先進(jìn)過(guò)程控制應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)07

1、摘要本文的目的是探討具體的可以提高生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法?；陧?xiàng)目目標(biāo)，范圍和控制策略以先進(jìn)的過(guò)程控制應(yīng)用（APC）于分布式控制系統(tǒng)（DCS）的設(shè)計(jì)。計(jì)算方法是基于熱和質(zhì)量守恒，如RPID=203×900 ×（直流241PV- 400）241×1.06/500PV； CATRATE=0.22×3.14× LEVELRATE/ 4。質(zhì)量控制器將控制目標(biāo)寫入濃度控制器，將它寫入到DCS的初始值或輸出值。該技術(shù)大大提高了DCS系統(tǒng)控制質(zhì)量：生產(chǎn)設(shè)備的能力得到了改善，投入少繁殖力的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。該產(chǎn)品的名稱過(guò)境時(shí)間縮短，減少多余的庫(kù)存。文章的目的是在業(yè)務(wù)研

2、究和工程師。關(guān)鍵詞：控制論，系統(tǒng)控制理論，分配控制論文類型：技術(shù)論文7第一章 緒論分布式控制系統(tǒng)（DCS）可實(shí)現(xiàn)濃度自動(dòng)化管理，操作和分散工廠控制。DCS在連續(xù)性生產(chǎn)的現(xiàn)代化企業(yè)當(dāng)中起著重要的作用。在石油化學(xué)工業(yè)體系中，許多跨國(guó)公司（MNC）如殼牌石油開(kāi)發(fā)公司，BP公司，ABB公司，和陶氏化學(xué)公司的全球都在使用DCS系統(tǒng)。然而，隨著技術(shù)和科學(xué)的發(fā)展，DCS的缺點(diǎn)不斷暴露出來(lái)。例如， 故障分布式系統(tǒng)不完善，接口調(diào)整缺乏便利性還權(quán)威性的保護(hù)，產(chǎn)品質(zhì)量往往不穩(wěn)定，材料消耗偏高，在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，過(guò)熱和突發(fā)收集經(jīng)常發(fā)生，聚合反應(yīng)器滯后較嚴(yán)重， 過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)。如何加強(qiáng)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)是技術(shù)人員面臨的一個(gè)

3、重要的問(wèn)題（Wu，2005）。為了解決上述問(wèn)題，我們引進(jìn)先進(jìn)的過(guò)程控制（APC）技術(shù)納入聚丙烯DCS設(shè)備。我們利用能源和質(zhì)量平衡計(jì)算方法，通過(guò)檢查集體的數(shù)據(jù)，效率差補(bǔ)償，前饋和反饋，比例積分微分系數(shù)（PID）的參數(shù)確定來(lái)實(shí)現(xiàn)裝備安全和平穩(wěn)運(yùn)行。我們的研究可以提高設(shè)備的邊緣穩(wěn)定性，優(yōu)化了產(chǎn)品的質(zhì)量控制（Zhang，2003；Wang等人，2004年），并帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，我們的研究成果對(duì)于世界上任何一個(gè)跨國(guó)公司有實(shí)證參考的價(jià)值。對(duì)于一般的控制系統(tǒng)的研究，請(qǐng)參考Lin（1991年，1990年）和Lin和Ma（1990）。第二章 方法設(shè)計(jì)和實(shí)踐APC2.1 APC的功能的簡(jiǎn)要介紹算法利用了

4、目前使用測(cè)量值來(lái)計(jì)算另一個(gè)參數(shù)，這是必要的，但不能實(shí)際測(cè)量。DCS的標(biāo)準(zhǔn)公式，專有的方法，經(jīng)驗(yàn)公式，和數(shù)據(jù)用于計(jì)算的數(shù)據(jù)。其結(jié)果是用在控制系統(tǒng)（林等2005年）。前饋，反饋和PID的控制技術(shù)取代了一些基本的控制技術(shù)。多輸入單輸出的控制策略的應(yīng)用，克服了一些控制上的弱點(diǎn)：缺乏效率，延遲，不穩(wěn)定（Yan等，2006;Han等人，2004;。Ma等人，2005年。Li和Fang，2005）。APC的程序軟件包符合DCS專用語(yǔ)言的規(guī)定。它需要大量的數(shù)據(jù)去做一系列的復(fù)雜的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。因此，DSC系統(tǒng)必須具有收集歷史數(shù)據(jù)和做復(fù)雜運(yùn)算的功能。2.2工藝工作聚丙烯設(shè)備采用Spheripol工藝環(huán)管工作

5、（圖1）。2.3項(xiàng)目目標(biāo)和范圍APC的產(chǎn)品范圍包括催化劑喂養(yǎng)和循環(huán)管道。具體目標(biāo)是：改變的關(guān)鍵變量（如崩潰指數(shù)等）的偏差降低了10%-15%，則生產(chǎn)是穩(wěn)定的，質(zhì)量會(huì)提高，由操作不當(dāng)引起的計(jì)劃外停車將會(huì)下降。圖1 一般情況下的設(shè)備這個(gè)舉措使系統(tǒng)上升了兩三個(gè)百分點(diǎn)，而且減小了消耗，節(jié)省了能源。2.4實(shí)施策略控制策略構(gòu)造圖如圖2（Gulati，2002; Za，2003; Kern Allan，2001年，Liu，2003）。2.4.1控制項(xiàng)目。該項(xiàng)目包括兩個(gè)控制器的控制和采用兩層結(jié)構(gòu)。質(zhì)量控制器的控制目標(biāo)將寫入集中控制器，而集中控制器將把設(shè)定點(diǎn)或輸出閥門的值寫入DCS。圖2控制策略設(shè)計(jì)密度控制器的

6、主要目標(biāo)是：穩(wěn)定生產(chǎn)，降低生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng);最大限度地提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)上限運(yùn)作。質(zhì)量控制的主要目標(biāo)是控制質(zhì)量目標(biāo)操作者的初始值范圍，加快“產(chǎn)品名稱”和切割過(guò)，以減少傳輸產(chǎn)品。2.4.2三個(gè)質(zhì)量軟儀表。軟儀表的品質(zhì)如圖3。2.4.3預(yù)測(cè)值。預(yù)測(cè)的質(zhì)量軟儀表需要實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次調(diào)整。預(yù)測(cè)值（PV）的類別，如圖4。由于濃度的目標(biāo)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，事實(shí)上濃度無(wú)法達(dá)到的理論上的數(shù)值（例如，根據(jù)不同的規(guī)定條款），實(shí)際濃度控制變量可能帶來(lái)多余的模型誤差，導(dǎo)致控制目標(biāo)做多余的調(diào)整。而穩(wěn)定質(zhì)量的預(yù)測(cè)將會(huì)解決上速的問(wèn)題。2.4.4生產(chǎn)率計(jì)算。它采用了由工藝經(jīng)驗(yàn)公式： 2.4.5催化劑流量。催化劑流量等于計(jì)算桶的液體位

7、置下降速率乘以內(nèi)桶面積。里面已知桶內(nèi)直徑為0.2米： 危機(jī)指數(shù)二甲苯溶解度乙烯的百分含量輸入變量是氫氣在環(huán)管中的濃度輸入變量是電子體的所屬數(shù)量導(dǎo)入的變量是乙烯進(jìn)入材料和乙烯的濃度比AC403軟儀表的質(zhì)量檢測(cè)圖3 軟儀表的質(zhì)量預(yù)測(cè)圖4 預(yù)測(cè)值2.4.6樣本量的計(jì)算和置信區(qū)間。樣本數(shù)和置信區(qū)間的計(jì)算采用下列公式： 2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)我們運(yùn)用的通訊方式是從上位機(jī)到DCS，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接點(diǎn)進(jìn)行過(guò)程控制。我們以安裝了相應(yīng)的預(yù)控制軟件的Windows2000服務(wù)器為平臺(tái)。計(jì)算操作變量（MV）的抗積分飽和：每個(gè)操作使用PID的設(shè)定值（SV）時(shí)需要計(jì)算抗積分飽和度，以便使控制器知道閥門或底部的控制回路的狀態(tài)。如果閥

8、門開(kāi)度已達(dá)到100個(gè)或0個(gè)百分點(diǎn)，而控制器沒(méi)有識(shí)別它，它仍然會(huì)繼續(xù)走動(dòng)到設(shè)定值。不過(guò)，預(yù)期效果不能達(dá)到的，因?yàn)轭A(yù)測(cè)值無(wú)法跟蹤的設(shè)定值。它會(huì)錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)控制器，并讓積分飽和。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)DCS程序用來(lái)計(jì)算每個(gè)操作變量的抗飽和值A(chǔ)WSCOD。下面的數(shù)字是用來(lái)表示在控制器的不同狀態(tài)。計(jì)算應(yīng)具有以下功能：IF PID Controller Output>99.7% THEN;MV Name. AWSCOD =2;ELSE IF PID Controller Output<0.3% THEN;MV Name. AWSCOD = 1;ELSE; MV Name. AWSCOD

9、= 0;ENDIF計(jì)算操作變量的循環(huán)：每個(gè)操作變量需要計(jì)算的循環(huán)狀態(tài)，以使控制器知道循環(huán)是否會(huì)寫入正確的狀態(tài)。無(wú)論是當(dāng)APC是處于運(yùn)行狀態(tài)或者請(qǐng)求開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)（ONREQ=1）。計(jì)算應(yīng)具有以下功能：IF PID Controller MODE <> Computer Mode THEN;MV Name. LOOPST=0;ELSE;MV Name. LOOPST = 1;ENDIF模式轉(zhuǎn)變的邏輯：當(dāng)APC被關(guān)閉或個(gè)別操作變量與控制器失去聯(lián)系，相應(yīng)的PID控制回路應(yīng)該回到正常的控制方法，以便控制手段可以改變的邏輯。此外，當(dāng)APC處于打開(kāi)狀態(tài)，操作變量可以加以控制，通過(guò)DCS的邏輯改

10、變相應(yīng)的字符串類。邏輯的計(jì)算應(yīng)每10秒進(jìn)行一次，并且必須包括下列功能。 當(dāng)控制器處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，字符串類的狀態(tài)必須轉(zhuǎn)變?yōu)檎顟B(tài)： IF (ONREQ goes from 1 to 0) OR (ONSTAT goes from 1 to 0) THEN;FOR EACH MV DO;PID Controller MODE =NORMAL MODE;END DO;END IF當(dāng)控制器處于打開(kāi)狀態(tài)，單個(gè)的操作變量從控制器剪下，然后循環(huán)狀態(tài)從字符串類變成正常狀態(tài)：IF (ONREQ = 1) THEN;FOR EACH MV DO;IF (MV Name LOOPST = 0) AND PID C

11、ontroller MODE = Computer THEN;PID Controller MODE = NORMAL MODE;END IF;END DO;END IF.當(dāng)控制器被打開(kāi)，循環(huán)是從一個(gè)正常的狀態(tài)到字符串類條件：IF (ONREQ goes from 0 to 1) THEN;FOR EACH MV DO;IF MV Name MANMODE = 0 THEN;PID Controller MODE = Computer MODE;END IF;END DO;END IF3.結(jié)果應(yīng)用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)的前后對(duì)照（表1）。在使用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)前的情況是生產(chǎn)率（T/ h）為7.3&#

12、177;1.0，危機(jī)指數(shù)（g/10 min）是3.3± 0.5，產(chǎn)品變換時(shí)間（h）為810，溫度（8）是70.0±0.3，控制密度（g/ L）為560± 4。采用先進(jìn)工藝控制技術(shù)后的情況是，生產(chǎn)率（T/ h）為8.2±0.3，MI（g/10 min）是3.2±0.3。該產(chǎn)品的時(shí)候變換（h）為5，溫度（8）為70.0±.15，控制密度（g/ L）為563±1.2。表1 使用APC技術(shù)前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)使用APC技術(shù)后的情況使用APC技術(shù)前的情況生產(chǎn)率（T/h）8.2±0.37.3±1.0產(chǎn)品變換時(shí)間（h）5

13、810溫度（）70.0±0.1570.0±0.30控制密度（g/ L）563±1.2560±4數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)已大大提高了DCS系統(tǒng)的控制質(zhì)量；設(shè)備的生產(chǎn)能力得到改善。以及與小輸入繁殖力的目的是實(shí)現(xiàn)。該產(chǎn)品名稱的運(yùn)輸時(shí)間縮短，減少多余的庫(kù)存。裝備運(yùn)行平穩(wěn)，高品質(zhì)的產(chǎn)品和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力生產(chǎn)力得到加強(qiáng)。總結(jié)采用APC控制后，我們可以協(xié)調(diào)的每一個(gè)變量的關(guān)系，使操作平穩(wěn)，解決上述問(wèn)題。例如，產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)常波動(dòng)，物料消耗上偏高；在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，溫度過(guò)高和突發(fā)收集經(jīng)常發(fā)生；采用在線動(dòng)態(tài)模型提供工藝算法的方式，我們得適應(yīng)與工藝關(guān)聯(lián)的公式。該設(shè)備能做到邊緣操作和增加負(fù)荷。我們的研究可以獲取可觀的經(jīng)濟(jì)效益。APC的技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步完善和改進(jìn)了D