本發(fā)明涉及天然氣管道分輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

隨著管道天然氣在我國的普及和自動化控制水平的提升，管道天然氣的儲運控制方式也逐漸從最初的就地人工手動控制轉(zhuǎn)變?yōu)檫h程自動控制?，F(xiàn)有天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由傳感器、工控上位機、可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)、電動調(diào)節(jié)閥等設(shè)備組成。

根據(jù)控制需求的不同，傳感器有只選擇壓力變送器的，用于控制管道分輸壓力。公開號為103115243A《一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥的控制設(shè)備及其方法》的專利申請公開了一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥的控制設(shè)備及其方法，屬于天然氣管道分輸技術(shù)領(lǐng)域。該控制設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理器、控制裝置和輸出器；數(shù)據(jù)采集裝置用于通過PLC控制站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理器用于對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)濾波，得到實時數(shù)據(jù)；控制裝置用于根據(jù)實時數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，得到電動調(diào)節(jié)閥的控制量；輸出器對電動調(diào)節(jié)閥的控制量限幅或限流后，通過PLC控制站控制電動調(diào)節(jié)閥的閥位開度。該發(fā)明將被控量的超調(diào)量控制在合理范圍，提高了天然氣分輸站場電動調(diào)節(jié)閥壓力和流量的穩(wěn)定性；降低了閥門開度變化率，減少了電動調(diào)節(jié)閥動作的頻率，從而降低了故障率，節(jié)省維護成本。該專利通過系統(tǒng)辨識方法和PID控制算法，控制分輸壓力，降低閥門在執(zhí)行壓力控制時的開度變化率，從而減少了電動調(diào)節(jié)閥動作的頻率，減少了閥門機械磨損，節(jié)省了維護成本。但是，該專利也是有局限性的，由于其控制目的是在控制天然氣分輸壓力的同時減少電動調(diào)節(jié)閥的動作頻率，從而減少因天然氣分輸壓力波動所帶來的閥門頻繁開關(guān)，減少機械磨損，因此它的控制回路僅有壓力控制回路，未考慮實際生產(chǎn)運行中用戶對流量控制的需求，不能實現(xiàn)流量自動控制，使用范圍受到一定限制，該發(fā)明適用于與下游門站距離短、管徑細、氣壓劇烈波動的分輸站，卻難以推廣應(yīng)用于對壓力和流量都有控制需求的分輸站和下游天然氣分輸用戶。

根據(jù)控制需求的不同，傳感器也有選擇壓力變送器、流量計的案例，其控制方法為：采用人為設(shè)定和切換控制模式的傳感器，在需要壓力控制時，人工通過上位機HMI畫面設(shè)定壓力值和壓力控制模式，當(dāng)需要流量控制時，人工再改變控制模式并給定流量設(shè)定值。這類產(chǎn)品具有壓力和流量控制，但需要人工切換控制模式。如果一直將控制模式設(shè)定在壓力控制模式，管道會保持壓力安全，但分輸流量達不到最優(yōu)控制，分輸效率低下。反之，如果將控制模式設(shè)定在流量控制模式，流量控制最優(yōu)，但管道可能會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，帶來安全風(fēng)險，因此需要人工24小時監(jiān)控參數(shù)，不利于人力資源優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)及其方法，旨在解決現(xiàn)有的天然氣管道控制系統(tǒng)只能控制壓力、無法自動控制流量，或是需要通過人工切換控制模式來實現(xiàn)對壓力和流量的控制的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，包括：

傳感器冗余設(shè)計模塊，與外接的天然氣管道水力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊分別連接，傳感器冗余設(shè)計模塊包括多個壓力變送器，用于將天然氣管道水力系統(tǒng)中天然氣的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)傳感到數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊；

數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊，還與壓力和流量控制模塊連接，數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊用于采集流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，對流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行濾波容錯，獲取壓力測量值和流量測量值并發(fā)送到壓力和流量控制模塊；

遠程控制系統(tǒng)，與壓力和流量控制模塊連接，用于接收用戶輸入的流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值并發(fā)送到壓力和流量控制模塊；

壓力和流量控制模塊，還與輸出濾波模塊連接，壓力和流量控制模塊用于根據(jù)壓力測量值、流量測量值、流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值，獲取電動調(diào)節(jié)閥控制信號并發(fā)送到輸出濾波模塊；

輸出濾波模塊，還與電動調(diào)節(jié)閥連接，輸出濾波模塊用于對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波，并將濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號發(fā)送到電動調(diào)節(jié)閥；

電動調(diào)節(jié)閥，還與天然氣管道水力系統(tǒng)連接，電動調(diào)節(jié)閥用于根據(jù)濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號，控制天然氣管道水力系統(tǒng)中的流量和壓力。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，進一步地，傳感器冗余設(shè)計模塊包括用于傳感壓力數(shù)據(jù)的3個壓力變送器。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，進一步地，數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊用于對3個壓力變送器傳感的壓力數(shù)據(jù)兩兩做差，并選取其中差值最小的一對壓力數(shù)據(jù)中的較大值作為壓力測量值。

在上述任意實施例的基礎(chǔ)上，進一步地，壓力和流量控制模塊包括第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、流量控制PID單元、高壓保護控制PID單元、低壓保護控制PID單元、高選器、低選器、抗積分飽和模塊，其中：

第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、流量控制PID單元、高選器順序連接，形成流量控制回路；

第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、高壓保護控制PID單元、高選器順序連接，形成高壓保護控制回路；

第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、低壓保護控制PID單元、低選器順序連接，形成低壓保護控制回路；

高選器還與低選器、抗積分飽和模塊分別連接；

低選器還與抗積分飽和模塊連接；

抗積分飽和模塊還與流量控制PID單元、高壓保護控制PID單元、低壓保護控制PID單元分別連接；

第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)流量測量值、流量設(shè)定值獲取流量控制PID輸入信號并發(fā)送到流量控制PID單元；流量控制PID單元用于根據(jù)流量控制PID輸入信號獲取流量控制PID輸出信號并發(fā)送到高選器；

第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)壓力測量值、高壓保護設(shè)定值獲取高壓保護控制PID輸入信號并發(fā)送到高壓保護控制PID單元；高壓保護控制PID單元用于根據(jù)高壓保護控制PID輸入信號獲取高壓保護控制PID輸出信號并發(fā)送到高選器；

第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)壓力測量值、低壓保護設(shè)定值獲取低壓保護控制PID輸入信號并發(fā)送到低壓保護控制PID單元；低壓保護控制PID單元用于根據(jù)低壓保護控制PID輸入信號獲取低壓保護控制PID輸出信號并發(fā)送到低選器；

高選器用于輸入流量控制PID輸出信號和高壓保護控制PID輸出信號，取兩者中的較大值作為高選器輸出信號輸出；

低選器用于輸入高選器輸出信號和低壓保護控制PID輸出信號，取兩者中的較小值作為電動調(diào)節(jié)閥控制信號發(fā)送到輸出濾波模塊，同時激活低選器輸出信號所對應(yīng)的控制回路；

抗積分飽和模塊利用電動調(diào)節(jié)閥控制信號替換未被激活的2個控制回路的積分項的值。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，進一步地，第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取的流量控制PID輸入信號Tq’的計算公式為Tq’＝(Tq-Sq)/Sq，第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取高壓保護控制PID輸入信號Tpmax’的計算公式為Tpmax’＝(Tp-Spmax)/Spmax，第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取低壓保護控制PID輸入信號Tpmin’的計算公式為Tpmin’＝(Tp-Spmin)/Spmin；其中，Tq是流量測量值，Sq是流量設(shè)定值，Tp是壓力測量值，Spmax是高壓保護設(shè)定值，Spmin是低壓保護設(shè)定值。

在上述任意實施例的基礎(chǔ)上，進一步地，輸出濾波模塊采用限幅限流硬件裝置對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波。

一種利用了上述任一項控制系統(tǒng)的天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制方法，包括：

對天然氣管道水力系統(tǒng)中天然氣的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行傳感；

采集流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，對流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行濾波容錯，獲取壓力測量值和流量測量值；

接收用戶輸入的流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值；

根據(jù)壓力測量值、流量測量值、流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值，獲取電動調(diào)節(jié)閥控制信號；

對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波；

根據(jù)濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號，控制天然氣管道水力系統(tǒng)中的流量和壓力。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)及其方法，用于控制管道天然氣向下游用戶分輸時的流量和壓力，只需人工預(yù)先設(shè)定壓力高限值、壓力低限值和流量設(shè)定值，分輸作業(yè)中系統(tǒng)將按照控制邏輯自動執(zhí)行。在管道分輸壓力超高、過低或分輸流量超高時，無需人工實時監(jiān)控和調(diào)整管道控制參數(shù)及模式，本發(fā)明可以自動切換控制模式，在以管道壓力不超高、不過低為前提的安全工況中，按預(yù)先設(shè)定的流量值優(yōu)先進行天然氣分輸作業(yè)，保障管道天然氣分輸過程的安全平穩(wěn)，同時提升流量分輸效率，避免了分輸作業(yè)過程中因人為監(jiān)控疏忽和操作失誤所導(dǎo)致的運行風(fēng)險，避免了分輸作業(yè)過程中因人工手動切換控制模式不及時所導(dǎo)致的分輸效率降低，極大地減輕了人工實時監(jiān)控管道參數(shù)的工作量，優(yōu)化和節(jié)約了企業(yè)人力資源。另一方面，本發(fā)明采用傳感器冗余設(shè)計模塊，降低了因外部單一傳感器故障所導(dǎo)致的系統(tǒng)功能失效風(fēng)險。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1示出了本發(fā)明實施例提供的一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例提供的一種壓力和流量控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例提供的一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。

具體實施例一

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，包括傳感器冗余設(shè)計模塊102、數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103、壓力和流量控制模塊104、輸出濾波模塊105、電動調(diào)節(jié)閥106、遠程控制系統(tǒng)107，其中：

傳感器冗余設(shè)計模塊102，與外接的天然氣管道水力系統(tǒng)101、數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103分別連接，傳感器冗余設(shè)計模塊102包括多個壓力變送器，用于將天然氣管道水力系統(tǒng)101中天然氣的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)傳感到數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103。壓力變送器由于常年暴露于站場露天環(huán)境中，極易受到風(fēng)霜雨雪侵蝕和雷電干擾，單一壓力變送器作為傳感裝置會降低系統(tǒng)的可靠性，因此可采用多個壓力變送器的冗余設(shè)計。本發(fā)明實施例對壓力變送器的數(shù)目不做限定，優(yōu)選的，在平衡建設(shè)成本和系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例可以采用閥后3個壓力變送器的冗余設(shè)計。優(yōu)選的，本發(fā)明實施例還可以在管道工藝設(shè)計中對流量的計量回路采用冗余設(shè)計，主備計量回路的流量計可以通過定期比對標定增強可靠性。

數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103，還與壓力和流量控制模塊104連接，數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103用于采集流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，對流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行濾波容錯，獲取壓力測量值和流量測量值并發(fā)送到壓力和流量控制模塊104。數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103完成數(shù)據(jù)采集和濾波容錯，通過傳感器冗余和濾波方法，采集到更安全、準確、可靠的壓力測量值和流量測量值。天然氣流量往往存在頻繁波動的情況，通過多次讀取流量計算機數(shù)值，采取均值濾波方法，獲得流量測量值。

遠程控制系統(tǒng)107，與壓力和流量控制模塊104連接，用于接收用戶輸入的流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值并發(fā)送到壓力和流量控制模塊104。

壓力和流量控制模塊104，還與輸出濾波模塊105連接，壓力和流量控制模塊104用于根據(jù)壓力測量值、流量測量值、流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值，獲取電動調(diào)節(jié)閥控制信號并發(fā)送到輸出濾波模塊105。

輸出濾波模塊105，還與電動調(diào)節(jié)閥106連接，輸出濾波模塊105用于對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波，并將濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號發(fā)送到電動調(diào)節(jié)閥106。本發(fā)明實施例對輸出濾波模塊105的濾波方式不做限定，優(yōu)選的，輸出濾波模塊105可以采用限幅限流硬件裝置對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波。

電動調(diào)節(jié)閥106，還與天然氣管道水力系統(tǒng)101連接，電動調(diào)節(jié)閥106用于根據(jù)濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號，控制天然氣管道水力系統(tǒng)101中的流量和壓力。天然氣在輸送過程中是氣液混合態(tài)，因此整個控制系統(tǒng)對分輸壓力和流量的控制建立在天然氣管道水力系統(tǒng)101模型的基礎(chǔ)之上，電動調(diào)節(jié)閥106是天然氣管道壓力和流量控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，通過閥位開度控制閥后壓力和管道分輸流量，對電動調(diào)節(jié)閥106實施控制，實際上就是對天然氣管道水力系統(tǒng)101中的流量和壓力參數(shù)實現(xiàn)控制。本發(fā)明實施例中，電動調(diào)節(jié)閥控制信號通常為4～20mA。

本發(fā)明實施例用于控制管道天然氣向下游用戶分輸時的流量和壓力，只需人工預(yù)先設(shè)定壓力高限值、壓力低限值和流量設(shè)定值，分輸作業(yè)中系統(tǒng)將按照控制邏輯自動執(zhí)行，在管道分輸壓力超高、過低或分輸流量超高時，無需人工監(jiān)控和調(diào)整管道控制參數(shù)及模式，而是通過自動切換控制模式，在以管道壓力不超高、不過低為前提的安全工況中，按預(yù)先設(shè)定的流量值優(yōu)先進行天然氣分輸作業(yè)，保障管道天然氣分輸過程的安全、平穩(wěn)，，同時提升流量分輸效率，避免分輸作業(yè)過程中因人為監(jiān)控疏忽和操作失誤所導(dǎo)致的運行風(fēng)險，避免分輸作業(yè)過程中因人工手動切換控制模式不及時所導(dǎo)致的分輸效率降低，極大地減輕人工監(jiān)控管道參數(shù)的工作量，節(jié)約和優(yōu)化企業(yè)人力資源。另一方面，本發(fā)明實施例采用傳感器冗余設(shè)計模塊，降低了因外部單一傳感器失靈所導(dǎo)致的系統(tǒng)功能失效風(fēng)險。

本發(fā)明實施例對壓力測量值的確定方式不做限定，當(dāng)傳感器冗余設(shè)計模塊102包括3個壓力變送器時，優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103可以對3個壓力變送器傳感的壓力數(shù)據(jù)兩兩做差，并選取其中差值最小的一對壓力數(shù)據(jù)中的較大值作為壓力測量值。這樣做的好處是，可以減少因傳感器故障和偏差所帶來的系統(tǒng)風(fēng)險。假設(shè)壓力變送器平均故障失效概率為10％，則3個壓力變送器經(jīng)過三選二選高的容錯濾波后，系統(tǒng)故障失效概率為10％*10％*(1-10％)+10％*10％*10％，整個控制系統(tǒng)因壓力變送器故障所造成的失效概率降為1％，整個控制系統(tǒng)的失效風(fēng)險大大降低，該系統(tǒng)和方法可以降低因外部單一傳感器失靈所導(dǎo)致的系統(tǒng)功能失效風(fēng)險。傳感器冗余設(shè)計模塊102和數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103的功能很多，有三選中值、三選均值、三選二選均值等，但在管道控制領(lǐng)域中最適合的容錯方式是三選二選高，因為兩個壓力變送器同時故障的概率要遠遠小于一個壓力變送器故障，因此先要三選二；管道控制的第一原則是安全，管道超壓是運行中的最大風(fēng)險，因此當(dāng)兩個壓力變送器示值不一樣時，寧可信其大值，采取超壓保護措施，以降低管道超壓風(fēng)險，所以選取差值最小的一對壓力數(shù)據(jù)中的較大值作為壓力測量值。

本發(fā)明實施例對壓力和流量控制模塊104不做限定，優(yōu)選的，如圖2所示，壓力和流量控制模塊104可以包括第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、流量控制PID單元、高壓保護控制PID單元、低壓保護控制PID單元、高選器、低選器、抗積分飽和模塊，其中：第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、流量控制PID單元、高選器順序連接，形成流量控制回路；第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、高壓保護控制PID單元、高選器順序連接，形成高壓保護控制回路；第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器、低壓保護控制PID單元、低選器順序連接，形成低壓保護控制回路；高選器還與低選器、抗積分飽和模塊分別連接；低選器還與抗積分飽和模塊連接；抗積分飽和模塊還與流量控制PID單元、高壓保護控制PID單元、低壓保護控制PID單元分別連接；在工作狀態(tài)下，第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)流量測量值、流量設(shè)定值獲取流量控制PID輸入信號并發(fā)送到流量控制PID單元；流量控制PID單元用于根據(jù)流量控制PID輸入信號獲取流量控制PID輸出信號并發(fā)送到高選器；第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)壓力測量值、高壓保護設(shè)定值獲取高壓保護控制PID輸入信號并發(fā)送到高壓保護控制PID單元；高壓保護控制PID單元用于根據(jù)高壓保護控制PID輸入信號獲取高壓保護控制PID輸出信號并發(fā)送到高選器；第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)壓力測量值、低壓保護設(shè)定值獲取低壓保護控制PID輸入信號并發(fā)送到低壓保護控制PID單元；低壓保護控制PID單元用于根據(jù)低壓保護控制PID輸入信號獲取低壓保護控制PID輸出信號并發(fā)送到低選器；高選器用于輸入流量控制PID輸出信號和高壓保護控制PID輸出信號，取兩者中的較大值作為高選器輸出信號輸出；低選器用于輸入高選器輸出信號和低壓保護控制PID輸出信號，取兩者中的較小值作為電動調(diào)節(jié)閥控制信號發(fā)送到輸出濾波模塊105，同時激活低選器輸出信號所對應(yīng)的控制回路；抗積分飽和模塊利用電動調(diào)節(jié)閥控制信號替換未被激活的2個控制回路的積分項的值?？狗e分飽和模塊利用被激活的控制回路的輸出值，即電動調(diào)節(jié)閥控制信號，替換未被激活的2個控制回路的積分項的值，避免未被激活控制回路的PID輸出值出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，同時可以提升控制器切換時電動調(diào)節(jié)閥106的響應(yīng)速度。

對于壓力和流量控制模塊104來說，控制邏輯輸入信號有5個，即：流量測量值、流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值、壓力測量值。輸出信號1個，即：電動調(diào)節(jié)閥控制信號。流量控制PID單元、高壓保護控制PID單元、低壓保護控制PID單元可以采用標準離散PID程序或其增量形式程序(公式如下)，具體選用形式取決于電動執(zhí)行機構(gòu)的控制方式。

其中，k為采樣信號，u_k為第k次采樣時刻的計算機輸出值，u_k-1為第k-1次采樣時刻的計算機輸出值，Δu_k為第k次采樣時刻的計算機輸出的增量值，e_k為第k次采樣時刻輸入的偏差值，e_k-1為第k-1次采樣時刻輸入的偏差值，e_k-2為第k-2次采樣時刻輸入的偏差值，T為采樣周期，T_D為微分時間，T_I為積分時間，K_P為比例系數(shù)。

本發(fā)明實施例對3個數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器的計算公式不做限定，優(yōu)選的，第一數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取的流量控制PID輸入信號Tq’的計算公式為Tq’＝(Tq-Sq)/Sq，第二數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取高壓保護控制PID輸入信號Tpmax’的計算公式為Tpmax’＝(Tp-Spmax)/Spmax，第三數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器獲取低壓保護控制PID輸入信號Tpmin’的計算公式為Tpmin’＝(Tp-Spmin)/Spmin；其中，Tq是流量測量值，Sq是流量設(shè)定值，Tp是壓力測量值，Spmax是高壓保護設(shè)定值，Spmin是低壓保護設(shè)定值。3個數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)換器的功能是將流量和壓力化成無量綱的數(shù)值，數(shù)據(jù)歸一化轉(zhuǎn)化后的輸出信號即為PID單元的輸入信號。

本發(fā)明實施例對遠程控制系統(tǒng)107不做限定，優(yōu)選的，遠程控制系統(tǒng)107可以包括中控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、局域網(wǎng)。

本發(fā)明實施例對數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103、壓力和流量控制模塊104、輸出濾波模塊105是否集成不做限定，優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103、壓力和流量控制模塊104、輸出濾波模塊105可以集成于以可編程邏輯控制器為控制核心的過程控制系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破骷碢rogrammable Logic Controller，簡稱PLC。將數(shù)據(jù)采集和濾波容錯模塊103、壓力和流量控制模塊104、輸出濾波模塊105進行集成的好處是：可以利用PLC的核心控制作用，以集成的PLC同時實現(xiàn)三個模塊的功能，減少無用設(shè)備，降低系統(tǒng)中設(shè)備的冗余程度，節(jié)約資源和成本；另一方面，系統(tǒng)中模塊越多，故障概率和失效概率就越高，因此集成PLC的引入可以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性；第三方面，集成PLC的引入易于添加其他功能模塊，可以方便地實現(xiàn)功能上的擴展。

在實際應(yīng)用中，中控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、PLC、電動執(zhí)行機構(gòu)、局域網(wǎng)及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成最基本的SCADA系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))。本發(fā)明實施例中的電動執(zhí)行機構(gòu)，可以是電動調(diào)節(jié)閥106。通過中控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)的人機界面，用戶可以下發(fā)流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值，遠程控制PLC，進而控制電動調(diào)節(jié)閥106，以達到調(diào)節(jié)管道天然氣壓力和流量的目的。將本發(fā)明實施例提供的控制系統(tǒng)應(yīng)用于SCADA系統(tǒng)，將大大提升現(xiàn)有管道的自動化控制水平，保障天然氣分輸過程的安全平穩(wěn)，同時提升流量分輸效率，為實現(xiàn)無人值守站場提供了技術(shù)保障，其有益效果如下：(1)該系統(tǒng)簡單易行，控制邏輯完全在PLC中編寫程序?qū)崿F(xiàn)，在PLC的硬件基礎(chǔ)上可擴展接口多，可擴展功能多，無需增加其它控制設(shè)備，降低了因多頭控制而帶來的系統(tǒng)失效風(fēng)險；(2)在管道分輸壓力超高、過低或分輸流量超高時，該系統(tǒng)無需人工監(jiān)視和控制管道控制參數(shù)及模式，可以自動切換控制模式，在以管道壓力不超高、不過低為前提的安全工況中，按預(yù)先設(shè)定的流量值優(yōu)先進行天然氣分輸作業(yè)，避免分輸作業(yè)過程中因人工手動切換控制模式不及時所導(dǎo)致的分輸效率降低；(3)該系統(tǒng)只需人工預(yù)先設(shè)定壓力高限值、壓力低限值和流量設(shè)定值，分輸作業(yè)中系統(tǒng)將按照控制邏輯自動執(zhí)行，保障天然氣管道安全、平穩(wěn)、高效運行，避免分輸作業(yè)過程中因人為監(jiān)控疏忽和遠程操作失誤所導(dǎo)致的運行風(fēng)險；(4)該系統(tǒng)可以極大地減輕人工監(jiān)控管道參數(shù)的工作量，節(jié)約和優(yōu)化企業(yè)人力資源。

具體實施例二

如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種利用了上述任一項控制系統(tǒng)的天然氣管道分輸電動調(diào)節(jié)閥控制方法，包括：

步驟S101，對天然氣管道水力系統(tǒng)中天然氣的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行傳感；

步驟S102，采集流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，對流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進行濾波容錯，獲取壓力測量值和流量測量值；

步驟S103，接收用戶輸入的流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值；

步驟S104，根據(jù)壓力測量值、流量測量值、流量設(shè)定值、高壓保護設(shè)定值、低壓保護設(shè)定值，獲取電動調(diào)節(jié)閥控制信號；

步驟S105，對電動調(diào)節(jié)閥控制信號進行濾波；

步驟S106，根據(jù)濾波后的電動調(diào)節(jié)閥控制信號，控制天然氣管道水力系統(tǒng)中的流量和壓力。

本發(fā)明實施例用于控制管道天然氣向下游用戶分輸時的流量和壓力，只需人工預(yù)先設(shè)定壓力高限值、壓力低限值和流量設(shè)定值，分輸作業(yè)中系統(tǒng)將按照控制邏輯自動執(zhí)行，在管道分輸壓力超高、過低或分輸流量超高時，無需人工監(jiān)視和控制管道控制參數(shù)及模式，而是通過自動切換控制模式，在以管道壓力不超高、不過低為前提的安全工況中，按預(yù)先設(shè)定的流量值優(yōu)先進行天然氣分輸作業(yè)，保障天然氣分輸過程的安全平穩(wěn)，同時提升流量分輸效率，避免分輸作業(yè)過程中因人為監(jiān)控疏忽和操作失誤所導(dǎo)致的運行風(fēng)險，避免分輸作業(yè)過程中因人工手動切換控制模式不及時所導(dǎo)致的分輸效率降低，極大地減輕人工監(jiān)控管道參數(shù)的工作量，節(jié)約和優(yōu)化企業(yè)人力資源。另一方面，本發(fā)明實施例采用傳感器冗余設(shè)計模塊，降低了因外部單一傳感器失靈所導(dǎo)致的系統(tǒng)功能失效風(fēng)險。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。盡管本發(fā)明已進行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可進行各個條件的適當(dāng)變化?？梢岳斫猓景l(fā)明不限于所述實施方案，而歸于權(quán)利要求的范圍，其包括所述每個因素的等同替換。