一种分析仪表过程控制基础自动化方法技术

本发明专利技术公开了一种分析仪表过程控制基础自动化方法，串级控制器设定分析指标目标值SP，将分析仪期望计算值作为控制器外环反馈值PV，将中间物理量仪表值作为内环反馈值PV。设置相应的调试参数Kp、TI、Ks、ΔT，控制器输出至执行元件完成整个方法控制。经处理过的仪表过程值可过滤不真实的扰动值、得出更符合过程工况的预测值，并为输出控制器提供稳定输入。两层串级控制器的应用：过程分析仪表与最终的实物调节元件间机理上至少存在压力、流量元素层的串级。本发明专利技术是一种通用有效、可广泛适用于过程控制的数据处理和控制方法，解决了在分析仪表普遍存在的滞后、扰动，范围过程均值的情况下，过程自动化控制在基础自动化层面的成功应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种分析仪表过程控制基础自动化方法


[0001]本专利技术涉及一种分析仪表控制的方法，属于仪表检测及自动化分析
，尤其涉及一种分析仪表过程控制基础自动化方法。

技术介绍

[0002]现有的过程仪表控制方法一般为指标PID控制，应用广泛；但常规的PID控制器只适应于反馈信号响应较快、信号准确、性状单点描述的仪表，比如压力、流量等。而对于分析仪表，由于其滞后性较大、信号存在扰动、且反馈参数表示某过程范围内指标均值，造成基础PID控制器易发生卡滞、超调，进而引发更大的系统紊乱。因此，现有的常规过程分析仪表过程控制在基础自动化层面基本上无法投入实现的。
[0003]过程仪表控制是一种应用广泛极为成熟的控制技术。过程仪表既有时时响应的压力、流量、物位仪表，也有受制于工艺过程较为滞后的温度类仪表。分析仪表是一类更为特殊的仪表：受分析机理、采样周期、安装形式、工艺生产等等众多原因影响，波动性、指标的不确定性与滞后性尤其明显。因其工艺指标的重要性，常常作为智慧模型与专家系统的预测参数。
[0004]工业智慧模型建模复杂、涉及的参数多、难度大、费用高，且机理透彻、准确预测、能经历史实践的商用指标模型在国内目前还是少数。由于以上种种原因，导致分析仪表在绝大多数的生产工况下并不为智慧模型所用，却只能作为基础自动化层面区域周期过程指标值的监视应用。
[0005]现有的过程仪表控制方法一般为指标PID控制，应用广泛；但常规的PID控制器只适应于反馈信号响应较快、信号准确、性状单点描述的仪表，比如压力、流量等。而对于分析仪表，由于其滞后性较大、信号存在扰动、且反馈参数表示某过程范围内指标均值，造成基础PID控制器易发生卡滞、超调，进而引发更大的系统紊乱。因此，现有的常规过程分析仪表过程控制在基础自动化层面基本上无法投入实现的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术目的在于针对分析仪表自动控制同时又是工业用户的重要指标和普遍需求这一需求，开发并设计通用的符合指标工艺的基础自动化控制器工具方法，提高自动化程度和指标控制要求。本专利技术了设计了一种通用有效、可广泛适用于过程控制的数据处理和控制方法，解决了在分析仪表普遍存在的滞后、扰动，范围过程均值的情况下，过程自动化控制在基础自动化层面的成功应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的方案为一种分析仪表过程控制基础自动化方法，该方法的实施步骤如下，
[0008]S1、分析仪表数据期望处理方法：E(X)为计算分析仪表的输出期望；为上一周期分析仪表所有数据采样平均值(期望值)；为
现周期分析仪表当前数据采样平均值；n为分析仪表周期总样本数；m为当前分析仪表数据样本数；两周期时长相等，且随着系统采用不停的循环迭代
[0009]S2、两层串级PI控制方法：PI控制器：Kp比例系数设置；Ks＝(MSH
‑
MSL)/(SH
‑
SL)标尺系数；PVn为目标反馈值，SH、SL为输入PVn设定值上下限；SVn为目标设定值MSH、MSL为输出值MV
n
上下限；MV
n
为当前控制器输出值；ΔT为控制器采样频率；TI为积分系数设置；En为当前控制器目标偏差的输入输出偏差En＝PVn
‑
SVn；。ΔMV
n+1
为最终控制器的计算输出值。将第一个PI控制器输出作为第二个控制的控制设定输入，这样两个PI控制器就形成串联，得到一个两层PI控制器。
[0010]S3、串级控制器设定分析指标目标值SP，将S1中的E(X)作为控制器外环反馈值PV，再将中间物理量仪表值作为内环反馈值PV。再设置S2中相应的调试参数Kp、TI、Ks、ΔT，控制器输出至执行元件完成整个方法控制。
[0011]进一步地，分析仪表的期望处理中，首先，确定采样周期，基础自动化层PLC仪表的采样周期选取500毫秒或1秒；其次，根据现场观测仪表波动经验，选取波动周期T秒作为数据处理周期。原始周期采集到的数据平均值作为原始数据的期望值。使用平均值方法，计算当前周期T1中时时数据m点的平均值算当前周期T1中时时数据m点的平均值T＝T1周期值相等。根据独立分散数据概率原则，当前周期m点处理后的期望值为
[0012]进一步地，由于仪表数值X1
…
Xn通过PLC扫描不断的滚动采集，周期也循环交替的。当执行完当前T1周期n个数据完结时，本周期的数据期望值将作为原始期望数据替代上一周期平均值数据，而下一周期采用平均值将替换本周期平均值。即周期T、周期采样n不变。当T周期循环切换时，这样，设置T、n,对仪表采集数值X1
…
Xn通过公式按周期滚动循环迭代处理计算。就能得到可适应控制器处理的参数值E(X)。
[0013]进一步地，两层串级PID控制器应用输出。分析仪表指标控制从控制机理上至少需要两层控制器表达。最外层的控制器表达分析指标与被控介质状态的控制关系。最内层的控制器表达中间控制量与终端调节元件的控制关系；采用两层串级控制。
[0014]进一步地，通过信号期望处理与串级控制器，首先分析仪表反馈经处理得到指标期望值，然后外环控制器自动加载指标期望值、外环控制器自动加载仪表反馈值。
[0015]进一步地，MLSS
‑
流量双串级控制中，
[0016]首先，设计串级控制器框架。确定以分析仪MLSS指标作为控制目标，与被控对象流量适合PI控制器过程控制，作为外环PI。以流量为控制目标，与被控对象电机频率适合PI控制器过程控制，作为内环PI。外环输出参数为内环输入参数作为串级控制器。
[0017]其次，介绍PI控制器：其中，Kp为PI比例系数设置；Ks＝(MSH
‑
MSL)/(SH
‑
SL)为标尺转换系数；SH、SL为输入PVn设定值上下限，MSH、MSL为输出值MV
n
上下限；MV
n
为当前控制器输出值；ΔT为控制器采样频率；TI为积分系数设置；En为当前控制器目标偏差的输入输出偏差En＝PVn
‑
SVn；PVn为目标反馈值，SVn为目标设定值。ΔMV
n+1
为最终控制器的计算输出值。
[0018]接着，设置要要控制的目标SVn，将MLSS分析仪表处理好的期望值E(X)作为变量代入反馈参数PVn中。设置好Kp、TI调节系数和Ks标尺系数，设置控制器采样频率ΔT，En自动计算，ΔMV
n
自动迭代，外环控制器将时时计算输出ΔMV
n+1
。
[0019]然后，再启动同样算法另外一个内环PI控制器。将外刚才外环PI控制器的输出值再作为内环PI控制器的目标SVn设定，现场实际仪表流量作为反馈值PVn，设置好相应的Kp、TI、Ks、ΔT，最后控制器计算输出为作为电机频率参数用作现场水泵调节。
[0020]与面向系统精益控制、动辄上百万投入的智慧层模型的高端工业用户相比，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分析仪表过程控制基础自动化方法，其特征在于，该方法的实施步骤如下，S1、分析仪表数据期望处理方法：E(X)为计算分析仪表的输出期望；为上一周期分析仪表所有数据采样平均值；为上一周期分析仪表所有数据采样平均值；为现周期分析仪表当前数据采样平均值；n为分析仪表周期总样本数；m为当前分析仪表数据样本数；两周期时长相等，且随着系统采用不停的循环迭代S2、两层串级PI控制方法：PI控制器：Kp比例系数设置；Ks＝(MSH
‑
MSL)/(SH
‑
SL)标尺系数；PVn为目标反馈值，SH、SL为输入PVn设定值上下限；SVn为目标设定值MSH、MSL为输出值MV
n
上下限；MV
n
为当前控制器输出值；ΔT为控制器采样频率；TI为积分系数设置；En为当前控制器目标偏差的输入输出偏差En＝PVn
‑
SVn；；ΔMV
n+1
为最终控制器的计算输出值；将第一个PI控制器输出作为第二个控制的控制设定输入，这样两个PI控制器就形成串联，得到一个两层PI控制器；S3、串级控制器设定分析指标目标值SP，将S1中的E(X)作为控制器外环反馈值PV，再将中间物理量仪表值作为内环反馈值PV；再设置S2中相应的调试参数Kp、TI、Ks、ΔT，PI控制器输出至执行元件完成整个控制。2.根据权利要求1所述的一种分析仪表过程控制基础自动化方法，其特征在于，分析仪表的期望处理中，首先，确定采样周期，基础自动化层PLC仪表的采样周期选取500毫秒或1秒；其次，根据现场观测仪表波动经验，选取波动周期T秒作为数据处理周期；原始周期采集到的数据平均值作为原始数据的期望值；使用平均值方法，计算当前周期T1中时时数据m点的平均值T＝T1周期值相等；根据独立分散数据概率原则，当前周期m点处理后的期望值为3.根据权利要求1所述的一种分析仪表过程控制基础自动化方法，其特征在于，由于仪表数值X1
…
Xn通过PLC扫描不断的滚动采集，周期也循环交替的；当执行完当前T1周期n个数据完结时，本周期的数据期望值将作为原始期望数据替代上一周期平均值数据，而下一周期采用平均值将替换本周期平均值；即周期T、周期采样n不变；当T周期循环切换时，n,对仪表采集数值X1
…

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永茂，李中杰，孙海良，刘小宝，安莹玉，
申请(专利权)人：北控水务中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：