一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法技术方案

本申请公开了一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法，该系统包括通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，该方法包括具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法、基于流程模拟建立的多组控制通道、针对仪表信号情况的多路表决技术、控制目标的自寻优策略；本申请提供的合成氨氢氮比控制系统及方法具有较好的动静态性能，可以实现氢氮比的精确稳定控制，同时控制方案的在线率高，容错性与鲁棒性较强，能够较好地适应和解决合成氨氢氮比控制这种多环节、强干扰、非线性、强时变的大滞后复杂积分对象的控制难点。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及自动控制优化与化工
，特别是涉及。
技术介绍
目前工业中普遍采用“循环法”合成工业氨，合成的工艺流程主要包括造气、脱硫、变换、脱碳、合成氨这几个步骤。工业氨的合成主要用氢气和氮气反应合成氨产品，反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，需要将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，然后将分离出氨产品后的剩余气体与新鲜的氮气和氢气混合重新参与合成反应。工艺过程中，氮气的配入量与氢气的配入量的比例直接影响到合成氨的质量和产量，因此合成氨过程中对于氢氮比的稳定精确控制至关重要。 目前工业合成氨控制系统对氢氮比的控制常用的方式是恒氢调氮，即按照流程中设备的流量和要求的氢氮比计算出相应的循环氢含量，以上述计算出的值作为工艺过程中循环氢含量的预设值。根据工艺过程中检测到的实时的循环氢气含量，及时调整氮气的配入量使循环氢含量跟踪上述循环氢含量的预设值，从而实现氢氮比的稳定线性控制。在实现本申请的过程中，通过对现有技术的研究，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题上述系统中，参照对象为循环氢含量，是在合成工段进行的控制，而被控对象为氮气含量，是在造气工段或者是单独的配氮工段进行的控制，参照对象与被控对象的工段相距较远，参照对象与被控对象的中间环节多，各种如气体含量波动，压缩机的增减，流量波动等的非线性强干扰也较多，导致系统大滞后，系统模型强时变，合成氨环节的积分特性也使控制难度加大，给建模工作带来很大难度，无法对合成氨过程中的氮气配入量进行精确的控制，严重影响到合成氨产品的质量和产量。总之，现有的氢氮比控制系统在多环节、强干扰的工业氨合成环境中存在大滞后、非线性和强时变的问题，无法对被控对象进行精确控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了，以解决现有的系统和方法中由于各种不确定性因素导致无法对被控对象进行精确控制的问题。为了解决上述问题，本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统如下一种合成氨氢氮比优化控制系统，包括通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值；所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪 目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。优选地，所述主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，所述副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。优选地，所述通道装置包括第一控制通道组和/或第二控制通道组，其中所述第一控制通道组具体包括第一串级控制通道配氮量一脱硫氢一新鲜氢一循环氢，所述第一串级控制通道中设置有第一主控制环和第一副控制环，且所述第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；第二串级控制通道配氮量一变换氢一新鲜氢一循环氢，所述第二串级控制通道中设置有第二主控制环和第二副控制环，且所述第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第二副控制环的副跟踪目标为变换氢；第三单回路控制通道配氮量一新鲜氢一循环氢，所述第三单回路控制通道为配氮量一新鲜氢单回路控制通道；所述第二控制通道组具体包括第四串级控制通道配氮量一脱硫氢一循环氢，所述第四串级控制通道中设置有第四主控制环和第四副控制环，且所述第四主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第四副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；第五串级控制通道配氮量一变换氢一循环氢，所述第五串级控制通道中设置有第五主控制环和第五副控制环，且所述第五主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第五副控制环的副跟踪目标为变换氢；第六单回路控制通道配氮量一循环氢，所述第六单回路控制通道为配氮量一循环氢差分量单回路控制通道。优选地，所述多路表决装置包括可用控制通道判别单元和动态组合分配单元，其中所述可用控制通道判别单元用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道；所述动态组合分配单元用于根据所述主跟踪目标的设定值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。优选地，所述目标寻优装置包括比例积分PI控制寻优单元和/或积分I控制寻优单元，其中所述比例积分PI控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第一·控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；所述积分I控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。优选地,所述动态矩阵DMC控制装置包括判断单元、等待跟随DMC控制单元和跟随DMC控制单元，其中所述判断单元用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值；所述等待跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的主控制环中，用于在所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值大于预设的阈值时，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出；所述跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的副控制环和单回路控制通道中，用于根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。为了解决上述问题，本申请还提供一种合成氨氢氮比优化控制方法如下一种合成氨氢氮比优化控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成氨氢氮比优化控制系统，其特征在于，包括：通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中：所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值；所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。...

【技术特征摘要】
1.一种合成氨氢氮比优化控制系统，其特征在于，包括 通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中 所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标； 所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值； 所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配； 所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整； 所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。2.根据权利要求I中任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，所述副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述通道装置包括 第一控制通道组和/或第二控制通道组，其中 所述第一控制通道组具体包括 第一串级控制通道配氮量一脱硫氢一新鲜氢一循环氢，所述第一串级控制通道中设置有第一主控制环和第一副控制环，且所述第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢； 第二串级控制通道配氮量一变换氢一新鲜氢一循环氢，所述第二串级控制通道中设置有第二主控制环和第二副控制环，且所述第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第二副控制环的副跟踪目标为变换氢； 第三单回路控制通道配氮量一新鲜氢一循环氢，所述第三单回路控制通道为配氮量一新鲜氢单回路控制通道； 所述第二控制通道组具体包括 第四串级控制通道配氮量一脱硫氢一循环氢，所述第四串级控制通道中设置有第四主控制环和第四副控制环，且所述第四主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第四副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；第五串级控制通道配氮量一变换氢一循环氢，所述第五串级控制通道中设置有第五主控制环和第五副控制环，且所述第五主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第五副控制环的副跟踪目标为变换氢； 第六单回路控制通道配氮量一循环氢，所述第六单回路控制通道为配氮量一循环氢差分量单回路控制通道。4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述多路表决装置包括 可用控制通道判别单元和动态组合分配单元，其中 所述可用控制通道判别单元用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道； 所述动态组合分配单元用于根据所述主跟踪目标的设定值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述目标寻优装置包括 比例积分PI控制寻优单元和/或积分I控制寻优单元，其中 所述比例积分PI控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整； 所述积分I控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述动态矩阵DMC控制装置包括 判断单元、等待跟随DMC控制单元和跟随DMC控制单元，其中 所述判断单元用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值； 所述等待跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的主控制环中，用于在所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值大于预设的阈值时，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出； 所述跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的副控制环和单回路控制通道中，用于根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金刚，刘双刚，马越峰，赖景宁，
申请(专利权)人：浙江中控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：