一种热耦合空分塔多回路控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种热耦合空分塔多回路控制装置，包括与热耦合空分塔直接连接的智能仪表、控制器和DCS系统。所述DCS系统包括上位机、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机通过现场总线与数据接口相连接。所述智能仪表通过温度、压力检测元件测量相关参数，并与数据接口连接。所述上位机用以实现控制信号的求解，并将求解的控制信号通过现场总线传递给控制站。所述控制站根据得到的控制信号通过与现场总线相连的数据接口，对控制器进行调整。所述控制器实现对热耦合空分塔的直接控制调整。本发明专利技术提供的控制装置能够很好地处理热耦合空分塔的控制问题，具有高效的在线运算速度，并具有非常好的控制效果、干扰抑制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种热耦合空分塔多回路控制装置
本专利技术涉及工业节能控制领域，特别地，涉及一种热耦合空分塔多回路控制装置。
技术介绍
空分装置是对空气进行分离，并得到氧、氮、氩等高纯工业气体的装置，它被广泛应用于石油、化工、冶金、电子、能源、航空航天、食品饮料、医疗保健等各种工业领域。所得到的氧、氮和氩产品在一个国家国民经济中的应用十分广泛。自从上世纪70年代的两次“石油危机”以来，能源危机加深，强烈地要求许多领域能源的有效利用。在能耗很大的空气分离工业中，能源成本占了空气产品价格的75％。于是出现这样的情况，一方面，由于现代工业的发展，一些大型工业项目如钢铁工业、化学工业、石油开采等都需要由大型空分装置提供空气制品，需求量也越来越大。另一方面，能耗成本也随着能源危机，变得越来越大。因此在这样的形势下，提高空气分离技术的能量效率显得刻不容缓。热耦合空分技术比常规空分技术节能40％以上，节能效果显著。然而，由于热耦合空分过程具有强耦合、强病态、强不对称性、强反向响应等复杂的非线性动态特性，该塔的控制策略设计显得尤为困难。提高该过程的生产控制品质已经成为一项关键的空分节能技术，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种热耦合空分塔多回路控制装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种热耦合空分塔多回路控制装置，包括与热耦合空分塔直接连接的智能仪表、控制器和DCS系统；所述DCS系统包括上位机、控制站、存储装置、现场总线和数据接口，存储装置、控制站及上位机通过现场总线与数据接口相连接；所述智能仪表与数据接口连接，包括温度检测元件、压力检测元件；所述温度检测元件、压力检测元件检测热耦合空分塔的温度、压力数据，通过数据接口传输至上位机，所述上位机根据热耦合空分塔的温度、压力数据得到控制信号，并将控制信号通过现场总线传递给控制站，所述控制站根据控制信号通过与现场总线相连的数据接口，对控制器进行调整，所述控制器实现对热耦合空分塔的直接控制调整；其中，所述上位机首先通过数据接口接收热耦合空分塔的温度、压力数据，根据下式得到相应的组分浓度：其中，y和x分别表示组分浓度，P表示压强，T表示温度，α表示相对挥发度，a，b，c为安东尼系数，下标N和O分别表示氮组分和氧组分；然后利用前后时刻的浓度差得到偏差：eN(t)＝yN(t)-yN(t-1)(3)eO(t)＝xO(t)-xO(t-1)(4)其中，t为时间，e为偏差，下标N和O分别表示氮组分和氧组分；最后通过下式得到两个回路的控制信号：其中，TS是采样时间，KP是比例控制系数，TI是积分控制的积分时间，ΔPH(t)和Δq(t)分别表示氮产品回路的控制信号和氧产品回路的控制信号，t为时间。本专利技术的技术构思为：对热耦合空分过程中两端的产品浓度进行多回路增量式控制，克服已有的控制装置抑制干扰能力差、控制效果差、难以实现精确设定值跟踪的不足，从而设计出热耦合空分过程的抑制干扰能力良好、控制效果好、可以实现精确迅速的设定值跟踪的控制装置。本专利技术的有益效果主要表现在：1.控制方案建立在多回路模型基础上，能够及时抑制干扰作用；2.控制方案较好地处理了耦合问题，能够快速准确地跟踪设定值变化。通过采用上述技术方法，可以有效提供一种抑制干扰能力良好、控制效果好、可以实现精确迅速的设定值跟踪的热耦合空分塔的多回路控制装置，来克服目前热耦合空分塔的控制装置抑制干扰能力差、控制效果差、难以实现精确设定值跟踪的不足。附图说明图1是控制器模块的组成框图；图2是热耦合空分塔的控制装置结构图；图3是上位机实现方法原理图；图4是伺服控制仿真图；图5是定值控制仿真图。具体实施方式下面根据附图具体说明本专利技术。参照2和图3，本专利技术一种热耦合空分塔多回路控制装置，包括与热耦合空分塔1直接连接的智能仪表2、控制器8和DCS系统。所述DCS系统包括上位机6、控制站5、存储装置4、现场总线7和数据接口3，存储装置4、控制站5及上位机6通过现场总线7与数据接口3相连接。所述智能仪表2通过温度检测元件、压力检测元件测量相关参数，并与数据接口3连接。所述上位机6用以实现控制信号的求解，包括多回路控制器模块9，并将求解的控制信号通过现场总线7传递给控制站5。所述控制站5根据得到的控制信号通过与现场总线7相连的数据接口3，对控制器8进行调整。所述控制器8实现对热耦合空分塔1的直接控制调整。控制器模块9如图1。所述上位机6通过数据接口接收热耦合空分塔的温度、压力数据，根据下式得到相应的组分浓度：其中，y和x分别表示组分浓度，P表示压强，T表示温度，α表示相对挥发度，a，b，c为安东尼系数，下标N和O分别表示氮组分和氧组分。利用前后时刻的浓度差得到偏差：eN(t)＝yN(t)-yN(t-1)(3)eO(t)＝xO(t)-xO(t-1)(4)其中，t为时间，e为偏差，下标N和O分别表示氮组分和氧组分。通过下式得到两个回路的控制信号：其中，TS是采样时间，KP是比例控制系数，TI是积分控制的积分时间，这三个参数根据现场过程用Z-N经验法人工设定好。ΔPH(t)和Δq(t)分别表示氮产品回路的控制信号和氧产品回路的控制信号。t为时间。图4和图5分别给出了本方案在热耦合空分塔的伺服控制仿真和定值控制仿真，可以看到通过多回路控制模型不论是跟踪设定值变化还是抑制干扰作用，响应速度和整定效果都到达目的。上述实施例用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热耦合空分塔多回路控制装置，其特征在于，包括与热耦合空分塔直接连接的智能仪表、控制器和DCS系统。所述DCS系统包括上位机、控制站、存储装置、现场总线和数据接口等。存储装置、控制站及上位机通过现场总线与数据接口相连接；所述智能仪表与数据接口连接，包括温度检测元件、压力检测元件；所述温度检测元件、压力检测元件检测热耦合空分塔的温度、压力数据，通过数据接口传输至上位机，所述上位机根据热耦合空分塔的温度、压力数据得到控制信号，并将控制信号通过现场总线传递给控制站，所述控制站根据控制信号通过与现场总线相连的数据接口，对控制器进行调整，所述控制器实现对热耦合空分塔的直接控制调整。其中，所述上位机首先通过数据接口接收热耦合空分塔的温度、压力数据得到氮组分和氧组分的浓度，然后利用前后时刻的浓度差得到氮组分偏差和氧组分偏差，最后根据氮组分偏差和氧组分偏差得到氮产品回路的控制信号和氧产品回路的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种热耦合空分塔多回路控制装置，其特征在于，包括与热耦合空分塔直接连接的智能仪表、控制器和DCS系统。所述DCS系统包括上位机、控制站、存储装置、现场总线和数据接口等。存储装置、控制站及上位机通过现场总线与数据接口相连接；所述智能仪表与数据接口连接，包括温度检测元件、压力检测元件；所述温度检测元件、压力检测元件检测热耦合空分塔的温度、压力数据，通过数据接口传输至上位机，所述上位机根据热耦合空分塔的温度、压力数据得到控制信号，并将控制信号通过现场总线传递给控制站，所述控制站根据控制信号通过与现场总线相连的数据接口，对控制器进行调整，所述控制器实现对热耦合空分塔的直接控制调整。其中，所述上位机首先通过数据接口接收热耦合空分塔的温度、压力数据得到氮组分和氧组分的浓度，然后利用前后时刻的浓度差得到氮组分偏差和氧组分偏差，最后根据氮组分偏差和氧组分偏差得到氮产品回路的控制信号和氧产品回路的控制信号。2.根据权利要求1所述热耦合空分塔多回路控制装置，其特征在于，所述上位机通过数据接口接收热耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴高，付尧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33