基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及冗余设备站的负荷管理领域，特别涉及一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统；其中自动寻优控制方法包括建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，并通过迭代学习特性回路以及学习剪枝特性回路完善出力负荷平衡公式，以实现冗余设备站自动寻优控制，既不需要额外耗费资金人力安排能效试验，也不需重规划设计冗余设备站，通过在DCS系统内采用部分可变编程语言模拟人工神经网络算法，搭建边缘计算回路，即可实时寻优整个设备站的主从负荷博弈策略，无需投入设备站改造成本，即能显著提高节能效益，并可实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。

Automatic optimization control method and system of redundant equipment station based on DCS system

【技术实现步骤摘要】
基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统
本专利技术涉及冗余设备站的负荷管理领域，特别涉及一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统。
技术介绍
现有的工业设备在应用时，为增加设备运行的可靠性，往往采用配置两套或两套以上相同且相对独立的设备以构成冗余设备站，如空气压缩机站、海水泵站、中央空调站、供热泵站、给煤机站等。当用户端的负荷需求区间较宽，且其正常负荷曲线呈阶梯分段特性，在站内1套独立子设备可承担最小负荷出力的情况下，一般需要布置3套及以上的平级独立子设备兼顾负荷增长及故障冗余要求；不同于较常见的一运一备设备系统，具有3套及以上的平级独立子设备的冗余设备站，需考虑子设备之间的主从负荷分配与用户端负荷需求的平衡，分配不平衡常会造成子设备“抢出力”，并造成用户端负荷大幅波动。在较早期投产的大型工业企业，受当时工业设计水平所限，冗余设备站的负荷控制策略简单粗放，且长期运行后，一方面站内子设备老化造成偏离设计出力，另一方面用户端负荷需求变化较多，更易出现“抢出力”现象。为解决此类问题，当前较为常见的作法是签订技术服务合同邀请试验院所进行能效试验，重新核定冗余设备站负荷参数，再采取控制系统改造等方式修正整个冗余设备站的负荷控制策略，或者干脆重新规划更换冗余设备站。但对于大多数工业企业来说，上述做法存在几项关键制约条件，其一是冗余设备站较多的应用在其生产工艺系统的公用段，如空气压缩机站、海水泵站等，整体改造将极大的影响或直接中断其生产系统运行；其二是用户端负荷变化周期较长，且可能随时产生部分新增用户，能效试验较难组织且试验结果失效过快；其三是冗余设备站设计寿命较长，直接改造经济损失较大，得不偿失。故而，极大多数的早期工业企业，即使其主要生产业务系统已采用极为先进的DCS系统，但部分冗余设备站还维持着原始落后的负荷控制策略，尤其在站内子设备切换运行或增减投运时，需要安排较多的生产人员，采用半自动结合人工操作的方式完成设备切换，但仍然避免不了用户端的负荷波动，使得冗余设备站成为影响安全性和经济性的控制孤岛。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提供基于DCS系统边缘实现工况寻优的数据挖掘方法和系统，其中，基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，所述方法包括：S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；S2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值；S3：在DCS系统内设定各子设备恒定出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各分段的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的优选中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值及其获得的时域值，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；S4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；S5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的负荷分段函数，根据其与各区间的最优参量中位值的偏差系数，计算出力负荷平衡公式左侧各子设备在标准阈值下的出力负荷参量；分别以各子设备独立作为主机，完成全负荷段的标幺调节试验，试验采用偏差迭代寄存回路来补偿优化各负荷段偏离中位值较大的出力负荷参量，并回送到出力调节特性回路；S6：在DCS系统建立主从切换回路及主从设备选择人机接口，以所得各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件进行比较，在人机界面发出负荷剩余裕度的相关报警指示，指导操作人员选择子设备主从关系；根据人机接口输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路；试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变。进一步地，步骤S2中用户端负荷适应性参量包括但不限于压缩气压力、供水压力、制冷温度以及供热温度。本专利技术还提供一种空气压缩机冗余设备站，所述空气压缩机冗余设备站采用如上任一项所述的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法进行控制。与现有技术相比，本专利技术提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，既不需要额外耗费资金人力安排能效试验，也不需要拷贝历史数据或外接数据接口进行专门的数据演算，更无需重规划设计冗余设备站，通过在DCS系统内采用部分可变编程语言模拟人工神经网络算法，搭建边缘计算回路，即可实时寻优整个设备站的主从负荷博弈策略，无需投入设备站改造成本，即能显著提高节能效益，并可实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的迭代学习回路的逻辑图；图3为本专利技术提供的学习剪枝特性回路的逻辑图；图4为本专利技术提供的出力调节回路的逻辑图；图5为本专利技术提供的主从切换操作回路的逻辑图；图6为本专利技术提供的主从负荷分配回路的逻辑图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用了区分不同的组成部分。本专利技术提供一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及应用，其中，如图1所示，基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，包括如下步骤：S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；具体地，归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立以矩阵形式表达的出力负荷平衡公式，规划所有参数在DCS系统内对应的IO信号，确认出力负荷平衡公式内各影响参数或其表达变量均已引入DCS系统。以具有4个出力子设备(A、B、C、D)的空气压缩机站为例，该空气压缩机站供应两台发电机组所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，其特征在于：所述方法包括：/nS1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；/nS2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值；/nS3：在DCS系统内设定各子设备恒定出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各分段的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的优选中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值及其获得的时域值，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；/nS4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；/nS5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的负荷分段函数，根据其与各区间的最优参量中位值的偏差系数，计算出力负荷平衡公式左侧各子设备在标准阈值下的出力负荷参量；分别以各子设备独立作为主机，完成全负荷段的标幺调节试验，试验采用偏差迭代寄存回路来补偿优化各负荷段偏离中位值较大的出力负荷参量，并回送到出力调节特性回路；/nS6：在DCS系统建立主从切换回路及主从设备选择人机接口，以所得各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件进行比较，在人机界面发出负荷剩余裕度的相关报警指示，指导操作人员选择子设备主从关系；根据人机接口输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路；试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，其特征在于：所述方法包括：
S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；
S2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值；
S3：在DCS系统内设定各子设备恒定出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各分段的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的优选中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值及其获得的时域值，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；
S4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；
S5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的负荷分...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志刚，黄见勋，李新乐，许积庄，沈娅芳，
申请(专利权)人：厦门华夏国际电力发展有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35