本发明属于工业膜制氮，具体涉及一种基于膜制氮原理的智能调控装置及制氮调控的方法。
背景技术：
1、膜制氮技术是一种常用的工业制氮技术，目前，膜制氮系统主要由空压机、缓冲罐、冷干机、制氮机及储气罐构成。空压机对输入的外界空气进行压缩，压缩后的空气输入到缓冲罐内进行增压、增压后的空气进入到冷干机内进行降温和去除部分水分，然后进入到制氮机中进行膜制氮处理，处理后的气体进入到储气罐内进行存储，以备下线使用。膜制氮系统的关键核心技术是压缩空气通过渗透膜将氮气分离提纯。这种制氮技术的设备结构简单、维护方便，在工业制单中已应用多年。但老的制氮设备普遍功能单一，自动化水平低，制氮纯度值稳定性低，能耗高且电能有效利用率低。目前一些港口的输油管线扫线工艺使用的是氮气扫线，即利用高纯度氮气清扫输油管线工作，对氮气纯度要求较高，其氮气纯度要求在氧气含量小于等于4.5％才能保证气体安全。因此，其制氮工艺要生产出氧含量不大于4.5％的压力氮气，但老旧制氮系统制出的氮气纯度较难保证，存在较大安全隐患。因此，为了提高氮气纯度、降低现有港口制氮设备的电能消耗，节约人工成本，提高制氮效率和能源利用率、提升自动化水平和系统的安全可靠性，需要研发一种膜制氮系统智能调控装置。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术的不足，提出一种可降低能耗、提高制氮效率和能源利用率、实现全自动无人化制氮工艺的目标的基于膜制氮原理的智能调控装置。
2、本发明的上述目的之一通过以下技术方案来实现：
3、一种基于膜制氮原理的智能调控装置，包括阀门电动执行器、阀位调节控制执行器、电子式压力变送器、整体式plc、制氮控制plc、intouch工作站；在制氮系统的缓冲罐出口阀门上、制氮系统的冷干机进出口阀门上、制氮机进出口阀门上和氮气储罐进出口阀门上各安装有一阀门电动执行器；阀位调节控制执行器安装于制氮机出口端，起到调纯阀的作用，电子式压力变送器安装于氮气储罐上；全部阀门电动执行器和电子式压力变送器都经过整体式plc装置，然后通过交换机进局域网与intouch工作站进行数据交换；intouch工作站通过交换机进入局域网，用于直接监控制氮系统的空压机、冷干机和制氮机；其中，制氮控制plc的控制程序中包含有阀位调节控制执行器的监控逻辑控制模块。
4、本发明的上述目的之二通过以下技术方案来实现：
5、一种基于膜制氮原理的智能调控装置进行制氮调控的方法，包括如下步骤：
6、步骤1、在制氮机工作过程中，通过多次试验，测量计算出制氮机产出符合扫线工艺需要的含氧量不大于4.5％的氮气时，膜分离过程两侧压力值和渗透膜两侧压差值，且维持这个状态，在该状态下确定制氮机出口端的状态参数；
7、步骤2、然后通过实时采集的制氮机的出口端的气体含氧量、制氮机的膜入口压缩空气温度上限值、制氮机内加热器入口压缩空气温度值、制取定量氮气所需的最短时间等参数做分析，获取制氮机plc中的阀位调节控制执行器的最优pid参数，来控制整个制氮过程；同时，根据intouch上位程序设定的制氮机组参数，智能控制制氮系统启停。
8、而且，步骤2中，pid算法如下式：
9、
10、式中，u(t)是阀位调节控制执行器的输出控制量，其对应于阀位调节控制执行器的阀位值，kp为比例增益系数；ti是积分时间常数；td是微分时间常数；e(t)是阀位调节控制执行器的输入偏差，则：
11、e(t)＝r-y(t)
12、其中，y(t)是被控变量：气体含氧量；r是y(t)的设定值4.5％。
13、而且，步骤2中，kp取值为0.827，ti取值为1.198，td取值为0。
14、本发明具有的优点和积极效果为：
15、1.本发明基于现有制氮机和空压机等结构上进行优化改进，充分利用原设备的制氮功能，增加关键部件单元及控制算法，具有实施成本低的优点。
16、2.现有制氮系统自动化水平低，需要人工手动控制调纯单元，反应慢、频率低，受人员水平限制，导致其制氮效率低且不稳定；而本发明通过系统设置，智能在线实时稳定调纯参数，实现了稳定提高制氮效率的目标，同时提高了制氮系统的稳定性和可靠性。
17、3、本发明通过最优设置阀位调节控制执行器的pid整定参数，从而高精度高频次精准调整阀位调节控制执行器的开度，使制氮系统的膜分离过程渗透膜两侧压力维持在一个稳定的压力差范围，在该状态下高效率分离出理想纯度的氮气。阀门状态信号、制氮机内部各环节压力、温度等信息、储罐压力信号都上传至工作站。通过工作站的智能调控方法来选择不同自动的运行机组并设置储气罐压力上下限值，以此来实现智能调控制氮设备来制取所需纯度氮气的目标。
18、4、本发明主要从提高调纯阀的智能高精度调节来考虑，通过一种高频繁高精度阀位调节控制的执行器来进行智能流量控制。同时本发明控制系统中空压机的输出压力、温度能最优地与制氮机进行匹配，有效降低制氮系统的能耗和人工成本，实现降本增效目标。
19、4.本发明采用全时域数据监控，提高制氮系统安全性、稳定性和可靠性。
20、5.本发明通过对制氮系统的各类数据在线实时监测，进行数据分析，并迅速反馈；对于异常信号，比如：制氮机内膜入口压缩空气温度设定值为45℃～60℃，制氮机内加热器入口压缩空气温度设定值为45℃～50℃，当压缩空气温度超过设定的温度区间，机组会产生报警并且停机，避免膜在非正常受控状态下长期运行，造成损害，实现各类信号全时域报警。最终实现了提高制氮系统的安全性、稳定性和可靠性的目标，减少了安全隐患。
1.一种基于膜制氮原理的智能调控装置，其特征在于：包括阀门电动执行器、阀位调节控制执行器、电子式压力变送器、整体式plc、制氮控制plc、intouch工作站；在制氮系统的缓冲罐出口阀门上、制氮系统的冷干机进出口阀门上、制氮机进出口阀门上和氮气储罐进出口阀门上各安装有一阀门电动执行器；阀位调节控制执行器安装于制氮机出口端，起到调纯阀的作用，电子式压力变送器安装于氮气储罐上；全部阀门电动执行器和电子式压力变送器都经过整体式plc装置，然后通过交换机进局域网与intouch工作站进行数据交换；intouch工作站通过交换机进入局域网，用于直接监控制氮系统的空压机、冷干机和制氮机；其中，制氮控制plc的控制程序中包含有阀位调节控制执行器的监控逻辑控制模块。
2.根据权利要求1所述的基于膜制氮原理的智能调控装置的智能调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于膜制氮原理的智能调控装置的智能调控方法，其特征在于，步骤2中，pid算法如下式：
4.根据权利要求3所述的基于膜制氮原理的智能调控装置的智能调控方法，其特征在于，步骤2中：kp取值为0.827，ti取值为1.198，td取值为0。
