精度和范围可扩展的编组调节阀及其控制信号解析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业过程控制领域，具体涉及一种精度和范围可扩展的编组调节阀及 其控制信号解析方法。
【背景技术】
[0002] 调节阀是工业过程控制领域中广泛使用的流量调节部件，与调节阀阀芯连接的驱 动部件共同作为控制系统的执行机构。控制系统控制驱动部件运动来改变调节阀的流通面 积，从而达到流量调节的目的。
[0003] 调节阀和驱动部件作为流量调节执行机构，周期性地接收外部控制信号，并反馈 自身开度信号。参见图1所示。单个运行周期内，现有的调节阀及其驱动部件的工作过程如 下：（1)外部控制信号U e [0, 1]传输至驱动部件，驱动部件向U对应的行程位置运动；（2) 调节阀芯与驱动部件进行同步运动至开度uXR，调节阀流通面积改变，通过调节阀的流量 改变；（3)驱动部件将实际的运行位置丨0.1.丨反馈至外部控制系统。
[0004] 基于以上过程，现有的调节阀及其驱动部件使用时存在以下缺陷：
[0005] (1)驱动部件通常存在最小位移的限制，进而限制了对应调节阀的流量调节粒度， 难以满足更高调节精度的要求。
[0006] (2)调节阀的流量调节范围有限，难以满足更大调节范围的需求。
[0007] (3)参见图2所示，调节阀的高、低开度情况下会出现流量特性失真的情形，导致 调节阀流量难以精确控制。
[0008] 上述缺陷使得当前工业过程中对调节阀的流量控制难以同时保证调节精度和调 节范围两方面的要求。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：扩展调节阀的调节精度 和调节范围，提高调节阀的流量控制精度。本发明的编组调节阀的调节精度较高，调节范围 较广，适于推广。
[0010] 为达到以上目的，本发明提供的精度和范围可扩展的编组调节阀，包括控制信号 解析模块、主调节阀、正向调节阀组和反向调节阀组，正向调节阀组包括至少1个与主调节 阀顺流向并联的正向调节阀，反向调节阀组包括至少1个与主调节阀反流向并联的反向调 节阀；正向调节阀与反向调节阀的数量相同，一个正向调节阀与一个反向调节阀一一对应； 所述控制信号解析模块分别与主调节阀、所有正向调节阀和所有反向调节阀相连；
[0011] 所述主调节阀、所有正向调节阀和所有反向调节阀均分有级别：主调节阀的级别 在所有正向调节阀和所有反向调节阀之上；正向调节阀组中的每个正向调节阀的级别均上 下不同，反向调节阀组中的每个反向调节阀的级别均上下不同，对应的正向调节阀和反向 调节阀的级别相同；
[0012] 所述主调节阀、所有正向调节阀和所有反向调节阀的规格要求为：1、下级调节阀 的调节范围小于上级的调节范围；2、下级调节阀的调节粒度小于上级调节阀的调节粒度； 3、下级调节阀的调节范围大于等于上级的调节阀的调节粒度；4、级别相同的正向调节阀和 反向调节阀的调节范围和调节粒度相同。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述所有正向调节阀和所有反向调节阀的均按照从上 级至下级的顺序排列：距离主调节阀最近的正向调节阀或反向调节阀为调节阀组中的最上 级，距离主调节阀最远的正向调节阀或反向调节阀为调节阀组中的最下级。
[0014] 本发明提供的基于上述精度和范围可扩展的编组调节阀的控制信号解析方法，该 方法的计算公式中"</'代表主调节阀的序号，" +k"代表正向调节阀的级别序号，" k"代表正 向调节阀的级别序号，"R"代表调节阀的调节范围，"D"代表调节阀的调节粒度，"roundO" 代表取距离括号中数值最近的整数；该方法的包括以下步骤：
[0015] Sl :控制信号解析模块收到控制信号u后，根据控制信号u和所有调节阀的调节范 围之和R，计算主调节阀控制信号u。，所有调节阀包括主调节阀、所有正向调节阀和所有反 向调节阀，u。的计算公式为：u。= (round((uR-RQ)/D。）XDQ)/R。，转到S2 ;
[0016] S2 :计算
的值，首次计算时k=l，
[0017] 若
，转到S3,若
转到S4;
[0018] S3:控制信号解析模块计算第k级正向调节阀控制信号u+k，计算公式为：
转到S5 ;
[0019] S4:控制信号解析模块计算第k级反向调节阀控制信号Uk，计算公式为：
转到S5 ;
[0020] S5 :控制信号解析模块判断当前k是否等于n，若是，转到S6 ;否则转到S2,将当前 k+Ι之后作为S2中计算公式中的k ;
[0021] S6:控制信号解析模块将计算得到的调节阀控制信号对应的计算开度，与该调节 阀当前的实际开度进行对比，确定实际开度与计算开度不相符的调节阀集合，并将该集合 中最上级别的调节阀的实际开度更新为计算开度。
[0022] 在上述技术方案的基础上，S6之后还包括以下步骤：
[0023] S7:控制信号解析模块将所有更新的调节阀的实际开度、与所有未更新的调节阀 的实际开度进行合并，得到开度反馈信号??，C的计算公式为：
控制信号解析模块将I反馈至控制系统。
[0024] 在上述技术方案的基础上，S3还包括以下步骤：控制信号解析模块计算第k级反 向调节阀控制信号u k= 0 ;S4还包括以下步骤：控制信号解析模块计算第k级正向调节阀 te制?曰号u+k= 〇。
[0025] 在上述技术方案的基础上，S6中所述计算得到的调节阀控制信号包括主调节阀控 制信号U。、正向调节阀控制信号u+k和反向调节阀控制信号u k，S6中所述将该调节阀的实 际开度更新为计算开度的具体过程为：若不相符的调节阀集合最上级别的调节阀为主调节 阀，则将主调节阀的实际开度更新为u。对应的计算开度；若不相符的调节阀集合最上级别 的调节阀为正向调节阀，则根据该正向调节阀的u +k更新该正向调节阀的开度，同时与该正 向调节阀级别相同的反向调节阀全关；若不相符的调节阀集合最上级别的调节阀为反向调 节阀，则根据该反向调节阀的u k更新该反向调节阀的开度，同时与该反向调节阀对应的正 向调节阀全关。
[0026] 在上述技术方案的基础上，Sl中所述u。= 0时代表主调节阀全关，u。= 1时代表 主调节阀全开；S3中所述u+k= 0时代表该正向调节阀全关，u+k= 1时代表该正向节阀全 开；S4中所述u k= 0时代表该反向调节阀全关，u k= -1时代表该反向节阀全开。
[0027] 在上述技术方案的基础上，Sl之前还包括以下步骤：控制信号解析模块获取所有 调节阀的开度。
[0028] 在上述技术方案的基础上，Sl中所述调节范围之和R的计算公式为
其中η为所有正向调节阀的数量。
[0029] 在上述技术方案的基础上，所述"roundO"取距离括号中数值最近的整数的方法 为四舍五入。
[0030] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0031] (1)本发明的主调节阀的顺流向并联有至少1个正向调节阀，反流向并联有至少1 个反向调节阀，本发明规定了主调节阀、所有正向调节阀和反向调节阀的级别、调节精度和 调节粒度，按照本发明的规定形成的编组调节阀不仅在调节精度和调节范围上都具有可扩 展性，而且主调节阀的高、低开度的流量特性失真能够得到矫正，便于精确流量控制。
[0032] (2)参见Sl和S5可知，本发明计算主调节阀的控制信号后，若
则说明编组调节阀的开度不足，计算第k级正向调节阀控制信号，否则说明编组调节阀的 开度分配过量，计算第k级反向调节阀控制信号。所有正向调节阀和方向调节阀的控制信 号计算完成后，更新实际开度与计算开度不相符的调节阀集合中的最上级别的调节阀。
[0033] 有鉴于此，本发明编组调节阀的调节精度等于编组内调节阀的最高精度、调节范 围等于编组内调节阀调节范围之和，因此本发明的调节精度较高，调节范围较广。
【附图说明】
[0034] 图1为【背景技术】中调节阀的工作原理图；
[0035] 图2为【背景技术】中调节阀的开度和流量的关系图；
[0036] 图3为本发明实施例中的精度和范围可扩展的编组调节阀的结构示意图；
[0037] 图4为本发明实施例中的精度和范围可扩展的编组调节阀的控制信号解析方法 的流程图；
[0038] 图5为本发明实施例中主调节阀高、低阀位的线型补偿图。
【具体实施方式】
[0039] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0040] 参见图3所示，本发明实施例中的精度和范围可扩展的编组调节阀，包括控制信 号解析模块、主调节阀、正向调节阀组和反向调节阀组。正向调节阀组包括至少1个与主调 节阀顺流向并联的正向调节阀，反向调节阀组包括至少1个与主调节阀反流向并联的反向 调节阀；正向调节阀与反向调节阀的数量相同，一个正向调节阀与一个反向调节阀一一对 应。控制信号解析模块分别与主调节阀、所有正向调节阀和所有反向调节阀相连。
[0041] 主调节阀、所有正向调节阀和所有反向调节阀均分有级别：主调节阀的级别在所 有正向调节阀和所有反向调节阀之上；正向调节阀组中的每个正向调节阀的级别均上下不 同，反向调节阀组中的每个反向调节阀的级别均上下不同，对应的正向调节阀和反向调节 阀的级别相同。
[0042] 参见图3所示，为了便于安装和操作，本实施例中的所有正向调节阀和所有反向 调节阀的均按照从上级至下级的顺序排列：距离主调节阀最近的正向调节阀或反向调节阀 为调节阀组中的最上级，距离主调节阀最远的正向调节阀或反向调节阀为调节阀组中的最 下级。
[0043] 上述编组调节阀的规格要求为：1、下级调节阀的调节范围小于上级的调节范围； 2、下级调节阀的调节粒度小于上级调节阀的调节粒度；3、下级调节阀的调节范围大于等于 上级的调节阀的调节粒度；4、级别相同的正向调节阀和反向调节阀的调节范围和调节粒度 相同。
[0044] 参见图3所示，本实施例中定义主调节阀为V。，正向调节阀组中的所有正向调节阀 按上级至下级的顺序分为正向调节阀V +1，. . .，