化工過程關(guān)鍵控制回路的容錯控制技術(shù)的研究

周揚

摘要：以芳烴廠酸性水汽提裝置關(guān)鍵控制回路為研究對象，對化工過程控制系統(tǒng)的容錯控制技術(shù)進(jìn)行了探討與分析。介紹了容錯定義，在基于容錯技術(shù)應(yīng)用研究資料的基礎(chǔ)上，采用多元回歸與時間序列發(fā)建立了容錯控制模型，提出了化工過程關(guān)鍵控制回路容錯控制應(yīng)用注意事項與未來方丈方向，以供參考。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵控制回路；容錯控制技術(shù)；時間序列分析

引言：隨著近年來，我國工業(yè)事業(yè)的高速發(fā)展，化工、冶金、機械制造、電力等產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出智能化、多元化、大型化、復(fù)雜化發(fā)展趨勢。在此背景下，生產(chǎn)安全性、可靠性成為人們關(guān)注的重點。從過程控制系統(tǒng)出發(fā)，提升系統(tǒng)容錯性，成為強化控制系統(tǒng)可靠性研究的重要課題。容錯控制技術(shù)在控制系統(tǒng)的應(yīng)用有許多中，其中過程關(guān)鍵控制回路系統(tǒng)容錯控制是多數(shù)化工企業(yè)采用的手段之一，在不加大硬件成本投入的基礎(chǔ)上，對提升控制系統(tǒng)可靠性具有良好效果。本文以某化工企業(yè)“司芳烴廠酸性水汽提裝置”為例，對過程關(guān)鍵控制回路的容錯控制技術(shù)進(jìn)行了簡要分析。

1相關(guān)概述

所謂容錯控制技術(shù)主要是指，在實際生產(chǎn)過程中，當(dāng)控制系統(tǒng)某部分或某些結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時，系統(tǒng)能過及時發(fā)現(xiàn)并分辨故障部位，采取有效措施，維持控制系統(tǒng)規(guī)定功能，或開既定范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性[1]。據(jù)有關(guān)資顯示，容錯技術(shù)的研究，起源于生物體本質(zhì)屬性中“容錯特性”的模仿，隨著研究的不斷深入，容錯技術(shù)在計算機系統(tǒng)中得到有效應(yīng)用，并發(fā)揮著重要作用，成為信息化時代背景下，各領(lǐng)域各行業(yè)關(guān)注的重點。

在我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展過程中，工業(yè)生產(chǎn)安全與穩(wěn)定運行問題日漸凸顯，提升工業(yè)行業(yè)各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、有效性至關(guān)重要。在此背景下，容錯控制技術(shù)在過程控制領(lǐng)域中的滲透與有效應(yīng)用成為相關(guān)機構(gòu)與工作人員研究的重點。

以化工產(chǎn)業(yè)為例，實現(xiàn)化工產(chǎn)業(yè)過程控制系統(tǒng)容錯控制的形式有許多，包括控制系統(tǒng)傳感器、執(zhí)行器亢余技術(shù)的增加（董春利，1992；沈毅，1996）；雙機熱備份（宋百玲，2001；張斌，2001）等，均可有效提升控制在系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，但是也在一定程度上加大了成本投資，在中小企業(yè)中得不到廣泛推廣與應(yīng)用。對此，相關(guān)工作人員可依據(jù)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)信息特性，運用軟測量技術(shù)，豐富過程控制系統(tǒng)中容錯控制研究內(nèi)容，提升對控制系統(tǒng)故障診斷、容錯控制模型、機理等方面研究，從而在實踐設(shè)計與應(yīng)用中強化系統(tǒng)的容錯控制。例如，劉偉在《基于專家系統(tǒng)的容錯控制及在合成反應(yīng)過程中的應(yīng)用》中，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)過程故障模式體系、控制性能仿真分析程序、基礎(chǔ)控制器體系等，將容錯控制技術(shù)，具體應(yīng)用于流化床“醋酸和乙炔合成醋酸乙烯”生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝系統(tǒng)故障狀態(tài)的診斷，實現(xiàn)控制系統(tǒng)重組操作，取得良好效果[2]。此外，在某化工企業(yè)，通過利用軟測量技術(shù)，結(jié)合儀表檢測手段，建立容錯控制模型的綜合運用，實現(xiàn)了芳烴廠酸性水汽提裝置生產(chǎn)過程中關(guān)鍵控制回路的容錯控制，有效提升了過程控制系統(tǒng)可靠性，加大了經(jīng)濟效益與競爭優(yōu)勢。

2化工過程關(guān)鍵控制回路中容錯控制模型建立

過程控制系統(tǒng)容錯，主要是指構(gòu)成控制系統(tǒng)中儀表控制裝置出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)采用一定措施，如相關(guān)算法計算、其他正常儀表替換等，保證系統(tǒng)過規(guī)定性能穩(wěn)定與可靠運行的能力。目前，回路系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容錯控制研究有待相關(guān)研究有待進(jìn)一步的深化與完善。本文研究的過程關(guān)鍵回路容錯控制技術(shù)，其模型的建立主要采用的是“自回歸模型”與“多元回歸模型”[3]。其中，自回歸模型的建立主要是，將儀表裝置中與脫酸塔流量、壓強、溫度相關(guān)的多組數(shù)據(jù)信息，以時間為序列進(jìn)行計算并分別建模，得出AR模型：

y（k）=A1·y（k-1）+A2·y（k-2）+（1-A1-A2）·yj

依據(jù)模型參數(shù)A1、A2對脫酸塔進(jìn)行數(shù)值預(yù)測通過與實際數(shù)值進(jìn)行對比探尋故障原因，可得到準(zhǔn)確結(jié)果。

此外，多元回歸模型的建立主要是指，將儀表裝置中與脫酸塔壓強、流量、溫度相關(guān)的多組數(shù)據(jù)信息，以時間為序列進(jìn)行多元回歸建模計算，在計算出剔除無關(guān)因素，得出準(zhǔn)確參數(shù)回歸模型，在與實踐對比中，還原實際工作情況，探尋主要故障因素。

3容錯控制應(yīng)用與注意事項

經(jīng)實踐應(yīng)用與分析發(fā)現(xiàn)，將過程控制系統(tǒng)的容錯模型預(yù)算數(shù)值與實踐檢測結(jié)果進(jìn)行融合，可運用以三取二表決算法構(gòu)建三取二表決系統(tǒng)，從而提升故障診斷準(zhǔn)確率，提升判斷可信性。當(dāng)基本檢測器體系發(fā)生故障時，預(yù)測值取代體系測量值，實現(xiàn)容錯控制，并給予故障警告，發(fā)揮系統(tǒng)容錯控制作用。與此同時，在過程關(guān)鍵回路控制系統(tǒng)中，增設(shè)軟件編程，通過對預(yù)測值與測量值的反復(fù)比較，可對檢測器運行情況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，并及時發(fā)現(xiàn)故障問題，進(jìn)行預(yù)警與補償控制處理，用以保障系統(tǒng)規(guī)定功能穩(wěn)定運行，為儀表修復(fù)提供便利。

在此過程中，為保證模型計算的準(zhǔn)確性，需保證在裝置正常運行狀態(tài)下獲取儀表實際運行數(shù)據(jù)信息，盡量避免模型預(yù)算值計算錯誤的產(chǎn)生。與此同時，在實踐應(yīng)用過程中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)資料與工藝正常參數(shù)范圍，確立預(yù)測值與測量值之間比較的“闌值”，并依據(jù)實際情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整；避免預(yù)測值輸出突變問題的常勝，采用有效措施解決誤報問題，提升生產(chǎn)裝置運行可靠性[4]。

4過程控制中容錯控制技術(shù)發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)與自動化儀表控制裝置的創(chuàng)新發(fā)展，系統(tǒng)容錯控制將實現(xiàn)對信息變化系統(tǒng)的操作與控制。在未來研究與發(fā)展中，在化工、機械、電力等工業(yè)生產(chǎn)過程中國，應(yīng)結(jié)合智能模擬原理與智慧方法，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)過程控制裝置控制系統(tǒng)容錯創(chuàng)新設(shè)計；對單參數(shù)檢測儀表、多參數(shù)組合檢測儀表，采用不同容錯策略進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)容錯；對執(zhí)行器、控制器等進(jìn)行一體化設(shè)計，從結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行硬件功能冗余處理，滿足生產(chǎn)需求；加強儀表控制裝置的容錯控制系統(tǒng)集成化研究，形成迎合時代發(fā)展的全新容錯控制理論，并保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟性[5]。

結(jié)論：總而言之，系統(tǒng)的容錯控制是一項綜合性、復(fù)雜性工程，在化工過程關(guān)鍵回路控制系統(tǒng)中，容錯技術(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)容錯功能的實現(xiàn)，需明確掌握各項知識要點，包括計算機學(xué)科知識、人工智能知識、機械自動知識等等。對化工過程關(guān)鍵回路的容錯控制技術(shù)研究，有利于推動化工儀表、自動化裝置技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，為過程控制系統(tǒng)容錯的強化提供理論支持。

參考文獻(xiàn)：

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