspondiente.

7. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por una baja de presión supercrítica por la válvula de control (32).

8. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por un sistema de control afín.

9. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por un valor de la variable de referencia (4) en un rango de aproximadamente -10% a 110%.

10. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la variable manipulada (5) se guía al menos hacia un conmutador selector (11).

11. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la variable manipulada (9, 10) se conecta, por un conmutador selector (11), a un valor máximo o mínimo (12, 13).

12. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque también un valor de medición (14) determinado de un transmisor de posición de la válvula se utiliza opcionalmente como variable de control (3).

13. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque un valor de medición (14) del transmisor de posición de la válvula se utiliza para calibrar el observador (17).

14. El método, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la válvula de control (32) se coloca y/o mantiene por un accionamiento electro-hidráulico en la posición predefinida por la variable de referencia (4).