专利名称：气固双相流体流量控制技术的制作方法
气固双相流体流量的控制技术可用于高炉喷吹煤粉单支管流量控制，也用于类似系统的其它气动输送粉料场合的流量控制。
到目前为止，国内外尚无成熟的气固双相流体流量控制技术，其主要原因是没有适用于这种非连续性流动的控制模型。有人曾用调节输送气体参数(如压力、流量)的方法来调节固体粉料流量。这是一种间接调节方式，受工艺现场其它参数(如料位、出口压力、气源压力、下料口通畅情况等)影响大，使调节量(输送气体参数)与被调量(固体粉体流量)不是单值对应关系，造成控制困难。同时该方法采用连续性流动的控制模型，对于气固双相流这种非连续性流动就不太适应。因此该方法只能适用于现场工艺状况十分稳定的场合，而一般工业现场就达不到所需的控制要求。
本发明的目的是提出一种能实际应用于一般工业现场的气固双相流体流量控制技术，采用直接调节方式，受控参数是执行器的开口度，直接控制固体粉料流量；依据特有的自学习式间歇式控制方式。这两个技术特征使本发明实现了气固双相流体流量控制。
结合
本发明的实施方案，图一为控制系统框图。控制回路由流量计M、控制器C、执行器电控器P和执行器F组成。S为设定输入装置(键盘)，D为显示器，L1～n为喷煤管道，W为喷煤罐电子秤，I为喷煤罐，V为电特性补偿装置(精密毫估表)。控制器根据流量计测取的流量，通过控制模型换算成控制信号送给电控器，电控器驱动执行器改变开口度以改变流量，实现流量控制。流量计采用电容噪声式煤粉/粉体流量计。控制器可采用通用计算机系统如PLC、集散系统或工控机系统。执行器采用可调试煤粉给料器及配套的电控器。控制信号为差值式(在必要时也可以是位置式)。图二所示是本发明的控制程序流程图。其控制程序主要分成两步第一步，计算流量值ΔX；第二步，计算控制值At。流量差值即所需流量与实际流量之差。这里的“所需流量”指调节后应达到的流量而不是设定值。由于气固双相流的非连续流动性，无法使用连续流动中的瞬时流量概念，而必须采用平均流量作为实际流量。本发明的平均流量选用一定时间间隔内的平均流量值。由于在喷煤工艺中需要控制的是每小时的累积流量，因此流量差值的计算过程要兼顾平均流量和累积流量。控制值At为差值式(即增量式)。由于气固双相流的非连续流动特性，进行通常的连续式控制是没有意义的，也是不可能的。因此本发明中采用了一种周期为2分钟的自学习式间歇控制方式。所谓间歇，就是指每隔时刻T才发一次控制信号，其余时间不控制(本发明中T为2分钟)；所谓自学习式就是指控制过程中随时计算执行器的平均特性参数Gt(Gt定义为输出值与输入值之比)，并“学”入控制计算过程中，以对执行器的平均特性参数G(G定义为满量程输出值Y与满量程输入值AF之比)随时进行校正以达到最佳控制。
本发明的优点对气固双相流系统如高炉喷煤系统实现了流量自动调节，使高炉风口各喷煤支管流量误差从原来的20％以上，减小到4％以下。
下面对控制程序流程图进行具体说明。
1.启动启动程序用于每次上电启动和每小时打印结果后重新启动，目的是设一个标志以免在启动时重复进行打印清零。当时钟过一分钟后，启动完毕。
2.读分钟值t(分钟)如现在时间是922，则t＝22；如现在时间是2212，则t＝12。
3.查t是否为零，若t＝0，表示已到某个小时整，则打印各支管流量累积结果，并将各路累积信号清零以进行下个小时累积，然后重新启动。
若t≠0，则进行测控。
4.查t是否是T的整倍数若t是T(2分钟)的整倍数则已到达控制时刻，进行一次控制，否则等待(等待过程中流量测量照常进行)。
5.求当前应达到的累积值S。和实际累积值S测取流量的过程中，可由控制器或流量计完成累积计算，设定值S。(小时累积值)由操作人员预先输入控制器，则S。＝Ss/60(分钟)×T。
6.求平均流量X(公斤/小时)；X＝S/t×60。
这里X取整个t时刻的平均值而不是T时间内的平均值，是因为考虑了现场实际工艺中因下料口不通畅造成的流量波动对开度造成的影响。现用的计算X方法实际上是人为造成一个调节阻尼，以清除可能产生的调节振荡和流量波动。
7.求所需流量值X1(公斤/小时)X1＝(Ss－S)/[60(分钟)－t]×60(分钟/小时)X1表示要在第60分钟使累积值正好达到Ss的条件下，在今后的(60－t)分钟内应该达到的平均流量。
8.求流量差值ΔX(公斤/小时)ΔX＝X1－X。
9.读取前一个2分钟时发出的控制值Ao、前一个2分钟的平均流量Xo和执行器的平均特性参数G(事先输入)在本发明中Y＝0～2400公斤/小时，AF＝0～250毫秒，因此G＝9.6(公斤/小时)毫秒。
10.求上次发出Ao后的流量变量ΔYoΔYo＝X—Xo。
11.求执行器的当前特性参数Gt[(公斤/小时)/毫秒]Gt＝ΔYoAo。
在某点附件，用差分值近似代替微分值。
12.计算控制信号At(毫秒)At＝ΔX/(0.6×G＋0.4×Gt)若直接用Gt，则由于执行器的非线性和其它工艺参数的影响，会造成调节过缓，直接用G则调节精度差。
13. At送出At计算完后送至输出接口电路。在本发明中，At是闸门宽度信号，范围为0～250毫秒，低电平有效。对应执行器开口度为0～40毫米，流量调节范围为0～24000公斤/小时。在硬件配备上，每个控制回路还各需一种开关量表示调向(正转或反转)信号。在本发明中，调向信号以逻辑O表示“开大”(正转)，以逻辑1表示“关小”(反转)。在使用中，可以很容易地将At变换为其它类型的差值式信号(如脉冲串长度)，必要时也可变换为位置式信号(如4～20毫安直流电流或1～5伏直流电压)。
14.读现在的分钟值t1(分钟)。
15.判断t1是否与t相等若t1与t相等，返回后会使控制器误以为此次控制操作尚未进行而又进行一次控制操作，因此要等待分钟值变化之后才返回而进入下一轮操作。在等待过程中流量测量照常进行。
至此完成一个控制循环。
下面是一个实例设每小时喷煤量为Ss＝600公斤/小时，当前时刻为2212，当前累积量为S＝150公斤，执行器调节范围为0～2400公斤/小时，控制信号为闸门信号0～250毫秒，2210时的控制信号为Ao＝25毫秒，2210时的平均流量为X＝450公斤/小时。
1.启动在2200时已执行；2.t＝12(分钟)；3.非O，不重新启动；4.t为2的整倍数，进入控制；5.So＝600(公斤)/60(分钟)×12(分钟)＝120公斤，S＝150公斤；6.X＝150公斤/12分钟×60(分钟/小时)＝750(公斤/小时)；7.X1＝[600(公斤)－150(公斤)]/[60(分钟)－12(分钟)]×60(分钟/小时)＝562.5(公斤/小时)；8.ΔX＝562.5(公斤/小时)－750(公斤/小时)＝-187.5(公斤/小时)；9.Ao＝25(毫秒)，Xo＝450(公斤/小时)，G＝9.6[(公斤/小时)/毫秒)]10.ΔYo＝750－450＝300(公斤/小时)11.Gt＝3000(公斤/小时)/25毫秒＝12[(公斤/小时)/毫秒)]；12.At＝-187.5/
＝-17.8(毫秒)；13.输出一个调向信号为逻辑1、闸门信号宽度为17.8毫秒(低电平)的控制信号给电控器；14.读现在分钟值t1，若仍为12则等待；15.到2213时返回程序起始处。
权利要求
1.一种气固双相流体流量控制技术，其特征在于i)采用直接调节粉体流量的流量调节方式，受控参数是执行器的开口度，直接控制固体粉料流量；ii)采用自学式间歇式控制，即每隔2分钟发一次控制信号，其余时间不控制，控制过程中随时计算出执行器的特性参数Gt，并学入控制计算过程中，以对Gt随时进行校正以达到最佳控制。iii)控制过程中所选的平均流量是一定时间间隔内的平均流量。
2.根据权利要求1所述技术，其特征在于硬件结构采用气固双相流体流量计，通用计算机系统，粉体流量调节执行器及外围设备组成。
全文摘要
本发明提出一种气固双相流体流量控制技术，直接控制粉体流量，采用自学习式间歇式控制，即每隔一定时间间隔进行一次控制，随时计算出执行器的特性参数，并学入控制计算过程中，以对执行器的特性参数进行校正，达到最佳控制。
文档编号G05D7/06GK1122019SQ9411485
公开日1996年5月8日 申请日期1994年8月15日 优先权日1994年8月15日
发明者李晶, 石英, 李正恒, 杨溪林 申请人:冶金工业部自动化研究院