FI120472B - Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten - Google Patents
Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten Download PDFInfo
- Publication number
- FI120472B FI120472B FI20065383A FI20065383A FI120472B FI 120472 B FI120472 B FI 120472B FI 20065383 A FI20065383 A FI 20065383A FI 20065383 A FI20065383 A FI 20065383A FI 120472 B FI120472 B FI 120472B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- valve
- flow
- curve
- control
- opening
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/041—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a variable is automatically adjusted to optimise the performance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Flow Control (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten
Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti säätöventtiilin ohjaukseen ja erityisesti neste- tai kaasuvirtausta säätävän säätöventtiilin ohjaukseen.
5 Säätöventtiiliä käytetään yleisesti neste- tai kaasuvirtauksen jatku vaan säätöön erilaisissa putkistoissa ja prosesseissa. Esimerkiksi prosessiteollisuudessa, kuten selluloosa- ja paperi-, öljynjalostus-, petrokemia-, ja kemianteollisuudessa, erilaiset säätöventtiilit, joita on asennettu laitoksen putkijärjes-telmään, säätävät materiaalivirtoja prosessissa. Materiaalivirta voi sisältää mitä 10 tahansa juoksevaa materiaalia, kuten virtaavia aineita, liemiä, nesteitä, kaasuja ja höyryä. Säätöventtiiliin liittyy yleensä toimilaite, joka liikuttaa venttiilin sukuelintä kulloinkin haluttuun avausasentoon täysin avoimen ja täysin suljetun asennon välillä. Toimielin voi olla esimerkiksi sylinteri-mäntälaite. Toimielintä puolestaan yleensä ohjaa venttiilin asennoitin tai venttiilin ohjain, joka säätää 15 säätöventtiilin sulkuelimen asentoa ja tällä tavoin materiaalivirtaa prosessissa säätimeltä tulevan säätösignaalin mukaan.
Prosessien säätäminen tapahtuu säätöpiirien avulla. Säätöpiiri rakentuu esimerkiksi säädettävästä prosessista, säätöventtiilistä, mittausanturista ja -lähettimestä sekä säätimestä. Säädin antaa säätöventtiilille ohjaussig-20 naalin esimerkiksi analogiamuotoisena virtasignaalina tai digitaalisena ohjaus-viestinä. Mittausanturi mittaa säädettävän suureen ja saatu mittaustulos kytketään takaisin säätimelle, jossa sitä verrataan annettuun ohjearvoon. Erosuu-reen perusteella säädin laskee ohjauksen säätöventtiilille. Säädin toimii yleensä siten, että se minimoi erosuureen sopivalla säätöalgoritmilla, kuten Pl- tai 25 PID-algoritmilla. Tyypillisesti tämä säätöalgoritmi viritetään kullekin venttiilille asennettaessa tai toiminnan aikana.
Eräs tunnettu säätöventtiilillä suoritettava virtaussäätö käsittää säätöventtiilin, säätimen ja virtausmittarin muodostaman kokonaisuuden. Säädin, joka on tyypiltään PID tai Pl, ottaa vastaan virtauksen asetusarvon Qsp ja mita-30 tun virtauksen Qm. PID-säätöalgoritmissa oletetaan säätöventtiilin olevan lineaarinen eli että virtaus on lineaarisesti riippuvainen ohjaussignaalista, mistä käytetään myös nimitystä lineaarinen asennettu ominaiskäyrä. Lineaarisen säätöventtiilin tapauksessa säätimen parametrit P, I ja D voivat olla vakioarvoja. Asennetun säätöventtiilin virtausvahvistuksen dQ/da (Q = virtaus, a = vent-35 tiilin avaus) on tällöin oltava vakio, jotta säätöventtiili toimisi stabiilisti ja mahdollisimman pienellä virheellä koko säädettävällä virtausalueella.
2 Käytännössä prosessiputkistoon asennetun säätöventtiilin ominais-käyrä on epälineaarinen johtuen venttiilin luontaisesta ominaiskäyrästä, venttiilin koon ylimitoituksesta, putkistohäviöistä ja pumppukäyrästä. Toisin sanoen virtausvahvistus vaihtelee venttiilin eri avauksilla prosessiolosuhteissa voimak-5 kaasti. Tällöin PID-säätimen vahvistusta pitäisi muuttaa aina kulloiseenkin toimintapisteeseen sopivaksi, jotta aikaansaataisiin hyvä virtaussäätö. Ongelmana on lisäksi, ettei asennetun ominaiskäyrän jyrkkyys pysy vakiona edes samassa säätöventtiilin toimintapisteessä vaan muuttuu esimerkiksi putkistoon liitettyjen muiden säätöelinten toimiessa. Säätimen parametrit joudutaankin 10 stabiilisuussyistä usein asettamaan venttiilin ja prosessiolosuhteiden suurimman virtausvahvistuksen mukaan, jolloin pienemmän virtausvahvistuksen alueella säädettävässä virtauksessa on muutostilanteissa pitkään virhettä säädön hitauden vuoksi. Tämän ongelman lieventämiseksi voidaan virtauksen mukaan säännön mukaisesti muuttuvaa virtausvahvistusta kompensoida säätimen tau-15 lukoidulla vahvistuksella. Taulukkoarvojen löytäminen on käytännössä hankalaa eikä niillä pystytä kompensoimaan satunnaisesti muuttuvia prosessiolosuh-teita.
Venttiilin Cv (flow coefficient) -käyrän hyväksikäyttö säätöventtiilin ohjaukseen on tunnettua suomalaisesta patentista Fl 53047. Tässä tunnetussa 20 ratkaisussa mitataan venttiilin avaus ja venttiilin yli mitattu paine-ero Δρ. Nämä luetaan ohjausyksikköön, johon on tallennettu venttiilin Cv-käyrä sulkijan asennon funktiona. Tunnettua virtausyhtälöä Q-N *CV* yfÄp/G (1) 25 käyttäen ohjausyksikkö ratkaisee tarvittavan Cv-arvon ja Cv-käyrää hyväksikäyttäen tarvittavan sulkimen asennon, kun Q = Qsp, G = materiaalivirran suhteellinen tiheys ja N = vakiokerroin. Venttiilin Cv.käyrässä, venttiilin avauksen mittauksessa ja venttiilin yli mitatussa paine-erossa olevat epätarkkuudet nä-30 kyvät pysyvänä virheenä säädetyssä virtauksessa. Patentin Fl 53047 yhtälöissä käytetään kerrointa kv, jonka arvo voi esimerkiksi olla kv = 0.857 x Cv. Kertoimen kv ja tässä käytetyn parametrin Cv välinen ero on käytetyissä yksiköissä.
Keksinnön tavoitteena on parantaa säätöventtiilillä suoritettavaa vir-35 taussäätöä.
3 Tämä keksinnön tavoite saavutetaan oheisissa itsenäisissä patenttivaatimuksissa kuvatulla menetelmällä ja järjestelmällä. Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.
Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisesti mitataan virtaus 5 sopivassa pisteessä virtausprosessissa ja lasketaan venttiilin Cv-käyrän, mitatun venttiilin avauksen ja mitatun virtauksen avulla venttiilin yli vallitseva paine-ero. Tämän lasketun paine-eron, virtauksen asetusarvon (ts. halutun virtauksen) ja venttiilin käänteisen Cv-käyrän avulla lasketaan uusi venttiilin avaus, jolla haluttu virtaus toteutuu. Säätö adaptoituu näin jokaiseen toimintapistee-10 seen ja siinä vallitsevaan virtausvahvistukseen. Täten keksinnön mukainen säätöalgoritmi linearisoi virtaussäädön ohjauksen ja virtauksen välisen riippuvuuden.
Keksinnön eräässä suoritusmuodossa virtauksessa olevaan virheeseen kohdistetaan integrointifunktio ja virtaus pakotetaan asetusarvoonsa. Vir-15 taukseen ei jää pysyvää virtausmittarin epätarkkuutta suurempaa virhettä, koska keksinnön mukainen säätöalgoritmi kasvattaa avauksen ohjaussignaalia integroimalla virtauksen asetusarvon ja mitatun virtauksen välistä eroa kunnes venttiilin avaus muuttuu virheen mukaiseen suuntaan. Esillä olevan keksinnön ansiosta säädölle ei tarvitse määritellä sovelluskohtaisia vahvistuskertoimia ku-20 ten PID-säätimessä. Säätöventtiilin Cv-käyrä on prosessiolosuhteista riippumaton, ja se voidaan tallentaa jo säätöventtiilin kokoonpanon yhteydessä. Käyttöönotto prosessiolosuhteissa ei edellytä vahvistuskertoimien asetuksia eikä kertoimien muutoksia tai taulukointia muuttuvissa prosessiolosuhteissa.
Keksintöä selitetään seuraavassa esimerkkeinä esitettävien suori-25 tusmuotojen avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 on periaatteellinen lohkokaavio, joka esittää esimerkin keksinnön mukaisesta säätöpiiristä, kuvio 2 on vuokaavio, joka esittää esimerkkinä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen säätöaigoritmin, 30 kuvio 3 on lohkokaavio, joka esittää esimerkkinä erään säätöventtii- lin yhteyteen sijoitettavan säätimen, kuvio 4 on lohkokaavio, joka esittää esimerkkinä säätimen sijoittamisen prosessinsäätötietokoneeseen esimerkiksi DCS-tyyppisessä säätöjärjestelmässä, 35 kuvio 5 on lohkokaavio, joka esittää esimerkin kenttäväylätekniikalla toteutetusta säätöjärjestelmästä, johon keksintöä voidaan soveltaa, 4 kuvio 6 on kuvaaja, joka esittää esimerkkinä säätöventtiilin Cv-käy-rän , eli venttiilin avauksen Cv:n funktiona, ja kuvio 7 on kuvaaja, joka esittää esimerkkinä säätöventtiilin käänteisen Cv-käyrän, eli venttiilin avauksen Cv:n funktiona, ja 5 kuviot 8 ja 9 esittävät simulointituloksia 7 häiriötilanteessa ja vas taavasti virtauksen asetusarvon muuttuessa.
Kuvion 1 esimerkissä säätöventtiili 1 on kytketty prosessiputkistoon 5 säätämään prosessiputkistossa 5 virtaavan aineen virtausta. Materiaalivirta voi sisältää mitä tahansa juoksevaa materiaalia, kuten viilaavia aineita, liemiä, 10 nesteitä, kaasuja ja höyryä. Säätöventtiiliä 1 liikuttaa siihen kytketty toimilaite ja asennoitin tai venttiiliohjain 2. On huomattava, että säätöventtiilin 1 ja siihen liittyvän ohjaimen ja toimilaitteen 2 rakenne ja toiminta eivät ole keksinnön kannalta oleellisia. Keksinnön kannalta on oleellista ainoastaan, että yksikkö 2 tuottaa mittaustiedon am venttiilin avausasennosta ja on ohjattavissa venttiilin 15 avauksen säätösignaalilla ac. Säädettävään virtausprosessiin on sopivaan pisteeseen venttiilin 1 jälkeen liitetty virtausmittari 4 (FI, Flow Indicator), joka tuottaa mitatun virtausarvon Qm. Virtausmittari 4 on edullisesti jokin jo prosessissa oleva virtausmittari tai se voidaan asentaa prosessiin keksinnön mukaista tarkoitusta varten. Virtausmittari 4 on edullisesti sijoitettu venttiilin 1 jälkeen, mutta 20 se voidaan sijoittaa myös sopivaan virtausprosessin pisteeseen ennen venttiiliä 1.
Säädinlohko 3 edustaa yleisesti esillä olevan keksinnön mukaisen virtaussäädön toteuttavaa säätötoimintoa sekä sen toteuttavaa yksikköä. Säädin 3 voi olla toteutettu millä tahansa riittävän laskentakyvyn omaavalla yksiköl-25 lä, joka voi olla sijoitettu etäälle säätöventtiilistä 1 ja sen ohjaus- ja toimilaitteesta 2, tai sijoitettu säätöventtiilin 1 ja ohjaus- ja toimilaitteen 2 yhteyteen, tai integroitu niihin, kuten alla tullaan selittämään.
Kuvion 1 tyyppisen säätöpiirin keksinnön mukaista toimintaa selitetään seuraavassa esimerkin avulla viitaten kuvioon 2. Keksinnön periaatteiden 30 mukaisesti säädin 3 hyödyntää virtausmittauksen tuomaa täsmällistä tietoa materiaalin virtauksesta sopivassa pisteessä prosessia 5 . Tämä mitattu virtaus Qm saadaan esimerkiksi virtausmittarilta 4 (vaihe 21 kuviossa 2). Säädin 3 vastaanottaa myös säätöventtiilin ohjaus- ja toimilaitteelta 2 venttiilin 1 mitatun avausarvon am (vaihe 22). Säätimeen 3 on lisäksi tallennettu säätöventtiilin 1 35 Cykäyrä esimerkiksi taulukkomuodossa, muunlaisena tietorakenteena, tai matemaattisena funktiona. Kuviossa 6 on esitetty esimerkki säätöventtiilin Cv- käyrästä, joka esittää Cv-arvon venttiilin avauksen a funktiona. Vastaavat käy rän pisteet (a, Cv) on esitetty taulukkomuodossa taulukossa 1.
5
Cv avaus a (%) 7 14,63 27 26,83 55 39,02 95 51,22 145 63,41 205 75,61 240 81,71 293 87,80 362 93,90 _465 _100,00
Taulukko 1 5
On huomattava, että tässä on selkeyden vuoksi esitetty vain pieni määrä käyrän pisteitä. Käytännössä pisteitä voidaan tallentaa huomattavasti tiheämmin. Mitatun venttiilin avauksen am avulla voidaan hakea vastaava venttiilin Cv-käyrän arvo Cv (am) tällä tallennetulla Cv-käyrällä (vaihe 23). Esimer-10 kiksi, jos mitattu avaus am on 52 prosenttia, saadaan käyrältä 6 vastaavaksi Cv(am)-arvoksi 96. Tämän jälkeen voidaan ratkaista säätöventtiilin sulkimen yli vallitseva paine-ero Δρ mitatun virtauksen Qm ja arvon Cv(am) avulla (vaihe 24) esimerkiksi vedelle virtausyhtälöstä (1) seuraavasti 15 Q", , (2) Säätimelie 3 vastaanotetaan myös virtauksen asetusarvo Qsp esimerkiksi prosessisäätimeltä, joko suoraan tai esimerkiksi ohjaus- ja toimilaitteen 2 kautta. On huomattava, että virtauksen asetusarvolla tarkoitetaan tässä 20 mitä tahansa signaalia, joka edustaa haluttua virtausta. Nyt voidaan laskea virtauksen erotusarvon ja mitatun virtauksen välinen ero tai virhe dQ (vaihe 25) 6 dQ = Qsp - Qm (3)
Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa virtauksen virhettä integroidaan ja integrointitulos lisätään virtauksen asetusarvoon Qsp, niin että saa-5 daan korjattu virtausarvo, jolla venttiilin avausta voidaan ohjata suuntaan, jolla virhe kompensoituu (vaihe 26) a=e,+ pö w 10 Tämän jälkeen voidaan laskea uusi Cv-arvo korjatun virtausarvon Qc ja paine-eron Δρ avulla (vaihe 27) e, =- e· (5) 15 Tämän jälkeen määritetään säätöventtiilin käänteisen Cv-käyrän avulla uutta Cv-arvoa vastaava venttiilin avaus ac (vaihe 28). Venttiilin käänteisellä Cv-käyrällä tarkoitetaan tässä käyrää, joka esittää venttiilin avauksen Cv-arvon funktiona. Kuviossa 7 on esitetty esimerkkinä kuvion 6 käänteinen Cv-käyrä. Esimerkiksi, jos korjatuksi Cv-arvoksi lasketaan 250, saadaan vastaa-20 vaksi avausarvoksi ac - 82. Käänteinen Cv-käyrä voidaan tallentaa erikseen tai Cv-arvoa vastaava avaus voidaan hakea esimerkiksi taulukosta 1 tai vastaavasta tietorakenteesta. Tämän jälkeen säädin 3 syöttää uuden avausarvon ac ohjaus- ja toimilaitteelle 2, joka liikuttaa säätöventtiilin uuteen avausasentoon (vaihe 29). Sitten säätöalgoritmi palaa vaiheeseen 21 aloittamaan seuraavan 25 säätösyklin.
Prosessin käynnistyksessä, kun mitattu virtaus Qm = 0, ei paine-eroa Δρ voida vielä laskea vaan se asetetaan algoritmissa tiettyyn ennalta määrättyyn sulkupaine-eroon Äps (vaihe 20).
On huomattava, että mainittu virtausyhtälö (1,2) pätee vedelle tie-30 tyssä lämpötilassa, mutta että muitakin sinänsä tunnettuja virtausyhtälöitä voidaan käyttää. Lisäksi esimerkiksi kokoonpuristuvan materiaalin tai kavitoivan virtauksen tapauksessa huomioon voidaan ottaa myös muita virtausmitoitus-kertoimia kuin pelkkä Cv. Cv on kuitenkin aina välttämätön tieto joka sovelluksessa. Kaasuvirtauksille on edullista olla käytettävissä myös tieto painetasosta 35 venttiilin tulopuolella, jotta päästään kiinni materiaalivirtaustietoon.
7
Kuvio 8 esittää simulaatiotilanteen, jossa säätöventtiilin 1 tulopuolella esiintyy tulopainehäiriö, joka aiheuttaa pudotuksen mitatussa virtauksessa Qm, jolloin virhe virtauksen asetusarvoon Qsp nähden kasvaa. Keksinnön mukainen säätöalgoritmi reagoi tähän kasvattamalla säätöventtiilin avausta kun-5 nes mitattu virtaus Qm asettuu takaisin asetusarvoon Qsp. Myöhemmin aikavälin 80 kohdalla tulopuolen paine palautuu normaaliksi, jolloin mitattu virtaus Qm alkaa kasvaa suhteessa virtauksen asetusarvoon Qsp, koska säätöventtiili on aikaisemmin sovitettu häiriötilanteeseen eli alhaiseen tulopaineeseen. Keksinnön mukainen säätöalgoritmi reagoi virtauksen virheen dQ toiseen suuntaan 10 tapahtuvaan muutokseen säätämällä säätöventtiilin avausta pienemmäksi kunnes mitattu Qm jälleen asettuu asetusarvoon Qsp. Säädön viiveeseen vaikuttaa lähinnä virheen dQ integrointiaikavakio.
Kuvio 9 puolestaan esittää simuloinnin tilanteelle, jossa virtauksen asetusarvoa pudotetaan askelmaisesti ja jälleen palautetaan askelmaisesti ta-15 karsin alkuperäiseen arvoonsa. Asetusarvon Qsp pudotuksen jälkeen virhe dQ on suuri, joten keksinnön mukainen säätöalgoritmi pienentää säätöventtiilin avauksen arvoon, joka pienentää mitatun virtauksen Qm uuteen asetusarvoon Qsp. Vastaavasti asetusarvoa Qsp askelmaisesti kasvatettaessa keksinnön mukainen säätöalgoritmi vähitellen kasvattaa säätöventtiilin avauksen arvoon, 20 jossa mitattu virtaus Qm nousee uuteen asetusarvoon Qsp.
Kuten yllä todettiin, keksinnön mukainen säädin ja säätöalgoritmi voidaan toteuttaa monilla eri tavoilla. Kuviossa 3 on havainnollistettu esimerkkiä, jossa säädin 3 on toteutettu paikallisesti säätöventtiiliin 21 ja sen toimilaitteeseen 2 liitettynä tai integroituna. Säädin 3 voi käsittää esimerkiksi mikropro-25 sessorin tai muun vastaavan keskusyksikön 32, johon liittyy muisti 31, joka toimii ohjelma- ja työmuistina. Virtausmittari 4 syöttää mitattuun virtaukseen Qm verrannollisen virtasignaalin (4-20 mA), joka muutetaan analogia-digitaali-muuntimella 33 digitaaliseen muotoon ja syötetään mikroprosessorille 32. Mikroprosessorille 32 vastaanotetaan sisääntuloina myös virtauksen asetusarvo 30 Qsp ja mitattu säätöventtiilin avaus am. Mikroprosessorilta syötetään ulostulona säätöventtiilin avauksen ohjausarvo ac. Nämä signaalit voivat olla analogisia virtasignaaleja (4-20 mA), sarjamuotoisia digitaalisia signaaleja tai muita sopivia analogisia tai digitaalisia signaaleja. Käynnistyksen jälkeen mikroprosessori 32 suorittaa esimerkiksi kuvion 2 mukaisen säätöalgoritmin. Kuvion 3 tyyppi-35 nen ratkaisu on edullinen esimerkiksi päivitettäessä olemassa olevia säätö-venttiilejä toimimaan keksinnön mukaisesti tai toteutettaessa uusi säätöventtii- 8 liprosessiympäristö, jossa mittaus ja säätösignaalit siirretään 4-20 mA virtasig-naaieina.
Kuvio 4 esittää toisen esimerkkikonfiguraation, jossa keksinnön mukainen säädin 3 on sijoitettu keskitettyyn prosessinsäätötietokoneeseen 40, jo-5 hon mitattu virtaus Qm syötetään virtasignaaiina 4-20 mA virtausmittarilta 4. Vastaavasti myös säätöventtiilin 1 ohjaus- ja toimilaitteelta 42 syötetään mitattu venttiilin avaus am virtasignaaiina 4-20 mA säätötietokoneelle 40. Tietokone 40 syöttää avauksen ohjausarvon ac virtasignaaiina 4-20 mA ohjaus- ja toimilaitteelle 42. Säätöalgoritmi 3 suorittaa esimerkiksi kuviossa 2 esitetyn säätöal-10 goritmin.
Kuvio 5 esittää vielä eräänä esimerkkinä hajautetun säätöjärjestelmän, jossa virtausmittari 4 ja säätöventtiilin ohjaus- ja toimilaite 52 ovat ns. älykkäitä kenttälaitteita, jotka ovat kenttäväylän 53 kautta yhteydessä toisiinsa ja esimerkiksi valvomotietokoneeseen 51. Älykkäissä kenttälaitteissa on itses-15 sään tiedonkäsittely-ja laskentakykyä, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisen säätöalgoritmin suorittamiseen. Tällöin keksinnön mukainen säädin voidaan toteuttaa älykkäässä kenttälaitteessa 52, tai älykkäässä virtausmittarissa 4 tai jossain muussa hajautetun järjestelmän älykkäässä kenttälaitteessa. Tällöin säätimen 3, virtausmittarin 4 sekä ohjaus- ja toimilaitteen 52 välillä tulee 20 siirtää asetusarvo Qsp, mitattu virtaus Qm, mitattu venttiilin avaus am sekä venttiilin avauksen ohjausarvo ac yllä kuvattuun tapaan. Kuvioiden 4 ja 5 tyyppisten, etäälle sijoitettua säädintä 3 käyttävien ratkaisujen ongelmana saattaa olla lisääntynyt säätöviive, joka saattaa heikentää säätötulosta.
Selitys ja siihen liittyvät kuviot on tarkoitettu havainnollistamaan esii-25 lä olevan keksinnön periaatteita esimerkkien avulla. Erilaiset vaihtoehtoiset toteutustavat, muunnelmat ja muutokset ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä tämän selityksen perusteella. Esillä olevaa keksintöä ei ole tarkoitettu rajoittumana tässä kuvattuihin esimerkkeihin, vaan keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa ja hengessä.
Claims (12)
1. Virtausta säätävän venttiilin (1) ohjausmenetelmä, jossa menetelmässä määritetään (22) venttiilin (1) nykyinen avaus ja venttiilin yli oleva 5 paine-ero, määritetään venttiilin (1) uusi avaus venttiilin Cv-käyrän, virtauksen asetusarvon, venttiilin nykyisen avauksen ja venttiilin yli vallitsevan paine-eron perusteella, tunnettu siitä, että menetelmässä mitataan virtaus (21), 10 mainittu venttiilin yli olevan paine-eron määrittäminen käsittää pai ne-eron laskemisen (24) venttiilin Cv-käyrän, venttiilin nykyisen avauksen ja mitatun virtauksen avulla.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 määritetään (23) mitattua venttiilin avausta am vastaava venttiilin Cv- arvo mainitulla venttiilin Cv-käyrällä, lasketaan (24) paine-ero dp mitatun virtauksen Qm ja mitattua venttiilin avausta am vastaavan Cv-arvon avulla lasketaan (25) virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusarvon Qsp ja 20 mitatun virtauksen Qm erona, integroidaan mainittu virtauspoikkeama dQ, lasketaan (26) korjattu virtauksen asetusarvo Qc lisäämällä integroitu virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusarvoon Qsp, lasketaan (27) uusi venttiilin Cv-arvo korjatun virtauksen asetusar- 25 von Qcja lasketun paine-eron Δρ avulla, määritetään (28) mainittua uutta venttiilin Cv-arvoa vastaava uusi venttiilin avaus otc venttiilin käänteiseltä Cv-käyrältä.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että venttiilin Cv-käyrän arvot, ja edullisesti myös käänteisen Cv-käyrän 30 arvot, on ennakolta tallennettu muistiin.
4. Virtausta säätävän venttiilin ohjausjärjestelmä, joka käsittää säätimen (3) venttiilin (1) uuden avauksen määrittämiseksi venttiilin Cv-käyrän, virtauksen asetusarvon, venttiilin nykyisen avauksen ja venttiilin yli vallitsevan paine-eron perusteella, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä lisäksi käsit- 35 tää virtausmittarin (4) virtauksen mittaamiseksi, ja että säädin (3) on sovitettu laskemaan mainittu paine-ero venttiilin (1) Cv-käyrän, venttiilin nykyisen avauksen ja mitatun virtauksen avulla.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että säädin (3) käsittää välineet 5 välineet, joilla määritetään mitattua venttiilin avausta am vastaava venttiilin Cv-arvo mainitulla venttiilin Cv-käyräilä, välineet, joilla lasketaan paine-ero dp mitatun virtauksen Qm ja mitattua venttiilin avausta am vastaavan Cv-arvon avulla välineet, joilla lasketaan virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusar-10 von Qsp ja mitatun virtauksen Qm erona, välineet, joilla integroidaan mainittu virtauspoikkeama dQ, välineet, joilla lasketaan korjattu virtauksen asetusarvo Qc lisäämällä integroitu virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusarvoon Qsp, välineet, joilla lasketaan uusi venttiilin Cv-arvo korjatun virtauksen 15 asetusarvon Qc ja lasketun paine-eron Δρ avulla, välineet, joilla määritetään mainittua uutta venttiilin Cv-arvoa vastaava uusi venttiilin avaus ac venttiilin käänteiseltä Cv-käyrältä.
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että säädin (3) käsittää muistin, johon on ennalta tallennettu venttiilin CV 20 käyrän arvot, ja edullisesti myös käänteisen Cv-käyrän arvot.
7. Patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että säädin (3) on toteutettu jossakin seuraavista laitteista: säätöventtiilin ohjaimeen tai asennoittimeen liitettynä tai integroituna, älykkäässä kenttälait-teessa, hajautetun säätöjärjestelmän säätimessä, prosessisäätötietokoneessa, 25 valvomotietokoneessa.
8. Säädin virtausta säätävän venttiilin (1) ohjaukseen, joka säädin (3) käsittää välineet venttiilin uuden avauksen määrittämiseksi venttiilin Cv-käyrän, virtauksen asetusarvon, venttiilin nykyisen avauksen ja venttiilin yli vallitsevan paine-eron perusteella, tunnettu siitä, että säädin (3) on sovitettu 30 laskemaan mainittu paine-ero venttiilin Cv-käyrän, venttiilin nykyisen avauksen ja mitatun virtauksen avulla.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen säädin, tunnettu siitä, että säädin (3) käsittää välineet välineet, joilla määritetään mitattua venttiilin avausta am vastaava 35 venttiilin Cv-arvo mainitulla venttiilin Cv-käyrällä, välineet, joilla lasketaan paine-ero dp mitatun virtauksen Qm ja mitattua venttiilin avausta am vastaavan Cv-arvon avulla välineet, joilla lasketaan virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusar-von Qsp ja mitatun virtauksen Qm erona, 5 välineet, joilla integroidaan mainittu virtauspoikkeama dQ, välineet, joilla lasketaan korjattu virtauksen asetusarvo Qc lisäämällä integroitu virtauspoikkeama dQ virtauksen asetusarvoon Qsp, välineet, joilla lasketaan uusi venttiilin Cv-arvo korjatun virtauksen asetusarvon Q0ja lasketun paine-eron Δρ avulla, 10 välineet, joilla määritetään mainittua uutta venttiilin Cv-arvoa vastaa va uusi venttiilin avaus ac venttiilin käänteiseltä Cv-käyrältä.
10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen säädin, tunnettu siitä, että säädin (3) käsittää muistin, johon on ennalta tallennettu venttiilin Cv-käyrän arvot, ja edullisesti myös käänteisen Cv-käyrän arvot.
11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen säädin, tunnettu siitä, että säädin (3) on ohjelmoitava prosessori tai tietokone, ja että mainitut välineet ovat tietokoneessa tai prosessorissa ajettavan ohjelmakoodin muodossa.
12. Tallennusvälineelle tallennettu ohjelmakoodi, joka toteuttaa jon-20 kin patenttivaatimuksen 1-3 mukaiset menetelmävaiheet, kun ohjelmakoodi ajetaan tietokoneessa tai vastaavassa.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20065383A FI120472B (fi) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten |
CN2007800249559A CN101484858B (zh) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | 流量控制阀的控制方法和控制*** |
PCT/FI2007/050325 WO2007141386A1 (en) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | Control method and control system for a flow control valve |
US12/084,561 US8352087B2 (en) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | Control method and control system for a flow control valve |
BRPI0712691-3A BRPI0712691A2 (pt) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | método para controle de uma válvula de controle de fluxo; sistema de controle para uma válvula de controle de fluxo; controlador para controlar uma válvula de controle de fluxo; e código de programa armazenado em um meio de armazenamento. |
RU2008151429/28A RU2442207C2 (ru) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | Способ управления и управляющая система для клапана регулирования расхода |
CA002653980A CA2653980A1 (en) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | Control method and control system for a flow control valve |
EP07730812.0A EP2038718B1 (en) | 2006-06-06 | 2007-06-05 | Control method and control system for a flow control valve |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20065383 | 2006-06-06 | ||
FI20065383A FI120472B (fi) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20065383A0 FI20065383A0 (fi) | 2006-06-06 |
FI20065383A FI20065383A (fi) | 2007-12-07 |
FI120472B true FI120472B (fi) | 2009-10-30 |
Family
ID=36651477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20065383A FI120472B (fi) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8352087B2 (fi) |
EP (1) | EP2038718B1 (fi) |
CN (1) | CN101484858B (fi) |
BR (1) | BRPI0712691A2 (fi) |
CA (1) | CA2653980A1 (fi) |
FI (1) | FI120472B (fi) |
RU (1) | RU2442207C2 (fi) |
WO (1) | WO2007141386A1 (fi) |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3812870B1 (en) | 2008-06-26 | 2022-09-21 | Belparts Group N.V. | Flow control system |
CN101858810B (zh) * | 2010-05-18 | 2012-01-04 | 浙江大学 | 在线测定调节阀压降比的方法 |
US8903558B2 (en) * | 2011-06-02 | 2014-12-02 | Ipixc Llc | Monitoring pipeline integrity |
DE102011115896B4 (de) | 2011-10-14 | 2015-05-28 | Bürkert Werke GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Prozessregelung |
US9890870B2 (en) | 2011-12-29 | 2018-02-13 | Schneider Electric Buildings Llc | Valve flow control optimization via customization of an intelligent actuator |
US20130240045A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-19 | Xiufeng Pang | Method for Determining a Fluid Flow Rate With a Fluid Control Valve |
DE102012104216A1 (de) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | Z & J Technologies Gmbh | Verfahren zur Lösung einer Steuerungsaufgabe in einer Prozessanlage |
US10047578B2 (en) | 2012-07-02 | 2018-08-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure control in drilling operations with choke position determined by Cv curve |
RU2526765C2 (ru) * | 2012-10-26 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВПО "ВГУИТ") | СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ЧЕРЕЗ СЕТЬ Ethernet |
CN103851246B (zh) * | 2012-12-07 | 2016-06-15 | 中国核动力研究设计院 | 一种多阀门串级调节方法及调节*** |
DK3039500T3 (da) * | 2013-08-26 | 2019-09-23 | Spraying Systems Co | Strømningsreguleringsventilsystem og -fremgangsmåde |
US9995098B2 (en) * | 2014-10-08 | 2018-06-12 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Choke control tuned by flow coefficient for controlled pressure drilling |
WO2016093859A1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | Halliburton Energy Services, Inc. | Automatic choke optimization and selection for managed pressure drilling |
CN104482273B (zh) * | 2014-12-31 | 2017-06-23 | 陕西科技大学 | 一种提高阀门控制精度的控制方法 |
CN106693128B (zh) * | 2015-07-14 | 2018-12-25 | 北京谊安医疗***股份有限公司 | 一种呼吸机比例阀的流量控制方法 |
GB2541926B (en) * | 2015-09-04 | 2021-07-14 | Equinor Energy As | System and method for monitoring the state of a choke valve in a managed pressure drilling system |
CN105571844A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-05-11 | 北京建筑大学 | 一种测量暖通空调***水泵或阀门流量的方法 |
US10107052B2 (en) | 2016-02-05 | 2018-10-23 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Control of hydraulic power flowrate for managed pressure drilling |
GB2547900B (en) * | 2016-03-01 | 2018-03-28 | Spectrum Medical Ltd | Flow control system |
US10529221B2 (en) | 2016-04-19 | 2020-01-07 | Navio International, Inc. | Modular approach for smart and customizable security solutions and other applications for a smart city |
US10227838B2 (en) | 2016-05-10 | 2019-03-12 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Drilling system and method having flow measurement choke |
EP3285018B1 (de) * | 2016-08-19 | 2019-07-10 | Gruner AG | Volumenstromregler |
CN107966999B (zh) * | 2016-10-20 | 2021-09-28 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 烹饪器具、流速控制方法和流速控制装置 |
CN107967000A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-04-27 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 烹饪器具、流速控制方法和流速控制装置 |
JP7245600B2 (ja) * | 2016-12-15 | 2023-03-24 | 株式会社堀場エステック | 流量制御装置、及び、流量制御装置用プログラム |
US11105664B2 (en) * | 2017-03-23 | 2021-08-31 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for creating inferential process flow measurements using flow restrictor and upstream and downstream pressure measurements |
EP3428767B1 (en) * | 2017-07-11 | 2019-12-11 | Siemens Schweiz AG | Control gain automation |
WO2019106781A1 (ja) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | 理化工業株式会社 | 流量制御装置、流量制御プログラム及び流量制御方法 |
CN109696828B (zh) * | 2018-04-28 | 2021-12-21 | 中电华创电力技术研究有限公司 | 一种通过阀位非线性运算防止机组高调门晃动的控制方法 |
JP7398886B2 (ja) * | 2018-07-02 | 2023-12-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法 |
WO2020008975A1 (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | 東京エレクトロン株式会社 | 流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法 |
US20200386073A1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Subsurface flow control for downhole operations |
RU2722680C1 (ru) * | 2019-09-09 | 2020-06-03 | Акционерное общество "Уральский турбинный завод" | Адаптивная цифровая система регулирования турбины |
GB2591309A (en) | 2020-01-23 | 2021-07-28 | Ntdrill Holdings Llc | Drilling choke with matched actuator |
CN113687665B (zh) * | 2020-05-19 | 2023-07-25 | 华龙国际核电技术有限公司 | 给水流量的控制方法及装置、电子设备和可读存储介质 |
CN117949068B (zh) * | 2024-03-26 | 2024-05-31 | 博莱阀门(常州)有限公司 | 用于阀门流量测试的流量计的误差校正方法和装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI53047C (fi) | 1976-04-09 | 1978-01-10 | Kymin Oy Kymmene Ab | |
US4277832A (en) * | 1979-10-01 | 1981-07-07 | General Electric Company | Fluid flow control system |
GB2123983B (en) | 1982-07-15 | 1986-01-08 | Delta Technical Services Ltd | Pressure controllers |
JPH07109241B2 (ja) * | 1989-10-25 | 1995-11-22 | 株式会社ユニシアジェックス | 自動変速機のライン圧制御装置 |
JPH03168333A (ja) * | 1989-11-29 | 1991-07-22 | Toshiba Corp | 石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置 |
US5161100A (en) * | 1990-02-26 | 1992-11-03 | Gas Services, Inc. | Closed loop proportional-integral fluid flow controller and method |
IT1251941B (it) | 1991-10-17 | 1995-05-27 | Nuovo Pignone Spa | Sistema perfezionato di comando dell'attuatore di una valvola di regolazione della portata. |
US5331995A (en) * | 1992-07-17 | 1994-07-26 | Bear Medical Systems, Inc. | Flow control system for medical ventilator |
CA2217824C (en) | 1995-04-10 | 2006-01-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining the air mass flow into the cylinders of an internal combustion engine with the aid of a model |
US5687092A (en) | 1995-05-05 | 1997-11-11 | Nordson Corporation | Method of compensating for changes in flow characteristics of a dispensed fluid |
US5660198A (en) * | 1995-12-21 | 1997-08-26 | J. C. Carter Company, Inc. | Flow compensated pressure control system |
EP1227304A4 (en) * | 1999-10-29 | 2006-07-12 | Mitsui Mining & Smelting Co | FLOW METER |
US7096093B1 (en) | 2000-02-14 | 2006-08-22 | Invensys Systems, Inc. | Intelligent valve flow linearization |
JP4192763B2 (ja) * | 2003-11-07 | 2008-12-10 | 株式会社日立製作所 | 電子式egrガス制御装置 |
CN1560711A (zh) * | 2004-03-03 | 2005-01-05 | 陕西科技大学 | 一种电动阀门控制方法及其控制装置 |
-
2006
- 2006-06-06 FI FI20065383A patent/FI120472B/fi not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-06-05 EP EP07730812.0A patent/EP2038718B1/en not_active Not-in-force
- 2007-06-05 CA CA002653980A patent/CA2653980A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-05 CN CN2007800249559A patent/CN101484858B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-05 US US12/084,561 patent/US8352087B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-05 BR BRPI0712691-3A patent/BRPI0712691A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-06-05 RU RU2008151429/28A patent/RU2442207C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-06-05 WO PCT/FI2007/050325 patent/WO2007141386A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20065383A0 (fi) | 2006-06-06 |
CN101484858A (zh) | 2009-07-15 |
FI20065383A (fi) | 2007-12-07 |
EP2038718A4 (en) | 2013-05-01 |
RU2442207C2 (ru) | 2012-02-10 |
RU2008151429A (ru) | 2010-07-20 |
EP2038718B1 (en) | 2014-05-21 |
WO2007141386A1 (en) | 2007-12-13 |
EP2038718A1 (en) | 2009-03-25 |
US20090125154A1 (en) | 2009-05-14 |
BRPI0712691A2 (pt) | 2012-06-26 |
US8352087B2 (en) | 2013-01-08 |
CN101484858B (zh) | 2011-02-16 |
CA2653980A1 (en) | 2007-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI120472B (fi) | Ohjausmenetelmä ja ohjausjärjestelmä virtausta säätävää venttiiliä varten | |
Khan et al. | Robust MIMO water level control in interconnected twin-tanks using second order sliding mode control | |
Foley et al. | A comparison of PID controller tuning methods | |
EP1769159B1 (en) | Feedback control methods and apparatus for electro-pneumatic control systems | |
US7931041B2 (en) | System and method for controlling liquid level in a vessel | |
US7356427B2 (en) | Methods and systems for estimating a nominal height or quantity of a fluid in a mixing tank while reducing noise | |
KR20050031109A (ko) | 질량 유량 제어기 내의 압력 보상을 위한 방법 및 장치 | |
CN1202616A (zh) | 流体流率的测量和控制装置及其方法 | |
CN109506028B (zh) | 一种压力调节阀的快速随动控制方法 | |
CN111022752B (zh) | 使用真空压力控制阀的预测诊断***和方法 | |
EP2577410B1 (en) | Modified pid controller | |
WO2011031444A1 (en) | Multi-mode control loop with improved performance for mass flow controller | |
US8655494B2 (en) | Fluid process control | |
US9523365B2 (en) | Decoupling of controlled variables in a fluid conveying system with dead time | |
He et al. | Robust boundary iterative learning control for a class of nonlinear hyperbolic systems with unmatched uncertainties and disturbance | |
FI114050B (fi) | Säätösignaalille vasteellinen laite paineen kehittämiseksi ja prosessinsäätöjärjestelmä | |
Patel et al. | Non-linear tank level control using fractional PI | |
Numsomran et al. | IP controller design for quadruple-tank system | |
Doiphode et al. | Design of robust PID controller for level control of CSTR with safety interlocks | |
Abdelkrim et al. | Comparison between the additive tolerant control and PID control for nonlinear delayed system | |
Pachare et al. | Level Control of Quadruple Tank System with Feedback Linearization | |
Pathiran | Effect of dead-time approximation on controller performance/robustness designed for a first order plus dead-time model | |
JP2023550290A (ja) | ボイラへの給水の供給を制御する方法 | |
Bissell | General characteristics of feedback | |
Bakirdogen et al. | Simulation study on pressure control using nonlinear Input/output linearization method and classical PID approach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 120472 Country of ref document: FI |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: METSO FLOW CONTROL OY |
|
MM | Patent lapsed |