一种基于PID算法的混气系统及方法与流程

本申请涉及高电压绝缘技术领域，尤其涉及一种基于pid算法的混气系统及方法。

背景技术：

六氟化硫在常态是一种无色、无臭、无毒、不燃及无腐蚀性的气体，其化学性质十分稳定，六氟化硫的绝缘灭弧性能十分优良，是至今为止发现的最好的气体绝缘介质之一。六氟化硫已广泛应用于城市供电、发电厂、大型工矿企业、石油化工、冶金和铁道电气化等高压输变电系统中。

但是，六氟化硫气体在应用中也存在一些不足之处，例如价格昂贵、液化温度高、温室效应强等等。在全球环境问题极为严峻的形势下，寻找一种新的能够取代sf6的低温室效应气体显得尤为迫切，具有十分重要的意义。国内外学者致力于六氟化硫混合气体以及替代气体绝缘与灭弧性能的研究，在这个研究过程中需要反复向灭弧室中混入绝缘气体。目前为止国内外的实验研究仍然采用两种气体依次充入的方法，效率低下且无法保证气体比例的精度，影响实验效果。

技术实现要素：

本申请提供了一种一种基于pid算法的混气系统及方法，以解决现有实验研究仍然采用两种气体依次充入的方法，效率低下且无法保证气体比例的精度，影响实验效果的问题。

第一方面，本申请提供了一种基于pid算法的混气系统，包括上位机、plc控制模块、第一储气罐、第二储气罐、混气罐、压缩机、实验罐和真空泵；

所述第一储气罐与混气罐的一输入端连通，且所述第一储气罐与混气罐之间的管路设有第一电磁阀和第一流量计；所述第二储气罐与混气罐的另一输入端连通，且所述第二储气罐与混气罐之间的管路设有第二电磁阀和第二流量计；

所述混气罐内设有压力传感器；

所述混气罐的一输出端通过压缩机与实验罐相连，所述混气罐与所述压缩机之间的管路上设有第三电磁阀；所述混气罐的另一输出端与真空泵相连，所述混气罐与真空泵之间的管路上设有第四电磁阀；

所述上位机，用于配置气体混合参数，所述气体混合参数包括气体类型、气体配比和预设气压；

根据所述气体配比，生成气体流量；

根据气体流量，生成pid参数，所述pid参数包括增益、积分时间和微分时间；

根据所述pid参数，利用pid算法，计算得到气体需充至的气压值；

所述plc控制模块，用于控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，并控制第三电磁阀和第四电磁阀打开；

控制真空泵开启，对所有管路和混气罐内抽真空，直至所述压力传感器所检测的压力值为零；

控制第四电磁阀关闭和真空泵停止工作，并控制第一电磁阀和第二电磁阀打开；

根据计算得到气体需充至的气压值，利用第一流量计和第二流量计，向所述实验罐内进行充气至计算得到气体需充至的气压值为止，并控制压缩机停止工作和第一电磁阀、第二电磁阀关闭。

第二方面，本申请还提供了一种基于pid算法的混气方法，应用于上述的系统，所述方法包括：

上位机配置气体混合参数，所述气体混合参数包括气体类型、气体配比和预设气压；

所述上位机根据所述气体配比，生成气体流量；

所述上位机根据气体流量，生成pid参数，所述pid参数包括增益、积分时间和微分时间；

所述上位机根据所述pid参数，利用pid算法，计算得到气体需充至的气压值；

所述plc控制模块控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，并控制第三电磁阀和第四电磁阀打开；

plc控制模块控制真空泵开启，对所有管路和混气罐内抽真空，直至所述压力传感器所检测的压力值为零；

所述plc控制模块控制第四电磁阀关闭和真空泵停止工作，并控制第一电磁阀和第二电磁阀打开；

所述plc控制模块根据计算得到气体需充至的气压值，利用第一流量计和第二流量计，向所述实验罐内进行充气至计算得到气体需充至的气压值为止，并控制压缩机停止工作和第一电磁阀、第二电磁阀关闭。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于pid算法的混气系统及方法，利用自动控制技术，实现快速精确地混合两种绝缘气体，为新型绝缘气体特性的实验研究节约时间成本，提高实验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一种基于pid算法的混气系统的结构示意图；

图2为本申请的一种基于pid算法的混气方法的流程图。

具体实施方式

第一方面，参见图1，本申请提供了一种基于pid算法的混气系统，包括上位机、plc控制模块、第一储气罐1、第二储气罐2、混气罐11、压缩机14、实验罐和真空泵15；

所述第一储气罐1与混气罐11的一输入端连通，且所述第一储气罐1与混气罐11之间的管路设有第一电磁阀3和第一流量计9；所述第二储气罐2与混气罐11的另一输入端连通，且所述第二储气罐2与混气罐11之间的管路设有第二电磁阀4和第二流量计10；

所述混气罐11内设有压力传感器16；

所述混气罐11的一输出端通过压缩机14与实验罐相连，所述混气罐11与所述压缩机14之间的管路上设有第三电磁阀12；所述混气罐11的另一输出端与真空泵15相连，所述混气罐11与真空泵15之间的管路上设有第四电磁阀13；

所述上位机，用于配置气体混合参数，所述气体混合参数包括气体类型、气体配比和预设气压；

根据所述气体配比，生成气体流量；

根据气体流量，生成pid参数，所述pid参数包括增益、积分时间和微分时间；

根据所述pid参数，利用pid算法，计算得到气体需充至的气压值；

pid算法是根据设定值r(t)与反馈的输出值c(t)的误差值e(t)，通过其比例(p)、积分(i)、微分(d)的线性组合得到控制量u(t)，调节被控对象，使输出值接近设定值的方法。其表达式为

所述plc控制模块，用于控制第一电磁阀3和第二电磁阀4关闭，并控制第三电磁阀12和第四电磁阀13打开；

优选地，在此过程之前可控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开进行充气，对pid参数进行修正，以满足实际情况。

控制真空泵15开启，对所有管路和混气罐11内抽真空，直至所述压力传感器16所检测的压力值为零；

控制第四电磁阀13关闭和真空泵15停止工作，并控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开；

根据计算得到气体需充至的气压值，利用第一流量计9和第二流量计10，向所述实验罐内进行充气至计算得到气体需充至的气压值为止，并控制压缩机14停止工作和第一电磁阀3、第二电磁阀4关闭。

进一步地，所述第一电磁阀3与混气罐11之间的管路上还设有第一减压阀5和第一调节阀7；所述第二电磁阀4与混气罐11之间的管路上还设有第二减压阀6和第二调节阀8。减压阀和调节阀可调整气体流速。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于pid算法的混气系统，利用自动控制技术，实现快速精确地混合两种绝缘气体，为新型绝缘气体特性的实验研究节约时间成本，提高实验效率。

第二方面，参见图2，本申请还提供了一种基于pid算法的混气方法，应用于上述的系统，所述方法包括：

步骤21：上位机配置气体混合参数，所述气体混合参数包括气体类型、气体配比和预设气压。

步骤22：所述上位机根据所述气体配比，生成气体流量。

步骤23：所述上位机根据气体流量，生成pid参数，所述pid参数包括增益、积分时间和微分时间。

步骤24：所述上位机根据所述pid参数，利用pid算法，计算得到气体需充至的气压值。

步骤25：所述plc控制模块控制第一电磁阀3和第二电磁阀4关闭，并控制第三电磁阀12和第四电磁阀13打开。

优选地，在此步骤之前还可利用plc控制模块控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开进行充气，对pid参数进行修正。

步骤26：plc控制模块控制真空泵15开启，对所有管路和混气罐11内抽真空，直至所述压力传感器16所检测的压力值为零。

步骤27：所述plc控制模块控制第四电磁阀13关闭和真空泵15停止工作，并控制第一电磁阀3和第二电磁阀4打开。

步骤28：所述plc控制模块根据计算得到气体需充至的气压值，利用第一流量计9和第二流量计10，向所述实验罐内进行充气至计算得到气体需充至的气压值为止，并控制压缩机14停止工作和第一电磁阀3、第二电磁阀4关闭。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于pid算法的混气系统及方法，利用自动控制技术，实现快速精确地混合两种绝缘气体，为新型绝缘气体特性的实验研究节约时间成本，提高实验效率。