一种压力维持系统自适应控制方法

摘要

一种压力维持系统自适应控制方法，其涉及的控制系统包含有多台型号规格不相同的定频油泵或空压机作为压力维持设备，还包括压力容器，无压容器，压力容器通过压力维持设备连接无压容器。压力容器设有第一传感器，无压容器设有第二传感器。第一、二传感器和压力维持设备均连接控制器，控制器连接人机交互装置。本发明可以解决压力维持系统变化周期较长的随机消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于变化周期较长的随机消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启停或加卸载，设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性等问题。

权利要求

1.一种压力维持系统自适应控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、控制器(6)初始化，采集用户通过人机交互装置(7)设置的额定压力P额，启备用设备压力P备，压力维持设备(4)中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn；

p1≤p2≤…≤pn；

步骤2、控制器(6)控制n台油泵或空压机运行加载，将压力维持系统建压至额定压力P额，然后停止n台油泵或空压机运行；

步骤3、控制器(6)采集压力维持系统压力P1，同时开始计时；

步骤4、控制器(6)检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测；

步骤5、控制器(6)采集压力维持系统压力P2；

步骤6、控制器(6)计算压力维持系统稳态固定消耗负载p＝(P1‑P2)/t；

步骤7、若pi≤p

10；pi和pj是压力维持设备(4)中n台定频油泵或空压机中加压能力由小到大排序，相邻的对应的两台设备i#和j#的加压能力信息；否则，进入步骤8；

步骤8、若p

步骤9、启动n#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10；

步骤10、控制器(6)采集压力维持系统压力P3，同时开始计时；

步骤11、控制器(6)检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测；

步骤12、控制器(6)采集压力维持系统压力P4；

步骤13、控制器(6)计算压力维持系统随机消耗负载p’＝(P3‑P4)/t；

步骤14、根据压力维持设备(4)中除去主加压设备后n‑1台定频油泵或空压机中加压能力生成加压能力集合，该集合包括单台加压能力，任意2台联合加压能力，……，任意n‑2台联合加压能力和任意n‑1台联合加压能力，其中，任意2台联合加压能力即任意2台加压设备相加在一起的联合加压能力，该集合包括 个加压能力元素，对该集合的所有元素进行由小到大排序，排序序号依次为1,2，……，加压能力元素分别为p’m， 加压能力元素与其对应联合加压的加压设备进行关联；

步骤15、若p’i≤p’

步骤16、若p’

步骤17、启动所有的油泵或空压机加压设备作为备用加压设备运行加载，进入步骤18；

步骤18、若压力维持系统压力小于启备用设备压力P备，启动并加载所有备用加压设备；

进入步骤19；

步骤19、若压力维持系统压力不小于系统额定压力P额，卸载并停止所有备用加压设备；

进入步骤20；

步骤20、当压力维持系统压力小于启备用设备压力P备和额定压力P额的中间值时，返回步骤10，否则返回步骤18。

说明书

一种压力维持系统自适应控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于工业控制领域，具体涉及一种压力维持系统自适应控制方法。

背景技术

[0002] 工业控制当中，有许多应用场合需要压力维持系统，例如水轮发电机组调速器调节导叶开度、机组功率和频率，需要调速器液压系统；水轮发电机组大轴补气、母线微正压
系统、调速器压油罐补气、风闸机械制动系统等场合需要中低压气系统。调速器液压系统和
中低压气系统都是典型的压力维持系统。压力维持系统通常设计有多台型号规格相同的定
频油泵或空压机作为压力维持设备，但是由于压力维持系统负载存在稳态固定消耗负载和
随机消耗负载，若稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳
态固定消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配，或者变化周期较长的随机
消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于变化周期较长的随机消耗下降
的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配，会导致压力维持设备频繁启停或加卸载，
导致设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和
经济性。

发明内容

[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供一种压力维持系统自适应控制方法，旨在解决稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配和变化周期较长的随机消耗负载与压
力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳态固定和变化周期较长的随机消耗下降的
速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启停或加卸载，设
备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性
等问题。

[0004] 本发明采取的技术方案为：

[0005] 一种压力维持系统自适应控制方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、控制器初始化，采集用户通过人机交互装置设置的额定压力P额，启备用设备压力P备，压力维持设备中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn。p1≤
p2≤…≤pn。

[0007] 步骤2、控制器控制n台油泵或空压机运行加载，将压力维持系统建压至额定压力P额，然后停止n台油泵或空压机运行。

[0008] 步骤3、控制器采集压力维持系统压力P1，同时开始计时。

[0009] 步骤4、控制器检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

[0010] 步骤5、控制器采集压力维持系统压力P2。

[0011] 步骤6、控制器计算压力维持系统稳态固定消耗负载p＝(P1‑P2)/t。

[0012] 步骤7、若pi≤p对应的两台设备i#和j#的加压能力信息。否则，进入步骤8。

[0013] 步骤8、若p

[0014] 步骤9、启动n#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。

[0015] 步骤10、控制器采集压力维持系统压力P3，同时开始计时。

[0016] 步骤11、控制器检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

[0017] 步骤12、控制器采集压力维持系统压力P4。

[0018] 步骤13、控制器计算压力维持系统随机消耗负载p’＝(P3‑P4)/t。

[0019] 步骤14、根据压力维持设备中除去主加压设备后n‑1台定频油泵或空压机中加压能力生成加压能力集合，该集合包括单台加压能力，任意2台联合加压能力，即任意2台加压
设备相加在一起的联合加压能力，……任意n‑2台联合加压能力和任意n‑1台联合加压能
力，该集合包括 个加压能力元素，对该集合的所有元素进行
由小到大排序，排序序号依次为 加压能力元
素分别为p’m， 加压能力元素与其对应联合加压的
加压设备进行关联。

[0020] 步骤15、若p’i≤p’相邻的加压能力元素。否则，进入步骤16。

[0021] 步骤16、若p’

[0022] 步骤17、启动所有的油泵或空压机加压设备作为备用加压设备运行加载，进入步骤18。

[0023] 步骤18、若压力维持系统压力小于启备用设备压力P备，启动并加载所有备用加压设备。进入步骤19。

[0024] 步骤19、若压力维持系统压力不小于系统额定压力P额，卸载并停止所有备用加压设备。进入步骤20。

[0025] 步骤20、当压力维持系统压力小于启备用设备压力P备和额定压力P额的中间值时，返回步骤10，否则返回步骤18。

[0026] 本发明一种压力维持系统自适应控制方法，技术效果如下：

[0027] 1、本发明一种压力维持系统，设计具有不同加压能力的定频油泵或空压机作为压力维持设备，以适用于稳态固定消耗负载和随机消耗负载在不同大小范围的情况，从而使
本发明一种压力维持系统具有广泛的适应性。

[0028] 2、采用本发明一种压力维持系统自适应控制方法，在采用定频油泵或空压机的前提下，采用优化算法，根据计算的稳态固定消耗负载，尽可能选择接近该负载量的定频油泵
或空压机作为主加压设备长期运行加载，从而提高控制对象压力的稳定性，尽可能降低压
力变化速度，保证压力的稳定，避免压力维持设备频繁启停或加卸载，减小设备原件磨损消
耗，以达到延长压力维持设备寿命，降低压力维持系统能耗，提高压力维持系统经济性的目
的。故本发明方法具有良好的控制性能和经济性。

[0029] 3、采用本发明一种压力维持系统自适应控制方法，在采用定频油泵或空压机的前提下，采用优化算法，根据计算的随机消耗负载，尽可能选择接近该负载量的加压能力元素
对应的联合加压定频油泵或空压机运行，从而提高控制对象力的稳定性，尽可能降低压力
变化速度，保证压力的稳定，避免压力维持设备频繁启停或加卸载，减小设备原件磨损消
耗，以达到延长压力维持设备寿命，降低压力维持系统能耗，提高压力维持系统经济性的目
的。故本发明方法具有良好的控制性能和经济性。

[0030] 4、采用本发明一种压力维持系统自适应控制方法，既考虑了稳态固定消耗负载的匹配，也考虑了随机消耗负载匹配，控制方法更完善，更全面，效果更好。

[0031] 5、采用本发明一种压力维持系统自适应控制方法，可以解决压力维持系统稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳态固定消耗下降的速度与
压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启停或加卸载，设备原件
磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性等问
题。

[0032] 6、采用本发明一种压力维持系统自适应控制方法，可以解决压力维持系统变化周期较长的随机消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于变化周期较长的
随机消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启
停或加卸载，设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系
统能效和经济性等问题。

附图说明

[0033] 图1是本发明一种压力维持系统结构示意图。

[0034] 图2是本发明一种压力维持系统自适应控制方法流程示意图。

具体实施方式

[0035] 如图1所示，本发明一种压力维持系统，包含有多台型号规格不相同的定频油泵或空压机作为压力维持设备4，还包括压力容器1，无压容器2，管路3，传感器5，控制器6，人机
交互装置7，电气回路8，通迅回路9。传感器5包含第一、二传感器。

[0036] 压力容器1通过压力维持设备4连接无压容器2；

[0037] 所述压力容器1设有第一传感器，所述无压容器2设有第二传感器。

[0038] 第一、二传感器和压力维持设备4均连接控制器6，控制器6连接人机交互装置7。

[0039] 压力容器1为有压油罐或气罐。

[0040] 无压容器2为无压油罐或气袋。

[0041] 压力容器1通过管路连接压力维持设备4，无压容器2通过管路3连接压力维持设备4。

[0042] 压力维持设备4为n台型号规格不完全相同的定频油泵或空压机，按照加压能力由小到大排序分别为1#，2#……n#。

[0043] 传感器5采集压力维持系统中压力容器1，无压容器2的物理量参数，如压力等。

[0044] 控制器6通过通讯回路9，接受人机交互装置7设置的压力维持设备4中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn,(p1到的传感器5采集的压力维持系统状态信号，采用一种压力维持系统自适应控制方法进行
逻辑处理后，通过电气回路8，对压力维持设备4中n台型号规格不完全相同的定频油泵或空
压机进行控制，同时将压力维持系统状态信息通过通讯回路9传输给人机交互装置7。

[0045] 人机交互装置7与控制器6进行通讯。将用户通过人机交互装置7设置的压力维持设备4中n台定频油泵或空压机的加压能力信息传送给控制器6，同时人机交互装置7采集控
制器6发送的压力维持系统参数信息，进行图形化展示。

[0046] 压力维持设备4通过电气回路8连接控制器6；传感器5连接控制器6；实现状态信号、控制信号的传输。

[0047] 控制器6通过通讯回路9连接人机交互装置7，实现加压能力信息、状态信息的传输。

[0048] 传感器5，采用品牌为KELLER，型号为PA.23SY/100bar/81594.55的压力变送器。

[0049] 控制器6，采用品牌为Schneider，型号为140CPU67160的PLC控制器。

[0050] 人机交互装置7，采用品牌为Schneider，型号为XBTGT7340的触摸屏。

[0051] 电气回路8采用通用国标电缆。

[0052] 通讯回路9采用通用以太网网线。

[0053] 定频油泵电机采用品牌为ABB，型号为M3BP系列定频电机。

[0054] 定频空压机采用品牌为德耐尔，型号为DG0.8/100、DG3/100DG、DG5.5/100等DG系列活塞中高压空压机。

[0055] 如图2所示，本发明一种压力维持系统自适应控制方法，详细步骤如下：

[0056] 步骤1、控制器6初始化，采集用户通过人机交互装置7设置的额定压力P额，启备用设备压力P备，压力维持设备4中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn。p1
≤p2≤…≤pn。

[0057] 步骤2、控制器6控制n台油泵或空压机运行加载，将压力维持系统建压至额定压力P额，然后停止n台油泵或空压机运行。

[0058] 步骤3、控制器6采集压力维持系统压力P1，同时开始计时。

[0059] 步骤4、控制器6检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

[0060] 步骤5、控制器6采集压力维持系统压力P2。

[0061] 步骤6、控制器6计算压力维持系统稳态固定消耗负载p＝(P1‑P2)/t。

[0062] 步骤7、若pi≤p的对应的两台设备i#和j#的加压能力信息。否则，进入步骤8。

[0063] 步骤8、若p

[0064] 步骤9、启动n#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。

[0065] 步骤10、控制器6采集压力维持系统压力P3，同时开始计时。

[0066] 步骤11、控制器6检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

[0067] 步骤12、控制器6采集压力维持系统压力P4。

[0068] 步骤13、控制器6计算压力维持系统随机消耗负载p’＝(P3‑P4)/t。

[0069] 步骤14、根据压力维持设备4中除去主加压设备后n‑1台定频油泵或空压机中加压能力生成加压能力集合，该集合包括单台加压能力，任意2台联合加压能力，即任意2台加压
设备相加在一起的联合加压能力，……任意n‑2台联合加压能力和任意n‑1台联合加压能
力，该集合包括 个加压能力元素，对该集合的所有元素进行
由小到大排序，排序序号依次为 加压能力元
’
素分别为p m， 加压能力元素与其对应联合加压的
加压设备进行关联。

[0070] 步骤15、若p’i≤p’相邻的加压能力元素。否则，进入步骤16。

[0071] 步骤16、若p’

[0072] 步骤17、启动所有的油泵或空压机加压设备作为备用加压设备运行加载，进入步骤18。

[0073] 步骤18、若压力维持系统压力小于启备用设备压力P备，启动并加载所有备用加压设备。进入步骤19。

[0074] 步骤19、若压力维持系统压力不小于系统额定压力P额，卸载并停止所有备用加压设备。进入步骤20。

[0075] 步骤20、当压力维持系统压力小于启备用设备压力P备和额定压力P额的中间值时，返回步骤10，否则返回步骤18。

[0076] 实施例：

[0077] 将本发明应用于某电站调速器液压系统加压油泵的启停控制。该系统共设计4台加压油泵，其中正常工作时，启1台泵作为主工作泵，其余3台泵作为备用泵。以下结合该实
施例对本发明方法作详述。

[0078] 采用本发明方法，某电站调速器液压系统加压油泵控制方法的详细步骤如下：

[0079] 1、调速器液压系统控制器初始化，采集用户通过人机交互装置设置的额定压力P额，启备泵压力P备，4台加压油泵对应的加压能力信息0.1Mpa/min，0.2Mpa/min，0.3Mpa/
min，0.4Mpa/min。

[0080] 2、调速器液压系统控制器控制4台加压油泵运行加载，将调速器液压系统建压至额定压力P额，然后停止4台加压油泵运行。

[0081] 3、调速器液压系统控制器检测采集调速器液压系统压力P1，同时开始计时。

[0082] 4、调速器液压系统控制器检测计时是否满t分钟，若是进入第5步，否则继续监测。

[0083] 5、调速器液压系统控制器检测采集调速器液压系统压力P2。

[0084] 6、调速器液压系统控制器计算调速器液压系统稳态固定消耗负载p＝(P1‑P2)/t。

[0085] 7、若0.1≤p<0.2，则启动1#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；若0.2≤p<0.3，则启动2#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；
若0.3≤p<0.4，则启动3#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；否则，
进入第8步。

[0086] 8、若p<0.1,则启动1#加压油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。否则，进入第9步。

[0087] 9、启动3#加压油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。

[0088] 10、调速器液压系统控制器采集压力维持系统压力P3，同时开始计时。

[0089] 11、调速器液压系统控制器检测计时是否满t分钟，若是进入第5步，否则继续检测。

[0090] 12、调速器液压系统控制器采集压力维持系统压力P4。

[0091] 13、调速器液压系统控制器计算压力维持系统随机消耗负载p’＝(P3‑P4)/t。

[0092] 14、根据压力维持设备4中除去主加压设备后3台定频油泵中加压能力生成加压能力集合，该集合包括单台加压能力，任意2台联合加压能力(即任意2台加压设备相加在一起
的联合加压能力)和任意3台联合加压能力，该集合包括 个加压能力元素，
对该集合的所有元素进行由小到大排序，排序序号依次为1,2，……，6,7，加压能力元素分
别为p’m(1≤m≤7)，加压能力元素与其联合加压的加压设备进行关联。

[0093] 15、若p’i≤p’力元素。否则，进入第16步。

[0094] 16、若p’

[0095] 17、启动所有的油泵加压设备作为备用加压设备运行加载，进入第18步。

[0096] 18、若压力维持系统压力小于系统启备泵压力P备，启动并加载所有备用加压设备。进入第19步。

[0097] 19、若压力维持系统压力不小于系统额定压力P额，卸载并停止所有备用加压设备。进入步骤20。

[0098] 20、当压力维持系统压力小于启备泵压力P备和额定压力P额的中间值时，返回步骤10，否则返回步骤18。