一种液位与流量协调控制方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种液位与流量协调控制方法及系统，由液位速率在线实时计算器，液位与上下偏差检测器，液位和液位速率控制器液位与流量协调控制器；液位速率在线实时计算器，根据生产过程中已有的液位测量值，给出液位速率实时变化信息，通过液位区域上下限检测器给出液位或其未来预估值是否超出允许变化区域上下限及超出上下限的数值信息，加上实测的液位信息，送给液位和液位速率控制器，计算给出当前时刻抽出流量调节阀Ｖ或抽出流量ＰＩ控制器给定值的调整量，实现液位与流量的协调控制，在保持液位变化不超出上下限的条件下，可使容器流出流量或流入流量变化平缓，从而使整个生产过程运行平稳。

Method and device for coordinated control of liquid level and flow

The invention relates to a liquid level and flow coordinated control method and system, by the level of online real-time rate calculator, level of upper and lower deviation detector, liquid level and liquid level and flow rate controller level coordination level controller; real-time rate calculator, according to the existing production process level measurement value gives level rate real-time change information through the level the regional limit detector gives level or its future prediction value is beyond the limit and beyond the region to allow the change on the lower limit of the numerical information, plus the measured level information to the level and level rate controller adjustment calculation gives the current time out flow regulating valve or flow out of V PI controller given value, realize the coordinated control level with the flow, while maintaining the liquid level change does not exceed the limit conditions, can make the container flow The flow rate or flow rate changes slowly, so that the whole production process runs smoothly.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产过程控制领域的连续工业生产装置中容器液位与流量 协调控制一种方法及设备。
技术介绍
在连续工业生产装置中，尤其在石油化工生产过程中，常常需要将各 种容器中的液位控制在给定的区域内，以保证生产的正常运行。目前最常 见的方法是通过比例积分(PI)控制器，调整由离心泵抽出容器的物料流量， 在流入容器流量或其它干扰变化时，使液位维持在给定值上。但调整的抽 出流量会有"超调"，即其波动幅度会超过流入流量干扰的波动幅度。在很 多情况下，第一个容器的抽出流量又是下游生产单元的进料，抽出流量的 大幅度波动，不利于下游生产过程的平稳运行。若下游生产单元中容器液 位控制的抽出流量又是再下一个生产单元的进料流量，其液位控制使其抽 出流量波动进一步增大，不利于整个生产过程的平稳运行。若生产过程中 用调整容器流入流量的手段维持液位在给定值上，同样会使流入流量有较 大幅度的波动，影响上游生产过程的平稳运行。这是很多连续生产过程中 存在的问题。下面均以抽出流量作为液位的调整手段进行说明。为解决以上问题，当前常见的方法之一是用PI控制器组成液位与流量 串级控制，适当调整PI控制器的参数，使PI输出和相应的抽出流量变化 平缓。另一种是液位的非线性控制，即液位在偏离给定值较小时，不调整 流量或调整的放大倍数很小，或实施液位区域控制，当容器液位在给定的 区域内不进行调整，使流量不变或变化较小。当容器液位偏离较大或超出 给定区域上下限时，则加大调整的放大倍数，使液位不会有大的偏离。现有方法不足之处在于对容器的液位控制以液位为唯一被控变量，只 靠PI控制器参数的调整很难兼顾液位控制和流量平稳的要求。实施液位的 非线性控制或区域控制，由于用泵抽出的容器中的液位在正常液位变化范 围内无自衡能力，或称为具有积分特性，液位不能在上下限区域内平稳不 变，经过一定时间，液位会超出区域上限或超出区域下限，迫使控制器对 流量进行较大幅度的调整，以使液位不超限，却造成抽出流量的较大波动。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用原有的容器液位控制手段，即调节自容器抽出的 流量或流入容器的流量，使液位不超限，流量变化平缓，适应生产过程特 点，满足生产过程要求。达到这一目的所采用的方法如下(1) 以液位变化速率为被控变量，给定值为零，使液位平稳不变；(2) 以液位为另一被控变量，实施液位的区域控制为此，通过液位与其上下限偏差检测器，实时检测液位是否超出给定的上限Hsp和下限Lsp，并给出液位偏差E:若液位L高于给定上限Hsp，贝U: E = L- Hsp 若液位L低于给定下限Lsp，贝(J: E = L- Lsp 若液位L处于给定上下限间，即Hsp〉L〉Lsp，贝l」E二0 按上述液位偏差，实施对液位的控制，使液位偏差不大。 为了更好的控制，可按液位的未来预估值计算偏差。(3) 对只有抽出流量(或流入流量)可作为调整手段的实际情况，实施液位 速率与液位的协调控制。即按液位偏差的大小，对液位和液位速率加权， 当液位处于给定上下限之间，偏差为零时，对液位加权系数为零，对液 位速率加权系数达设定的最大值，实现液位零速率控制，使液位平稳。 随着液位偏差绝对值的增大，对液位的加权系数增大，对液位速率的加 权系统减小，实施二者的协调控制；当液位达到或超出允许的上限Him或下限Llm时，对液位速率的加权系数为零，对液位的加权达到设定的最大值，使液位不超上下限。实施以上控制策略的控制器称为液位速率 与液位协调控制器。(4) 由实测的液位信号，在线实时计算液位变化速率，以提供液位速率控制所需信息，由于实测液位信号中夹杂有燥声，为得到液位速率的有效 信息，通过滤波器对实测液位信号和液位速率计算结果进行滤波，构成 液位速率在线实时计算器。(5) 给出本专利技术的液位流量协调控制系统由上述液位速率在线实时计算器，液位与其上下限偏差检测器，液位速率和液位协调控制器构成的液位流量协调控制器；与己有生产过程中的容器、液位测量器、离心泵、调节 阀或流量控制器，构成液位与流量协调控制系统；由液位测量器L给出液 位信号，送到液位与其上下限偏差检测器和液位速率在线检测器，两者的 计算结果再送至液位速率与液位协调控制器，其计算结果再送给调节阀或 控制器，调整抽出或流入容器的流量，构成液位流量协调控制系统。实施本专利技术后，在保持液位变化不超出上下限的条件下，可使容器流 出流量或流入流量变化平缓，从而使整个生产过程运行较平稳。与惯用的 PI液位控制相比，在经常出现的流入流量发生脉冲变化后，流出流量波动 幅度可减小45-75%，在流入流量发生阶跃变化后，流出流量波动幅度可减 小30-50%，出现波动的时间可减少30%。串连的容器(生产单元)液位越多， 进入最后一级容器(生产单元)的流量波动幅度越小，效果越明显。 附图说明图1液位流量协调控制系统。 T-容器、L-液位测量器、P-离心泵、V-调节阀、PI-流量控制器。 1-液位速率在线实时计算器、2-液位与其上下限偏差检测器、 3-液位速率与液位协调控制器图2在工业控制系统上用模块组态实现液位速率计算的一种流程。图3通过数值计算实现液位速率在线实时计算的一种方法流程。 图4在工业控制计算机上用模块组态实现液位与流量协调控制。图5用非线性加权预估协调控制器实现液位与流量协调控制。 图6应用例T-1， T-2， T-3为三个串联的容器L， L2， L3为三个容器液位测量变送器F。， Fu F2， F3为流量测量变送器P-1， P-2， P-3为三个离心泵LFCC-1， LFCC-2， LFCC-3为三个液位流量协调控制器。具体实施方式本专利技术可通过各种现代工业控制系统，如DCS, PLC,或其它工业控制 计算机系统及与之连网的计算机上实现，也可按本专利技术的方法设计专有设 备实现。实现方式是多样的，既使在同样型号的控制系统上，同一功能也可有不同的实现方式，举例说明如下本专利技术的液位流量协调控制系统由上述液位速率在线实时计算器1， 液位与其上下限偏差检测器2，液位速率和液位协调控制器3构成的液位流 量协调控制器，简称LFCC;与已有生产过程中的容器T、液位测量器L、离 心泵P、调节阀V或流量控制器PI，构成液位与流量协调控制系统；由液 位测量器L给出液位信号，送到液位与其上下限偏差检测器2和液位速率 在线检测器l，两者的计算结果再送至液位速率与液位协调控制器3，其计 算结果再送给调节阀V或PI控制器，调整抽出或流入容器的流量，构成液 位流量协调控制系统。(图1) 1.液位速率在线实时计算依据巳有的实测液位测量信号进行计算。由于实测液位信号中有燥声，首先要对实测液位进行滤波处理，常见的有以下方式 ①一阶滤波，其传递函数为~^~，其数值计算方式为<formula>formula see original document page 8</formula>丄。(A)=当前时刻实测液位信号值(%)A("，丄,(A -1)=当前和前一时刻滤波后的液位值(％)/ =滤波系数0</<1② 滑动平均滤波A("^丄i(A-,+i) 〃=滑动平均步数=当前时刻滤波后的液位值(%)③ 加权滑动平均滤波f:(iv-/+1)丄。("/+1) A(":^~本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液位与流量协调控制方法，其特征在于：　（１）以液位变化速率为被控变量，给定值为零，使液位平稳不变；　（２）以液位为另一被控变量，实施液位的区域控制：为此，通过液位与其上下限偏差检测器，实时检测液位是否超出给定的上限Ｈｓｐ和下限Ｌｓｐ，并给出液位偏差Ｅ：　若液位Ｌ高于给定上限Ｈｓｐ，则：Ｅ＝Ｌ－Ｈｓｐ　若液位Ｌ低于给定下限Ｌｓｐ，则：Ｅ＝Ｌ－Ｌｓｐ　若液位Ｌ处于给定上下限间，即Ｈｓｐ＞Ｌ＞Ｌｓｐ，则：Ｅ＝０　按上述液位偏差，实施对液位的控制，使液位偏差不大。　为了更好的控制，可按液位的未来预估值计算偏差。　（３）对只有抽出流量（或流入流量）可作为调整手段的实际情况，实施液位速率与液位的协调控制。即按液位偏差的大小，对液位和液位速率加权，当液位偏差为零时，对液位加权系数为零，对液位速率加权系数达设定的最大值，实现液位零速率控制，使液位平稳。随着液位偏差绝对值的增大，对液位的加权系数增大，对液位速率的加权系统减小，实施二者的协调控制；当液位达到或超出允许的上限Ｈｌｍ或下限Ｌｌｍ时，对液位速率的加权系数为零，对液位的加权达到设定的最大值，使液位不超上下限。实施以上控制策略的控制器称为液位速率与液位协调控制器。　（４）由实测的液位信号，在线实时计算液位变化速率，以提供液位速率控制所需信息，由于实测液位信号中夹杂有燥声，为得到液位速率的有效信息，通过滤波器对实测液位信号和液位速率计算结果进行滤波，构成液位速率在线实时计算器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁璞，
申请(专利权)人：袁璞，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]