一种换热管道恒压保持控制系统及方法与流程

本发明涉及换热管道恒压控制，具体为一种换热管道恒压保持控制系统及方法。

背景技术：

1、阳极炭块的生产原料石油焦被煅烧后形成煅后石油焦,它是从原油中提炼出重油后，在高温下通过加热和蒸馏过程中产生的固体残渣，具有一定的抗压强度、导电性能和化学稳定，煅后石油焦的温度很高需要对其进行降温。

2、降温系统一般是通过大功率水泵将给煅后石油焦降温水套中经过热交换的热水抽到水槽中,然后水槽中的热水再通过大功率水泵将其泵送到供暖站进行热交换供暖，热交换供暖后的水会再次变成冷水输送到给煅后石油焦降温的降温水套中给煅后石油焦进行降温，降温后经过热交换的热水再次抽到水槽中，以此循环。

3、但是，在管道直径一定的前提下，同质量的水，热水的体积是大于冷水体积的，因此热水管道的压力也会大于冷水管道的压力，由于降温水套是有一定高度的，冷水管道压力变小的话就会导致降温水套中的冷水供不满，久而久之水套内会产生蒸汽，从而导致煅后石油焦降温效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种换热管道恒压保持控制系统及方法，以解决上述过程中所提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种换热管道恒压保持控制系统，包括：数据采集模块、数据处理模块、数据对比模块和控制决策模块；

3、所述数据采集模块用于对热水管道和冷水管道内的压力信号值进行实时采集；

4、所述数据处理模块用于对采集到的压力信号值进行预处理，分析得出综合压力值和目标压力值，并根据得出的分析结果建立监测报警机制；

5、所述数据对比模块用于将数据处理模块处理后的综合压力值与目标压力值进行分析处理，获取补水泵运行参数调节值；

6、所述控制决策模块用于依据获取的补水泵运行参数调节值生成对应调节指令，通过对应调节指令调整补水泵的流体流量。

7、进一步地，所述数据采集模块包括压力传感器单元和数据传输单元；

8、所述压力传感器单元用于对热水管道和冷水管道内的压力信号值进行实时采集；采集方式为：设定有a区域和b区域，每个区域设定有若干个压力传感器，分别对管道的入口、出口以及管道均匀分段后的各个节点位置的压力信号值进行采集；其中，a区域的若干个压力传感器实时采集热水管道中的压力信号值，b区域的若干个压力传感器实时采集冷水管道中的压力信号值；

9、所述压力传感器单元中设定的压力传感器的采集频率与管道内的压力变化速度和系统控制精度相匹配；

10、所述数据传输单元通过can总线的方式将a区域和b区域内若干个传感器采集的的压力信号值实时传输至数据处理模块。

11、进一步地，所述数据处理模块包括预处理单元和数据监测单元；

12、所述预处理单元用于对获取的每个区域内的压力信号值进行清洗和分类整合；所述数据监测单元用于对分类整合后的数据进行分析生成监测报警机制。

13、进一步地，所述预处理单元对获取的每个区域内的压力信号值进行清洗和分类整合的过程包括：

14、对获取的每个区域内的压力信号值进行初步滤波处理，识别并去除噪声和明显偏离正常范围的压力信号值；其中初步滤波处理采用的方式是均值滤波或中值滤波；

15、对经过初步滤波处理后的每个区域内的压力信号值进行单位转换和标准化处理，以保证不同传感器采集获取的压力信号值的一致性；

16、采用回归分析法对经过单位转换和标准化处理后的不同区域内的压力信号值缺失的数据点进行处理填充；

17、所述预处理单元对处理后的压力信号值进行分类整合，分别获取热水管道和冷水管道的综合压力值，公式分别为：

18、

19、式中，和分别表示热水管道综合压力值和冷水管道综合压力值；表示a区域内压力传感器的序号，;表示a区域内第个压力传感器所采集到的压力信号值；表示a区域内第个压力传感器所采集到的压力信号值的权重值；且＞0；表示b区域内压力传感器的序号，；表示b区域内第个压力传感器所采集到的压力信号值；表示b区域内第个压力传感器所采集到的压力信号值的权重值；且＞0；

20、其中，将热水管道综合压力值设定为目标压力值，并设定目标压力值的允许压力偏差阈值为。

21、进一步地，所述数据监测单元对分类整合后的数据进行分析生成监测报警机制的方式包括：

22、获取冷水管道综合压力值与允许压力偏差阈值，并将冷水管道综合压力值与允许压力偏差阈值进行比对；

23、若，则输出正常运行信号，并将冷水管道综合压力值与目标压力值发送至数据对比模块；

24、若，则输出低压力报警信号；

25、若，则输出高压力报警信号。

26、进一步地，所述数据对比模块的分析过程包括：

27、获取冷水管道综合压力值与目标压力值；

28、根据冷水管道综合压力值与目标压力值计算获取压力偏差值，公式为：；

29、根据冷水管道和热水管道运行的特性以及性能指标，自动确定pid中比例系数、积分系数、微分系数的范围。

30、根据模糊pid控制算法计算获取补水泵运行参数调节值，并将获取的补水泵运行参数调节值发送至控制决策模块；补水泵运行参数调节值的计算公式为：

31、

32、式中，为比例系数，为积分系数，为微分系数，u为补水泵运行参数调节值。

33、进一步地，所述控制决策模块包括补水泵调节单元；所述补水泵调节单元实时接收数据对比模块中补水泵运行参数调节值u，对补水泵运行参数调节值u进行解析，确定调节指令信息，解析过程为：

34、若补水泵运行参数调节值u取值为正值，则输出增加补水泵流体流量的调节指令；若补水泵运行参数调节值u取值为负值，则输出减少补水泵流体流量的调节指令。

35、进一步地，所述控制决策模块还包括补水泵执行单元；所述补水泵执行单元用于根据获取的调节指令控制补水泵的驱动系统；当所述补水泵执行单元实时接收补水泵调节单元中相应的调节指令，则控制驱动系统改变补水泵电机的转速频率，实时改变补水泵对冷水管道中输出的流体流量，保持冷水管道和热水管道内的压力恒定。

36、进一步地，一种换热管道恒压保持控制方法，包括以下步骤：

37、s1、实时采集换热管道的压力信号值，包括热水管道的压力信号值和冷水管道的压力信号值；

38、s2、对热水管道和冷水管道的压力信号值分类整合分别得到热水管道综合压力值和冷水管道综合压力值，将其中热水管道综合压力值设定为目标压力值，依据目标压力值设定允许偏差阈值并与冷水管道综合压力值做对比，生成相应的监测报警机制；

39、s3、计算冷水管道综合压力值和目标压力值之间的压力偏差结果，通过模糊pid控制算法分析确定补水泵运行参数调节值；

40、s4、通过补水泵运行参数调节值确定相应的补水泵调节指令，根据调节指令实时驱动改变补水泵电机转速频率，进而影响补水泵进入冷水管道的流体流量，确保换热管道处于恒压状态。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、 本发明提供一种换热管道恒压保持控制系统及方法，该系统在运行过程中，能够以多分区传感器采集压力的方式来充分获取冷水管道和热水管道的压力信号值，减少数据采集盲区，过预处理单元对采集数据的清洗和整合，减少由于单个传感器位置不准确或受到局部干扰而产生的误差，将多个采集点的数据进行综合分析，提高压力信号值的准确性；

43、2、 本发明通过将热水管道中的综合压力值设定为目标压力值，根据目标压力值设定允许偏差阈值，建立动态的监测机制，通过冷水管道综合压力值与允许偏差阈值的比较分析生成相应的报警机制，判断出冷水管道系统是否存在局部堵塞或泄漏问题，从而及时进行维修和处理，提高系统的稳定性；

44、3、 本发明通过将冷水管道综合压力值与目标压力值进行比对得出压力偏差结果，使用模糊pid控制算法确定补水泵运行参数调节值，通过补水泵调节单元快速形成调节控制指令，能够根据调节指令实时驱动改变补水泵电机转速频率而调整补水泵进入冷水管道流体流量，使得系统能够在压力出现偏差时立即进行调整，确保换热管道中的压力始终保持在设定的恒定值附近，减少压力波动对换热过程的影响，提高对锻后石油焦的降温效果。