一种限制PID控制器输出波动的装置及方法与流程

本发明涉及一种限制波动的装置，尤其是涉及一种限制PID控制器输出波动的装置及方法。

背景技术：

常规的控制系统是由PID控制器输出至执行机构，由执行机构的动作调节被控对象；SMR制氢装置中转化炉引风机采用变频器控制，控制转化炉的炉膛压力。当压力高于设定值时，DCS控制器输出增大，引风机转速提高，从而抽出炉膛内的风量，降低炉膛压力；相反，当压力低于设定值时，DCS控制器输出减小，引风机转速降低，从而造成炉膛内的风量增加，提高炉膛压力，由此实现自动控制。

然而现有的PID控制器的输出端并没有相应的控制波动的装置，在实际运行中发现，当DCS的PID控制器有较小波动时(0.2-0.3％左右)，变频器输出有较大的波动,输出电流20％左右波动；从而造成：1)炉膛负压波动较大；2)引风机电机加速及减速频繁，缩短轴承寿命；3)电机电流变化频繁；4)缩短变频器寿命等问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制波动、手自动控制的限制PID控制器输出波动的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种限制PID控制器输出波动的装置，用于控制SMR制氢装置中转化炉引风机的变频器，该装置包括：

减法模块：获取连续两个采样时刻PID控制器的输出值，并输出其差值；

绝对值模块：接收减法模块输出的差值取绝对值后输出；

比较模块：比较绝对值模块输出的绝对值与设定的波动幅度值，并输出比较结果；

第一选择模块：将连续两个采样时刻PID控制器的输出值作为输入值，并根据比较模块的比较结果决定输出结果；

第二选择模块：将第一选择模块的输出值和实时的PID控制器输出值作为输入值，根据选择决定输出到变频器的控制值。

一种限制PID控制器输出波动装置的方法，包括以下步骤：

1)将第一采样时刻的PID控制器的输出值V1和下一采样时刻的PID控制器的输出值V2在减法模块中做减法运算，输出差值ΔV＝V1-V2到绝对值模块；

2)绝对值模块对输出差值ΔV取绝对值，并将此值输出到比较模块作为第一比较值；

3)选定一个波动幅度值，并将此值作为比较模块的第二比较值，比较第一比较值和第二比较值的大小，并将输出结果发送到第二选择模块的选择端，当第一比较值大于等于第二比较值时，输出1，当第一比较值小于第二比较值时，输出0；

4)第二选择模块以第一采样时刻的PID控制器的输出值V1和下一采样时刻的PID控制器的输出值V2作为输入值，并根据选择端的数值选择输出输入值中的一个到第一选择模块，当选择端的数值为1时，输出V2，当选择端的数值为0时，输出V1；

5)第一选择模块以第一采样时刻的PID控制器的输出值V1和第二选择模块的输出值作为输入值，并根据手/自动选择端的数值选择输出输入值中的一个到变频器的控制值。

6)重复步骤1)-5)完成工作时间内对变频器控制器输出值的控制。

所述的步骤5)中，当选择手动时，根据手/自动选择端输出第一采样时刻的PID控制器的输出值V1，当选择自动时，根据手/自动选择端输出第二选择模块的输出值。6)重复步骤1)-5)完成工作时间内对变频器控制器输出值的控制。

所述的步骤3)中的波动幅度值取值范围为0-3％V1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、控制波动：相对于现有的SMR制氢装置中转化炉引风机的变频器的PID控制装置中，增加了原本没有的限制波动的装置，克服了原有的PID控制器输出值波动造成的变频器波动带来的问题。

二、手自动控制：该装置能够进行手自动控制，在自动运行时切换自动方式，操作方便，需要维护检修测试时，切换到手动方式，安全性比较高。

附图说明

图1为本装置的结构示意图。

图2为本装置封装后的模块。

其中，1、减法模块，2、绝对值模块，3、比较模块，4、第一选择模块，5、第二选择模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，在PID控制器输出接口增加本装置，本装置的功能是使PID输出值波动在设定范围内，输出保持不变，PID输出值波动在设定范围外，输出跟踪PID的输出。

在第一个采样周期，将PID输出的数值保存在存储器1中；第二个采样周期，存储器1的数值移至存储器2中，并且采样值保存在存储器1中，同时将二值进行比较，如果比较的数值在波动设定值之内,输出至执行机构保持不变，如果比较的数值在波动设定值之外，输出至执行机构为存储器2的数值，同时存储器1的数值保存在存储器2中，下一个周期采用同样的方法进行比较。

当然，控制器的输出在手动情况下是不应该受到波动的限制的，所以应增加手自动连锁，即上述功能仅在自动控制情况下起作用。

各模块功能：

减法模块1：Output＝Input_1-Input_2；

绝对值模块2：Output＝︱Input︱；

比较模块3：当Input_1﹥Input_2时，比较输出GT＝1；当Input_1﹤﹦Input_2时，比较输出GT＝0；

第一选择模块4：当Condition＝1时，Output＝Input_1；当Condition＝0时，Output＝Input_2.

第二选择模块5：实际上是对于输入值进行存储，只是根据条件存储Input_1 的值还是存储Input_2的值。

减法模块1的两个输入为PID控制器输出值和上一个周期内保存的PID控制器输出值进行减法运算，并将差值取绝对值，然后和PID控制器波动设定值进行比较，如果差值的绝对值大于PID控制器波动设定值，则第一选择模块4的输出为Input_1的值，即实时的PID控制器输出值；如果差值的绝对值小于PID控制器波动设定值，则第一选择模块4的输出等于Input_2，即输出保持不变(因为第一选择模块4的Input_2始终跟踪输出值)。当PID处于手动时，上图右侧第二选择模块5的输出值始终跟踪PID控制器输出值，当在自动情况时，第二选择模块5的输出值为第一选择模块4的输出值。由此可以实现，当PID在自动情况下，PID控制器输出值在波动设定值范围内，最终的输出是保持不变的，从而实现限幅的功能。

本装置封装后产生一个PID输出限幅模块，如图2所示：

该模块的Input_1是采样PID控制器的输出值，Input_2可以根据具体情况手动设定，范围在0～3％(根据工艺波动情况可以调整)。Condition用来判断PID控制器是处于自动状态还是手动状态，如果是手动状态，输出直接等于Input_2；如果是自动状态，且Input_1的变化情况在Input_2设定范围内，则输出保持不变；如果是自动状态，且Input_1的波动情况在Input_2设定范围外，则输出跟踪Input_1。