用于变浓度槽的界位控制方法技术

本发明专利技术提供了用于变浓度槽的界位控制方法，属于过程控制领域，用于对混合液的界面进行控制，包括基于浓度值，结合分段拟合函数，确定密度值；基于差压式界位计工作原理得到界位修正值；根据界位修正值与预设的界位目标值得到控制偏差、偏差变化率，基于控制偏差和偏差变化率的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量的取值。通过在界位控制过程中引入了基于分段函数对溶液密度值进行拟合的步骤，使得控制结果更为符合界位惯性大、呈非线性的特性，同时基于界面修正值得到最终PID过程控制的控制量，相对于现有技术中使用离散PID控制的方式，显著提高了界位控制精度。

Boundary control method for variable concentration grooves

The invention provides a boundary control method for the variable concentration slot, which belongs to the field of process control, and is used to control the interface of the mixture, including the concentration value, the piecewise fitting function, the density value, and the boundary correction value based on the differential pressure gauge working principle, and the boundary position correction value and the presupposed boundary. The target should be controlled by the control deviation and the variation rate of deviation, based on the value of the control deviation and the variation rate of the deviation, and the control amount of the control valve used to control the boundary position is obtained by the PID process control. In the process of boundary control, a step based on piecewise function is introduced to fit the density of the solution, so that the control results are more consistent with the nonlinear characteristics of the large boundary inertia and nonlinear. At the same time, the control quantity that is worth to the final PID process control based on the interface correction is compared with the method of using discrete PID control in the existing technology, The precision of boundary control is greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
用于变浓度槽的界位控制方法
本专利技术属于过程控制领域，特别涉及用于变浓度槽的界位控制方法。
技术介绍
界位，指相界面位置，容器中两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成分界面。界位控制广泛存在于萃取塔、分离器和溶液槽等化工设备中，是工业生产中常见的过程控制对象，它对生产的影响不容忽视。对于溶液浓度不变的设备，其界位控制方法比较简单，根据界位计的测量数据，利用常规PID方法就可实现界位的控制。而在某些工业生产过程中，设备中溶液浓度会发生较大变化，此时对于在一定浓度标定下的界位计，其界位测量值与实际值有较大偏差。若仍用界位计测量值控制界位，必将出现控制不准确，从而影响生产。由于界位与液位控制对象类似，具有大惯性、变化缓慢、呈现非线性的特点，目前采用常规PID方法对界位进行控制，但控制精度无法保证。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术提供了用于通过界位修正值结合模糊PID控制方式最终提高界位控制精确性的用于变浓度槽的界位控制方法。为了达到上述技术目的，本专利技术提供了用于变浓度槽的界位控制方法，用于对母槽中包括位于上层的溶液A和下层的溶液B的界面进行控制，所述界位控制方法，包括：基于浓度计获取溶液A的浓度值c1，结合浓度值与密度值的分段拟合函数，确定溶液A的密度值ρ1；基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h；根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量h(k)的取值。可选的，所述基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h，包括：对于差压式界位计，由伯努利定理得到如公式一所示的表达式对公式一进行整理得到如公式二所示的界位修正值h的表达式其中，ρ1为溶液A密度，ρ2为溶液B密度，ρ为界位计标定时溶液A的密度；L为母槽液面高度，I为界位测量值，h为界位修正值。可选的，所述根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量h(k)的取值，包括：根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec；基于控制偏差e、偏差变化率ec的取值范围确定PID过程控制中变化参数ΔKP、ΔKI、ΔKD的参数取值；基于公式三得到PID过程控制中控制参数KP、KI、KD的取值其中，K'P，K'I，K'D为初始设定的PID参数，ΔKP，ΔKI，ΔKD为模糊控制器输出的变化参数，KP、KI、KD为基于公式三得到的控制参数，k3，k4，k5为系数；结合公式四得到控制量h(k)的取值其中，e(k)、e(k-1)和e(k-2)分别为k、k-1和k-2次采样时偏差，h(k-1)为k-1次采样时控制器输出的控制量。可选的，所述根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，包括：基于公式五求得控制偏差ee＝h-hset公式五，其中，h为界面控制修正值，hset为预设的界面目标值；基于公式六求得偏差变化率ecec＝e(k)-e(k-1)公式六，其中，e(k)为k次采样的控制偏差，e(k-1)为k-1次采样时控制偏差。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：通过本实施例提出的界位控制方法，利用现有界位计和浓度计仪表，通过机理模型，获得槽内溶液浓度变化后的界位修正值，提高界位控制准确性。同时，在常规PID算法的基础上，添加一个模糊调节环节，构成模糊PID，并在线对PID中三个参数进行整定，进一步提高界位控制精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的用于变浓度槽的界位控制方法的流程示意图；图2是本专利技术提供的界位控制方法的应用场景示意图；图3是本专利技术提供的溶液A的浓度与密度的关系曲线变化示意图图；图4是本专利技术提供的界位控制方法实施前的浓度-界位曲线变化示意图；图5是本专利技术提供的界位控制方法实施后的浓度-界位曲线变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的结构作进一步地描述。实施例一本专利技术提供了用于变浓度槽的界位控制方法，用于对母槽中包括位于上层的溶液A和下层的溶液B的界面进行控制，所述界位控制方法，如图1所示，包括：11、基于浓度计获取溶液A的浓度值c1，结合浓度值与密度值的分段拟合函数，确定溶液A的密度值ρ1；12、基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h；13、根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量h(k)的取值。在实施中，本专利技术实施例提出的界位控制方法用于实施的具体应用场景如图2所示，进料溶液为A和B的混合物，在母槽中进行分层，上层为溶液A、下层为溶液B。上层溶液A浓度变化较大，通过溢流方式进入子槽；下层溶液B浓度基本稳定，通过调节界位调节阀来控制界位。母槽上部压力通过分程控制来控制，子槽采出线上安装有浓度计检测溶液A浓度。图2中的附图标记为：1、母槽；2、进料溶液；3、上层溶液A；4、下层溶液B；5、母槽采出液；6、界位调节阀；7、界位计；8、子槽采出液；9、浓度计；10、子槽；11、压力调节阀。基于图2提供的应用场景，本专利技术实施例提出的界位控制方法首先通过已知的分段函数对溶液A的密度值进行拟合，得到与当前获取到的溶液A的浓度值对应的溶液A的密度值，接着根据差压式界位计工作原理得到对当前溶液A的密度值对应的界位修正值；最终在现有的PID控制方式的基础上，增加基于界位修正值进行模糊PID控制的步骤，最终得到图2中界位调节阀6具体控制量的取值，完成针对溶液A和溶液B之间的界位控制过程。由于在界位控制过程中引入了基于分段函数对溶液密度值进行拟合的步骤，使得控制结果更为符合界位惯性大、呈非线性的特性，同时基于界面修正值得到最终PID过程控制的控制量，相对于现有技术中使用离散PID控制的方式，显著提高了界位控制精度。值得注意的是，步骤11中提出的分段函数拟合的步骤，是对溶液A浓度与密度的关系进行拟合，已知的各分段函数的具体形式表示为如y＝a+bx所示的一次函数表达式，在分段函数中代入已知的浓度值c1计算出溶液A的密度值ρ1。前文中提出的PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。可选的，所述基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h，包括：对于差压式界位计，由伯努利定理得到如公式一所示的表达式对公式一进行整理得到如公式二所示的界位修正值h的表达式其中，ρ1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于变浓度槽的界位控制方法，用于对母槽中包括位于上层的溶液A和下层的溶液B的界面进行控制，其特征在于，所述界位控制方法，包括：基于浓度计获取溶液A的浓度值c1，结合浓度值与密度值的分段拟合函数，确定溶液A的密度值ρ1；基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h；根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量h(k)的取值。

【技术特征摘要】
1.用于变浓度槽的界位控制方法，用于对母槽中包括位于上层的溶液A和下层的溶液B的界面进行控制，其特征在于，所述界位控制方法，包括：基于浓度计获取溶液A的浓度值c1，结合浓度值与密度值的分段拟合函数，确定溶液A的密度值ρ1；基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h；根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行PID过程控制，得到用于对界位进行控制的界位调节阀的控制量h(k)的取值。2.根据权利要求1所述的用于变浓度槽的界位控制方法，其特征在于，所述基于差压式界位计工作原理，结合溶液A的密度值ρ1，得到界位修正值h，包括：对于差压式界位计，由伯努利定理得到如公式一所示的表达式对公式一进行整理得到如公式二所示的界位修正值h的表达式其中，ρ1为溶液A密度，ρ2为溶液B密度，ρ为界位计标定时溶液A的密度；L为母槽液面高度，I为界位测量值，h为界位修正值。3.根据权利要求1所述的用于变浓度槽的界位控制方法，其特征在于，所述根据界位修正值h与预设的界位目标值hset得到控制偏差e、偏差变化率ec，基于控制偏差e和偏差变化率ec的取值进行P...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈旭辉，金晓明，陶飞，余志健，
申请(专利权)人：浙江中控软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33