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一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法
申请号	CN202311495341.6	申请日	2024-01-23	公开(公告)号	CN117606010A	公开(公告)日	2024-02-27
申请人	山西太钢不锈钢股份有限公司;			发明人	王明涛; 孙冰洁; 刘洁; 张仕国; 王利和;
摘要	本发明涉及一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法。一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，来自锅炉的高温高压蒸汽通过减温减压装置减温减压后进入蒸汽喷射式制冷机，所述减温减压装置为两个，一备一用，所述蒸汽喷射式制冷机有多个，每个蒸汽喷射式制冷机的第二蒸汽进口管上都安装有压力传感器、温度传感器、流量调节阀，所述蒸汽喷射式制冷机的冷水箱中安装有用于测量液位高度的液位传感器，所述蒸汽喷射式制冷机的冷水箱中的水与热交换器进行热交换，热交换器的冷却水出口管道中出来的冷却水供工业利用。
权利要求	1.一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，其特征在于：来自锅炉的高温高压蒸汽通过减温减压装置（1）减温减压后进入蒸汽喷射式制冷机（2），所述减温减压装置（1）为两个，一备一用，所述蒸汽喷射式制冷机（2）有多个，每个蒸汽喷射式制冷机（2）的第二蒸汽进口管上都安装有压力传感器（3）、温度传感器（4）、流量调节阀（5），所述蒸汽喷射式制冷机（2）的冷水箱（23）中安装有用于测量液位高度的液位传感器，所述蒸汽喷射式制冷机（2）的冷水箱（23）中的水与热交换器（25）进行热交换，热交换器（25）的冷却水出口管道中出来的冷却水供工业利用，热交换器（25）的冷却水出口管道上安装有流量控制阀；压力传感器（3）、温度传感器（4）、流量调节阀（5）、液位传感器、流量控制阀都电信号连接PID控制器，PID控制器根据压力传感器（3）、温度传感器（4）、液位传感器、流量控制阀的信息调节流量调节阀（5）的开度。 2.根据权利要求1所述的一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，其特征在于：每个所述减温减压装置（1）包括缓冲池（11）、第一蒸汽进气管（12）、第一蒸汽出气管（13）、盘管（14），盘管（14）填充在缓冲池（11）中，第一蒸汽进气管（12）有多根，每根第一蒸汽进气管（12）的出口有喷头，每个喷头安装在缓冲池（11）内部，缓冲池（11）的底部有带排水阀的排水口，高温高压的蒸汽通过喷头喷在缓冲池（11）内部，与缓冲池（11）内的盘管（14）中水进行热交换，从而进行降温降压。 3.根据权利要求1所述的一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，其特征在于：每个所述蒸汽喷射式制冷机（2）包括文氏管（21）、冷水箱（23）、热交换器（25）、补水管（24），每个蒸汽喷射式制冷机（2）的第二蒸汽进口管都延伸到文氏管的喉部前3‑5cm，每个蒸汽喷射式制冷机（2）的第二蒸汽出口管都连接在文氏管（21）的尾端，文氏管（21）的头部与密封的冷水箱（23）通过连接通道（22）联通，第二蒸汽进口管喷出的蒸汽通过文氏管（21）后，使文氏管（21）头部的压强降低，从而使冷水箱（23）中的水低压蒸发，从而使冷水箱（23）中的水温度降低。冷水箱（23）中的水与换热器进行热交换，从而获得冷却水。 4.根据权利要求1所述的一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，其特征在于：当蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力P=P0，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度t=t0，缓冲池的液位高度h=h0，冷却水流量q=q0时，流量调节阀的流量Q=Q0，PID控制器中，流量调节阀的流量调节量ΔQ满足公式ΔQ=f（Δp，Δh，Δq，Δt），即ΔQ为Δp、Δh、Δq、Δt的函数，其中，ΔQ=Q‑Q0，Δp=P‑P0，Δh= h‑h0，Δq=q‑q0，Δt=t‑t0，其中，Q0、P0、t0、h0、q0都为常数。 5.根据权利要求4所述的一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，其特征在于：PID控制器中，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力的比例系数取1.4‑3.5，积分时间常数取 0.4‑3.0，微分时间常数取0；蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度1.25‑5.0，积分时间常数和微分时间常数取0；缓冲池的液位高度比例系数取1‑1.2，积分时间常数取0.1‑1.0，微分时间常数取0；冷却水流量的比例系数取1.6‑5.0，积分时间常数取3.0‑10.0，微分时间常数取 0.5‑3.0。
说明书全文	一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法。背景技术 [0002] 冶金工业冷水系统岗位职工体力劳动量较大、操作频繁、现场蒸气压力调节时存在高温烫伤风险。需要人工通过阀门手轮调节，重体力劳动量较大；蒸气总管压力调节过程中，需要到现场查看蒸气总管压力后，根据经验进行手动调节减温减压装置入口的压力，存在压力调节精度不高问题及人员烫伤风险。 [0003] 针对工业自动化控制系统中的控制任务，通过PLC系统或DCS系统对现场危险场所的设备进行远程控制，PLC系统发展至今技术非常成熟，冶金工业控制系统大多使用PLC控制系统，依托危险场所仪表对设备的检测及阀门开度控制介质流量，将信号传送至PLC控制系统进行PID 算法调节，通过PID控制算法对压力过程变量进行实时控制，以提高控制精度和控制稳定性。本方案在PLC程序中实现PID控制算法，采用模块化设计，易于扩展和维护。发明内容 [0004] 本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法。 [0005] 本发明所采用的技术方案是：一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，来自锅炉的高温高压蒸汽通过减温减压装置1减温减压后进入蒸汽喷射式制冷机2，所述减温减压装置1为两个，一备一用，所述蒸汽喷射式制冷机2有多个，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽进口管上都安装有压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5，所述蒸汽喷射式制冷机2的冷水箱23中安装有用于测量液位高度的液位传感器，所述蒸汽喷射式制冷机2的冷水箱23中的水与热交换器25进行热交换，热交换器25的冷却水出口管道中出来的冷却水供工业利用，热交换器25的冷却水出口管道上安装有流量控制阀；压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5、液位传感器、流量控制阀都电信号连接PID控制器，PID控制器根据压力传感器3、温度传感器4、液位传感器、流量控制阀的信息调节流量调节阀5的开度。 [0006] 每个所述减温减压装置1包括缓冲池11、第一蒸汽进气管12、第一蒸汽出气管13、盘管14，盘管14填充在缓冲池11中，第一蒸汽进气管12有多根，每根第一蒸汽进气管12的出口有喷头，每个喷头安装在缓冲池11内部，缓冲池11的底部有带排水阀的排水口，高温高压的蒸汽通过喷头喷在缓冲池11内部，与缓冲池11内的盘管14中水进行热交换，从而进行降温降压。 [0007] 每个所述蒸汽喷射式制冷机2包括文氏管21、冷水箱23、热交换器25、补水管24，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽进口管都延伸到文氏管的喉部前3‑5cm，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽出口管都连接在文氏管21的尾端，文氏管21的头部与密封的冷水箱23通过连接通道22联通，第二蒸汽进口管喷出的蒸汽通过文氏管21后，使文氏管21头部的压强降低，从而使冷水箱23中的水低压蒸发，从而使冷水箱23中的水温度降低。冷水箱23中的水与换热器进行热交换，从而获得冷却水。 [0008] 当蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力P=P0，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度t=t0，缓冲池的液位高度h=h0，冷却水流量q=q0时，流量调节阀的流量Q=Q0，PID控制器中，流量调节阀的流量调节量ΔQ满足公式ΔQ=fΔp，Δh，Δq，Δt，即ΔQ为Δp、Δh、Δq、Δt的函数，其中，ΔQ=Q‑Q0，Δp=P‑P0，Δh= h‑h0，Δq=q‑q0，Δt=t‑t0，其中，Q0、P0、t0、h0、q0都为常数。 [0009] PID控制器中，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力的比例系数取1.4‑3.5，积分时间常数取0.4‑3.0，微分时间常数取0；蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度1.25‑5.0，积分时间常数和微分时间常数取0；缓冲池的液位高度比例系数取1‑1.2，积分时间常数取0.1‑1.0，微分时间常数取0；冷却水流量的比例系数取1.6‑5.0，积分时间常数取3.0‑10.0，微分时间常数取0.5‑3.0。 [0010] 本发明的有益效果是：1、PID模块化控制方法，方便在类似参数设备控制编程中使用。2、正常运行状态，仅需设定目标值，选择自动控制后无需人工干预。3、参数的备份有益于设备调试、维护及故障处理。4、直观的操作画面，操作简便、直接。5、减少职工体力劳动，避免现场操作风险，提升控制精度，提升设备智能化水平。附图说明 [0011] 图1是本发明一种用于冶金工业上蒸气调压系统整体结构示意图；图2是本发明减温减压装置示意图；图3是本发明蒸汽喷射式制冷机示意图；其中，1、减温减压装置，2、蒸汽喷射式制冷机，3、压力传感器，4、温度传感器，5、流量调节阀，11、缓冲池，12、第一蒸汽进气管，13、第一蒸汽出气管，14、盘管，21、文氏管，22、连接通道，23、冷水箱，24、补水管，25、热交换器。实施方式 [0012] 如图1‑图3所示，焦化厂制冷水工序制冷机制冷水过程中，需要对蒸汽压力及温度进行控制，两台减温减压装置对蒸汽压力及温度进行高精度控制，保障四台制冷机有高质量蒸汽的使用。两台减温减压装置一用一备，现减温减压装置蒸汽调节压力不能完全满足四台制冷机的需要，这就需要再对气源总管压力再进行调控。 [0013] 一种用于冶金工业上蒸气调压系统的PID控制方法，来自锅炉的高温高压蒸汽通过减温减压装置1减温减压后进入蒸汽喷射式制冷机2，所述减温减压装置1为两个，一备一用，所述蒸汽喷射式制冷机2有4个，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽进口管上都安装有压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5，所述蒸汽喷射式制冷机2的冷水箱23中安装有用于测量液位高度的液位传感器，所述蒸汽喷射式制冷机2的冷水箱23中的水与热交换器25进行热交换，热交换器25的冷却水出口管道中出来的冷却水供工业利用，热交换器25的冷却水出口管道上安装有流量控制阀；压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5、液位传感器、流量控制阀都电信号连接PID控制器，PID控制器根据压力传感器3、温度传感器4、液位传感器、流量控制阀的信息调节流量调节阀5的开度。 [0014] 每个所述减温减压装置1包括缓冲池11、第一蒸汽进气管12、第一蒸汽出气管13、盘管14，盘管14填充在缓冲池11中，第一蒸汽进气管12有多根，每根第一蒸汽进气管12的出口有喷头，每个喷头安装在缓冲池11内部，缓冲池11的底部有带排水阀的排水口，高温高压的蒸汽通过喷头喷在缓冲池11内部，与缓冲池11内的盘管14中水进行热交换，从而进行降温降压。 [0015] 每个所述蒸汽喷射式制冷机2包括文氏管21、冷水箱23、热交换器25、补水管24，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽进口管都延伸到文氏管的喉部前3‑5cm，每个蒸汽喷射式制冷机2的第二蒸汽出口管都连接在文氏管21的尾端，文氏管21的头部与密封的冷水箱23通过连接通道22联通，第二蒸汽进口管喷出的蒸汽通过文氏管21后，使文氏管21头部的压强降低，从而使冷水箱23中的水低压蒸发，从而使冷水箱23中的水温度降低。冷水箱23中的水与换热器进行热交换，从而获得冷却水。 [0016] 当蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力P=P0，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度t=t0，缓冲池的液位高度h=h0，冷却水流量q=q0时，流量调节阀的流量Q=Q0，PID控制器中，流量调节阀的流量调节量ΔQ满足公式ΔQ=fΔp，Δh，Δq，Δt，即ΔQ为Δp、Δh、Δq、Δt的函数，其中，ΔQ=Q‑Q0，Δp=P‑P0，Δh= h‑h0，Δq=q‑q0，Δt=t‑t0，其中，Q0、P0、t0、h0、q0都为常数。 [0017] PID控制器中，蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽压力的比例系数取1.4‑3.5，积分时间常数取0.4‑3.0，微分时间常数取0；蒸汽喷射式制冷机入口蒸汽温度1.25‑5.0，积分时间常数和微分时间常数取0；缓冲池的液位高度比例系数取1‑1.2，积分时间常数取0.1‑1.0，微分时间常数取0；冷却水流量的比例系数取1.6‑5.0，积分时间常数取3.0‑10.0，微分时间常数取0.5‑3.0。 [0018] 在程序设计中，PID控制算法是一种经典的控制算法，通过对过程变量的反馈调节控制信号，使得过程变量能够尽快地达到设定值，并保持在设定值附近。在PLC程序中，PID控制算法可以通过编程实现。在编程过程中，需要将PID控制算法分解为三个部分：比例控制、积分控制和微分控制。比例控制主要负责根据偏差大小产生控制信号，积分控制主要负责消除稳态误差，微分控制主要负责消除瞬态误差。 [0019] 为了实现程序的模块化设计，本方案将PID控制算法分为三个模块：PID计算模块、控制信号输出模块和参数调节模块。其中，PID计算模块负责计算PID控制算法中的比例、积分和微分部分，控制信号输出模块负责将计算出的控制信号输出到控制对象中，参数调节模块负责对PID控制算法中的Kp、Ki、Kd等参数进行调节。通过模块化设计，可以提高程序的可读性和可维护性，也方便后续对程序进行扩展和升级。 [0020] 本发明中，PID控制算法采用现有技术。本发明只是对控制算法的比例系数、积分时间常数、微分时间常数选择进行了优化。这种优化适合于与本专利有关的所有PID控制算法。 [0021] 1、信号采集将现场压力、阀位信号转换成标准（4‑20）mA信号，并将标准电流信号转换成PLC可识别的数字信号。 [0022] 2、PID控制算法控制为了实现程序的模块化设计，本方案将PID控制算法分为三个模块：PID计算模块、控制信号输出模块和参数调节模块。其中，PID计算模块负责计算PID控制算法中的比例、积分和微分部分，控制信号输出模块负责将计算出的控制信号输出到控制对象中，参数调节模块负责对PID控制算法中的Kp、Ki、Kd等参数进行调节。通过模块化设计，可以提高程序的可读性和可维护性，也方便后续对程序进行扩展和升级。 [0023] 3、信息保留处理设备运行状态包括PID控制算法中的比例系数Kp、积分时间常数Ki、微分时间常数 Kd等参数，实时调节的压力数据，本程序功能可以提供保留这些信息，模拟信号可以行程历史趋势，方便运维工程师对设备信息的深入了解。 [0024] 4、与人机界面接口处理设计与操作界面连接所需的接口变量，包括设备选择、手动自动的选择、阀位输出的极端控制、调节速度的选择，在设计操作画面时可以按需要选择编制。