[发明专利]流量控制阀的控制方法和控制系统

说明书

技术领域

本发明总地涉及对控制阀进行控制，具体涉及对控制液流或气流的控制阀进行控制。

背景技术

控制阀一般用于不同管道和处理中的液流或气流的连续控制。在像纸浆和纸、炼油、石化和化学工业那样的加工工业中，安装在工厂管系中的不同类型的控制阀控制处理中的材料流。材料流可以包含像流体、溶液、液体、气体和蒸汽那样的任何流体材料。控制阀通常与致动器连接，致动器将阀门的关闭元件移动到全开位置与全闭位置之间的期望的打开位置。致动器可以是例如柱形活塞。至于致动器，其部件通常受阀门定位器或阀门导向器控制，阀门定位器或阀门导向器按照来自控制器的控制信号，控制控制阀的关闭元件的位置，因此控制处理中的材料流。

这些处理受控制回路/电路控制。控制回路或电路例如由受控制的处理管道、控制阀、测量传感器和发送器、和控制器组成。控制器以例如模拟电流信号或数字控制消息的形式将控制信号给予控制阀。测量传感器测量受控变量，并且将获得的测量产物反馈到控制器，在控制器中将它与给定参考值相比较。根据差变量，控制器计算控制阀的控制量。通常，控制器以这样的方式起作用，即，通过像PI或PID算法那样的适当控制算法使差变量最小。通常，在安装或工作期间针对每个阀门调整这个控制算法。

利用控制阀实现的已知流量控制包含由控制阀、控制器和流量指示器组成的实体。PID或PE类型的控制器接收流量设置点Q_sp和测量的流量Q_m。在PID控制算法中，假设控制阀是线性的，即，流量线性地依赖于控制信号，这也称为线性安装特性。当控制阀是线性的时，控制器参数P、I和D可以是固定值。安装的控制阀的流量增益dQ/dα(Q＝流量，α＝阀门开度)在这种状态下必须是常数，以便使控制阀在受控的整个流动区中以稳定方式和误差尽可能小地工作。

实际上，由于阀门的自然特性、阀门的扩大、管道损耗和泵浦曲线，安装在处理管道中的控制阀的特性是非线性的。换句话说，对于不同阀门开度，流量增益在处理条件下变化相当大。在这种情况下，PID控制器增益应该总是被改变以适应每个工作点，以便达到好的流量控制。另一个问题是安装特性的斜率在控制阀的相同工作点上不保持恒定，而是变化的，例如，当与管道连接的其它控制元件正在进行控制操作时。由于稳定性的原因，必须常常按照阀门的最高流量增益和处理条件设置控制器参数，并且，当发生变化时，在较低流量增益的区域中，由于控制的缓慢性，受控的流量长时间存在误差。为了缓解这个问题，可以通过控制器的列表增益补偿按照流量规则变化的流量增益。实际上，难以求出列表值，并且它们不能用于补偿随机变化处理条件。

芬兰专利FI53047公开了利用阀门的C_v(流量系数)曲线对控制阀进行控制。在这种已知的解决方案中，测量阀门开度和阀门两端的压降Δp。将这些值读到控制单元中，在控制单元中将阀门的C_v曲线存储成封闭构件的位置的函数。当Q＝Q_sp，G＝材料流的相对密度和N＝常系数时，通过使用已知流量方程

Q=N*Cv*Δp/G---(1)]]>

控制单元解出所需C_v值，并且，通过利用C_v曲线，解出封闭构件的所需位置。阀门的C_v曲线、阀门开度的测量结果和阀门两端的测量压降的不精确性表现为受控流中的永久误差。专利FI 53047的方程使用了系数k_v，它的值可以是例如k_v＝0.857×C_v。系数k_v与本文使用的参数C_v之间的差异在于使用的单位。

发明内容

本发明的目的是改善控制阀进行的流量控制。

本发明的目的通过描述在所附独立权利要求中的方法和系统实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。