一种实现灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法与流程

1.本发明属于工程控制技术领域，具体涉及一种实现灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法。


背景技术：

2.在国内外燃煤锅炉的正压气力式除灰生产系统中，输灰管道压力是除灰生产过程关键控制变量，除灰工艺过程采用循环工作方式，每个循环过程可分为进料阶段、增压阶段、输送阶段、清扫阶段及等待阶段五个阶段，采用定时顺序控制方式对其过程进行控制。定时顺序控制方式，等待阶段的等待时间设定为固定值，按照等待过程、进料过程、增压过程、输送过程、清扫过程顺序依序循环执行各过程控制。灰管压力(输灰管道压力)仅在输送过程形成并显示，其它过程不形成灰管压力，其压力值显示为零，灰管压力变化是对应输灰过程而变化的，灰管压力随输灰过程开始由零逐渐增大至最大值，再随输灰过程结束由最大值逐渐减小至零，故灰管压力是以脉冲量形式所表征的，读值取其最大幅值。灰管压力与输灰量呈正相关，若灰管压力过大，表明输灰量过大，而输灰量过大会造成输灰管道堵塞；若灰管压力过小，表明输灰量过小，进而表明除灰频次过快，而除灰频次过快会造成输灰管道易磨损形成漏管，同时加大了能源消耗。对于灰管压力变量的控制，现有技术仅对其实施显示，由操作人员根据其显示值进行相应的工艺操作，当灰管压力过大时，操作人员通过实施手动除灰操作，使灰管压力减小，保障输灰管道不被堵塞，保证生产过程安全；当灰管压力过小时，操作人员不进行实质性的工艺操作对其加以改变，这种灰管压力变量控制方式在实际应用中，易造成输灰管道堵管和漏管的故障问题，而该问题也普遍存在于各燃煤锅炉生产企业的正压气力式除灰生产过程。
3.为解决输灰管道频繁产生堵塞及漏管故障问题，确定对灰管压力变量采用三位式限值控制方式实施自动控制，其具体控制原理：灰管压力变量作为被控变量，等待过程时间作为操纵量，dcs控制器按照当次灰管压力脉冲量的读值(脉冲幅值)所处限值范围而输出相应的控制量，由该控制量操控改变一次等待时间计时值，再由等待时间操纵改变下一次输灰过程的灰管压力，使其处于规定范围内。在一般工业过程控制中，对工艺变量实施三位式限值控制，被控变量通常是连续变量，dcs控制器(或控制仪表)按照被控变量的实时测量值所处限值范围实时输出相应的控制量，由该控制量连续操控改变操纵量，再由操纵量操纵改变被控量使其处于规定范围内。因灰管压力变量是脉冲量，脉冲量在变化中存在由零值开始的上行变化过程和为零值结束的下行变化过程，利用这种现有的连续变量的三位式限值控制方法对灰管压力实施限值控制，在灰管压力为零值及其上下行变化过程中，dcs控制器会按照灰管压力的实时测量值所处限值范围实时输出相应的控制量，且该控制量也会连续操控改变等待时间计时值，显然，这种现有的三位式限值控制方法不能满足灰管压力脉冲量三位式限值控制原理要求，因此，利用现有的三位式限值控制方法不能实现灰管压力脉冲量三位式限值控制，难以解决输灰管道频繁产生堵塞及漏管故障问题。


技术实现要素：

4.针对以上不足，本发明的目的是提供一种实现灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法，依据脉冲量形成与变化过程特性、脉冲量读值方法(脉冲量的读值是取其最大幅值)、以及工艺过程控制要求。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种实现灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法，包括以下步骤：
7.步骤一：定义灰管压力脉冲变量上、中、下三个限值范围。下限范围0～0.28mpa(0＜p＜0.28mpa)、中间范围0.28～0.36mpa(0.28≤p＜0.36mpa)、上限范围0.36mpa以上(p≥0.36mpa)；
8.步骤二：设计并定义灰管压力脉冲量上行过程时间变量ts，经测定取值60s；
9.步骤三：设计并定义灰管压力脉冲形成的阈值变量为pc，经测定取值0.03mpa。定义其功能为：当灰管压力p《pc＝0.03mpa时，脉冲量未产生；当灰管压力p≥pc＝0.03mpa时，脉冲量已产生，并在p＝pc＝0.03mpa时开始计时上行过程时间ts；
10.步骤四：设计并定义除灰等待时间变量tz；
11.步骤五：设计并定义除灰等待时间计时值增加与减少的控制状态变量分别为z和j，增加与减少等待时间计时值的变化量为
⊿
t，且
⊿
t为固定值，依工艺要求取值3min。定义其控制逻辑为：若z＝on，则允许增加等待时间tz的计时值，若z＝off，则禁止增加等待时间tz的计时值；若j＝on，则允许减少等待时间tz的计时值进行减少，若z＝off，则禁止减少等待时间tz的计时值。
12.步骤六：建立控制程序流程如下：
13.(1)控制程序执行开始；
14.(2)执行并完成进料阶段的所有控制动作；
15.(3)执行并完成增压阶段的所有控制动作；
16.(4)执行z＝on；j＝on；
17.(5)执行输送控制动作并显示灰管压力p；
18.(6)判断是否灰管压力p≥pc＝0.03mpa？若p≥0.03mpa，执行步骤六的(7)，否则，继续执行步骤六的(6)；
19.(7)当p＝pc＝0.03mpa时，上行过程时间ts开始计时，并判断是否灰管压力p≥0.28mpa？若在计时60s的过程中，一旦产生灰管压力p≥0.28mpa，则执行步骤六的(10)；否则，当计时时间达到60s(ts＝60s)时，始终没有产生灰管压力p≥0.28mpa，则执行步骤六的(8)；
20.(8)判断是否z＝on？若z＝on，则执行步骤六的(9)；若z＝off，则执行步骤六的(8)；
21.(9)执行等待时间tz的计时值增加一个
⊿
t，即tz(n+1)＝tz(n)+
⊿
t，并执行z＝off后，转入执行步骤六的(14)；
22.(10)执行z＝off；
23.(11)判断是否灰管压力p≥0.36mpa(上限设定值)且j＝on？若p≥0.36mpa且j＝on，则执行步骤六的(12)；否则，执行步骤六的(13)；
24.(12)执行等待时间tz的计时值减少一个
⊿
t，即tz(n+1)＝tz(n)
‑⊿
t，并执行j＝
off后，转入执行步骤六的(14)；
25.(13)执行tz(n+1)＝tz(n)；
26.(14)输送控制动作完成后，执行并完成清扫控制动作；
27.(15)执行下次除灰循环过程的等待时间计时，且等待时间的计时值按tz(n+1)取值进行计时；
28.(16)下次除灰等待时间的计时值达到tz(n+1)取值，执行步骤六的(2)。
29.步骤七：编写控制程序。在离线dcs操作站，完成灰管压力限值控制范围、灰管压力脉冲量上行过程时间变量、脉冲形成阈值变量、等待时间计时值的控制状态变量及变化量等相关变量定义及软硬件组态，选择st语言和fbd语言，按程序流程进行编程，实现灰管压力脉冲量三位式限值控制编程。对完成编写的源程序进行编译、下载安装，进行离线仿真运行调试，通过实验室过程站进行模拟操作及调试，达到控制方案设计要求。
30.步骤八：控制程序调试及投运。新编控制程序拷贝至现场工程师站，完成各相关变量定义及软硬件组态，对新编程序进行编译、下载及发布，经在线调试，达到方案设计与控制要求，并确认正常后投入运行。
31.本发明的有益效果在于：
32.通过实施灰管压力脉冲量三位式限值控制方法后，灰管压力控制效果良好，灰管压力限值控制仿真记录效果如图2所示。图2中，纵向刻度轴为灰管压力测量值，横向刻度轴为除灰过程时间值，ts为上行过程时间，第n-1、n、
……
、n+5个压力脉冲分别为第n-1、n、
……
、n+5次除灰循环过程的输送灰料时的灰管压力脉冲，tz(n)、tz(n+1)、
……
、tz(n+5)分别为第n、n+1、
……
、n+5次除灰循环过程的等待时间(均应包含进料、增压、输送及清扫执行过程时间，这部分时间是固定不变的且相较等待时间短，故图示中略区，并以等待时间tz等效表示),
⊿
t为等待时间的计时值增减变化量，且为固定值。当灰管压力脉冲(如第n个脉冲)幅值处于下限设定值0.28mpa以下(处于下限控制范围)时，则等待时间增加一个
⊿
t，即执行如tz(n+1)＝tz(n)+
⊿
t；当灰管压力脉冲(如第n+1脉冲)幅值处于0.28≤p＜0.36mpa(中间控制范围)时，则等待时间保持不变，即执行如tz(n+2)＝tz(n+1)；当灰管压力脉冲(如第n+3脉冲)幅值处于上限设定值0.36mpa以上(处于上限控制范围)时，则等待时间减小一个
⊿
t，即执行如tz(n+4)＝tz(n+3)
‑⊿
t。由图2的控制效果可见，采用该种灰管压力脉冲量三位式限值控制方法，准确实现灰管压力脉冲三位式限值控制，使灰管压力得到良好控制，从而完全消除了堵管故障，显著减少了漏管故障，良好解决了除灰生产过程中输灰管道容易产生堵管和漏管故障问题。具有良好的节能降耗和环境保护效果，取得了可观经济效益和社会效益。
附图说明
33.图1为本发明的灰管压力脉冲三位式限值控制程序流程框图；
34.图2为本发明的灰管压力脉冲三位式限值控制仿真记录效果图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明属于燃煤锅炉除灰工艺过程控制技术领域，具体涉及燃煤锅炉除灰工艺过程灰管压力三位式限值控制。因在除灰生产过程中，灰管压力为脉冲变量，采用常规连续量的三位式限值控制方法难以准确实现灰管压力三位式限值控制，为此，依据脉冲量形成与变化过程特性、脉冲量读值方法(脉冲量的读值是取其最大幅值)、以及工艺过程控制要求，发明了一种灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法。
37.一种实现灰管压力脉冲量三位式限值控制的方法，步骤如下：
38.(一)定义灰管压力限值控制范围
39.依据除灰工艺过程控制要求，定义灰管压力脉冲变量上、中、下三个限值范围。下限范围0～0.28mpa(0＜p＜0.28mpa)、中间范围0.28～0.36mpa(0.28≤p＜0.36mpa)、上限范围0.36mpa以上(p≥0.36mpa)。
40.(二)设计并定义灰管压力脉冲量上行过程时间变量及其取值
41.依据脉冲量变化过程特性，设计并定义灰管压力脉冲由零值变化至幅值的上行过程时间变量为ts。根据工艺要求，取最大脉冲幅值为0.4mpa，实测灰管压力0.4mpa以下的不同幅值脉冲上行过程时间，根据实测不同幅值的灰管压力脉冲量，可得不同幅值的脉冲量均可在60s内完成上行过程(实测脉冲量幅值变化范围为0.2mpa≤p≤0.4mpa，对应上行过程时间变化范围为50s《ts《60s)，故上行过程时间ts取值为60s。
42.(三)设计并定义脉冲形成阈值变量及其取值
43.设计并定义脉冲形成的阈值变量为pc，用于判定脉冲量是否真正产生。定义其功能为：当灰管压力p《pc时，脉冲量未产生；当灰管压力p≥pc时，脉冲量已产生，并在p＝pc时开始计时上行过程时间ts。根据灰料输送执行时输料阀打开会形成不大于0.03mpa的压力扰动，且其它因素引起的扰动值通常也不大于0.03mpa，故脉冲形成阈值取值为0.03mpa。
44.(四)设计并定义等待时间变量
45.依据除灰工艺过程，把等待阶段的过程时间定义为等待时间变量tz，用于等待时间的计时。
46.(五)设计并定义等待时间计时值的控制状态变量及变化量
47.设计并定义增加等待时间计时值的控制状态变量为z，减少等待时间计时值的控制状态变量为j，用于控制等待时间计时值改变；增加或减少等待时间计时值的变化量为
⊿
t，且变化量
⊿
t为固定值，等待时间tz计时值每改变(增加或减少)一次，tz的值将增加或减少一个
⊿
t值，按照工艺要求，
⊿
t取值3min。定义控制逻辑为：若z＝on，则允许增加等待时间tz的计时值，若z＝off，则禁止增加等待时间tz的计时值；若j＝on，则允许减少等待时间tz的计时值进行减少，若z＝off，则禁止减少等待时间tz的计时值。
48.(六)建立控制程序流程
49.依据除灰工艺过程，设计、建立控制程序流程，控制程序流程如图1所示。图1中，具体程序流程步骤：(1)控制程序执行开始；(2)执行并完成进料阶段的各项控制动作；(3)执行并完成增压阶段的各项控制动作；(4)将改变等待时间tz的增加控制状态变量z和减少控制状态变量j均置为on，即使z＝on，j＝on；(5)执行输送阶段的各控制动作，并测量显示灰管压力p；(6)判断是否灰管压力p≥pc＝0.03mpa？若p≥0.03mpa，表明灰管压力脉冲已产
生，则执行第(7)步；否则，表明管压力脉冲还未形成，则继续执行第(6)步；(7)当p＝pc＝0.03mpa时，上行过程时间ts开始计时，并判断是否灰管压力p≥0.28mpa(下限设定值)？若在计时60s的过程中，一旦产生灰管压力p≥0.28mpa(下限设定值)，则执行第(10)步；否则，当计时时间达到60s(ts＝60s)时，始终没有产生灰管压力p≥0.28mpa，则执行第(8)步；(8)判断是否z＝on？若z＝on，则执行第(9)步；若z＝off，则继续执行第(8)步；(9)执行等待时间tz的计时值增加一个
⊿
t，即tz(n+1)＝tz(n)+
⊿
t(tz(n)为当次除灰过程的等待时间计时值，tz(n+1)为下一次除灰过程的等待时间计时值，
⊿
t为计时值改变量且实际取值3min)；并执行z＝off(把控制状态变量z置为off状态)后，转入执行第(14)步；(10)执行z＝off(把控制状态变量z置为off状态)；(11)判断是否灰管压力p≥0.36mpa(上限设定值)且j＝on？若p≥0.36mpa且j＝on，则执行第(12)步；否则，执行(13)步；(12)执行等待时间tz的计时值减少一个
⊿
t，即tz(n+1)＝tz(n)
‑⊿
t，并执行j＝off后，转入执行第(14)步；(13)执行tz(n+1)＝tz(n)；(14)等待输送控制动作完成后，执行并完成清扫控制动作；(15)执行下次除灰循环过程的等待时间计时，且等待时间的计时值按tz(n+1)取值进行计
50.时；(16)下次除灰等待时间的计时值达到tz(n+1)取值，则执行下一次的除灰进料控制动作，即转至执行本程序流程的第(2)步。
51.(七)编写控制程序
52.在离线dcs操作站，完成灰管压力限值控制范围、灰管压力脉冲量上行过程时间变量、脉冲形成阈值变量、等待时间计时值的控制状态变量及变化量等相关变量定义及软硬件组态，选择st语言和fbd语言，按图1程序流程进行编程，实现灰管压力脉冲量三位式限值控制编程。
53.对完成编写的源程序进行编译、下载安装，进行离线仿真运行调试，通过实验室过程站进行模拟操作及调试，达到控制方案设计要求。
54.(八)控制程序调试及投运
55.新编控制程序拷贝至现场工程师站，完成各相关变量定义及软硬件组态，对新编程序进行编译、下载及发布，经在线调试，达到方案设计与控制要求，并确认正常后投入运行。
56.本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的方法，其他方法可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。