[發明專利]氣液兩相流管道控制裝置及控制方法

無效

• 申請號: 201110323931.1
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102393642A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 馮健;朱晗;劉金海;盧森驤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于無線控制裝置領域，特別涉及一種氣液兩相流管道控制裝置及控制方法。

背景技術

氣液兩相流流動是指在同一流動體系中，同時存在氣相和液相兩種流動介質的流動現象，它是多相流動現象中最為常見的類型之一。氣液兩相流根據組分、流動環境、流動狀態等可分成各種類型。如根據物質組分的不同，氣液兩相流可分為單組分氣液兩相流(氣液兩相的組分為同種物質)，如水蒸氣-水兩相流(又稱氣液兩相流)和雙組分氣液兩相流(氣液兩相流的組分為兩種不同的物質，如空氣-水兩相流等)；根據流動環境的不同，氣液兩相流又可分為管內氣液兩相流和管外氣液兩相流等等。而氣液兩相管流(即管內氣液兩相流)在工業過程中更為常見，應用更為廣泛。

目前，現有的氣液兩相流管道監控系統中使用的測控裝置均使用傳統的有線裝置，機動性、便利性均較差，布線成本高，而且有極大的安全隱患，極易發生觸電、火災等安全事故。

其主要有如下缺點：

(1)安全隱患大，傳輸線容易發生觸電、火災等安全事故；

(2)布線成本高，裝潢費用大；

(3)施工復雜，由于傳輸線往往經過墻壁或者掛在墻壁上，因此在建筑物建設的時候就要布線，在生產過程中新增加通信點十分不方便；

(4)機動性、便利性差，通信點搬遷或更改后需要重新布線。

針對現有的氣液兩相流管道監控系統采用的控制方法多是傳統的PID控制，而隨著科技的進步和對控制品質要求的提高，傳統PID控制技術的缺陷越來越凸現出來。PID的缺陷，概括起來就是信號處理太簡單、未能充分發揮其優點，具體說來，有四個方面：

(1)產生誤差的方式不太合理

控制目標V在過程中可以“跳變”，但是被控對象Y輸出的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量Y來跟蹤能夠跳變的變量V，初始誤差很大，易引起超調，很不合理。

(2)誤差的微分信號的產生沒有太好的辦法

由于微分器物理不可實現，只能近似地來實現。

(3)誤差積分反饋的引入有很多負作用

在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統響應的準確性，但同時誤差積分反饋的引入，使閉環變得遲鈍，容易產生振蕩，易產生由積分飽和引起的控制量飽和。

(4)線性組合不一定是最好的組合方式

PID控制器給出的控制量是誤差的現在、過去、將來三者的線性組合。大量工程實踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否在非線性領域找到更合適的組合方式是值得探索的。

發明內容

針對現有裝置存在的不足，本發明提出一種氣液兩相流管道控制裝置及控制方法，以達到使管道控制的調節時間更短，控制精度更高，抗干擾能力更強，魯棒性更好的目的。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明氣液兩相流管道控制裝置，包括：壓力變送器、流量變送器、PLC控制器、水泵、異步電動機、變頻器、下位機和上位機，其中，所述的下位機包括顯示器、微處理器和鍵盤，其中，所述的微處理器還包括有控制臺輸入輸出端口，所述的上位機包括PC機，此外，所述的下位機還包括第一ZigBee無線接收模塊，所述的上位機還包括第二ZigBee無線接收模塊，其連接關系如下：壓力變送器采集端固定在氣液兩相流管道上，流量傳感器采集端固定在氣液兩相流管道上，壓力變送器的輸出端連接PLC控制器的第一輸入端，流量傳感器的輸出端連接PLC控制器的第二輸入端，PLC控制器的通訊接口連接控制臺輸入輸出端口的通訊接口，PLC控制器的第一輸出端連接變頻器的輸入端，變頻器的輸出端連接異步電動機的輸入端，異步電動機的輸出端連接水泵的輸入端，水泵的輸出端固定在氣液兩相流管道進站端，所述的上位機與下位機通過ZigBee無線接收模塊進行通訊，其中，第一ZigBee無線接收模塊的輸入輸出端連接微處理器，第二ZigBee無線接收模塊的輸入輸出端連接PC機。

一種氣液兩相流管道控制方法，采用上述氣液兩相流管道控制裝置，按以下步驟進行：

步驟1：下位機的微處理器通過控制臺輸入輸出端口采集壓力數據和流量數據；

步驟2：將步驟1采集的數據傳遞給上位機，由上位機對采集的數據進行處理，計算變頻器頻率輸出值，采用改進的自抗擾控制方法進行控制，公式如下：

二階跟蹤微分即安排過渡過程的輸出為