優(yōu)化控制在碳化工序中的應用

孟憲峰

(南化公司 連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

優(yōu)化控制在碳化工序中的應用

孟憲峰

(南化公司 連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

優(yōu)化控制系統(tǒng)是建立在SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)平臺之上的軟硬件網(wǎng)絡系統(tǒng),優(yōu)化過程控制機理,以便實現(xiàn)生產(chǎn)過程平穩(wěn)。

優(yōu)化過程控制;預測控制;SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)

連云港堿廠為了增加規(guī)模效益,降低能耗,提高產(chǎn)品的市場競爭力,不斷地加大了技改投入,提高自動化控制水平。在SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)之上,對碳化工序的DCS操作實行優(yōu)化控制改造。1999年我廠碳化工序已實現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)的控制操作,但是每個控制回路都是單回路控制。而碳化塔是一個大容量的裝置,塔壓、溫度和進出口物料流量的各個回路的控制,受到的干擾因素多,容量滯后大;各個碳化塔之間存在關(guān)聯(lián),進出物料相互影響,又互相制約,同一設(shè)備有制堿和清洗兩種狀態(tài),這是一個連續(xù)復雜的生產(chǎn)過程。簡單輸入輸出的常規(guī)控制系統(tǒng),很難處理碳化生產(chǎn)這樣復雜的過程控制問題,控制品質(zhì)很難進一步提高,因此,有必要對碳化裝置的生產(chǎn)過程優(yōu)化控制,使整個碳化生產(chǎn)過程平穩(wěn)。

1 控制系統(tǒng)組成

1.1 硬件構(gòu)成

碳化工序優(yōu)化控制系統(tǒng)是在SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)平臺之上實施的,它包括3臺操作站、1個工程師站、1臺優(yōu)化控制服務器、集線器(HUB)和四個控制站組成。優(yōu)化控制硬件系統(tǒng)是碳化工序優(yōu)化服務器,通過冗余網(wǎng)卡直接連接在JX -300X集散控制系統(tǒng)的SCnet II以太網(wǎng)上,在優(yōu)化控制服務器上,安裝SUPCON OPC Server V 3.4通訊接口軟件及先進的控制軟件,這樣優(yōu)化控制系統(tǒng)也就與DCS控制站實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳送的鏈接,實現(xiàn)了優(yōu)化控制系統(tǒng)與DCS控制站兩者的數(shù)據(jù)交換。

操作站主要執(zhí)行操作員的指令,包括接受來自操作員的鍵盤、鼠標的信息,進行各種監(jiān)視信息的顯示和查詢,如工藝流程顯示、報警監(jiān)視、日志查詢;或輸入操作員的命令和參數(shù),修改系統(tǒng)的運行參數(shù),實現(xiàn)對系統(tǒng)的人工干預,如控制調(diào)節(jié)的給定值設(shè)定,自動和手動的切換。工程師站完成設(shè)備、圖形、控制算法、報表和系統(tǒng)參數(shù)的離線組態(tài)及管理,對狀態(tài)的信息進行編譯、傳輸和在線下載?？刂普就ㄟ^現(xiàn)場總線接口,完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制算法、控制輸出,通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到操作員。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡組成

JX-300X網(wǎng)主要有控制站內(nèi)的 SBUS總線、SCnet II(過程控制網(wǎng))和 Ethernet(信息管理網(wǎng))構(gòu)成。SBUS內(nèi)部總線,主要用于控制站內(nèi)部數(shù)據(jù)信息傳遞。SCnet II過程控制網(wǎng)直接連接系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、優(yōu)化服務器、通訊接口單元,是傳遞過程控制信息的通道,可以與上層的信息管理網(wǎng)連接。信息管理網(wǎng)采用以太網(wǎng),用于信息傳送和管理,實現(xiàn)企業(yè)信息管理網(wǎng)與SCnet II過程控制網(wǎng)之間的網(wǎng)絡連接,獲取DCS系統(tǒng)中過程參數(shù)和系統(tǒng)運行信息。如圖1。

1.3 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

硬件鏈接實現(xiàn)以后,需安裝相應軟件,才能完成DCS系統(tǒng)與優(yōu)化控制服務器數(shù)據(jù)的交互以及優(yōu)化服務器的運行。優(yōu)化控制系統(tǒng)中,包含的主要軟件有Window s2000,浙大中控的OPC Server V 3.4通訊接口軟件和ESP-iSYS-A及APC-Suite先進控制系列軟件。OPC Server V 3.4通訊接口軟件作為連接優(yōu)化控制服務器與JX-300X集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁,控制站通過主控卡UDP協(xié)議向OPC Server傳送數(shù)據(jù),優(yōu)化控制服務器的先進控制平臺再通過OPC Server實現(xiàn)與DCS集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進行采集、傳輸,執(zhí)行操作指令。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡組成

2 優(yōu)化系統(tǒng)的原理

我廠采用浙大中控的APC-Adcon多變量預測控制系統(tǒng),其先進控制技術(shù)的核心是預測控制器。使用此系統(tǒng)目的就是期望操作平穩(wěn)、生產(chǎn)穩(wěn)定,改善產(chǎn)品的質(zhì)量,在工藝設(shè)備允許的前提下,確保碳化的穩(wěn)定和高產(chǎn)。

APC-A dcon能充分考慮實際控制系統(tǒng)中的各種要求,保證了系統(tǒng)性能和控制器的預測性。APC -A dcon主要功能有:靈活的約束控制,可滿足工藝要求的情況下,較好地提高裝置的產(chǎn)能;局部優(yōu)化裝置的控制手段,有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量;在滿足裝置工藝指標和裝置控制回路指標上下限約束的前提下,有效的利用對控制回路的調(diào)節(jié),達到預期的性能指標。如圖2。

2.1 碳化塔制堿過程優(yōu)化控制

根據(jù)碳化塔的特點,建立制堿過程優(yōu)化控制器,它包括塔底壓力子控制器、中部溫度-總出堿量子控制器、出堿溫度子控制器、5圈溫度子控制器、塔況智能診斷專家控制器。各控制器之間各自獨立,又有一定的內(nèi)在聯(lián)系。它們通過對制堿塔中段氣流量、下段氣流量、出堿口流量、中和水流量、冷凍水和循環(huán)水流量的合理調(diào)節(jié),克服干擾,在滿足最大出堿量的同時,保證碳化塔中部溫度、塔底壓力、出堿溫度、五圈溫度等重要工藝指標平穩(wěn),并保證碳化轉(zhuǎn)化率處于較高水平,能夠自動平衡各塔的運行工況,實現(xiàn)各塔運行負荷的動態(tài)分配。

圖2 碳化期望優(yōu)化控制

2.2 碳化塔清洗過程優(yōu)化控制

根據(jù)清洗塔特點,建立清洗過程優(yōu)化控制器,包括塔底壓力子控制器、中和水溫度子控制器、5圈溫度子控制器和中和水CO2濃度子控制器。它們通過對氨鹽水進清洗塔流量、清洗氣流量、中段氣補充流量、冷凍水量的合理控制,較好的控制清洗塔的塔底壓力、中和水溫度、中和水中的CO2濃度等重要指標,既穩(wěn)定了中和水的CO2濃度,又保證了碳化塔的清洗效果。制堿過程優(yōu)化控制器和清洗過程優(yōu)化控制器中的各控制器之間各自獨立,但也具有一定的內(nèi)在聯(lián)系,它們是一個有機整體。

2.3 優(yōu)化控制與DCS操作界面控制切換

為了實現(xiàn)優(yōu)化控制系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng)的無干擾切換,讓優(yōu)化控制系統(tǒng)具有更好的靈活性,在優(yōu)化控制系統(tǒng)中,每一回路都可自由切換。即使優(yōu)化控制的投運過程中出現(xiàn)故障,如果出現(xiàn)通訊故障,應切除所有優(yōu)化控制開關(guān)。若某個子控制器優(yōu)化控制開關(guān)切除時,需將該控制器所有優(yōu)化控制回路開關(guān)切除。這些功能的實現(xiàn)均采用DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件中功能塊進行編程,編寫程序能為優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)安全切換,進行邏輯、寫值判斷等功能。DCS操作界面上有優(yōu)化操作按鈕,當生產(chǎn)平穩(wěn)時,點擊此按鈕即可進入優(yōu)化控制界面進行相應的操作。如果生產(chǎn)過程波動較大時,用鼠標單擊此按鈕進入DCS操作界面,操作員發(fā)出操作指令,進行生產(chǎn)過程控制。

我廠自2007年碳化工序優(yōu)化控制系統(tǒng)投運以來,自控水平有了進一步提升。它不僅有DCS對整個碳化工序裝置控制、監(jiān)視,實現(xiàn)操作自動化功能,而且有自動平衡生產(chǎn)過程,穩(wěn)定了碳化塔的中部溫度和出堿的流量,降低了生產(chǎn)成本,增加了效益。

TP 273;TQ 114.16

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1005-8370(2011)03-38-03

2010-12-7