本發(fā)明屬于壓縮空氣供給與工業(yè)過程控制領(lǐng)域，更具體的涉及一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

壓縮空氣系統(tǒng)是指大氣壓力的空氣被壓縮并以較高的壓力輸給氣動(dòng)系統(tǒng)。壓縮空氣工業(yè)包括氣源設(shè)備空氣壓縮機(jī)(空壓機(jī))、后處理設(shè)備、儲(chǔ)氣罐、輸送管網(wǎng)以及管道末端氣動(dòng)設(shè)備。

現(xiàn)有的氣動(dòng)技術(shù)中，空壓機(jī)壓力設(shè)定值采用手動(dòng)進(jìn)行設(shè)定，為滿足末端氣動(dòng)設(shè)備壓力流量需求，往往將壓力設(shè)定值長(zhǎng)期設(shè)定為較高的設(shè)定值，從而使空壓機(jī)長(zhǎng)期處于處于較高負(fù)荷狀態(tài)，造成極大的能源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置及方法，可以降低壓縮空氣系統(tǒng)總管運(yùn)行壓力和空壓機(jī)負(fù)載壓力，從而降低了能源浪費(fèi)，減少資源消耗。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法，包括：

通過壓力計(jì)獲取主管壓力值，N條支管壓力值和N條支管流量值，對(duì)所述主管壓力值，N條支管壓力值和N條支管流量值分別進(jìn)行濾波，確定主管濾波壓力值，N條支管濾波壓力值和N條支管濾波流量值；其中，一條支管上設(shè)置一個(gè)支管壓力計(jì)和一個(gè)流量計(jì)；

對(duì)多組所述主管濾波壓力值和多組所述N條支管濾波壓力值進(jìn)行歸一化處理，確定主管歸一化壓力值和N條支管歸一化壓力值；

將所述主管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(1)確定第一時(shí)間段主管平均壓力值和第二時(shí)間段主管平均壓力值；將所述N條支管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(2)確定第一時(shí)間段N條支管平均壓力值和第二時(shí)間段N條支管平均壓力值；

根據(jù)所述第一時(shí)間段主管平均壓力值，所述第二時(shí)間段主管平均壓力值，所述第一時(shí)間段N條支管平均壓力值，所述第二時(shí)間段N條支管平均壓力值，通過公式(3)確定壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

當(dāng)所述壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性為1時(shí)，根據(jù)第一類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式和最小二乘法確定N條支管的特性系數(shù)；

根據(jù)所述N條支管的特性系數(shù)和N條支管壓力目標(biāo)下限值，通過公式(4)確定氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值；

將所述氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值和總管壓力值進(jìn)行比較，確定總管壓力偏差量，根據(jù)所述總管壓力偏差量和切換控制條件之間的大小關(guān)系，確定通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力值控制所述主管壓力值；或者確定通過調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥的開度控制所述主管壓力值；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，為第一時(shí)間段主管平均壓力值，Pm^*(i)為主管歸一化壓力值， 為第二時(shí)間段主管平均壓力值，為第一時(shí)間段N條支管平均壓力值，為第二時(shí)間段N條支管平均壓力值，Pl*(i)為支管歸一化壓力值，S為壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，k為穩(wěn)定閾值，取值范圍0.02～0.05，P_best為氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值；Ps(l)為系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)對(duì)應(yīng)的最小總管壓力值，N為所述第一支管對(duì)應(yīng)的數(shù)量值，n表示采集次數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置，包括：空壓機(jī)，主管直通管道，智能調(diào)節(jié)閥，主管壓力計(jì)，和控制模塊；

所述空壓機(jī)和所述主管直通管道連接，所述主管直通管道上設(shè)置所述智能調(diào)節(jié)閥，所述主管直通管道與所述主管壓力計(jì)和至少一條支管連接；

第一支管上依次設(shè)置第一支管流量計(jì)和第一支管壓力計(jì)；

所述控制模塊包括壓力優(yōu)化給定單元和過程實(shí)時(shí)控制單元；

所述壓力優(yōu)化給定單元包括參數(shù)設(shè)置模塊，過程數(shù)據(jù)采集模塊，平穩(wěn)性分析模塊，支路管道特性計(jì)算模塊和優(yōu)化設(shè)定模塊；所述過程實(shí)時(shí)控制單元包括切換控制模塊，空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊和智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊；

所述參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置節(jié)能優(yōu)化初始參數(shù)；所述過程數(shù)據(jù)采集模塊與所述第一支管流量計(jì)，所述第一支管壓力計(jì)和所述主管壓力計(jì)電聯(lián)接，用于獲取主管壓力值，第一支管壓力值和第一支管流量值；所述平穩(wěn)性分析模塊和所述支路管道特性計(jì)算模塊分別用于根據(jù)所述主管壓力值，所述第一支管壓力值和所述第一支管流量值，在壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，通過平穩(wěn)性分析輸出系統(tǒng)，確定所述第一支管的管道特性系數(shù)；所述優(yōu)化設(shè)定模塊用于根據(jù)所述第一支管的管道特性系數(shù)和所述節(jié)能能優(yōu)化初始參數(shù)，確定氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值；

所述切換控制模塊用于獲取所述主管壓力值和所述智能調(diào)節(jié)閥的當(dāng)前開度值，根據(jù)所述主管壓力值，所述當(dāng)前開度值和所述節(jié)能能優(yōu)化初始參數(shù)之間的大小關(guān)系，確定與所述空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊連接或者與所述智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊連接；所述空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)所述空壓機(jī)的壓力設(shè)定值；所述智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊用于調(diào)節(jié)所述智能調(diào)節(jié)閥的開度值。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置，在壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)氣源壓力控制中，氣源管道壓力長(zhǎng)期處于偏高狀態(tài)存在增加系統(tǒng)能量消耗的問題，本文提出基于氣源總管壓力最優(yōu)的氣源管道壓力優(yōu)化節(jié)能控制裝置及方法，通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力設(shè)定值對(duì)主管壓力進(jìn)行粗調(diào)，同時(shí)控制調(diào)節(jié)閥在70％—90％開度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓力的小偏差精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，避免了調(diào)節(jié)閥對(duì)閥前壓力的顯著影響，整體裝置和方法解決了氣源管道壓力長(zhǎng)期處于較高壓力狀態(tài)造成能源較大浪費(fèi)的問題，達(dá)到了氣源管道壓力的優(yōu)化精準(zhǔn)控制，同時(shí)降低了空壓機(jī)的運(yùn)行負(fù)載壓力，具有良好的節(jié)能效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供了一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的控制模塊包括的壓力優(yōu)化給定單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明是實(shí)施例提供的控制模塊包括的過程實(shí)時(shí)控制單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是 全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示例性示出本發(fā)明實(shí)施例提供了一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法流程示意圖，圖2例性示出本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；該方法和裝置可以應(yīng)用在壓縮空氣供給與工業(yè)過程控制領(lǐng)域。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

步驟101，通過壓力計(jì)獲取主管壓力值，N條支管壓力值和N條支管流量值，對(duì)所述主管壓力值，N條支管壓力值和N條支管流量值分別進(jìn)行濾波，確定主管濾波壓力值，N條支管濾波壓力值和N條支管濾波流量值；其中，一條支管上設(shè)置一個(gè)支管壓力計(jì)和一個(gè)流量計(jì)；

步驟102，對(duì)多組所述主管濾波壓力值和多組所述N條支管濾波壓力值進(jìn)行歸一化處理，確定主管歸一化壓力值和N條支管歸一化壓力值；

步驟103，將所述主管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(1)確定第一時(shí)間段主管平均壓力值和第二時(shí)間段主管平均壓力值；將所述N條支管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(2)確定第一時(shí)間段N條支管平均壓力值和第二時(shí)間段N條支管平均壓力值；

步驟104，根據(jù)所述第一時(shí)間段主管平均壓力值，所述第二時(shí)間段主管平均壓力值，所述第一時(shí)間段N條支管平均壓力值，所述第二時(shí)間段N條支管平均壓力值，通過公式(3)確定壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

步驟105，當(dāng)所述壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性為1時(shí)，根據(jù)第一類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式和最小二乘法確定N條支管的特性系數(shù)；

步驟106，根據(jù)所述N條支管的特性系數(shù)和N條支管壓力目標(biāo)下限值，通過公式(4)確定氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值；

步驟107，將所述氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值和總管壓力值進(jìn)行比較，確定 總管壓力偏差量，根據(jù)所述總管壓力偏差量和切換控制條件之間的大小關(guān)系，確定通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力值控制所述主管壓力值；或者確定通過調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥的開度控制所述主管壓力值；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，為第一時(shí)間段主管平均壓力值，Pm^*(i)為主管歸一化壓力值， 為第二時(shí)間段主管平均壓力值，為第一時(shí)間段N條支管平均壓力值，為第二時(shí)間段N條支管平均壓力值，k維穩(wěn)定閾值，取值范圍0.02～0.05，P_best為氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值；Ps(l)為系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)對(duì)應(yīng)的最小總管壓力值，N為所述第一支管對(duì)應(yīng)的數(shù)量值，n表示采集次數(shù)。

在對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法介紹之前，先結(jié)合圖2，圖3和圖4，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置進(jìn)行說明。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的控制模塊包括的壓力優(yōu)化給定單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明是實(shí)施例提供的控制模塊包括的過程實(shí)時(shí)控制單元結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置，包括：空壓機(jī)101，儲(chǔ)氣罐102，主管直通管道103，逆止閥104，第一手動(dòng)調(diào)節(jié)閥105，智能調(diào)節(jié)閥106，第二手動(dòng)調(diào)節(jié)閥107，主管壓力計(jì)108，旁通管道109和旁通閥110，氣體入口端111，氣體出口端112和控制模塊113。

具體地，空壓機(jī)101和主管直通管道103之間連接有儲(chǔ)氣罐102，主管直通管道103和儲(chǔ)氣罐102連接的一端設(shè)置有氣體入口端111，管直通管道103的另一端設(shè)置氣體出口端112，在氣體出口端112上分別與主管壓力計(jì)108和至少一條支管連接。

具體地，在主管直通管道103上依次設(shè)置第一手動(dòng)調(diào)節(jié)閥105，逆止閥104，智能調(diào)節(jié)閥106，第二手動(dòng)調(diào)節(jié)閥107。

進(jìn)一步的，在主管直通管道103的氣體入口端111上還連接有旁通管道109，該旁通管道109的另一端與主管直通管道103的氣體出口端112連接，并且在旁通管道109上還設(shè)置旁通閥110。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置所包括的支管的數(shù)量可以有多條，在本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)支管的具體數(shù)量不做限定。以下以第一類支管為例，介紹本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種壓縮空氣工業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制裝置，其中，第一類支管可以包括多條支管。

具體地，第一類支管114上依次設(shè)置第一類支管流量計(jì)115和第一類支管壓力計(jì)116。第一類支管流量計(jì)115和第一類支管壓力計(jì)116的輸出端以及主管壓力計(jì)108的另一端分別與控制模塊113的輸入端聯(lián)接；控制模塊的輸出端與空壓機(jī)101和智能調(diào)節(jié)閥106電聯(lián)接。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的控制模塊113包括壓力優(yōu)化給定單元和過程實(shí)時(shí)控制單元。

如圖3所示，該壓力優(yōu)化給定單元包括參數(shù)設(shè)置模塊201，過程數(shù)據(jù)采集模塊202，平穩(wěn)性分析模塊203，支路管道特性計(jì)算模塊204和優(yōu)化設(shè)定模塊205。

在步驟101之前，需要先進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，其中，需要設(shè)置的初始參數(shù)包括支管壓力目標(biāo)下限值、智能調(diào)節(jié)閥開度最大值、智能調(diào)節(jié)閥開度最小值、切換控制條件值、空壓機(jī)設(shè)定壓力上限值、空壓機(jī)設(shè)定壓力下限值。

在實(shí)際應(yīng)用中，參數(shù)設(shè)置模塊201用于設(shè)置節(jié)能優(yōu)化初始參數(shù)；在本發(fā)明實(shí)施例中，可以將參數(shù)設(shè)置模塊201設(shè)置的氣源總管壓力下限值設(shè)定為Pm_down；第一類支管壓力目標(biāo)下限值設(shè)定為P_down(l)(l＝1,2,…,N)，其中，N為第一類支管包括的支管的個(gè)數(shù)；智能調(diào)節(jié)閥開度最大值設(shè)定為L(zhǎng)_max；智能調(diào)節(jié)閥開度最小值設(shè)定為L(zhǎng)_min；空壓機(jī)設(shè)定壓力上限值設(shè)定為Pset_max；空壓機(jī)設(shè)定壓力下限值設(shè)定為Pset_min；切換控制條件值設(shè)定為β；

在步驟101中，通過設(shè)置在主管上的壓力計(jì)獲取主管的壓力值。設(shè)置在支管上的支管壓力計(jì)和支管流量計(jì)分別獲取支管的壓力值和支管的流量值，由于在實(shí)際應(yīng)用中，一條支管上設(shè)置一個(gè)支管壓力計(jì)和一個(gè)流量計(jì)，即N條支管上的設(shè)置的N個(gè)支管壓力值和N個(gè)支管流量值，分別獲取N條支管的N條支管壓力值和N條支管流量值。

進(jìn)一步地，對(duì)連續(xù)M次獲取到的主管壓力值，N條支管壓力值和N條支管流量值分別采用公式(10)進(jìn)行濾波，確定主管濾波壓力值，N條支管濾波壓力值和N條支管濾波流量值。

其中，公式(10)如下所示：

公式(10)中，Pm為主管濾波壓力值，P_l為N條支管濾波壓力值，Q_l為N條支管濾波流量值，P_Z^(l)為N條支管壓力值，Q_Z^(l)為N條支管流量值，P₁為主管壓力值。

在實(shí)際應(yīng)用中，過程數(shù)據(jù)采集模塊202與第一類支管流量計(jì)115，第一類支管壓力計(jì)116和主管壓力計(jì)108電聯(lián)接，用于獲取第一類支管流量計(jì)115感測(cè)到的第一類支管的第一類支管流量值，第一類支管壓力計(jì)116感測(cè)到的第一類支管的第一類支管壓力值，主管壓力計(jì)108感測(cè)到的主管壓力值；數(shù)據(jù)采集模塊202與平穩(wěn)性分析模塊203電聯(lián)接。

在步驟102中，連續(xù)獲取多組主管濾波壓力值，多組N條支管濾波壓力值和多組N條支管濾波流量值，從而可以得到一組如公式(11)所示的序列：

其中，n表示采集次數(shù)；Pm(i)為第i次采集到主管濾波壓力值，P_l(i)為第i次采集到N條支管濾波壓力值，Q_l(i)為第i次采集到N條支管濾波流量值。

進(jìn)一步地，通過下列公式(12)對(duì)多組主管濾波壓力值序列和多組N條支管濾波壓力值序列進(jìn)行歸一化處理，得到主管歸一化壓力值和N條支管歸一化壓力值。

具體地，公式(12)如下所示：

其中，Pm^*(i)主管歸一化壓力值，N條支管歸一化壓力值。

在實(shí)際應(yīng)用中，平穩(wěn)性分析模塊203用于將過程數(shù)據(jù)采集模塊202輸出的主管壓力值、第一類支管流量值以及第一類支管壓力值，進(jìn)行平穩(wěn)性分析，平穩(wěn)性分析模塊203與支路管道特性計(jì)算模塊204電聯(lián)接。

在步驟103中，將主管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(1)確定第一時(shí)間段主管平均壓力值和第二時(shí)間段主管平均壓力值。

具體地，公式(1)如下所示：

進(jìn)一步地，將N條支管歸一化壓力值按照采集時(shí)間分為兩段，通過公式(2)確定第一時(shí)間段N條支管平均壓力值和第二時(shí)間段N條支管平均壓力值。

具體地，公式(2)如下所示：

在步驟104中，根據(jù)第一時(shí)間段主管平均壓力值，第二時(shí)間段主管平均壓力值，第一時(shí)間段N條支管平均壓力值，第二時(shí)間段N條支管平均壓力值，通過公式(3)確定壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

具體地，公式(3)如下所示：

在步驟105中，當(dāng)壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)為非穩(wěn)定時(shí)，第一類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式通過公式(13)表示，可以通過公式(13)確定N條支管的特性系數(shù)。

具體地，公式(13)如下所示：

而當(dāng)壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)為穩(wěn)定時(shí)，則不能用第一類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式確定N條支管的特性系數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，可以將公式(13)表示的第一類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式通過公式(5)變形，即在公式(13)中引人新的中間變量，將公式(5)確定為第二類支管管道壓力平衡狀態(tài)關(guān)系式。

進(jìn)一步地，對(duì)公式(5)采用最小二乘法，通過公式(6)，確定N條支管的特性系數(shù)。

具體地，公式(5)如下所示：

具體地，公式(6)如下所示：

在實(shí)際應(yīng)用中，支路管道特性計(jì)算模塊204用于接收平穩(wěn)性分析模塊203輸出的壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)、主管壓力值序列、第一類支管壓力值序列、第一類支管流量值序列，并且在壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)主管壓力值序列，第一類支管壓力值序列以及第一類支管流量值序列確定第一類支管的管道特性系數(shù)。

在步驟106中，當(dāng)壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性為1時(shí)，根據(jù)N條支管濾波流量值，通過公式(7)確定N支管流量穩(wěn)定值。

根據(jù)N條支管流量穩(wěn)定值，根據(jù)N條支管的特性系數(shù)，N條支管壓力目標(biāo)下限值，通過公式(8)確定N條支管流量穩(wěn)定值時(shí)所需的最小總管壓力值。

具體地，公式(7)如下所示：

具體地，公式(8)如下所示：

其中，P_down(l)為支管壓力目標(biāo)下限值，Pm_down為氣源總管壓力下限值。

進(jìn)一步地，在確定N條支管流量穩(wěn)定值時(shí)所需的最小總管壓力值的基礎(chǔ)上，通過公式(4)確定確定氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值。

具體地，公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n)) (4)

在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)化設(shè)定模塊205的輸入端分別與支路管道特性計(jì)算模塊204和參數(shù)設(shè)置模塊201電聯(lián)接，優(yōu)化設(shè)定模塊205用于根據(jù)第一支管的管道特性系數(shù)和支管壓力目標(biāo)下限值，確定氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值。

如圖4所示，過程實(shí)時(shí)控制單元包括切換控制模塊301，空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊302和智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊303。

在步驟107中，將氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值和總管壓力值進(jìn)行比較，確定總管壓力偏差量，根據(jù)總管壓力偏差量和切換控制條件之間的大小關(guān)系，確定通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力值控制主管壓力值；或者確定通過調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥的開度控制主管壓力值，具體分為下列兩方面：

一方面

根據(jù)總管壓力偏差量和切換控制條件之間的大小關(guān)系，確定通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力值控制所述主管壓力值，包括：

當(dāng)總管壓力偏差量的絕對(duì)值大于切換控制條件時(shí)，確定通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力值控制所述主管壓力值。

具體地，當(dāng)偏差量大于零時(shí)，確立將空壓機(jī)壓力值調(diào)整為Pset_next＝Pset+θ(θ＞0)；或者當(dāng)偏差量小于零時(shí)，確立將空壓機(jī)壓力值調(diào)整為Pset_next＝Pset-θ(θ＞0)。其中，θ為每次壓力調(diào)節(jié)的最小壓力變化量，取值范圍介于0.01到0.1Mpa。

進(jìn)一步地，空壓機(jī)壓力值調(diào)整范圍符合：

在實(shí)際應(yīng)用中，換控制模塊301用于獲取主管壓力值和智能調(diào)節(jié)閥106的當(dāng)前開度值，根據(jù)主管壓力值，當(dāng)前開度值和節(jié)能能優(yōu)化初始參數(shù)之間的大小關(guān)系，確定與空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊302連接，空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊302用于調(diào)節(jié)空壓機(jī)101的壓力設(shè)定值。

另一方面：

根據(jù)總管壓力偏差量和切換控制條件之間的大小關(guān)系，確定通過調(diào)節(jié)智能 調(diào)節(jié)閥的開度控制所述主管壓力值，包括：

當(dāng)總管壓力偏差量的絕對(duì)值小于切換控制條件時(shí)，確定通過調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥的開度控制所述主管壓力值。

具體地，根據(jù)開度設(shè)定值增量和氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值對(duì)應(yīng)的智能調(diào)節(jié)閥開度值，通過公式(9)確定智能調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)值；

其中，公式(9)如下所示：

L_next＝L+ΔL (9)

其中，L_next為智能調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)值，ΔL為智能調(diào)節(jié)閥的開度設(shè)定值增量，a為控制死區(qū)，k₁為控制器增益系數(shù)，L為智能調(diào)節(jié)閥開度值。

進(jìn)一步地，智能調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)范圍符合：

在實(shí)際應(yīng)用中，換控制模塊301用于獲取主管壓力值和智能調(diào)節(jié)閥106的當(dāng)前開度值，根據(jù)主管壓力值，當(dāng)前開度值和節(jié)能能優(yōu)化初始參數(shù)之間的大小關(guān)系，與智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊303連接，智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊303用于調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥106的開度值。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了還提供了控制氣源總管壓力優(yōu)化確定方法和控制氣源總管壓力過程實(shí)時(shí)控制方法。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的控制氣源總管壓力優(yōu)化確定方法包括以下步驟：

步驟1001：參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置初始參數(shù)，所述的初始參數(shù)包括：氣源總管壓力下限值Pm_down、各個(gè)支管壓力目標(biāo)下限值P_down(l)(l＝1,2,…,N)其中N為支管個(gè) 數(shù)、智能調(diào)節(jié)閥開度最大值L_max、智能調(diào)節(jié)閥開度最小值L_min，空壓機(jī)設(shè)定壓力上限值Pset_max、空壓機(jī)設(shè)定壓力下限值Pset_min、切換控制條件值β。

步驟1002：過程數(shù)據(jù)采集模塊連續(xù)M次采集主管壓力計(jì)、各支管壓力計(jì)以及各支管流量計(jì)采集到的主管壓力值P₁、各支管壓力值P_Z^(l)(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_Z^(l)(l＝1,2,…,N)，經(jīng)濾波處理輸出主管壓力值Pm、各個(gè)支管壓力值P_l(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_l(l＝1,2,…,N)，N為支管個(gè)數(shù)，濾波計(jì)算公式如公式(10)所示：

步驟1003：平穩(wěn)性分析模塊連續(xù)采集n次過程數(shù)據(jù)采集模塊濾波輸出的主管壓力值Pm、各個(gè)支管壓力值P_l(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_l(l＝1,2,…,N)，得到一組如公式(11)所示的序列：

Pm(i),(i＝1,2,…,n)

P_l(i),(l＝1,2,…N,i＝1,2,…,n)

Q_l(i),(l＝1,2,…N,i＝1,2,…,n) (11)

其中，n為數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度；

步驟1004：將主管壓力值Pm、各個(gè)支管壓力值P_l(l＝1,2,…,N)，進(jìn)行歸一化處理進(jìn)行歸一化處理得到Pm^*、P_l^*(l＝1,2,…,N)，公式(12)如下所示：

步驟1005：計(jì)算序列Pm^*、P_l^*(l＝1,2,…,N)的前后半段平均值，計(jì)算公式如 公式(1)和公式(2)所示：

步驟1006：判斷數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)S，S＝1為穩(wěn)定，S＝0為不穩(wěn)定，計(jì)算方法如公式(3)：

其中，k為穩(wěn)定閾值，一般可以取0.02～0.05之間的常數(shù)。

步驟1007：若S＝1執(zhí)行步驟1008，否則執(zhí)行步驟1014；

步驟1008：支路管道特性計(jì)算模塊根據(jù)管道壓力平衡狀態(tài)時(shí)有如公式(13)所示的關(guān)系：

其中為第l支管道特性系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系計(jì)算各個(gè)支管道的特性系數(shù)

若平穩(wěn)性分析模塊輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)為穩(wěn)定，即S＝1，即系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定工況狀態(tài)，計(jì)算過程中間變量x_l(i)，如公式(5)所示：

步驟1009：利用最小二乘法求取各個(gè)支管道的特性系數(shù)公式(6)如下所示：

輸出各個(gè)支管道的特性系數(shù)

步驟1010:優(yōu)化設(shè)定模塊計(jì)算N支管流量穩(wěn)定值如下公式(7)所示：

步驟1011：計(jì)算當(dāng)前穩(wěn)定流量所需的最小總管壓力值Ps(l),(l＝1,2,…,N)，該過程為求解下列公式(8)的約束優(yōu)化問題：

步驟1012：通過公式(4)計(jì)算出氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值P_best，公式(4)如下：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))， (4)

步驟1013：輸出氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值P_best；

步驟1014：結(jié)束。

本發(fā)明實(shí)施例提供的控制氣源總管壓力過程實(shí)時(shí)控制方法包括以下步驟：

步驟1101：切換控制模塊計(jì)算氣源總管壓力優(yōu)化設(shè)定值P_best與實(shí)時(shí)主管壓力值Pm的偏差量ΔP；

步驟1102：偏差量ΔP的絕對(duì)值與所設(shè)定的切換控制條件值β進(jìn)行比較，若|ΔP|≥β或者L＝L_min或者L＝L_max，執(zhí)行步驟1103，通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)壓力設(shè)定值控制主管壓力；若|ΔP|≤β，執(zhí)行步驟1105，通過調(diào)節(jié)智能調(diào)節(jié)閥的開度設(shè)定值控制主管壓力；

步驟1103：空壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)模塊判斷偏差量ΔP是否大于零，若偏差量ΔP大于零，確立空壓機(jī)壓力值Pset_next為Pset+θ(θ＞0)；若偏差量ΔP小于零，空 壓機(jī)壓力值Pset_next為Pset-θ(θ＞0)，θ為每次壓力調(diào)節(jié)的最小壓力變化量，一般取0.01到0.1Mpa之間的固定值；

步驟1104：更新空壓機(jī)的壓力設(shè)定值為Pset_next'，Pset_next'為對(duì)Pset_next進(jìn)行限幅輸出，有以下關(guān)系：

步驟1105：智能調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定模塊確定智能調(diào)節(jié)閥的開度設(shè)定值增量ΔL，計(jì)算公式如下：

其中，a為控制死區(qū)，k₁為控制器增益系數(shù)，氣開型智能調(diào)節(jié)閥為正值，氣關(guān)型智能調(diào)節(jié)閥為負(fù)值；

步驟1106：讀取控制器輸出的開度設(shè)定值增量ΔL和當(dāng)前智能調(diào)節(jié)閥開度值L，確定智能調(diào)節(jié)閥開度值設(shè)定值L_next，計(jì)算式如下：

L_next＝L+ΔL；

步驟1107：智能調(diào)節(jié)閥開度值設(shè)定值L_next進(jìn)行限幅處理，得到經(jīng)過限幅處理的智能調(diào)節(jié)閥開度值設(shè)定值L_next'，有以下關(guān)系：

輸出智能調(diào)節(jié)閥開度值設(shè)定值L_next'到執(zhí)行器智能調(diào)節(jié)閥中；

步驟1108：結(jié)束。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié) 合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。