专利摘要

本发明涉及加热炉温度控制技术领域，提供一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置及方法。该装置及方法通过参数设置模块进行参数设置，通过信息采集模块实现对加热炉信息采集，通过主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块计算出主阀和各支阀实际开度，通过主阀与支阀开度动态限幅设定模块，设定对应的动态限幅值，得到不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期主阀最终控制量和各支阀最终控制量。主阀后压力稳压控制模块得到主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量。将主阀最终控制量、各支阀最终控制量和主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量通过控制量下发模块按对应周期下发给各阀门，如此周期控制。

权利要求

1.一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置，其特征在于：包括参数设置模块、信息采集模块、主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块、主阀后压力稳压控制模块和控制量下发模块；

所述参数设置模块用于设置主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块和主阀后压力稳压控制模块这三个模块所需要的控制参数，并将设定的参数传输至这三个模块；

所述信息采集模块完成对加热炉的压力、流量、炉温、阀门实时开度的信息采集，并将采集到的信号输入到主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块、主阀后压力稳压控制模块及保存到储存整个工业过程中检测到的过程数据的数据库；

所述主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块包括用于不同控制周期匹配的双闭环控制的外环控制温度控制器和内环控制温度控制器；所述主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块以计划升温作为外环控制温度设定值，全炉平均温度作为反馈值，由不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制温度控制器计算出主阀开度，不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制周期为，将主阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；以不同控制周期匹配的双闭环控制中外环控制周期内得到的全炉平均温度作为内环控制温度设定值，各炉温区域实际温度作为反馈值，并由燃气流量计检测到的主阀门燃气流量经过流量分配模型，得到各支阀门的流量初始值，设定支阀门的初始开度，设定初始值之后进而由内环控制温度控制器计算出支阀开度，不同控制周期匹配的双闭环控制的内环控制周期为，将支阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；

所述主阀与支阀开度动态限幅设定模块根据加热炉当前计划温度、实际反馈温度、压力、当前不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期主阀开度、当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期支阀开度、当前不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期计划温度、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期内的主阀开度最大变化量、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期内的各支阀开度最大变化量、计划升温变化增量、不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度变化增量及当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度设定值得到主阀开度的上限值和下限值及各支阀开度的上限值和下限值；根据主阀和各支阀开度的上限值和下限值得到主阀和支阀实际开度，并根据主阀实际开度和主阀开度的上下限值得到主阀最终控制量，将主阀最终控制量传给控制量下发模块，根据各支阀实际开度和各支阀开度的上下限值得到各支阀最终控制量，将各支阀最终控制量传给主阀后压力稳压控制模块；

所述主阀后压力稳压控制模块以得到的各支阀最终控制量为基础，根据各支阀当前周期开度、主阀前压力、主阀后压力、支阀后压力、当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期的主管总流量及当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期的主阀开度得到主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量；将各支阀最终控制量和得到的主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量同时传输至控制量下发模块，由主阀来弥补支阀调整时的主阀后压力的变化，由控制量下发模块将主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量下发至主阀门，同时由控制量下发模块将各支阀最终控制量下发至各支阀门；

所述控制量下发模块将主阀最终控制量、各支阀最终控制量和主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量按照对应控制周期通过通讯接口下发到各阀门。

2.根据权利要求1所述的一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置，其特征在于：所述控制参数包括主阀后压力稳定区域上限和下限、主阀和支阀调整周期、主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块中的温度控制器参数、主阀与支阀的流量特性系数、燃气密度、支阀数量和计划升温。

3.根据权利要求1所述的一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置，其特征在于：所述信息采集模块包括压力计、燃气流量计、热电偶及阀门开度检测装置；所述压力计用于测量燃气加热炉主管管道上的主阀前压力和主阀后压力，燃气流量计用于检测主阀门燃气流量，热电偶用于检测加热炉各炉温区域温度，阀门开度检测装置用于检测主阀门和各支阀门开度信号。

4.一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制方法，采用权利要求1所述装置进行优化控制，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过参数设置模块设置主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块和主阀后压力稳压控制模块这三个模块所需要的控制参数；然后判断设置的控制参数是否符合燃气加热炉的实际物理结构和硬件配置规则，若符合，将设置的控制参数传输至主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块和主阀后压力稳压控制模块并执行步骤2，否则提示报警，重新通过参数设置模块设定控制参数，直至符合实际规则；

步骤2、通过信息采集模块中的压力计、燃气流量计、热电偶实时的采集主管管道主阀前压力和主阀后压力、主阀门燃气瞬时流量和各炉温区域温度，通过电动阀的阀门开度检测装置检测主阀门和各支阀门的开度信号，将实时的压力值、流量值、炉温信号和阀门开度值保存到数据库，并提供给主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块，主阀与支阀开度动态限幅设定模块、主阀后压力稳压控制模块，若信号采集错误，或未采集到信号，该信息采集模块进行报警提示，并重新采集；

步骤3、主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块采用主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制方案计算出主阀开度和支阀开度，并将计算的主阀开度和支阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；

以计划升温作为外环控制温度设定值，全炉平均温度作为反馈值，由不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制温度控制器计算出主阀开度，将主阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；以不同控制周期匹配的双闭环控制中外环控制周期内得到的全炉平均温度作为内环控制温度设定值，各炉温区域实际温度作为反馈值，并由燃气流量计检测到的主阀门燃气流量经过流量分配模型，得到各支阀门的流量初始值，设定支阀门的初始开度，设定初始值之后进而由内环控制温度控制器计算出支阀开度，将支阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；

所述流量分配模型的初始化由公式：给出，其中，为主阀门初始总流量，为燃气密度，为阀门流量特性系数，为主阀后压力初始设定值，为第个支阀门的初始开度，，为支阀个数；流量分配模型初始化之后，主管与支管之间的流量关系由主阀后压力和支阀开度确定，由公式：给出，其中，为不同控制周期匹配的双闭环控制中的内环控制第个支阀第周期的输出流量，为第周期主阀后压力，为第个支阀第周期开度；

步骤4、通过主阀与支阀开度动态限幅设定模块根据加热炉当前计划温度、实际反馈温度、压力、第周期主阀开度、第个支阀第周期开度、第周期计划温度、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期内的主阀开度最大变化量、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期内的各支阀开度最大变化量、计划升温变化增量及第周期不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度设定值，第周期不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度变化增量，得到主阀开度的上限值和下限值及各支阀开度的上限值和下限值；根据主阀和各支阀开度的上限值和下限值得到主阀和支阀实际开度，并根据主阀实际开度和主阀开度的上下限值得到主阀最终控制量，将主阀最终控制量传给控制量下发模块，根据各支阀实际开度和各支阀开度的上下限值得到各支阀最终控制量，将各支阀最终控制量传给主阀后压力稳压控制模块；

在不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制周期中，当主阀实际开度满足时，将作为主阀最终控制量传输给控制量下发模块，当主阀实际开度满足时，将作为主阀最终控制量传输给控制量下发模块；当主阀实际开度满足时，将作为主阀最终控制量传输给控制量下发模块；

在不同控制周期匹配的双闭环控制中的内环控制周期中，当支阀实际开度满足时，将作为支阀最终控制量传输给主阀后压力稳压控制模块；当支阀实际开度满足时，将作为支阀最终控制量传输给主阀后压力稳压控制模块；当支阀实际开度满足时，将作为支阀最终控制量传输给主阀后压力稳压控制模块；

步骤5、主阀后压力稳压控制模块根据各支阀最终控制量，在各支阀最终控制量传输到控制量下发模块之前，预先计算得到第周期所有支阀调整后的主阀后压力，再由得到的主阀后压力预先计算出主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量，用来弥补主阀后压力的变化值，使主阀后压力在支阀调整时保持不变；将得到的主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量和支阀的最终控制量同时传输至控制量下发模块；

步骤6、控制量下发模块将主阀最终控制量、各支阀最终控制量和主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量按照对应控制周期通过通讯接口下发到各阀门。

5.根据权利要求４所述的一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制方法，其特征在于：步骤4所述得到的主阀开度的上限值和下限值如下公式所示：

其中，为第周期主阀开度的上限值，为第周期主阀开度的下限值，为第周期内的主管总流量，为阀门流量特性系数，为历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期内的主阀开度最大变化量，为计划升温变化增量，为第周期计划温度，分别为不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制第周期主阀前压力和主阀后压力；

所述得到的各支阀开度的上限值和下限值如下公式所示：

其中，分别为第个支阀第周期开度的上限值和下限值，为第个支阀门的第周期流量，为第周期主管总流量，为第周期内支阀开度之和，为历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期内的第个支阀门开度最大变化量，为第个支阀第周期开度，为第周期主阀后压力，为第周期支阀后压力，为第周期不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度设定值，为第周期不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度变化增量。

6.根据权利要求５所述 的一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制方法，其特征在于：步骤5所述计算出的主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量如下公式所示：

其中，为主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量，为主阀第周期内开度，为第个支阀第周期内开度的截面积，为第个支阀第周期开度，为第个支阀第周期实际开度，为第周期主阀前压力，为第周期主阀后压力，为预先计算得到的第周期所有支阀调整后的主阀后压力。

说明书

技术领域

本发明涉及加热炉温度控制技术领域，尤其涉及一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置及方法。

背景技术

加热炉温度控制过程中，存在升温阶段和保温阶段，在升温阶段需要炉温跟随计划升温进行逐步升温，在保温阶段需要炉温维持当前温度不变。同时，在升温阶段和保温阶段都涉及到压力波动以及其他扰动对流量造成影响，导致炉温受到影响。燃气管道分为主管道和各支管道，主管道控制整个加热炉的管道流量，支管道流量是主管道流量的分流，各支管道之间存在流量相互耦合的问题，主管道与支管道之间存在流量匹配控制问题。

目前，对于加热炉主管与支管流量的控制多采用单一调节方法，例如：主管道阀门根据实时工况采用人工调节，支管道阀门采用计算机控制方法，在实际工业过程中多使用PID控制方法，对单个支管道阀门进行单一控制，支阀门的控制输入值为计划升温设定温度，全炉平均温度作为反馈值。这种调节方法存在的问题是，由于不同的炉温区域存在不同的工况条件，所以全炉的温度均匀性与各支阀门的控制不能构成直接关系；在这种控制方法中，阀门开度限幅设置是根据现场经验进行设定的，限幅设定范围不能够根据升温曲线动态调整，定会造成温度控制的调节时间过长、出现温度震荡等问题；当调节一个支阀门时，会导致主阀后压力变化，进而会影响其他支阀门的流量波动，虽可达到一定控制目的，但控制精度不能够保证，支阀门流量之间的干扰耦合问题不能解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置及方法，以达到对各支管流量的精准控制，使加热炉温度跟随计划温度进行升温并使炉内温度更加均匀。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置，包括参数设置模块、信息采集模块、主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块、主阀后压力稳压控制模块和控制量下发模块；

所述参数设置模块用于设置主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块和主阀后压力稳压控制模块这三个模块所需要的控制参数，并将设定的参数传输至这三个模块；所述控制参数包括主阀后压力稳定区域上限和下限、主阀和支阀调整周期、主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块中的温度控制器参数、主阀与支阀的流量特性系数、燃气密度、支阀数量和计划升温；

所述信息采集模块完成对加热炉的压力、流量、炉温、阀门实时开度的信息采集，并将采集到的信号输入到主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块、主阀后压力稳压控制模块及保存到储存整个工业过程中检测到的过程数据的数据库；

所述主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块包括用于不同控制周期匹配的双闭环控制的外环控制温度控制器和内环控制温度控制器；所述主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块以计划升温作为外环控制温度设定值，全炉平均温度作为反馈值，由不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制温度控制器计算出主阀开度，不同控制周期匹配的双闭环控制中的外环控制周期为 ，将主阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；以不同控制周期匹配的双闭环控制中外环控制周期 内得到的全炉平均温度作为内环控制温度设定值，各炉温区域实际温度作为反馈值，并由燃气流量计检测到的主阀门燃气流量经过流量分配模型，得到各支阀门的流量初始值，设定支阀门的初始开度，设定初始值之后进而由内环控制温度控制器计算出支阀开度，不同控制周期匹配的双闭环控制的内环控制周期为 ，将支阀开度信号量传输至主阀与支阀开度动态限幅设定模块；

所述主阀与支阀开度动态限幅设定模块根据加热炉当前计划温度、实际反馈温度、压力、当前不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期主阀开度、当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期支阀开度、当前不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期计划温度、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制外环控制周期内的主阀开度最大变化量、历史3个不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期内的各支阀开度最大变化量、计划升温变化增量、不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度变化增量及当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制温度设定值得到主阀开度的上限值和下限值及各支阀开度的上限值和下限值；根据主阀和各支阀开度的上限值和下限值得到主阀和支阀实际开度，并根据主阀实际开度和主阀开度的上下限值得到主阀最终控制量，将主阀最终控制量传给控制量下发模块，根据各支阀实际开度和各支阀开度的上下限值得到各支阀最终控制量，将各支阀最终控制量传给主阀后压力稳压控制模块；

所述主阀后压力稳压控制模块以得到的各支阀最终控制量为基础，根据各支阀当前周期开度、主阀前压力、主阀后压力、支阀后压力、当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期的主管总流量及当前不同控制周期匹配的双闭环控制内环控制周期的主阀开度得到主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量；将各支阀最终控制量和得到的主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量同时传输至控制量下发模块，由主阀来弥补支阀调整时的主阀后压力的变化，由控制量下发模块将主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量下发至主阀门，同时由控制量下发模块将各支阀最终控制量下发至各支阀门；

所述控制量下发模块将主阀最终控制量、各支阀最终控制量和主阀开度的下一内环控制周期补偿控制信号量按照对应控制周期通过通讯接口下发到各阀门。

所述信息采集模块包括压力计、燃气流量计、热电偶及阀门开度检测装置；所述压力计用于测量燃气加热炉主管管道上的主阀前压力和主阀后压力，燃气流量计用于检测主阀门燃气流量，热电偶用于检测加热炉各炉温区域温度，阀门开度检测装置用于检测主阀门和各支阀门开度信号。

另一方面，本发明还提供一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过参数设置模块设置主阀与支阀温度不同控制周期匹配的双闭环控制模块、主阀与支阀开度动态限幅设定模块和主

一种燃气加热炉主管和支管流量匹配优化控制装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。