专利名称：减温减压器控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种减温减压器的控制系统，尤其是应用模糊控制的减温减压器控制 系统以及该控制系统的控制方法。
背景技术：
丝束生产过程中往往需要使用一定压强的蒸汽，如使用3. 5千克/平方厘米的蒸 汽，蒸汽的压力要求控制在0. 34-0. 40兆帕之间。现有的一些生产流程中使用两台背压式 汽轮机并列供气的方式运行，但消耗的资源较大。为了实现节能减排、提高设备使用效率的 目的，生产流程中需要一台背压式汽轮机单机运行模式工作，但一台汽轮机单机运行会造 成蒸汽压力波动较大，因此需要使用一台减温减压器与汽轮机并列运行，以调节输出的蒸 汽压力。使用一台背压式汽轮机与一台减温减压器并列运行的蒸汽供应系统如图1所示。参见图1，蒸汽供应设备1输出的蒸汽一部分流经背压式汽轮机2向后级设备供 应，汽轮机2的进气口外设有一个调节阀5，通过调节调节阀5的开度可改变流进汽轮机2 的蒸汽量，从而改变汽轮机2输出蒸汽的气压。汽轮机2出气口外设有一个压力变送器3， 用于检测汽轮机2输出的蒸汽压力，并将检测的压力信号传输至I/A(FoXboro公司集散控 制系统)系统4中。I/A系统4内设有控制单元，根据压力变送器3传输的压力信号向电动 机6输出控制信号，通过电动机6的转动调节调节阀5的开度。由于一台汽轮机2单机运行时输出的蒸汽压力有较大波动，因此需要一台减温减 压器12与汽轮机2并列运行，使用减温减压器12调节输出蒸汽的气压。减温减压器12的进气口外也设有一个调节阀15，并且在减温减压器12出气口外 设有压力变送器13，用于检测减温减压器12输出蒸汽的压力。压力变送器13将检测到的 压力信号传送至I/A系统14，I/A系统14内设有控制单元，控制单元根据压力变送器13检 测的压力信号向电动机16输出控制信号。电动机16与调节阀15电连接，并且向调节阀15 输出电流信号以控制调节阀15的开度，从而调节减温减压器12输出蒸汽的压力。I/A系统14内的控制单元包括有一个输入模块以及一个输出模块，在输入模块与 输出模块之间设有一个PID控制模块，因此现有对减温减压器12的控制为PID控制。输 入模块接收压力变送器13输出的压力信号后，将其转换为数字信号，并传送至PID控制模 块，通过PID调节后向输出模块输出数据，输出模块根据所接收的数据转换成相应的电流 信号，并输出至电动机16，电动机16在电流信号的作用下调节调节阀15的开度。但是，由于PID控制模块只能对设定点附近很小范围内的压力波动进行快速稳定 地调节，例如在0. 37兆帕附近很小范围内对减温减压器12输出的压力进行调节，当减温减 压器12输出蒸汽压力波动比较剧烈时，PID控制模块则无法迅速地对减温减压器12进行 调节，导致蒸汽压力波动较大，无法满足后级设备工作需要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能快速稳定地对减温减压器输出蒸汽压力进行调节的减温减压器控制系统。本发明的另一目的是提供一种使用上述控制系统的减温减压器控制方法。为实现上述的主要目的，本发明提供的减温减压器控制系统包括检测减温减压器 输出气体压力的压力变送器，设置在减温减压器进气口外的调节阀，调节阀与一电动机连 接，电动机用于调节调节阀的开度，压力变送器与电动机之间连接有I/A系统，I/A系统内 设有控制单元，控制单元设有接收压力变送器输出的压力信号的输入模块，向电动机输出 控制信号的输出模块，其中，控制单元还设有模糊控制模组，模糊控制模组包括接收输入 模块输出数据的压力差值计算模块，压力差值计算模块内存储有压力设定值；以及接收压 力差值计算模块输出数据的推理机模块，推理机模块存储有模糊控制规则数据。由上述方案可见，减温减压器控制系统的控制单元设置模糊控制模组，即调节阀 的开度使用模糊控制算法控制。由于模糊控制算法对控制对象模型要求较低，且响应较快， 模糊控制算法对输入的数据进行模糊化处理，并根据模糊化后的输入数据进行控制，其对 输入数据范围没有苛刻的要求，即使减温减压器输出的蒸汽压力波动较大，模糊控制模组 也能快速地根据输入的数据对模糊控制规则数据计算出合适的控制值，能对调节阀进行有 效快速的调节。一个优选的方案是，模糊控制模组还包括向推理机模块输出压力变化率数据的压 力变化率计算模块。这样，模糊控制模组不单使用压力差值作为输入参数，还使用压力变化 率作为输入参数建立模糊集，实现二维模糊控制，控制效果更为理想。进一步的方案是，模糊控制模组还包括接收输入模块输出数据的压力变化率放大 模块，压力变化率放大模块向压力变化率计算模块输出数据。由于压力变化率的数据一股较小，因此需要将压力变化率数据经过放大后输入到 压力变化率计算模块，能确保压力变化率数据更为精确，提高控制效果。为实现上述的另一目的，本发明使用上述控制系统的控制方法包括输入模块接 收压力变送器输出的压力信号后，将压力数据传输至压力差值计算模块，压力差值计算模 块计算实际压力值与压力设定值之间的差值数据，并将差值数据模糊化后输出至推理机模 块，推理机模块根据输入的差值数据以及模糊控制规则数据计算并输出控制值，输出模块 将输出控制值模拟化后输出至电动机。由上述方案可见，模糊控制模组将输入的压力信号模糊化后输入至压力差值计算 模块，即使减温减压器输出的蒸汽压力波动较大，模糊控制模组仍能有效计算压力差值，并 快速地计算合适的控制值，对调节阀进行有效快速的控制，从而快速地调节减温减压器输 出的蒸汽压力。进一步的方案是，减温减压器控制系统还具有向推理机模块输出压力变化率数据 的压力变化率计算模块，压力变化率计算模块接收输入模块输出的压力信号后，计算压力 信号变化率数据，并将压力变化率数据模糊化后输入至推理机模块。由此可见，模糊控制模组使用压力差值以 及压力变化率作为模糊控制参数，使用 二维模糊控制能更加精确有效地对减温减压器输出蒸汽压力进行控制，提高控制质量。
图1是现有蒸汽供应系统的结构示意框图。
图2是本发明控制系统实施例的控制回路示意框图。图3是本发明控制系统实施例中控制单元的结构框图。图4是本发明控制方法实施例的流程图。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例方式本发明的减温减压器控制系统包括位于减温减压器进气口的调节阀，在减温减压 器出气口外设有用于检测蒸汽压力的压力变送器，压力变送器检测的压力信号传送至I/A 系统中，I/A系统内设有控制单元，可根据检测的压力信号向电动机输出控制信号，电动机 在控制信号的驱动下旋转，从而带动调节阀旋转，改变调节阀的开度，进而改变减温减压器 输出的蒸汽压力。参见图2，本发明的I/A系统内的控制单元包括有PID控制模块26以及模糊控制 模组30，PID控制模块26与模块控制模组30择一地对调节阀15进行控制。压力变送器13检测减温减压器出气口处的蒸汽压力，并将检测到的蒸汽压力值 传送至控制单元，控制单元内的PID控制模块26或者模糊控制模组30根据输入的压力信 号输出相应的控制值。本实施例中，PID控制模块26与模糊控制模组30后设置选择器17，选择器17的 一端向调节阀15输出控制信号，另一端择一地接收PID控制模块26或模糊控制模组30输 出的控制信号，选择器17具体工作原理将在后文论述。调节阀15在控制信号的控制下改变开度，从而调整减温减压器输出的蒸汽压力。 由图2可见，减温减压器每一时刻输出蒸汽压力值为下一时刻的蒸汽压力输入值，实现调 节阀的实时反馈控制。参见图3，本发明I/A系统内的控制单元包括输入模块21、压力差值计算模块22、 压力变化率放大模块23、压力变化率计算模块24、推理机模块25、PID控制模块26、无扰动 切换模块27以及输出模块28，其中压力差值计算模块22、压力变化率放大模块23、压力变 化率计算模块24以及推理机模块25组成本实施例的模糊控制模组30。输入模块21接收压力变送器传送的压力信号，并将模拟的压力信号转化为数字 信号后传送至压力差值计算模块22、压力变化率放大模块23以及PID控制模块26。压力差值计算模块22内存储有一个压力预定值，并计算输入模块输入的压力实 际值与压力设定值之间的差值，同时对计算的压力差值进行模糊化。例如，压力差值计算模 块内设置压力差值的论域为{-0. 015,-0. 005，0，+0. 005,+0. 015}，则压力差值的模糊集为 e(t) = {负大，负小，零，正小，正大} = {NB, NS, Z0, PS，PB}，这样即实现压力差值的模糊 化。压力差值计算模块22将模糊化后的压力差值数据输出至推理机模块25中。可见，当压力实际值与压力预定值之间的差值大于0. 015兆帕时，压力差值计算 模块则计算得到压力差值输入参数为NB或PB，在压力波动剧烈的情况下，仍能快速地得到 模糊参数。压力变化率放大模块23接收输入模块输入的数据，并对压力差值进行微分处理 得到压力变化率数据。本实施例中，压力变化率放大模块23的循环周期是1秒，因此压力变 化率数据一股较小，不容易体现压力变化量，因此需要对压力进行放大处理。本实施例中，
6压力变化率放大模块对压力变化率数据放大3600倍，以体现蒸汽压力的变化。压力变化率数据的论域为{-6. 5，-1. 5,0, +2. 0，+6. 5}。压力变化率放大模块23将计算获得的放大后压力变化率数据输出至压力变化率 计算模块24，压力变化率计算模块24将其模糊化，其模糊集为Ae(t) = {负大，负小，零， 正小，正大} = {NB，NS，Z0，PS，PB}，并将模糊化后的数据传送至推理机模块25。推理机模块25内存储有输出控制值的模糊集，即输出模糊集为AU(t) = {负 大，负小，零，正小，正大} = INB，NS, Ζ0, PS，PB}，Δ_ 的论域是{-0.8, -0.3,0, +0.3, +0. 8}。并且，推理机模块25还存储有模糊控制规则数据Rule 1 =IF e is PB and Ae is PB THEN Δ U is NBRule 2 :IF e is PS and Ae is PB THEN Δ U is NBRule 3 :IF e is ZO and Ae is PB THENAU is NB……推理机模块25接收到压力差值计算模块22以及压力变 化率计算模块24输出的压力差值以及压力变化率数据后，根据模糊控制规则数据计算相 应的输出值，并输出值作为控制值输出至无扰动切换模块27。为了控制单元能更稳定地对调节阀进行调节，本实施例中还设置PID控制模块 26，PID控制模块26接收输入模块输出的数据，通过PID调节后，向无扰动切换模块27输 出控制数据。无扰动切换模块27相当于图2中的选择器17，其择一地接收PID控制模块26或 者推理机模块25输出的数据，并将输出的数据传送至输出模块28中。同时，无扰动切换模 块27向PID控制模块26及推理机模块25输出其自身的输出数据，从而实现PID控制与模 糊控制的无扰动切换。在PID控制模式下，无扰动切换模块27接收PID控制模块26输出的控制数据。若 需要将PID控制模式切换至模糊控制模式，则无扰动切换模块27向PID控制模块26输出 信号，使得PID控制模块26强制自动、强制跟踪，并且无扰动切换模块27将自身的输出数 据输出至PID控制模块26。这样，在模糊控制模式下，PID控制模块26的输出数据将跟随 无扰动切换模块27的输出数据变化。当从模糊控制模式切换回PID控制模式时，由于PID控制模块26的输出一直跟随 无扰动切换模块27变化，因此能确保模式变化的瞬间PID控制模块26的输出数据不会有 跳跃性变化，从而实现无扰动切换。类似地，无扰动切换模块27也将自身的输出数据输出至推理机模块25，此时推理 机模块25使用无扰动切换模块27输出的数据作为输入参数，使推理机模块25的输出值跟 随无扰动切换模块27输出数据变化。从PID控制模式切换至模糊控制模式时，也能实现无 扰动切换，避免推理机模块25输出的控制值跳跃性变化。输出模块28接收无扰动切换模块27输出的控制值，并将输出的控制值转换成相 应的模拟信号，如电流信号，并将模拟信号输出至电动机，电动机根据电流信号调节调节阀 的开度，从而改变减温减压器输出蒸汽的压力。参见图4，在使用模糊控制模式下，输入模块21接收压力变送器输入的压力信号， 并将模拟的压力信号转换成数字信号输出至压力差值计算模块22、压力变化率放大模块 23以及PID控制模块26，即执行步骤Si。压力差值计算模块22接收压力数据后，计算压力实际值与压力预定值之间的差值，并将压力差值模糊化后传送至推理机模块，即执行步骤S2。同时，压力变化率放大模块23接收压力数据后，计算压力变化率数据，并将压力 变化率数据放大后输出至压力变化率计算模块24，即执行步骤S3。压力变化率计算模块24接收压力变化率放大模块23输出的压力变化率数据后， 将其模糊化后传送至推理机模块25，即执行步骤S4。然后，推理机模块25根据所接收的数据以及模糊控制规则数据计算合适的控制 值，并将控制值输出至无扰动切换模块27中，即执行步骤S5。无扰动切换模块27接收到控 制值后，向输出模块28输出相应的输出数据，即执行步骤S6。最后，输出模块28根据接收的数据转换成相应的电流信号输出至电动机，即执行 步骤S7。当然，若在PID控制模式下，PID控制模块26接收输入模块21的数据，并根据PID 控制规则向无扰动切换模块27输出数据。在PID控制模式与模糊控制模式切换前，无扰动 切换模糊27将向PID控制模块26或推理机模块25输出自身的输出数据，保证切换的无扰动。由于调节阀开度改变在0-10%变化时，对蒸汽流量改变微小，因此需要在无扰动 切换模块27中增加限制功能，强制无扰动切换模块27输出调节阀开度变化在10% -100% 之间，有效地调节调节阀的开度。由于本发明的减温减压器控制系统使用模糊控制方式对调节阀进行控制，且模糊 控制具有对控制对象模型要求低、响应快的特点，即使减温减压器输出蒸汽压力波动剧烈， 也能快速稳定地对蒸汽压力进行调节，以满足丝束生产要求。当然，上述方案仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时，还可以有更多的变换， 例如取消压力变化率放大模块，输入模块输出的数据直接输出至压力变化率计算模块；或 者，模糊控制模组为一维模糊控制，即仅使用压力差值作为输入参数等，这些改变并不影响 本发明的实施。
权利要求
减温减压器控制系统，包括检测减温减压器输出气体压力的压力变送器；设置在所述减温减压器进气口外的调节阀，所述调节阀与一电动机连接，所述电动机用于调节所述调节阀的开度；所述压力变送器与所述电动机之间连接有I/A系统，所述I/A系统内设有控制单元，所述控制单元设有接收所述压力变送器输出的压力信号的输入模块；向所述电动机输出控制信号的输出模块；其特征在于所述控制单元还设有模糊控制模组，所述模糊控制模组包括接收所述输入模块输出数据的压力差值计算模块，所述压力差值计算模块内存储有压力设定值；接收所述压力差值计算模块输出数据的推理机模块，所述推理机模块存储有模糊控制规则数据。
2.根据权利要求1所述的减温减压器控制系统，其特征在于所述模糊控制模组还包括向所述推理机模块输出压力变化率数据的压力变化率计算 模块。
3.根据权利要求2所述的减温减压器控制系统，其特征在于所述模糊控制模组还包括接收所述输入模块输出数据的压力变化率放大模块，所述压 力变化率放大模块向所述压力变化率计算模块输出数据。
4.根据权利要求1至3任一项所述的减温减压器控制系统，其特征在于所述控制单元还包括接收所述输入单元输出数据的PID控制模块。
5.根据权利要求4所述的减温减压器控制系统，其特征在于所述控制单元还包括无扰动切换模块，所述无扰动切换模块接收所述推理机模块或者 所述PID控制模块输出的数据，并向所述推理机模块及所述PID控制模块输入反馈的输出 数据。
6.应用如权利要求1所述减温减压器控制系统的控制方法，包括所述输入模块接收所述压力变送器输出的压力信号后，将压力数据传送至所述压力差 值计算模块，所述压力差值计算模块计算实际压力值与所述压力设定值之间的差值数据， 并将所述差值数据模糊化后输出至所述推理机模块，所述推理机模块根据输入的差值数据 以及所述模糊控制规则数据计算并输出控制值，所述输出模块将输出控制值模拟化后输出 至所述电动机。
7.根据权利要求6所述的减温减压器控制方法，其特征在于所述减温减压器控制系统还具有向所述推理机模块输出压力变化率数据的压力变化 率计算模块；所述压力变化率计算模块接收所述输入模块输出的压力信号后，计算压力信号变化率 数据，并将所述压力变化率数据模糊化后输入至所述推理机模块。
8.根据权利要求6所述的减温减压器控制方法，其特征在于所述模糊控制模组还包括接收输入模块输出数据的压力变化率放大模块以及接收所述压力变化率放大模块输出数据的压力变化率计算模块；所述压力变化率放大模块接收所述输入模块输出的压力信号后，计算并放大压力变化 率数据并输出至所述压力变化率计算模块，所述压力变化率计算模块将放大后的压力变化 率数据模糊化后输出至所述推理机模块。
9.根据权利要求6至8任一项所述的减温减压器控制方法，其特征在于所述控制单元还包括接收所述输入单元输出数据的PID控制模块以及无扰动切换模块；所述无扰动切换模块接收所述推理机模块或者所述PID控制模块输出的数据后，将自 身输出的数据反馈至所述推理机模块以及所述PID控制模块，并且将自身输出的数据输出 至所述输出模块。
10.根据权利要求9所述的减温减压器控制方法，其特征在于所述无扰动切换模块在选择模糊控制时向所述输出模块输出的数据为大于或等于 10%。
全文摘要
本发明提供一种减温减压器控制系统及其控制方法，控制系统包括压力变送器、调节阀，调节阀与电动机连接，压力变送器与电动机之间连接有I/A系统，I/A系统内设有控制单元，控制单元设有接收压力信号的输入模块，输出控制信号的输出模块，并设有模糊控制模组，包括接收输入模块输出数据的压力差值计算模块及接收压力差值计算模块输出数据的推理机模块。该方法包括输入模块接收压力信号后，将压力数据传输至压力差值计算模块，压力差值计算模块计算压力差值数据，并模糊化后输出至推理机模块，推理机模块输出控制值。本发明使用模糊控制方式对减温减压器的调节阀进行控制，能快速稳定地实现对减温减压器输出蒸汽压力的控制。
文档编号G05B13/02GK101872159SQ20101017166
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者王慧, 程伟 申请人:珠海醋酸纤维有限公司