專利名稱：用于加熱爐出口溫度的綜合控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合控制方法及裝置，尤其是指一種用于加熱爐出口溫度的綜合控制方法及裝置，屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在石油化工的生產(chǎn)過程中，管式加熱爐是主要工藝設(shè)備之一，以下簡稱加熱爐。如圖1所示，為現(xiàn)有的加熱爐的綜合控制系統(tǒng)，一般包括爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I、爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II和燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III。爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I與爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II之間并沒有直接而有機(jī)地聯(lián)系。加熱爐出口的溫度控制要求非?？量?，控制的平穩(wěn)與否從某一方面講就是裝置產(chǎn)品收率的最大化，成本的最低化，起著非常重要的因素。但是加熱爐出口溫度存在著嚴(yán)重的純滯后，使得從事生產(chǎn)過程控制的人員設(shè)計(jì)出了很多的控制方案以消除大時(shí)滯對生產(chǎn)過程的影響，如Smith預(yù)估補(bǔ)償、大林算法、卡爾曼算法、預(yù)估預(yù)測控制等，但由于考慮的系統(tǒng)范圍小，并且就溫度的控制而控制，沒有考慮真正影響溫度的變量，有的考慮也是簡單加入一個前饋而已，并沒有真正把主要的干擾到來之前就加以抑制，加以消除，因此控制效果并不理想。
嚴(yán)格地說，我們的工業(yè)生產(chǎn)過程都是非線性控制，對于非線性程度較弱的系統(tǒng)，通過線性化就可以得到在一定范圍內(nèi)等效的線性模型。故可采用線性系統(tǒng)的一整套控制理論與方法，進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。然而對于非線性較強(qiáng)的系統(tǒng)，采用線性化的處理方法往往會產(chǎn)生很大的偏差，甚至?xí)贸鐾耆喾吹慕Y(jié)論。因此為了滿足系統(tǒng)的特殊要求，或者為了進(jìn)一步改善控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，人為地引入非線性控制規(guī)律，對于燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)采用最短時(shí)間控制。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)人針對現(xiàn)有技術(shù)的這一缺點(diǎn)，對整個加熱爐的控制系統(tǒng)的方法及裝置進(jìn)行整體的調(diào)整、改進(jìn)，其中在爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)、燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)中采用一種仿人智能調(diào)節(jié)器，這種仿人智能調(diào)節(jié)器的具體工作原理在申請?zhí)枮?0102004.8的中國專利申請公開說明書中有詳細(xì)的描述。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種加熱爐出口溫度的綜合控制方法及裝置，對加熱爐出口溫度的主要干擾、加熱爐的進(jìn)料量、加熱爐的各種壓力在還沒有影響到來之前就加以控制，尤其是加熱爐的進(jìn)料量這個對加熱爐的出口溫度來說可測不可控的變量，通過整個大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成一個即可測又可控的變量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下用于加熱爐出口溫度的綜合控制方法，該綜合控制方法包括兩部分的控制，一部分是對爐膛及爐出口溫度的控制，為了抑制干擾，將可測不可控的干擾量變成即可測又可控的變量，在流量調(diào)節(jié)器與流量調(diào)節(jié)閥之間增加一個純滯后環(huán)節(jié)e-τs，加以抑制、消除干擾，液面或流量變化提前作用于爐膛溫度；一部分是對燃料油和/或瓦斯壓力的控制，采用Bang-Bang+PI的雙模控制方法，使測量迅速逼近給定值，以消除余差，將上述兩部分控制獲得的信號一起傳送到CALC軟件計(jì)算機(jī)模塊中，經(jīng)過CALC系統(tǒng)信號的疊加綜合處理后，其輸出信號作用于加熱爐的出口，從而實(shí)現(xiàn)對加熱爐出口溫度的控制。
所述的進(jìn)料量的變化與爐出口、爐膛溫度的變化構(gòu)成一串級加前饋的控制方法，所述的進(jìn)料量的串級控制的方法步驟如下(10)程序開始；(20)由進(jìn)料量的測量值Qk與進(jìn)料量的給定值Qo之差，即變化的進(jìn)料量ΔQ＝(Qk-Qo)；(30)通過PID算式運(yùn)算后，得Δu；(40)所得Δu為前一個流量u(k-1)減去后一個流量u(k-2)；然后將其分為兩路進(jìn)行控制(50)一路經(jīng)過純滯后環(huán)節(jié)e-τs算式運(yùn)算；(60)其輸出AOUT1返回步驟(20)依次循環(huán)，再去調(diào)節(jié)輸出控制流量調(diào)節(jié)閥的開度；(70)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(50’)另一路與一個系數(shù)K相乘，即K·Δu，輸出去爐膛、爐出口溫度控制系統(tǒng)；所述的爐出口、爐膛溫度的前饋控制方法步驟如下(210)程序開始；(220)爐出口溫度測量值Y(k)與爐出口溫度給定值Yo之差即ΔY＝Y(jié)(k)-Yo；(230)通過爐出口溫度的PID1算式運(yùn)算后，得Wo，作為爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值；(240)爐膛溫度測量值W(k)與爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值Wo之差，即ΔW＝W(k)-Wo；(250)通過爐膛溫度的PID2算式運(yùn)算后，得ΔH；(260)其輸出ΔH與進(jìn)料量的串級控制中的步驟(50’)相加減；(270)其輸出分別返回步驟(220)、(240)依次循環(huán)，去控制溫度控制系統(tǒng)的瓦斯調(diào)節(jié)閥開度；(280)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
所述的純滯后環(huán)e-τs節(jié)中的純滯后時(shí)間τ，一般設(shè)定在40-80秒之間，所述的純滯后時(shí)間τ最好設(shè)定在50-60秒之間。爐進(jìn)料量純滯后環(huán)節(jié)對爐出口溫度控制轉(zhuǎn)換成可測又可控的變量控制的整定閥位設(shè)置，提降量的閥位輸出變化量與壓力調(diào)節(jié)閥的變化量的整定系數(shù)一般為0.6-1.0之間，該整定系數(shù)最好可進(jìn)一步為0.75-0.85之間。
在燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)中，采用Bang-Bang+PI的雙模控制方法的步驟如下(11)程序開始；(20)由給定值Pk與壓力測量值Po之差即獲得en；即en＝Pk-Po；(31)對en的絕對值進(jìn)行比較，即|en|≥δ；(40)當(dāng)|en|＜δ，則其當(dāng)前的輸出U(k)為上一個被控變量U(k-1)，即U(k)＝U(k-1)；(50)其輸出AOUT返回步驟(20)，與給定值進(jìn)行比較判斷，如此循環(huán)；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(40’)當(dāng)|en|≥δ時(shí)，對en與0進(jìn)行比較；(50’)當(dāng)en＜0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化小的輸出值，輸出值U(K-1)減去一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，同時(shí)產(chǎn)生一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(60’)當(dāng)en≥0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化大的輸出值，輸出值U(K-1)加上一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，和一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
其中，在Bang-Bang+PI的雙?？刂品椒ㄖ?，由于引入仿人智能P、I調(diào)節(jié)器，所以建立仿人智能的比例、積分?jǐn)?shù)學(xué)模型，在線動態(tài)辯識數(shù)學(xué)模型和提高仿人智能調(diào)節(jié)器的智商程序，仿人智能P、I調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際參數(shù)及出口溫度、爐膛溫度波動的實(shí)際范圍確定出二個出口溫度|en|范圍定在±0.3℃至±2℃之間，其仿人智能P、I的算式為u(k)=kp*e(k)+kIΣi=1ke(I)+kd*[e(k)-e(k-1)]+u(k-1)]]>上升段kp＝1/P＝1/[(1/|e|)*A+B] kI＝1/TI＝1/[(1/|e|)*C+D下降段kp＝1/P＝1/[(1/|e|)*E+F] kI＝1/TI＝G由于仿人智能的P、I算式是離散化的，采樣時(shí)間短雖然使得離散化變化連續(xù)化越來越接近en和en-1、en-2的數(shù)據(jù)基本相同，而動態(tài)辨識曲線的性能反而降低，太長則延長了控制周期效果也降低，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，把采樣的時(shí)間為2-3秒。
用于加熱爐出口溫度的綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由爐管21、爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I、爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II和燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III組成，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I、燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III的輸出信號傳給爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II，其中，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I包括爐進(jìn)料量孔板9、進(jìn)料量流量變送器10、流量調(diào)節(jié)器11、進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥12、塔液面變送器17、液面調(diào)節(jié)器18、切換開關(guān)19、塔20，所述的塔液面變送器17與塔20相連，所述的爐進(jìn)料量孔板9安裝在爐管21上，所述的流量調(diào)節(jié)器11通過進(jìn)料量流量變送器10與爐進(jìn)料量孔板9相連，所述的切換開關(guān)19通過液面調(diào)節(jié)器18與塔液面變送器17相連；爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II包括爐出口溫度熱電偶4、爐膛溫度熱電偶5、進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8、爐膛溫度調(diào)節(jié)器24、爐出口溫度調(diào)節(jié)器23、管式加熱爐16，所述的爐出口溫度熱電偶4與爐出口溫度調(diào)節(jié)器23相連，所述的爐膛溫度熱電偶5連在管式加熱爐16與爐膛溫度調(diào)節(jié)器24之間，所述的進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8安裝在爐管21上；燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III包括壓力變送器1、壓力調(diào)節(jié)器22、壓力調(diào)節(jié)閥3、瓦斯罐15，所述的壓力調(diào)節(jié)器22通過壓力變送器1與瓦斯罐15相連，所述的壓力調(diào)節(jié)閥3一端與壓力調(diào)節(jié)器22相連，另一端安裝在爐管21上；在爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II的流量調(diào)節(jié)器11與進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥12之間連有一用于信號處理的CALC軟件計(jì)算機(jī)模塊14，在燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III中，所述爐膛溫度調(diào)節(jié)器24使用爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器7，爐出口溫度調(diào)節(jié)器23使用爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器6，瓦斯壓力調(diào)節(jié)器22使用瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2，所述的瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2設(shè)置在壓力變送器1壓力調(diào)節(jié)閥3之間，所述的爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器6與所述的爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器7相連。
在裝置的液面或爐進(jìn)料的流量控制系統(tǒng)中，增加了一個e-τs純滯后環(huán)節(jié)，這樣爐進(jìn)料量對爐出口溫度的可測不可控的變量轉(zhuǎn)換成了即可測又可控的變量控制，液面或流量變化提前作用于爐膛溫度。當(dāng)塔內(nèi)液面上升或下降，或裝置升、降處理量時(shí)，閥位的輸出必須要開大或關(guān)小，但由于加入了純滯后環(huán)節(jié)e-τs，其變化就要等到τ時(shí)間后流量調(diào)節(jié)閥才開始動作，而在τ之前，其流量變化的信號已經(jīng)使加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)的瓦斯調(diào)節(jié)閥提前動作，把爐膛溫度升高或降低某一個值。等τ時(shí)間一到，變化的流量進(jìn)入了加熱爐，從而使出口溫度保持不變。加熱爐進(jìn)料量預(yù)控的實(shí)現(xiàn)，對出口溫度控制系統(tǒng)來說是把其可測不可控的干擾轉(zhuǎn)換成可測又可控的變量。
爐出口溫度與爐膛溫度控制是采用仿人智能P、I調(diào)節(jié)器，并且與瓦斯壓力雙模控制、爐進(jìn)料量純滯后環(huán)節(jié)對爐出口溫度控制，將可測不可控的變量轉(zhuǎn)換成可測又可控的變量，實(shí)行綜合控制。
使用本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是把對加熱爐出口溫度的主要干擾、加熱爐的進(jìn)料量、加熱爐的燃料油或瓦斯壓力在還沒有影響到來之前就加以綜合控制。把加熱爐的進(jìn)料量這個對加熱爐的出口溫度來說可測不可控的變量，通過整個大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成對加熱爐出口溫度來說是即可測又可控。把加熱爐的燃料油或瓦斯壓力的波動通過雙模控制抑制了最小。爐出口溫度與爐膛溫度控制是當(dāng)外界因素，如環(huán)境溫度、空氣預(yù)熱溫度、爐膛氣壓、煙氣氧量、排煙溫度、瓦斯壓力、進(jìn)料量等發(fā)生變化都會影響爐出口溫度和爐膛溫度的平穩(wěn)，而爐膛溫度最為靈敏。這些變化反映到爐膛溫度熱偶5，使之變化的信息送經(jīng)爐膛溫度仿人智能調(diào)節(jié)器7，再輸出到進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8，改變其大小，以保證爐出口溫度平穩(wěn)。同樣，爐出口溫度熱偶4發(fā)生變化后，其信息通過爐出口溫度仿人智能調(diào)節(jié)器6，把變化的信息送到爐膛溫度仿人智能調(diào)節(jié)器7中，是進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8動作后，保持爐出口溫度平穩(wěn)。
四

圖1為現(xiàn)有的加熱爐出口溫度綜合控制系統(tǒng)圖。
圖2為本發(fā)明的加熱爐出口溫度綜合控制系統(tǒng)圖。
圖3為本發(fā)明燃料油和/或瓦斯壓力的控制，采用Bang-Bang+PI雙?？刂频目驁D。
圖4為本發(fā)明爐膛及爐出口溫度的控制，對爐進(jìn)料量采用純滯后環(huán)節(jié)e-τs控制的框圖。
圖5為本發(fā)明燃料油和/或瓦斯壓力的控制，采用Bang-Bang+PI雙?？刂瞥绦蛄鞒虉D。
圖6為本發(fā)明爐膛及爐出口溫度的控制，對爐進(jìn)料量采用純滯后環(huán)節(jié)e-τs控制程序流程圖。
圖中1.瓦斯壓力變送器 2.瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器3.瓦斯壓力調(diào)節(jié)閥 4.爐出口溫度熱電偶5.爐膛溫度熱電偶 6.爐出口溫度仿人智能P、I調(diào)節(jié)器7.爐膛溫度仿人智能P、I調(diào)節(jié)器 8.進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥9.爐進(jìn)料量孔板 10.進(jìn)料量流量變送器11.流量調(diào)節(jié)器 12.進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥13.軟件模塊純滯后環(huán)節(jié) 14.軟件計(jì)算模塊15.瓦斯罐 16.管式加熱爐17.塔液面變送器18.液面調(diào)節(jié)器19.切換開關(guān)20.塔21.爐管22.瓦斯壓力調(diào)節(jié)器23.爐出口溫度調(diào)節(jié)器24.爐膛溫度調(diào)節(jié)器
五具體實(shí)施例方式
下面以石油加工廠糠醛精制裝置的廢液加熱爐采用的綜合控制系統(tǒng)為例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖2所示，用于加熱爐出口溫度的綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括爐管21、爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I、爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II和燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)的輸出信號傳給爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)，所述的燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)的輸出信號傳送給爐膛及爐出口控制系統(tǒng)，其中，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)I包括爐進(jìn)料量孔板9、進(jìn)料量流量變送器10、塔液面變送器17、液面調(diào)節(jié)器18、塔20，所述的塔液面變送器17與塔20相連，所述的爐進(jìn)料量孔板9安裝在爐管21上，所述的流量調(diào)節(jié)器11通過進(jìn)料量流量變送器10與爐進(jìn)料量孔板9相連，所述的切換開關(guān)19通過液面調(diào)節(jié)器18與塔液面變送器17相連；爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II包括爐出口溫度熱電偶4、爐膛溫度熱電偶5、進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8、流量調(diào)節(jié)器11、進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥12、管式加熱爐16、切換開關(guān)19、爐膛溫度調(diào)節(jié)器24、爐出口溫度調(diào)節(jié)器23，所述的爐出口溫度熱電偶4與爐出口溫度調(diào)節(jié)器23相連，所述的爐膛溫度熱電偶5連在管式加熱爐16與爐膛溫度調(diào)節(jié)器24之間，所述的進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8安裝在爐管21上；燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III包括壓力變送器1、壓力調(diào)節(jié)器22、壓力調(diào)節(jié)閥3、瓦斯罐15；在爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)II的流量調(diào)節(jié)器11與進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥12之間連有一用于信號處理的CALC軟件計(jì)算模塊14，在燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)III中，所述爐膛溫度調(diào)節(jié)器24使用爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器7，爐出口溫度調(diào)節(jié)器23使用爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器6，瓦斯壓力調(diào)節(jié)器22使用瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2，所述的瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2設(shè)置在壓力變送器1壓力調(diào)節(jié)閥3之間，所述的爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器6與所述的爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器7相連。
如圖3所示，為本發(fā)明燃料油和/或瓦斯壓力的控制，采用Bang-Bang+PI雙模控制的方框圖示意圖。在加熱爐所需的瓦斯壓力上，輸入給定值Pk＝0.22Mpa，將|en|區(qū)間設(shè)為δ＝0.006Mpa，超出這個范圍閥位則在原來基礎(chǔ)上增加或減少15％，即β為15％。當(dāng)瓦斯罐15的系統(tǒng)瓦斯壓力發(fā)生波動時(shí)，通過瓦斯壓力變送器具檢測出來的測量值和給定值Pk相減，得到|en|值，一部分|en|值傳遞到瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2即PID中，瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2輸出，作用于對象1即瓦斯壓力調(diào)節(jié)閥3上。另一部分|en|值與δ進(jìn)行比較，當(dāng)瓦斯壓力的偏差en＞0.006Mpa時(shí)，瓦斯壓力調(diào)節(jié)閥3快速動作±15％閥位，實(shí)現(xiàn)了雙?？刂?，保證了瓦斯壓力平穩(wěn)；如果當(dāng)瓦斯壓力的偏差en＜0.006Mpa時(shí)，瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器2的輸出信號再通過CALC軟件計(jì)算模塊14，直接作為爐出口溫度的前饋信號，對進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8作用一個量值，控制對象2即進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8根據(jù)瓦斯壓力的高、低進(jìn)行關(guān)一點(diǎn)或開一點(diǎn)的控制，從而保證爐出口溫度不受干擾。
如圖5所示，為本發(fā)明燃料油和/或瓦斯壓力的控制，采用Bang-Bang+PI雙?？刂频某绦蛄鞒虉D，其控制方法的步驟如下(10)程序開始；(20)由給定值0.22Mpa與壓力測量值Po之差即獲得en；即en＝Pk-Po；(30)對en的絕對值進(jìn)行比較，即|en|≥0.006Mpa；(40)當(dāng)|en|＜0.006Mpa，則其當(dāng)前的輸出U(k)為上一個被控變量U(k-1)，即U(k)＝U(k-1)；(50)其輸出AOUT返回步驟(20)，與給定值進(jìn)行比較判斷，如此循環(huán)；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(40’)當(dāng)|en|≥0.006Mpa時(shí)，對en與0進(jìn)行比較；(50’)當(dāng)en＜0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化小的輸出值，輸出值U(K-1)減去一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，同時(shí)產(chǎn)生一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(60’)當(dāng)en≥0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化大的輸出值，輸出值U(K-1)加上一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，和一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
一般情況下，對瓦斯壓力閥的控制在±0.03Mpa范圍左右，經(jīng)過雙?？刂坪?，現(xiàn)在已將其控制在±0.007Mpa范圍，實(shí)現(xiàn)壓力控制的平穩(wěn)，使得加熱爐出口溫度操作正常時(shí)波動在±1℃之間。
如圖4、圖6所示，為本發(fā)明爐膛及爐出口溫度的控制，對爐進(jìn)料量采用純滯后環(huán)節(jié)e-τs控制的框圖及程序流程圖。
進(jìn)加熱爐的流量孔板9通過流量變送器10，把變化的信息傳送到流量調(diào)節(jié)器11，通過流量調(diào)節(jié)器11的輸出變化其一是把變化的信號直接通過CALC軟件計(jì)算模塊14送到加熱爐的進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥8上，使之先開或先關(guān)一點(diǎn)，讓爐膛溫度升高或降低一點(diǎn)；其二是流量調(diào)節(jié)器11輸出變化的信號，通過一個純滯后環(huán)節(jié)13，在等待60秒后，直接作用到進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥12上，但這時(shí)爐膛溫度已升高或降低一點(diǎn)，增加或減少的變化流量通過爐管21經(jīng)過爐膛溫度的加熱到爐出口溫度還是保持了基本不變，這樣也保證了爐出口溫度的平穩(wěn)。
進(jìn)料量的變化與爐出口、爐膛溫度的變化構(gòu)成一串級加前饋的控制方法，所述的進(jìn)料量的串級控制的方法步驟如下(10)程序開始；(20)由進(jìn)料量的測量值Qk與進(jìn)料量的給定值Qo之差，即變化的進(jìn)料量ΔQ＝(Qk-Qo)(30)通過PID算式運(yùn)算后，得Δu；(40)所得Δu為前一個流量u(k-1)減去后一個流量u(k-2)；然后將其分為兩路進(jìn)行控制(50)一路經(jīng)過純滯后環(huán)節(jié)e-τs算式運(yùn)算；(60)其輸出AOUT1返回步驟(20)依次循環(huán)，再去調(diào)節(jié)輸出控制流量調(diào)節(jié)閥的開度(70)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(50’)另一路與一個系數(shù)K相乘，即K·Δu，輸出去爐膛、爐出口溫度控制系統(tǒng)；所述的爐出口、爐膛溫度的前饋控制方法步驟如下(210)程序開始；(220)爐出口溫度測量值Y(k)與爐出口溫度給定值Yo之差即ΔY＝Y(jié)(k)-Yo；(230)通過爐出口溫度的PID1算式運(yùn)算后，得Wo，作為爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值；(240)爐膛溫度測量值W(k)與爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值Wo之差，即ΔW＝W(k)-Wo；(250)通過爐膛溫度的PID2算式運(yùn)算后，得ΔH(260)其輸出ΔH與進(jìn)料量的串級控制中的步驟(50’)相加減(270)其輸出分別返回步驟(220)、(240)依次循環(huán)，去控制溫度控制系統(tǒng)的瓦斯調(diào)節(jié)閥開度；(280)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
在本控制系統(tǒng)純滯后時(shí)間τ定為60秒，仿人智能PI的采樣周期定為2秒。閥位整定系數(shù)為0.8秒。即提降量的閥位輸出變化為I，則瓦斯調(diào)節(jié)閥的變化為0.8。
其中所采用的仿人智能P、I調(diào)節(jié)器是在PID運(yùn)算回路中，建立仿人智能的比例、積分?jǐn)?shù)學(xué)模型，在線動態(tài)辯識數(shù)學(xué)模型和提高仿人智能調(diào)節(jié)器的智商程序。
仿人智能P、I調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際參數(shù)及出口溫度、爐膛溫度波動的實(shí)際范圍確定出二個|en|范圍。
出口溫度|en|的范圍定在±0.3℃，仿人智能P、I的算式為u(k)=kp*e(k)+kIΣi=1ke(I)+kd*[e(k)-e(k-1)]+u(k-1)]]>上升段
kp＝1/P＝1/[(1/|e|)*A+B] kI＝1/TI＝1/[(1/|e|)*C+D下降段kp＝1/P＝1/[(1/|e|)*E+F] kI＝1/TI＝G爐膛溫度波動的范圍一般為±10℃-20℃左右。因此這個|en|的區(qū)間制定不能太小，但也不能太大，否則調(diào)節(jié)器的輸出不是動作幅度大、太靈敏就是動作幅度小、反應(yīng)遲鈍。為此制定了|en|＝±2℃，仿人智能P、I的算式同上。
爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)給定值P＝60I＝0.60＝0.3K＝1.8純滯后環(huán)節(jié)e-τ的I＝45料KΔu＝1.8×Δu爐出口溫度控制系統(tǒng)給定值上升段Kp＝1/P＝1/[(1/|e|)×A+B]A＝1.2 B＝1.7Kz＝1/T1＝1/[(1/|e|)×C+D] C＝0.8 D＝0.3下降段KP＝1/P＝1/[(1/|e|)×E+F]E＝0.5 F＝0.3Kz＝1/T1＝GG＝0.2爐膛溫度控制系統(tǒng)給定值上升段A＝1.6B＝1.2C＝1.1D＝0.5下降段E＝0.3F＝0.2G＝0.1由于仿人智能的P、I算式是離散化的，因此采樣周期的制定尤為重要。采樣時(shí)間短雖然使得離散化變化連續(xù)化越來越接近en和en-1、en-2的數(shù)據(jù)基本相同而動態(tài)辨識曲線的性能反而降低。太長則延長了控制周期效果也降低。只有根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，把采樣的時(shí)間確定為2秒為最佳。
如上道工序有塔20的液面變送器17，通過液面調(diào)節(jié)器18，經(jīng)切換開關(guān)19，與進(jìn)料流量調(diào)節(jié)器11、進(jìn)料流量變送器10串級構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其動作原理也同上。
權(quán)利要求
1.用于加熱爐出口溫度的綜合控制方法，該綜合控制方法包括兩控制部分一部分是對爐膛及爐出口溫度的控制，另一部分是對燃料油和/或瓦斯壓力的控制，其特征在于，為了抑制干擾，將可測不可控的干擾量變成即可測又可控的變量，在爐膛及爐出口溫度的控制中增加一個純滯后環(huán)節(jié)e-τs，其進(jìn)料量的變化與爐出口、爐膛溫度的變化構(gòu)成一串級加前饋的控制方法；在燃料油和/或瓦斯壓力的控制中采用Bang-Bang+PI的雙?？刂品椒?，使測量值迅速逼近給定值，以消除余差，上述兩控制部分獲得的信號一起傳送到CALC軟件計(jì)算機(jī)模塊中，經(jīng)過CALC系統(tǒng)信號的疊加綜合處理后，其輸出信號作用于加熱爐的出口溫度控制系統(tǒng)的瓦斯調(diào)節(jié)閥上，從而實(shí)現(xiàn)對加熱爐出口溫度的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，所述的進(jìn)料量的變化與爐出口、爐膛溫度的變化構(gòu)成一串級加前饋的控制方法，所述的進(jìn)料量的串級控制的方法步驟如下(10)程序開始；(20)由進(jìn)料量的測量值Qk與進(jìn)料量的給定值Qo之差，即變化的進(jìn)料量ΔQ＝(Qk-Qo)；(30)通過PID算式運(yùn)算后，得Δu；(40)所得Δu為前一個流量u(k-1)減去后一個流量u(k-2)；然后將其分為兩路進(jìn)行控制(50)一路經(jīng)過純滯后環(huán)節(jié)e-τs算式運(yùn)算；(60)其輸出AOUT1返回步驟(20)依次循環(huán)，再去調(diào)節(jié)輸出控制流量調(diào)節(jié)閥的開度；(70)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(50’)另一路與一個系數(shù)K相乘，即K·Δu，輸出去爐膛、爐出口溫度控制系統(tǒng)；所述的爐出口、爐膛溫度的前饋控制方法步驟如下(210)程序開始；(220)爐出口溫度測量值Y(k)與爐出口溫度給定值Yo之差即ΔY＝Y(jié)(k)-Yo；(230)通過爐出口溫度的PID1算式運(yùn)算后，得Wo，作為爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值；(240)爐膛溫度測量值W(k)與爐膛溫度控制系統(tǒng)的給定值Wo之差，即ΔW＝W(k)-Wo；(250)通過爐膛溫度的PID2算式運(yùn)算后，得ΔH；(260)其輸出ΔH與進(jìn)料量的串級控制中的步驟(50’)相加減；(270)其輸出分別返回步驟(220)、(240)依次循環(huán)，去控制溫度控制系統(tǒng)的瓦斯調(diào)節(jié)閥開度；(280)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，所述的純滯后環(huán)e-τs節(jié)中的純滯后時(shí)間τ，一般設(shè)定在40-80秒之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，所述的純滯后時(shí)間τ最好設(shè)定在50-60秒之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，爐進(jìn)料量純滯后環(huán)節(jié)對爐出口溫度控制轉(zhuǎn)換成可測又可控的變量控制的整定閥位設(shè)置，提降量的閥位輸出變化量與壓力調(diào)節(jié)閥的變化量的整定系數(shù)一般為0.6-1.0之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，所述的提降量的閥位輸出變化量與壓力調(diào)節(jié)閥的變化量的整定系數(shù)最好是0.75-0.85之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，在燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)中，采用Bang-Bang+PI的雙?？刂品椒ǖ牟襟E如下(10)程序開始；(20)由給定值Pk與壓力測量值Po之差即獲得en；即en＝Pk-Po；(30)對en的絕對值進(jìn)行比較，即|en|≥δ；(40)當(dāng)|en|＜δ，則其當(dāng)前的輸出U(k)為上一個被控變量U(k-1)，即U(k)＝U(k-1)；(50)其輸出AOUT返回步驟(20)，與給定值進(jìn)行比較判斷，如此循環(huán)；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(40’)當(dāng)|en|≥δ時(shí)，對en與0進(jìn)行比較；(50’)當(dāng)en＜0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化小的輸出值，輸出值U(K-1)減去一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，同時(shí)產(chǎn)生一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束；(60’)當(dāng)en≥0時(shí)，即U(k)有一個閥位變化大的輸出值，輸出值U(K-1)加上一個β，則產(chǎn)生一個新的被控變量U(k+1)，和一個新的壓力測量值P(k+1)；(50)其輸出AOUT，返回步驟(20)，與壓力給定值P(k)進(jìn)行比較；(60)關(guān)閉系統(tǒng)，程序結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，所述的β與δ均為人為設(shè)定值，兩者之間成正比例關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，在Bang-Bang+PI的雙?？刂品椒ㄖ?，由于引入了仿人智能P、I調(diào)節(jié)器，建立仿人智能的比例、積分?jǐn)?shù)學(xué)模型，在線動態(tài)辯識數(shù)學(xué)模型和提高仿人智能調(diào)節(jié)器的智商程序，仿人智能P、I調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際參數(shù)及出口溫度、爐膛溫度波動的實(shí)際范圍確定出二個出口溫度|en|范圍定在±0.3℃至±2℃之間，其仿人智能P、I的算式為u(k)=kp*e(k)+kIΣi=1ke(I)+kd*[e(k)-e(k-1)]+u(k-1)]]>上升段kp＝1/P＝1/[(1/|e|*A+B] kI=1/TI＝1/[(1/|e|)*C+D下降段kp＝1/P＝1/[(1/|e|)*E+F] kI＝1/TI＝G
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱爐出口溫度的綜合控制方法，其特征在于，由于仿人智能的P、I算式是離散化的，采樣時(shí)間短雖然使得離散化變化連續(xù)化越來越接近en和en-1、en-2的數(shù)據(jù)基本相同，而動態(tài)辨識曲線的性能反而降低，太長則延長了控制周期效果也降低，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，把采樣的時(shí)間為2-3秒。
11.用于加熱爐出口溫度的綜合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由爐管(21)、爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)(I)、爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)(II)和燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)(III)組成，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)(I)、燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)(III)的輸出信號傳給爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)(II)，其中，爐進(jìn)料量控制系統(tǒng)(I)包括爐進(jìn)料量孔板(9)、進(jìn)料量流量變送器(10)、流量調(diào)節(jié)器(11)、進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥(12)、塔液面變送器(17)、液面調(diào)節(jié)器(18)、切換開關(guān)(19)、塔(20)，所述的塔液面變送器(17)與塔(20)相連，所述的爐進(jìn)料量孔板(9)安裝在爐管(21)上，所述的流量調(diào)節(jié)器(11)通過進(jìn)料量流量變送器(10)與爐進(jìn)料量孔板(9)相連，所述的切換開關(guān)(19)通過液面調(diào)節(jié)器(18)與塔液面變送器(17)相連；爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)(II)包括爐出口溫度熱電偶(4)、爐膛溫度熱電偶(5)、進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥(8)、爐膛溫度調(diào)節(jié)器(24)、爐出口溫度調(diào)節(jié)器(23)、管式加熱爐(16)，所述的爐出口溫度熱電偶(4)與爐出口溫度調(diào)節(jié)器(23)相連，所述的爐膛溫度熱電偶(5)連在管式加熱爐(16)與爐膛溫度調(diào)節(jié)器(24)之間，所述的進(jìn)爐瓦斯調(diào)節(jié)閥(8)安裝在爐管(21)上；燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)(III)包括壓力變送器(1)、壓力調(diào)節(jié)器(22)、壓力調(diào)節(jié)閥(3)、瓦斯罐(15)，所述的壓力調(diào)節(jié)器(22)通過壓力變送器(1)與瓦斯罐(15)相連，所述的壓力調(diào)節(jié)閥(3)一端與壓力調(diào)節(jié)器(22)相連，另一端安裝在爐管(21)上；其特征在于，在爐膛及爐出口溫度控制系統(tǒng)(II)的流量調(diào)節(jié)器(11)與進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥(12)之間連有一用于信號處理的CALC軟件計(jì)算機(jī)模塊(14)，在燃料油和/或瓦斯壓力控制系統(tǒng)(III)中，所述爐膛溫度調(diào)節(jié)器(24)使用爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器(7)，爐出口溫度調(diào)節(jié)器(23)使用爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器(6)，瓦斯壓力調(diào)節(jié)器(22)使用瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器(2)，所述的瓦斯壓力雙模調(diào)節(jié)器(2)設(shè)置在壓力變送器(1)壓力調(diào)節(jié)閥(3)之間，所述的爐出口溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器(6)與所述的爐膛溫度仿人智能PI調(diào)節(jié)器(7)相連。
全文摘要
用于加熱爐出口溫度的綜合控制方法及其裝置，該控制方法包括兩個控制部分，一部分是對爐膛及爐出口溫度的控制，為了抑制干擾，將可測不可控的干擾量變成既可測又可控的變量，在流量調(diào)節(jié)器與流量調(diào)節(jié)閥之間增加一個純滯后環(huán)節(jié)e
文檔編號F24H9/20GK1510360SQ02157938
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者羅欣, 羅 欣 申請人:北京眾和達(dá)自控技術(shù)開發(fā)有限公司