矿井气稳定热值供应装置控制系统程序设计.pdf

第 3 3卷第 1 1 期 2 0 1 3年 1 1月 煤 气 与 热 力 GAS＆ HEAT Vo 1 ． 3 3 No ．1 1 NO V ．2 01 3 矿井气稳定热值供应装置控制系统程序设计 黎延志 ， 于江华 ， ．_-v - N ， 杨 旭 ， 徐 方 ， 罗兴 月 1 ． 安徽省天然气开发股份有 限公 司， 安徽 合肥 2 3 0 0 1 1 ；2 ． 中交煤气热力 研 究设计院有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 6 ；3 ． 沈阳鼓风机集团 股份有限公 司，辽宁 沈阳 1 1 0 8 6 9 摘要 针对 目前控制矿井气热值 的方法及程序在实际应用中经常出现死循环等技术问题 ， 分析 了基于 P I D分程控制的控制方案和程序设计。 关键词 矿井气； P I D分程控制 ； 控制 系统； P L C； 掺混 ； 热值调节 中图分类号T U 9 9 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 0 4 4 1 6 2 0 1 3 1 1 0 B 1 7 0 2 目前 ， 控制矿井气热值的方法及程序在实际应 用 中经常出现死循环等技术 问题 ， 无法保证系统的 正常运行 ， 严重影 响了矿井气 的大规 模商业应用 。 因此 ， 该行业急需一种先进而稳定 的控制矿井气热 值的系统程序来保证正常运行 J 。 1 控制 系统程序方案设计 1 ． 1 控 制 要求 系统根据对原料矿井气热值进行在线监测， 判 断其属于 3种工作状态中的哪一种 ， 然后开启相应 的回路进行 自动调控 。3种工作状态如下 ①当矿井气的低热值高于 1 9 ． 2 6 MJ ／ m 时， 在矿井气 中掺 混适量 的空气 ， 使 混合 气热 值达 到 l 8 ． 8 4 M J ／ m ， 供用户使用 ； ②当矿井气 的低热值在 1 8 ． 4 2～l 9 ． 2 6 MJ ／ 1T I 范围时 ， 矿井气不做调节 ， 直接供用户使用。 ③当矿井气低热值低于 1 8 ． 4 2 MJ ／ m 时 ， 在 矿井气 中掺混适量 的天然气 ， 使混合气 的热值达到 1 8 ． 8 4 M j ／ m ， 供用户使用。 1 ． 2控制系统程序方案确立 针对控制系统的控制要求及现 阶段控制程序存 在 的问题 ， 经过多方调研 ， 决定利用 P I D分程控制方 法设计一套 自动化程度高， 具有 良好的抗干扰性 、 可 扩展性及不存在死循环的控制系统程序 。 2 主程序设计 系统软件编程 由 P L C编程和上位机编程两部 分组成 ， 分别采用 S T E P 7 V 5 ． 3和 WI N C C 6 ． 0软件。 2 ． 1 P l D分程控制设计 一 般来说 ， 一 台控制器 的输出仅操作一个控制 阀。若一台控制器操纵几个 阀门， 并且按输 出信号 的不 同区间去操纵不 同的阀 门， 这种控制方式习惯 上称为分程控制。 分程控制有两方面的 目的 一是扩大控制阀的 可调范围， 以改善控制系统的品质 ； 二是满足工艺操 作上的特殊要求 J 。 同时 ， 为了避免执行机构频繁动作而造成死循 环 ， 针对该系统的生产过程被控变量不严格要求控 制在给定值上 ， 允许在规定的范围内变化这一特点 ， 决定在该 系统 中， 采用 带有不灵 敏 区 即死 区 的 P I D算式进行分程控制 。 2 ． 2 系统的程序设计 控制系统的关键程序一是掺混前的复杂逻辑判 断 ， 二是 电动 比例阀的 P I D调节。逻辑 判断在系统 主程序模块 中编制 ， P L C周期性扫 描执行该程序 。 掺混后的气体热值与阀口开度的关系受到矿井气热 值 、 管网压力等因素的影响， 没有明确的数学函数关 系， 是非线型的。为 了能使 控制 目标实现且程序算 法计算量小 ， 系统采用 了分程控制的方法 ， 对于不 同 热值范 围内矿井气采用分段 比例阀控制 ， 即控制对 象在某个范围内时 ， 采用对应的 P I D算法 ， 控制某特 定 的电动调节阀。若控制对象大范围改变则改变控 B 1 7 第3 3 卷第1 1 期 煤 气 与 热 力 制 回路 ， 同时将其他各个电动调节 阀关 闭。各个电 动调节阀的 P I D控制器参数不 同， 执行 P I D控制程 序前需要判断所控制的对象。 同时 ， 采用结构化编程技术编制 P I D调节 阀口 开度的子程序 ， 通过调用不 同的子程序背景数据块 实现控制不同阀的 目的。结构化编程将复杂的自动 化任务分解为能够反 映过程的工艺 、 功能或可反复 使用的小任务 ， 这些任务由相应的程序块来表示 ， 程 序运行所需的大量数据和变量储存在数据块中。 具体应用到该系统 3种工作状态中的程序控制 如下 当原料气矿井气低热值大于 1 9 ． 2 6 MJ ／ m 时， 热值不符合输 出使用要 求， 需混合一定 比例 的空气 来降低热值 ， 应用带死区的 P I D调节空气 回路中电 动调节阀的开度。由于应用了带有死区的 P I D控制 方法 ， 因此有效避免了死循环控制的出现 ， 使整个掺 混过程得以顺利进行。在输出信号发出前再对混合 器热值进行一次测量， 如符合要求则输 出； 如不符合 要求 ， 则重新进行控制调节 ， 直到最终符合要求后输 出。其 中符合 输 出要求 的低 热值 给定值 为 1 8 ． 8 4 M J ／ m ， 误差值为 0 ． 4 2 M J ／ m 。 当原料气矿井气的低热值在 大于或等于 1 8 ． 4 2 M J ／ m 而小于或等于 1 9 ． 2 6 M J ／ m 。 这一区间时 ， 就 认为矿井气质量合格 ， 不需调节 ， 可 以直接通过混合 器输出。 当原料气矿井气低热值小于 1 8 ． 4 2 MJ ／ m 时 ， 热值不符合输出使用要求 ， 需混合一定 比例的天然 气来提高热值。应用带死区的 P I D调节天然气 回路 中电动调节阀的开度。由于应用 了带有死区的 P I D 控制方法 ， 因此有效避免了死循环控制的出现， 使整 个掺混过程得以顺利进行。在输 出信号发出前再对 混合器热值进行一次测量 ， 如符合要求则输出； 如不 符合要求则重新进行控制调节 ， 直到最终符合要求 后输 出。其 中符 合输 出要求 的低 热 值 给定 值 为 1 8 ． 8 4 MJ ／ m ， 误差值为 0 ． 4 2 MJ ／ m 。 在“ 误差信 号处理” 中经过控制死区限定 ， 交由 “ P I D算法” 处理， 其输 出值经过再次线性处理和限 幅， 以实数形式或模拟量模板认可的形式输出。在 处理过程中， 还可以选择手动模式 ， 以设定的手动值 作为控制器输 出。 2 ． 3 控制系统的先进性 本装置的控制系统 ， 采用了具有精简指令系统 、 低成本和高可靠性的 P L C， 使控制系统简单 、 实用 ， 用 P I D分程控制作为调节方式 ， 软件系统采用组件 化技术 ， 具备 了极好 的开放性 。该系统本身提供了 标准的数据接 口， 可以与其他应用系统进行对接 ， 为 整个应用系统的集成提供了良好的架构。 3 结论 本装置控制系统成功地解决了矿井气 的稳定热 值供应装置 自动控制系统程序死循环控制的问题。 采用 P I D分程控制对电动调节阀进行调节 ， 实现输 出热值稳定的燃气。该程序参数整定方便 ， 结构改 变灵活， 适应性强 ， 稳定性好 ， 可靠性高。 参考文献 [ 1 ] 范根庆 ， 万天培 ， 彭贵银．天府矿务局瓦斯资源和利用 [ J ] ．煤气与热力 ， 1 9 9 4 ， 1 4 9 6 6 7 2 ． [ 2 ] 刘坤， 王爱华， 张延军， 等．低压瓦斯气回收系统 自动 控制方案[ J ] ．石油化工 自动化 ， 2 0 0 4 5 1 0 61 0 9 ． [ 3 ] 陈楫国， 李秀芝．炼厂瓦斯气的回收利用及自动控制 [ J ] ． 节 能， 2 0 0 1 6 3 43 8 ． [ 4 ] 胡玉新， 李字成． 模糊控制系统的模拟调试[ J ] ．北方 工业大学学报 ， 1 9 9 9 3 5 0 5 4 ． Pr o g r a mmi n g o f Co nt r o l Sy s t e m f o r M i ne Ga s Su pp l y De v i c e S t a b l e Ca l o r i fic Va l u e L I Ya n z h i ，YU J i a n g h u a，WAN G Y u n g e ， YANG Xu，XU F a n g，LUO Xi n g y u e Ab s t r a c t I n v i e w o f i n fi ni t e l o o p a n d o t h e r t e c h n i c a l p r o b l e ms i n t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f me t h o d s a n d pr o g r a ms t o c o n t r o l t h e mi n e g a s c a l o r i f i c v a l He，t h e c o n t r o l s c h e me a n d p r o g r a mmi n g b a s e d o n t h e PI D s p l i t r a n g e c o n t r o l a r e a n a l y z e d． Ke y wo r d s mi n e g a s；PI D s p l i t r a n g e c o n t r o l ； c o n t r o l s y s t e m 9p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P L C ； b l e n d i n g ； c a l o r i fi c v a l u e a d j u s t m e n t 作者简介 黎延志 1 9 6 5一 ， 男， 吉林省吉林市人， 高级 工程师， 大学 ， 主要从事城镇燃气基础研究及施 工工作 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 l 一1 9 ； 修 回日期 2 0 1 3 0 8 2 9 B 1 8