一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法

文档序号:5815306阅读:254来源:国知局
专利名称:一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法
技术领域
本发明属于天然气管道分输技术领域,特别涉及一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法。
背景技术
在西气东输天然气管道多数分输站中,调压系统通常采用调压撬,由安全截断阀、监控调压阀和工作调压阀三部分组成,压力设定值按梯度设置,其中安全截断阀的最高,工作调压阀的最低。通常采用站控PLC系统的PID程序对电动调节阀进行控制,电动执行机构接收来自PLC系统的信号(如4-20mA),然后驱动阀门改变开度来控制管道内天然气的流量、压力。在实际天然气分输过程中,对象模型多变,用户用气量波动性较大,具有随机性。面对复杂多变的工况,尤其对于那些与下游门站距离短、管径细的分输站,由于管容小,用气压力波动剧烈,PLC系统的PID控制无法适应现场需要,造成电动调节阀波动频繁,无法实现向下游的平稳供气。针对上述情况,2009年在西气东输一线个别站场安装了 PID多回路控制器M0D30ML,通过PID回路设计和软件编程,实现了电动调节阀的调节控制及调压系统的优化运行。M0D30ML多回路控制器根据采集的电动调节阀的进出口压力信号、电动调节阀的阀位信号和安全截断阀的阀门关断信号,再通过预先编制的应用软件进行PID运算,完成对电动调节阀阀门开度的控制。但采用多回路控制器对电动调节阀进行控制,也存在一些不足之处:1、在使用过程中需要进行仪表回路接线修改,增加额外硬件,如信号分配器,以便同时保证PLC系统对电动调节阀的控制功能;2、不能对PLC系统PID控制的PID参数进行自整定;3、可移植性不够强,更换一种控制器后,调试不能够直接移植过去使用。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法,解决了现有技术中需要多次调整电动调节阀动作的技术问题。为解决上述技术问题,本发明提供了一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备,包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器;其中,所述数据采集装置用于通过PLC控制站采集的现场数据;所述数据处理器用于对所述现场数据进行数据滤波,得到实时数据;所述控制装置用于根据所述实时数据和控制参数,得到电动调节阀的控制量;所述输出器根据所述电动调节阀的控制量对所述电动调节阀的控制量限幅或限流后,通过所述PLC控制站控制所述电动调节阀的阀位开度。进一步地,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算辨识参数单元、计算阶跃响应系数和系数矩阵单元、计算期望压力轨迹单元、计算开环预测输出单元和计算调节阀阀位开度增量单元;所述计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个所述现场数据的电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值;所述计算辨识参数单元根据所述上一时刻的调节阀出口压力、所述上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子,计算得到当前时刻的辨识参数;所述计算阶跃响应系数和系数矩阵单元根据所述当前时刻的辨识参数和所述预测步长,计算得到阶跃响应系数和系数矩阵;所述计算期望压力轨迹单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力和所述柔化因子,计算得到期望压力轨迹;所述计算开环预测输出单元根据所述当前时刻调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀阀位开度增量、所述上两时刻的调节阀阀位开度增量、所述上三时刻的调节阀阀位开度增量、所述预测步长和所述阶跃响应系数,计算得到开环预测输出;所述计算调节阀阀位开度增量单元根据所述系数矩阵、所述期望压力轨迹和所述开环预测输出,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。
进一步地,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算积分系数单元、计算比例增益值单元、计算调节阀阀位开度增量单元和计算电动调节阀的控制量单元;所述计算调节阀出口压力值单元根据一个时刻内多个所述电动调节阀的出口压力采样值,分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值和当前时刻的调节阀入口压力值;所述计算偏差值单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值、所述上两时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力,分别计算得到当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值;所述计算偏差变化率单元根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值和所述上两时刻的偏差值,分别得到当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率;所述计算积分系数单元根据所述当前时刻的偏差值、所述动态积分作用上限阈值和所述动态积分作用下限阈值、计算积分系数;所述计算比例增益值单元根据调节阀入口参考压力、所述当前时刻的调节阀入口压力值和所述初始比例增益值、计算得到调整后的比例增益值;所述计算调节阀阀位开度增量单元根据所述调整后的比例增益值、所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、所述积分时间、所述积分系数、所述微分时间、所述当前时刻偏差变化率和所述上一时刻偏差变化率,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据所述衰减因子、所述当前时刻的调节阀阀位开度增量和上一时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量;所述计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。
进一步地,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算调节阀开度值单元、计算比例增益值单元、计算积分时间常数单元、计算时间常数调整因子、调整单元、计算调节阀阀位开度增量和计算电动调节阀的控制量单元;所述计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值和上一时刻的调节阀出口压力值;所述计算偏差值单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值和所述调节阀出口参考压力,分别得到当前时刻的偏差值和上一时刻的偏
差值;所述计算偏差变化率单元根据所述当前时刻的偏差值和所述上一时刻的偏差值,计算得到当前时刻偏差变化率;所述计算调节阀开度值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的开度采样值,计算得到当前时刻的调节阀开度值;所述计算比例增益值单元根据所述当前时刻的调节阀开度值、所述阀位开度拐点、比例增益值的下限值和比例增益值的上限值,计算得到比例增益值;所述计算积分时间常数单元根据所述当前时刻的偏差值、所述最大允许偏差量、所述积分时间的下限值和所述积分时间的上限值,计算得到积分时间常数;所述计算时间常数调整因子根据所述当前时刻偏差变化率和所述最大偏差变化率,计算得到时间常数调整因子;所述调整单元根据所述时间常数调整因子,调整所述比例增益值和所述积分时间常数;所述计算调节阀阀位开度增量根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、调整后的比例增益值和调整后的积分时间常数,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度
增量;所述计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。进一步地,所述控制设备还包括显示装置,所述显示装置分别与所述数据采集装置、所述控制装置和所述输出器相连,所述显示装置用于显示所述现场数据、所述实时数据和所述电动调节阀的控制量。进一步地,所述现场数据包括所述电动调节阀的出口压力采样值和电动调节阀的开度采样值。一种天然气管道分输电动调节阀的控制方法,包括如下步骤:通过PLC控制站采集现场数据;对所述现场数据进行数据滤波,得到实时数据;根据所述实时数据和控制参数,得到电动调节阀的控制量;根据所述电动调节阀的控制量对所述电动调节阀的控制量限幅或限流后,通过所述PLC控制站控制所述电动调节阀的阀位开度。进一步地,所述方法还包括如下步骤:显示所述现场数据、所述实时数据和所述电动调节阀的控制量。
进一步地,所述进行数据滤波的方法具体包括如下步骤:将所述现场数据依次进行去噪、去毛刺和滤波,得到所述实时数据。进一步地,所述控制参数包括调节阀出口参考压力、初始比例增益值、积分时间和微分时间、动态积分作用上限阈值、动态积分作用下限阈值、衰减因子、最大允许偏差量、最大偏差变化率、阀位开度拐点、遗忘因子、柔化因子和预测步长。进一步地,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤:根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值;根据所述上一时刻的调节阀出口压力、所述上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子,计算得到当前时刻的辨识参数;根据所述当前时刻的辨识参数和所述预测步长,计算得到阶跃响应系数和系数矩阵;根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力和所述柔化因子,计算得到期望压力轨迹;根据所述当前时刻调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀阀位开度增量、所述上两时刻的调节阀阀位开度增量、所述上三时刻的调节阀阀位开度增量、所述预测步长和所述阶跃响应系数,计算得到开环预测输出;根据所述系数矩阵、所述期望压力轨迹和所述开环预测输出,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量;根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。进一步地,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤:根据一个时刻内多个所述电动调节阀的出口压力采样值,分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值;根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值、所述上两时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力,分别计算得到当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值;根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值和所述上两时刻的偏差值,分别得到当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率;根据所述当前时刻的偏差值、所述动态积分作用上限阈值和所述动态积分作用下限阈值、计算积分系数;根据所述调节阀出口参考压力、所述当前时刻的调节阀出口压力值和所述初始比例增益值、计算得到调整后的比例增益值;根据所述调整后的比例增益值、所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、所述积分时间、所述积分系数、所述微分时间、所述当前时刻偏差变化率和所述上一时刻偏差变化率,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量;根据所述衰减因子、所述当前时刻的调节阀阀位开度增量和上一时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量;
根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。进一步地,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤:根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值和上一时刻的调节阀出口压力值;根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值和所述调节阀出口参考压力,分别得到当前时刻的偏差值和上一时刻的偏差值;根据所述当前时刻的偏差值和所述上一时刻的偏差值,计算得到当前时刻偏差变化率;根据当前时刻内多个电动调节阀的开度采样值,计算得到当前时刻的调节阀开度值;根据所述当前时刻的调节阀开度值、所述阀位开度拐点、比例增益值的下限值和比例增益值的上限值,计算得到比例增益值;根据所述当前时刻的偏差值、所述最大允许偏差量、所述积分时间的下限值和所述积分时间的上限值,计算得到积分时间常数;根据所述当前时刻偏差变化率和所述最大偏差变化率,计算得到时间常数调整因子;根据所述时间常数调整因子,调整所述比例增益值和所述积分时间常数;根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、调整后的比例增益值和调整后的积分时间常数,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量;根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。本发明提供的天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法,将被控量的超调量控制在合理范围,提高了天然气分输站场电动调节阀压力和流量的稳定性;降低了阀门开度变化率,减少了电动调节阀动作的频率,从而降低其故障率,节省了维护成本。


图1为本发明实施例提供的天然气管道分输电动调节阀的控制设备结构示意图;图2为本发明实施例2提供的得到电动调节阀的控制量的步骤图;图3为本发明实施例3提供的得到电动调节阀的控制量的步骤图;图4为本发明实施例4提供的得到电动调节阀的控制量的步骤图。
具体实施例方式实施例1:参见图1,本发明实施例提供的一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备,包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器,它们集成为工作站电脑;其中,数据采集装置,它与PLC控制站通过以太网进行通信,通讯协议为ModbusTCP,用于获得通过PLC控制站采集的现场数据,其中,现场数据包括电动调节阀的出口压力采样值;
数据处理器用于根据滤波方法,对所述现场数据进行数据滤波,得到实时数据;控制装置用于根据实时数据和设定的控制参数,得到电动调节阀的控制量;输出器根据电动调节阀的控制量对计算得到的电动调节阀的控制量进行限幅或限流处理,然后将处理后控制量仍然经以太网通信写给PLC控制站,通过PLC控制站控制电动调节阀的阀位开度。其中,该控制设备还包括显示装置,由显示器、键盘和鼠标组成,人机交互模块分别与数据采集装置、控制装置和输出器相连,人工交互模块用于显示现场数据、实时数据和电动调节阀的控制量。其中,该控制装置可以包括计算调节阀出口压力值单元、计算辨识参数单元、计算阶跃响应系数和系数矩阵单元、计算期望压力轨迹单元、计算开环预测输出单元和计算调节阀阀位开度增量单元;计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个现场数据的电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值;计算辨识参数单元根据上一时刻的调节阀出口压力、上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子,计算得到当前时刻的辨识参数;计算阶跃响应系数和系数矩阵单元根据当前时刻的辨识参数和预测步长,计算得到阶跃响应系数和系数矩阵;计算期望压力轨迹单元根据当前时刻的调节阀出口压力值、调节阀出口参考压力和所述柔化因子,计算得到期望压力轨迹;计算开环预测输出单元根据当前时刻调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量、预测步长和阶跃响应系数,计算得到开环预测输出;计算调节阀阀位开度增量单元根据系数矩阵、期望压力轨迹和开环预测输出,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据上一时刻电动调节阀的控制量和当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。该控制装置还可以包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算积分系数单元、计算比例增益值单元、计算调节阀阀位开度增量单元和计算电动调节阀的控制量单元;计算调节阀出口压力值单元根据一个时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值和当前时刻的调节阀入口压力值;计算偏差值单元根据当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值、调节阀出口参考压力,分别计算得到当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值;计算偏差变化率单元根据当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值,分别得到当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率;计算积分系数单元根据当前时刻的偏差值、动态积分作用上限阈值和动态积分作用下限阈值、计算积分系数;计算比例增益值单元根据调节阀入口参考压力、当前时刻的调节阀入口压力值和初始比例增益值、计算得到调整后的比例增益值;计算调节阀阀位开度增量单元根据调整后的比例增益值、当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值、积分时间、积分系数、微分时间、当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据衰减因子、当前时刻的调节阀阀位开度增量和上一时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到调整后的当前时刻的调节阀阀位开度
增量;计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。另外,该控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算调节阀开度值单元、计算比例增益值单元、计算积分时间常数单元、计算时间常数调整因子、调整单元、计算调节阀阀位开度增量和计算电动调节阀的控制量单元;计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值和上一时刻的调节阀出口压力值;计算偏差值单元根据当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和调节阀出口参考压力,分别得到当前时刻的偏差值和上一时刻的偏差值;计算偏差变化率单元根据当前时刻的偏差值和上一时刻的偏差值,计算得到当前时刻偏差变化率;计算调节阀开度值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的开度采样值,计算得到当前时刻的调节阀开度值;计算比例增益值单元根据当前时刻的调节阀开度值、阀位开度拐点、比例增益值的下限值和比例增益值的上限值,计算得到比例增益值;计算积分时间常数单元根据当前时刻的偏差值、最大允许偏差量、所述积分时间的下限值和积分时间的上限值,计算得到积分时间常数;计算时间常数调整因子根据当前时刻偏差变化率和最大偏差变化率,计算得到时间常数调整因子;调整单元根据时间常数调整因子,调整比例增益值和积分时间常数;计算调节阀阀位开度增量根据当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值、调整后的比例增益值和调整后的积分时间常数,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量;计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。实施例2:参见图2,一种天然气管道分输电动调节阀的方法,包括如下步骤:步骤201:通过PLC控制站采集的现场数据,其中,现场数据包括电动调节阀的出口压力采样值;步骤202:对现场数据进行数据滤波,得到实时数据,对采集的压力和阀位反馈模拟量存储在内存中,按以下公式计算:
权利要求
1.一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备,其特征在于,包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器; 其中,所述数据采集装置用于通过PLC控制站采集的现场数据; 所述数据处理器用于对所述现场数据进行数据滤波,得到实时数据; 所述控制装置用于根据所述实时数据和控制参数,得到电动调节阀的控制量; 所述输出器根据所述电动调节阀的控制量对所述电动调节阀的控制量限幅或限流后,通过所述PLC控制站控制所述电动调节阀的阀位开度。
2.根据权利要求1所述的控制设备,其特征在于,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算辨识参数单元、计算阶跃响应系数和系数矩阵单元、计算期望压力轨迹单元、计算开环预测输出单元和计算调节阀阀位开度增量单元; 所述计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个所述现场数据的电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值; 所述计算辨识参数单元根据所述上一时刻的调节阀出口压力、所述上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子,计算得到当前时刻的辨识参数; 所述计算阶跃响应系数和系数矩阵单元根据所述当前时刻的辨识参数和所述预测步长,计算得到阶跃响应系数和系数矩阵; 所述计算期望压力轨迹单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力和所述柔化因子,计算得到期望压力轨迹; 所述计算开环预测输出单元根据所述当前时刻调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀阀位开度增量、所述上两时刻的调节阀阀位开度增量、所述上三时刻的调节阀阀位开度增量、所述预测步长和所述阶跃响应系数,计算得到开环预测输出; 所述计算调节阀阀位开度增量单元根据所述系数矩阵、所述期望压力轨迹和所述开环预测输出,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。
3.根据权利要求1所述的控制设备,其特征在于,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算积分系数单元、计算比例增益值单元、计算调节阀阀位开度增量单元和计算电动调节阀的控制量单元; 所述计算调节阀出口压力值单元根据一个时刻内多个所述电动调节阀的出口压力采样值,分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值和当前时刻的调节阀入口压力值; 所述计算偏差值单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值、所述上两时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力,分别计算得到当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值; 所述计算偏差变化率单元 根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值和所述上两时刻的偏差值,分别得到当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率; 所述计算积分系数单元根据所述当前时刻的偏差值、所述动态积分作用上限阈值和所述动态积分作用下限阈值、计算积分系数;所述计算比例增益值单元根据调节阀入口参考压力、所述当前时刻的调节阀入口压力值和所述初始比例增益值、计算得到调整后的比例增益值; 所述计算调节阀阀位开度增量单元根据所述调整后的比例增益值、所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、所述积分时间、所述积分系数、所述微分时间、所述当前时刻偏差变化率和所述上一时刻偏差变化率,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量,根据所述衰减因子、所述当前时刻的调节阀阀位开度增量和上一时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量; 所述计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。
4.根据权利要求1所述的控制设备,其特征在于,所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算调节阀开度值单元、计算比例增益值单元、计算积分时间常数单元、计算时间常数调整因子、调整单元、计算调节阀阀位开度增量和计算电动 调节阀的控制量单元; 所述计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值和上一时刻的调节阀出口压力值; 所述计算偏差值单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值和所述调节阀出口参考压力,分别得到当前时刻的偏差值和上一时刻的偏差值; 所述计算偏差变化率单元根据所述当前时刻的偏差值和所述上一时刻的偏差值,计算得到当前时刻偏差变化率; 所述计算调节阀开度值单元根据当前时刻内多个电动调节阀的开度采样值,计算得到当前时刻的调节阀开度值; 所述计算比例增益值单元根据所述当前时刻的调节阀开度值、所述阀位开度拐点、t匕例增益值的下限值和比例增益值的上限值,计算得到比例增益值; 所述计算积分时间常数单元根据所述当前时刻的偏差值、所述最大允许偏差量、所述积分时间的下限值和所述积分时间的上限值,计算得到积分时间常数; 所述计算时间常数调整因子根据所述当前时刻偏差变化率和所述最大偏差变化率,计算得到时间常数调整因子; 所述调整单元根据所述时间常数调整因子,调整所述比例增益值和所述积分时间常数; 所述计算调节阀阀位开度增量根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、调整后的比例增益值和调整后的积分时间常数,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量; 所述计算电动调节阀的控制量单元根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。
5.一种天然气管道分输电动调节阀的控制方法,其特征在于,包括如下步骤: 通过PLC控制站采集现场数据; 对所述现场数据进行数据滤波,得到实时数据; 根据所述实时数据和控制参数,得到电动调节阀的控制量;根据所述电动调节阀的控制量对所述电动调节阀的控制量限幅或限流后,通过所述PLC控制站控制所述电动调节阀的阀位开度。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述进行数据滤波的方法具体包括如下步骤: 将所述现场数据依次进行去噪、去毛刺和滤波,得到所述实时数据。
7.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述控制参数包括调节阀出口参考压力、初始比例增益值、积分时间和微分时间、动态积分作用上限阈值、动态积分作用下限阈值、衰减因子、最大允许偏差量、最大偏差变化率、阀位开度拐点、遗忘因子、柔化因子和预测步长。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤:根据当前时刻内多个所述现场数据的电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值;根据所述上一时刻的调节阀出口压力、所述上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子,计算得到当前时刻的辨识参数; 根据所述当前时刻的辨识参数和所述预测步长,计算得到阶跃响应系数和系数矩阵;根据所述当前时刻的 调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力和所述柔化因子,计算得到期望压力轨迹; 根据所述当前时刻调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀阀位开度增量、所述上两时刻的调节阀阀位开度增量、所述上三时刻的调节阀阀位开度增量、所述预测步长和所述阶跃响应系数,计算得到开环预测输出; 根据所述系数矩阵、所述期望压力轨迹和所述开环预测输出,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量; 根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。
9.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤: 根据一个时刻内多个所述电动调节阀的出口压力采样值,分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值和当前时刻的调节阀入口压力值; 根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值、所述上两时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力,分别计算得到当前时刻的偏差值、上一时刻的偏差值和上两时刻的偏差值; 根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值和所述上两时刻的偏差值,分别得到当前时刻偏差变化率和上一时刻偏差变化率; 根据所述当前时刻的偏差值、所述动态积分作用上限阈值和所述动态积分作用下限阈值、计算积分系数; 根据调节阀入口参考压力、所述当前时刻的调节阀入口压力值和所述初始比例增益值、计算得到调整后的比例增益值; 根据所述调整后的比例增益值、所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、所述积分时间、所述积分系数、所述微分时间、所述当前时刻偏差变化率和所述上一时刻偏差变化率,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量; 根据所述衰减因子、所述当前时刻的调节阀阀位开度增量和上一时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量; 根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述调整后的当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。
10.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述得到电动调节阀的控制量的具体方法,包括如下步骤: 根据当前时刻内多个电动调节阀的出口压力采样值,计算得到当前时刻的调节阀出口压力值和上一时刻的调节阀出口压力值; 根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀出口压力值和所述调节阀出口参考压力,分别得到当前时刻的偏差值和上一时刻的偏差值; 根据所述当前时刻的偏差值和所述上一时刻的偏差值,计算得到当前时刻偏差变化率; 根据当前时刻内多个电动调节阀的开度采样值,计算得到当前时刻的调节阀开度值;根据所述当前时刻的调节阀开度值、所述阀位开度拐点、比例增益值的下限值和比例增益值的上限值,计算得到比例增益值; 根据所述当前时刻的偏差值、所述最大允许偏差量、所述积分时间的下限值和所述积分时间的上限 值,计算得到积分时间常数; 根据所述当前时刻偏差变化率和所述最大偏差变化率,计算得到时间常数调整因子; 根据所述时间常数调整因子,调整所述比例增益值和所述积分时间常数; 根据所述当前时刻的偏差值、所述上一时刻的偏差值、调整后的比例增益值和调整后的积分时间常数,计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量; 根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量,计算得到所述当前时刻的电动调节阀的控制量。
全文摘要
本发明公开了一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法,属于天然气管道分输技术领域。该控制设备包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器;数据采集装置用于通过PLC控制站采集的现场数据;数据处理器用于对现场数据进行数据滤波,得到实时数据;控制装置用于根据实时数据和控制参数,得到电动调节阀的控制量;输出器对电动调节阀的控制量限幅或限流后,通过PLC控制站控制电动调节阀的阀位开度。本发明将被控量的超调量控制在合理范围,提高了天然气分输站场电动调节阀压力和流量的稳定性;降低了阀门开度变化率,减少了电动调节阀动作的频率,从而降低了故障率,节省维护成本。
文档编号F17D3/01GK103115243SQ20131004709
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者彭太翀, 李立刚, 高顺华, 周书仲, 梁建青, 王海峰, 王多才, 王磊, 赵廉斌, 田家兴, 梁怿, 韩娜, 戴永寿, 孙伟峰, 宋华军, 昂扬 申请人:中国石油天然气股份有限公司
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