CN104611485B - 一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高炉炼铁的炉顶压力控制领域，提供了一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法，包括：控制器接收高炉炉顶压力传感器传递过来的压力测量值；将所述压力测量值和预存的压力预设值输入比例‑积分‑微分PID运算，获得气阀设定值；接收伺服控制***中减压阀返回的气阀测量值；根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值；根据所述气阀控制值控制减压阀。通过气压测量值和气压设定值来获取气阀设定值，并基于气阀测量值获取气阀控制值，从而构成了一个双闭环PID控制，提高了气阀组调节的及时性和准确性。

Description

一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法
技术领域
本发明属于高炉炼铁的炉顶压力控制领域，尤其涉及一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法。
背景技术
减压阀组是控制高炉炉顶压力、保证高压操作的关键设备。它在电液伺服控制***的配合下，通过精确、及时调整减压阀的开度来调整炉顶压力，使高炉在稳定的炉顶压力下正常生产。减压阀组由两个及以上调节阀组成，每个调节阀配有一个执行器和阀位变送器等。
电液伺服控制***有伺服控制器、电液伺服阀和液压油站等组成。伺服控制器接收来自中控的指令信号和实际的位置信号，并进行综合、比较、校正和放大后生成一标准(电流、电压)信号，并将标准(电流、电压)信号送入电液伺服阀。电液伺服阀按一定的比例将标准(电流、电压)信号转变成液压油量，液压缸接受伺服阀输出的压力油，使活塞按要求进行往复运动，从而来控制气阀门的开合，以及开合的层度。
但是现有技术中伺服控制***的气阀组的开合速度较慢，通常在接收到新的气阀调整信号时，前一轮的气阀组调整还没有完成，气阀组调节的及时性和准确性较差。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法，以解决现有技术方案气阀组调节的及时性和准确性较差的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法，所述方法包括以下步骤：
控制器接收高炉炉顶压力传感器传递过来的压力测量值；将所述压力测量值和预存的压力预设值输入比例-积分-微分PID运算，获得气阀设定值；接收伺服控制***中减压阀返回的气阀测量值；根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值；根据所述气阀控制值控制减压阀。
本发明实施例提供的一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的有益效果包括：通过气压测量值和气压设定值来获取气阀设定值，并基于气阀测量值获取气阀控制值，从而构成了一个双闭环PID控制，提高了伺服控制***中气阀组调节的及时性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
如图1所示为本发明提供的基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
在步骤201中，控制器接收高炉炉顶压力传感器传递过来的压力测量值。
在具体实现中，所述控制器可以是可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，简写为：PLC)或者是分布式控制***(Distributed Control System，缩写为：DCS)。
在步骤202中，将所述压力测量值和预存的压力预设值输入比例-积分-微分(proportion integration-differentiation.，简写为：PID)运算，获得气阀设定值。
在步骤203中，接收伺服控制***中减压阀返回的气阀测量值。
在步骤204中，根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值。
其原理和炉顶气压控制类似，即气阀的状态和炉顶气压都是处于一个变动状态，其测量值都是实时的从相应传感器中获取的，而预存的压力预设值可以是事先存储在控制器中的，也可以是在启动时由操作人员输入的；相比较的，伺服液压***的气阀设定值，则是基于压力预设值和压力测量值计算得到的。
本实施例中，步骤204的计算过程可以是在控制器中完成，也可以是在液压伺服控制***中完成，在此并不做特殊限定。
在步骤205中，根据所述气阀控制值控制减压阀。
所述控制减压阀具体包括：液压伺服控制***通过内部的电液伺服阀装置，输出相应液压信号给减压阀组，增大或者减小减压阀组的开度，进而提高或者降低高炉顶压测量值。
本发明实施例通过气压测量值和气压设定值来获取气阀设定值，并基于气阀测量值获取气阀控制值，从而构成了一个双闭环PID控制，解决了现有技术中气阀组调节的及时性和准确性较差的问题。
实施例二
如图2所示为本发明实施例提供的基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法的流程图，在本实施例中，计算气阀设定值的过程由PLC来完成，而计算气阀控制值的过程由液压伺服控制***来完成，本实施例中进一步公开PID运算方法。所述方法具体包括流程如下：
在步骤301中，炉顶气压传感器传递压力测量值给PLC。
在步骤302中，PLC根据压力测量值和压力预设值，经由PID运算方法计算获得气阀设定值。
用于获取气阀设定值的PID运算方法具体为利用公式(1)计算得到：
其中，e1(t)为气压测量值和气压预设值的差值，Kp1为比例放大系数，Ti1为积分时间常数，Td1为微分时间常数，所述Kp1、Ti1和Td1的值是由PID算法调试获得；u1t为气阀设定值。
在步骤303中，PLC将计算得到的气阀设定值传递给液压伺服控制***。
伺服控制***通常集成了数字信号处理器(Digital Signal Processor，简写为：DSP)芯片、滤波电路、模数数模转换及其它变换电路等，在高炉炉顶压力控制应用中，主要功能是接收减压阀组阀位测量值和外部阀位给定信号，通过内部的逻辑运算，输出一个4～20mA DC、0～10V DC等的标准信号给伺服液压站，伺服液压站通过内部的电液伺服阀等，接收标准信号，输出液压油量，精确控制减压阀组的开度。
在步骤304中，所述液压伺服控制***在接收到气阀设定值后，向气阀组传感器调取当前的气阀测量值。
在步骤305中，所述气阀组传感器向液压伺服控制***返回气阀测量值。
在步骤306中，所述液压伺服控制***基于气阀设定值和气阀测量值计算出气阀控制值。
用于获取气阀控制值的PID运算具体为利用公式(2)计算得到：
其中，e2(t)为气阀测量值和所述气阀设定值的差值，Kp2为比例放大系数，Ti2为积分时间常数，Td2为微分时间常数，所述Kp2、Ti2和Td2的值是由PID算法调试获得；u2t为气阀控制值。
在步骤307中，所述液压伺服控制***依据所述气阀控制值，控制气阀组完成气阀开合的调整。
在本发明实施例中，提供了对于气阀控制的闭合PID运算控制，从而克服了现有技术中气阀组调节的及时性和准确性较差的问题，并通过PLC和液压伺服控制***的协作，在保证气阀控制及时性、准确性和平稳性基础上，提高了***的执行效率。
实施例三
本实施例基于实施例二实现的基础上，新增了步骤308-310，从而扩展了实施例二的功能，给出了一种预测模式，具体实现如下：
步骤301-307的实现见实施例二，这里不再赘述。
在步骤308中，液压伺服控制***根据获取到的气阀测量值，计算出气阀的闭合速度，并发送给PLC。
在步骤309中，PLC根据气阀闭合速度和当前获取的压力测量值，计算气压和气阀变化速度关系。
在步骤310中，PLC预测一个稳态气阀控制值，并传递给液压伺服控制***，进入预测模式。
所述稳态气阀控制值的计算是在工业冶炼中允许的高炉气压浮动大小约束下计算得到，并给出了气压阈值和预测时间阈值，当超过所述气压阈值或者超过预测时间阈值未实现调整到气压设定值，则跳出所述预测模式。
在本发明实施例中，进一步的应用了PLC控制下的气压控制***和液压伺服控制***控制下的气阀组之间的关系，给予了新的预测模式的实现，在工业实现允许的范围内，提高了高炉炉顶气压控制的自动性和效率。
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于减压阀组的中小型高炉炉顶压力控制方法，其特征在于，所述方法包括：
控制器接收高炉炉顶压力传感器传递过来的压力测量值；
将所述压力测量值和预存的压力预设值输入比例-积分-微分PID运算，获得气阀设定值；
接收伺服控制***中减压阀返回的气阀测量值；
根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值；
根据所述气阀控制值控制减压阀；
所述方法还包括：液压伺服控制***根据获取到的气阀测量值，计算出气阀的闭合速度，并发送给PLC；
PLC根据气阀闭合速度和当前获取的压力测量值，计算气压和气阀变化速度关系；
PLC预测一个稳态气阀控制值，并传递给液压伺服控制***，进入预测模式；
所述预测模式包括气压阈值和预测时间阈值，当超过所述气压阈值或者超过预测时间阈值未实现调整到气压设定值，则跳出所述预测模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于获取气阀设定值的PID运算具体为：
u 1 ( t ) = K p 1 [ e 1 ( t ) + 1 T i 1 ∫ 0 t e 1 ( τ ) d τ + T d 1 d ( e 1 ( t ) ) d t ]
其中，e1(t)为气压测量值和气压预设值的差值，Kp1为比例放大系数，Ti1为积分时间常数，Td1为微分时间常数，所述Kp1、Ti1和Td1的值是由PID算法调试获得；u1(t)为气阀设定值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于获取气阀控制值的PID运算具体为：
u 2 ( t ) = K p 2 [ e 2 ( t ) + 1 T i 2 ∫ 0 t e 2 ( τ ) d τ + T d 2 d ( e 2 ( t ) ) d t ]
其中，e2(t)为气阀测量值和所述气阀设定值的差值，Kp2为比例放大系数，Ti2为积分时间常数，Td2为微分时间常数，所述Kp2、Ti2和Td2的值是由PID算法调试获得；u2(t)为气阀控制值。
4.如权要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值，具体包括：
减压阀组的控制***接收所述控制器传递来的气阀设定值；
所述减压阀组的控制***获取气阀传感器返回的气阀测量值；
根据所述气阀设定值和所述气阀测量值，通过PID运算计算得到此时的气阀控制值。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述伺服控制***具体为液压伺服控制***。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述液压伺服控制***根据所述气阀控制值来控制减压阀，具体包括：
液压伺服控制***通过内部的电液伺服阀装置，输出相应液压信号给减压阀组，增大或者减小减压阀组的开度，进而提高或者降低高炉顶压测量值。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法适用于锅炉容积规模小于等于1800m3。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气阀控制值具体为4～20mADC或0～10V DC的标准电信号。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气阀测量值还传递给所述控制器，所述将所述压力测量值和预存的压力预设值输入比例-积分-微分PID运算，获得气阀设定值，还包括：
将所述压力测量值、预存的压力预设值和气阀测量值输入比例-积分-微分PID运算，获得气阀设定值。
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