一种用于空分装置的多变量预测控制方法制造方法及图纸

一种用于空分装置的多变量预测控制方法，所述的多变量预测控制方法是：a）在空分装置的DCS系统局域网上增加一台上位机，用来创建空分装置MVPC服务器；b）确定变量：根据空分装置工艺流程优化目标，确定被控变量CV、操作变量MV、扰动变量DV；c）MVPC矩阵大小的建立原则：选取关键参数，尽可能少的变量；MVPC操作变量调节阀门开度，即对应常规控制下PID控制器的输出；在MVPC工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为串级控制，PID控制器的输出跟踪MVPC操作变量；当MVPC不工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为自动控制，MVPC操作变量跟踪PID控制的输出；d）建立模型：一个空分装置建立一个MVPC控制器模型或分成不同工段建立独立的MVPC控制器模型；e）训练、调整模型：初步设定模型中增益K、时间常数Tau、滞后时间Tdelay，模型投入后，系统会自动给出优化后的增益、时间常数和滞后时间；f）投入使用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于空分装置的多变量预测控制方法
本专利技术涉及的是一种用于空气分离生产过程中的空分装置多变量预测控制（MVPC:Multi-VariablePredictiveControl）方法，属于自动化控制工程

技术介绍
在空分装置的工艺流程中，原料空气经过一系列的过滤、压缩、预冷、净化、增压、膨胀和换热等操作环节后，进入下塔；空气经下塔初步精馏后，在下塔底部获得富氧液空，在下塔顶部获得纯液氮，并经由过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，并经液氧泵压缩后进入主换热器，复热后作为气氧产品出冷箱。部分液氧直接出冷箱作为液氧产品进入液氧储槽；从上塔顶部抽取液氮产品，进入液氮储槽。通过从主冷箱上塔中下部抽取一定量的氩馏分，经粗氩塔和精氩塔精馏后获得液氩产品，进入液氩储槽。空气分离装置具有流程复杂、耦合严重等特点；同时在空分装置的生产过程中，外部管网对生产气体的需求常呈现周期性、阶段性、间歇式等特征，氧气耗散会造成不必要的能耗与经济损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种使空分装置的工况更稳定，能提高氧气产品提取率，降低氧气产品的耗散率，提高氩气产品提取率，减少不必要的额外冷量产生，节能降耗的用于空分装置的多变量预测控制方法。本专利技术是通过如下技术方案予以实现的：一种用于空分装置的多变量预测控制方法，所述的多变量预测控制方法是：a）在空分装置的DCS系统局域网上增加一台上位机，用来创建空分装置MVPC服务器，MVPC客户端则安装在DCS的工程师站或操作员站；b）确定变量：根据空分装置工艺流程优化目标（比如减少产品流量波动，降低能耗等），确定被控变量CV、操作变量MV、扰动变量DV；c）MVPC矩阵大小的建立原则：选取关键参数，尽可能少的变量；同时确定CV的和MV的相关限制等设定；MVPC操作变量调节阀门开度，即对应常规控制下PID控制器的输出；在MVPC工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为串级控制，PID控制器的输出跟踪MVPC操作变量；当MVPC不工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为自动控制，MVPC操作变量跟踪PID控制的输出；d）建立模型：一个空分装置建立一个MVPC控制器模型或分成不同工段建立独立的MVPC控制器模型；e）训练、调整模型：初步设定模型中增益K、时间常数Tau、滞后时间Tdelay，模型投入后，系统会自动给出优化后的增益、时间常数和滞后时间；f）投入使用，进一步优化模型。作为优选：所述的进一步优化模型主要是根据空分装置流程工艺优化目标，增加CV、MV、DV的数量；可以把空压机导叶的开度、空压机电流等能耗相关参数作为CV以进一步节能降耗；所述MVPC控制器模型使用2个，包括主空分MVPC控制器和氩系统MVPC控制器，2个控制器的控制相互独立；或将所述的主空分MVPC控制器和氩系统MVPC控制器合成为1个。作为优选：所述的MVPC控制器是根据当前时刻各操作变量MV的测量值，计算各操作变量MV的变化量，根据各被控变量CV的当前测量值来校正其预测值，由预测控制算法依据控制性能指标，优化计算出各操作变量MV的最优控制增量ΔMV。作为优选：所述MVPC实际上为解耦系统，使得耦合严重的过程系统简化；便于预测和控制；所述的MVPC实际上为受限控制，通过限制CV的高、低限，偏差抑制；限制MV高低限，变化幅度，偏差抑制等，使得被控变量在高、低限范围内尽可能接近设定点，或者尽可能朝着一个方向靠近，即CV的设定点接近高限或低限。本专利技术具有工况更稳定，能提高氧气产品提取率，降低氧气产品的耗散率，提高氩气产品提取率，减少不必要的额外冷量产生，节能降耗等特点。附图说明图1是主空分MVPC矩阵图。图2是氩系统MVPC矩阵图。图3是氧气产品流量图。图4是氩提取率图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作详细的介绍：一种用于空分装置的多变量预测控制方法，所述的多变量预测控制方法是：a）在空分装置的DCS系统局域网上增加一台上位机，用来创建空分装置MVPC服务器，MVPC客户端则安装在DCS的工程师站或操作员站；b）确定变量：根据空分装置工艺流程优化目标（比如减少产品流量波动，降低能耗等），确定被控变量CV、操作变量MV、扰动变量DV；c）MVPC矩阵大小的建立原则：选取关键参数，尽可能少的变量；同时确定CV的和MV的相关限制等设定；MVPC操作变量调节阀门开度，即对应常规控制下PID控制器的输出；在MVPC工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为串级控制，PID控制器的输出跟踪MVPC操作变量；当MVPC不工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为自动控制，MVPC操作变量跟踪PID控制的输出；d）建立模型：一个空分装置建立一个MVPC控制器模型或分成不同工段建立独立的MVPC控制器模型；e）训练、调整模型：初步设定模型中增益K、时间常数Tau、滞后时间Tdelay，模型投入后，系统会自动给出优化后的增益、时间常数和滞后时间；f）投入使用，进一步优化模型。本专利技术所述的进一步优化模型主要是根据空分装置流程工艺优化目标，增加CV、MV、DV的数量；可以把空压机导叶的开度、空压机电流等能耗相关参数作为CV以进一步节能降耗；所述MVPC控制器模型使用2个，包括主空分MVPC控制器和氩系统MVPC控制器，2个控制器的控制相互独立；或将所述的主空分MVPC控制器和氩系统MVPC控制器合成为1个。本专利技术所述的MVPC控制器是根据当前时刻各操作变量MV的测量值，计算各操作变量MV的变化量，根据各被控变量CV的当前测量值来校正其预测值，由预测控制算法依据控制性能指标，优化计算出各操作变量MV的最优控制增量ΔMV。本专利技术所述MVPC实际上为解耦系统，使得耦合严重的过程系统简化；便于预测和控制；所述的MVPC实际上为受限控制，通过限制CV的高、低限，偏差抑制；限制MV高低限，变化幅度，偏差抑制等，使得被控变量在高、低限范围内尽可能接近设定点，或者尽可能朝着一个方向靠近，即CV的设定点接近高限或低限。本专利的有益效果是：工况更稳定，减少氧气耗散，节能降耗。图1中：数字1表示同一个参数作为CV的同时也作为MV，即同时动作，方向、幅度完全一致；方向箭头一般为一阶惯性加纯滞后模型；不同方向表示正向、逆向变化；空白表示没有关系，即一阶时滞模型中参数K/Tau/Delay均为0。如果模型中箭头方向取反，那么在训练模型的过程中，数据会发散；这是个容易发现和解决的问题。分子筛均压时，会有一部分空气流入再生好的罐子。一般情况下会逻辑操作空压机导叶自动增加一部分开度，以补偿一部分空气，但仍然会有波动，也会对空分装置的工况造成一定扰动；分子筛并行时，也会对空分装置的工况造成一定的扰动。所以分子筛均压开始到并行结束这个阶段可以作为一个扰动变量。图2中：数字1表示同一个参数作为CV的同时也作为MV，即同时动作，方向、幅度完全一致；方向箭头一般为一阶惯性加纯滞后模型；不同方向表示正向、逆向变化；空白表示没有关系，即一阶时滞模型中参数K/Tau/Delay均为0。如果模型中箭头方向取反，那么在训练模型的过程中，数据会发散；这是个容易发现和解决的问题。图3中，此处流量计在氧气送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空分装置的多变量预测控制方法，其特征在于所述的多变量预测控制方法是：a）在空分装置的DCS系统局域网上增加一台上位机，用来创建空分装置MVPC服务器，MVPC客户端则安装在DCS的工程师站或操作员站；b）确定变量：根据空分装置工艺流程优化目标，确定被控变量CV、操作变量MV、扰动变量DV；c）MVPC矩阵大小的建立原则：选取关键参数，尽可能少的变量；同时确定CV的和MV的相关限制等设定；MVPC操作变量调节阀门开度，即对应常规控制下PID控制器的输出；在MVPC工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为串级控制，PID控制器的输出跟踪MVPC操作变量；当MVPC不工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为自动控制，MVPC操作变量跟踪PID控制的输出；d）建立模型：一个空分装置建立一个MVPC控制器模型或分成不同工段建立独立的MVPC控制器模型；e）训练、调整模型：初步设定模型中增益K、时间常数Tau、滞后时间Tdelay，模型投入后，系统会自动给出优化后的增益、时间常数和滞后时间；f）投入使用，进一步优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种用于空分装置的多变量预测控制方法，其特征在于所述的多变量预测控制方法是：a）在空分装置的DCS系统局域网上增加一台上位机，用来创建空分装置MVPC服务器，MVPC客户端则安装在DCS的工程师站或操作员站；b）确定变量：根据空分装置工艺流程优化目标，确定被控变量CV、操作变量MV、扰动变量DV；c）MVPC矩阵大小的建立原则：选取关键参数，尽可能少的变量；同时确定CV的和MV的相关限制等设定；MVPC操作变量调节阀门开度，即对应常规控制下PID控制器的输出；在MVPC工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为串级控制，PID控制器的输出跟踪MVPC操作变量；当MVPC不工作时，MVPC操作变量对应的PID控制器为自动控制，MVPC操作变量跟踪PID控制的输出；d）建立模型：一个空分装置建立一个MVPC控制器模型或分成不同工段建立独立的MVPC控制器模型；e）训练、调整模型：初步设定模型中增益K、时间常数Tau、滞后时间Tdelay，模型投入后，系统会自动给出优化后的增益、时间常数和滞后时间；f）投入使用，进一步优化模型。2.根据权利要求1所述的用于空分装置的多变...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜昊，付定君，韩立峰，崔拥军，张强，周筱俊，孙彬，吴文英，张育哲，徐小芹，侯新刚，韦霆，
申请(专利权)人：浙江智海化工设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33