[发明专利]一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法

说明书

技术领域

本发明属于天然气管道分输技术领域，特别涉及一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法。

背景技术

在西气东输天然气管道多数分输站中，调压系统通常采用调压撬，由安全截断阀、监控调压阀和工作调压阀三部分组成，压力设定值按梯度设置，其中安全截断阀的最高，工作调压阀的最低。通常采用站控PLC系统的PID程序对电动调节阀进行控制，电动执行机构接收来自PLC系统的信号（如4-20mA），然后驱动阀门改变开度来控制管道内天然气的流量、压力。在实际天然气分输过程中，对象模型多变，用户用气量波动性较大，具有随机性。面对复杂多变的工况，尤其对于那些与下游门站距离短、管径细的分输站，由于管容小，用气压力波动剧烈，PLC系统的PID控制无法适应现场需要，造成电动调节阀波动频繁，无法实现向下游的平稳供气。

针对上述情况，2009年在西气东输一线个别站场安装了PID多回路控制器MOD30ML，通过PID回路设计和软件编程，实现了电动调节阀的调节控制及调压系统的优化运行。MOD30ML多回路控制器根据采集的电动调节阀的进出口压力信号、电动调节阀的阀位信号和安全截断阀的阀门关断信号，再通过预先编制的应用软件进行PID运算，完成对电动调节阀阀门开度的控制。

但采用多回路控制器对电动调节阀进行控制，也存在一些不足之处：

1、在使用过程中需要进行仪表回路接线修改，增加额外硬件，如信号分配器，以便同时保证PLC系统对电动调节阀的控制功能；

2、不能对PLC系统PID控制的PID参数进行自整定；

3、可移植性不够强，更换一种控制器后，调试不能够直接移植过去使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备及其方法，解决了现有技术中需要多次调整电动调节阀动作的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种天然气管道分输电动调节阀的控制设备，包括数据采集装置、数据处理器、控制装置和输出器；

其中，所述数据采集装置用于通过PLC控制站采集的现场数据；

所述数据处理器用于对所述现场数据进行数据滤波，得到实时数据；

所述控制装置用于根据所述实时数据和控制参数，得到电动调节阀的控制量；

所述输出器根据所述电动调节阀的控制量对所述电动调节阀的控制量限幅或限流后，通过所述PLC控制站控制所述电动调节阀的阀位开度。

进一步地，所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算辨识参数单元、计算阶跃响应系数和系数矩阵单元、计算期望压力轨迹单元、计算开环预测输出单元和计算调节阀阀位开度增量单元；

所述计算调节阀出口压力值单元根据当前时刻内多个所述现场数据的电动调节阀的出口压力采样值，计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值和上两时刻的调节阀出口压力值；

所述计算辨识参数单元根据所述上一时刻的调节阀出口压力、所述上两时刻的调节阀出口压力、上一时刻的调节阀阀位开度增量、上两时刻的调节阀阀位开度增量、上三时刻的调节阀阀位开度增量和所述遗忘因子，计算得到当前时刻的辨识参数；

所述计算阶跃响应系数和系数矩阵单元根据所述当前时刻的辨识参数和所述预测步长，计算得到阶跃响应系数和系数矩阵；

所述计算期望压力轨迹单元根据所述当前时刻的调节阀出口压力值、所述调节阀出口参考压力和所述柔化因子，计算得到期望压力轨迹；

所述计算开环预测输出单元根据所述当前时刻调节阀出口压力值、所述上一时刻的调节阀阀位开度增量、所述上两时刻的调节阀阀位开度增量、所述上三时刻的调节阀阀位开度增量、所述预测步长和所述阶跃响应系数，计算得到开环预测输出；

所述计算调节阀阀位开度增量单元根据所述系数矩阵、所述期望压力轨迹和所述开环预测输出，计算得到当前时刻的调节阀阀位开度增量，根据上一时刻电动调节阀的控制量和所述当前时刻的调节阀阀位开度增量，计算得到当前时刻的电动调节阀的控制量。

进一步地，所述控制装置包括计算调节阀出口压力值单元、计算偏差值单元、计算偏差变化率单元、计算积分系数单元、计算比例增益值单元、计算调节阀阀位开度增量单元和计算电动调节阀的控制量单元；

所述计算调节阀出口压力值单元根据一个时刻内多个所述电动调节阀的出口压力采样值，分别计算得到当前时刻的调节阀出口压力值、上一时刻的调节阀出口压力值、上两时刻的调节阀出口压力值和当前时刻的调节阀入口压力值；