優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)

優化控制系統是建立在SUPCON JX-300X集散控制系統平臺之上的軟硬件網絡系統,優化過程控制機理,以便實現生產過程平穩。

優化過程控制;預測控制;SUPCON JX-300X集散控制系統

連云港堿廠為了增加規模效益,降低能耗,提高產品的市場競爭力,不斷地加大了技改投入,提高自動化控制水平。在SUPCON JX-300X集散控制系統平臺基礎之上,對碳化工序的DCS操作實行優化控制改造。1999年我廠碳化工序已實現了DCS控制系統的控制操作,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聯,進出物料相互影響,又互相制約,同一設備有制堿和清洗兩種狀態,這是一個連續復雜的生產過程。簡單輸入輸出的常規控制系統,很難處理碳化生產這樣復雜的過程控制問題,控制品質很難進一步提高,因此,有必要對碳化裝置的生產過程優化控制,使整個碳化生產過程平穩。

1 控制系統組成

1.1 硬件構成

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

操作站主要執行操作員的指令,包括接受來自操作員的鍵盤、鼠標的信息,進行各種監視信息的顯示和查詢,如工藝流程顯示、報警監視、日志查詢;或輸入操作員的命令和參數,修改系統的運行參數,實現對系統的人工干預,如控制調節的給定值設定,自動和手動的切換。工程師站完成設備、圖形、控制算法、報表和系統參數的離線組態及管理,對狀態的信息進行編譯、傳輸和在線下載。控制站通過現場總線接口,完成數據采集、工程單位變換、控制算法、控制輸出,通過網絡將數據和診斷結果傳送到操作員。

1.2 系統網絡組成

JX-300X網主要有控制站內的 SBUS總線、SCnet II(過程控制網)和 Ethernet(信息管理網)構成。SBUS內部總線,主要用于控制站內部數據信息傳遞。SCnet II過程控制網直接連接系統的控制站、操作站、工程師站、優化服務器、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連接。信息管理網采用以太網,用于信息傳送和管理,實現企業信息管理網與SCnet II過程控制網之間的網絡連接,獲取DCS系統中過程參數和系統運行信息。如圖1。

1.3 軟件系統構成

硬件鏈接實現以后,需安裝相應軟件,才能完成DCS系統與優化控制服務器數據的交互以及優化服務器的運行。優化控制系統中,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化控制服務器與JX-300X集散控制系統數據交互的橋梁,控制站通過主控卡UDP協議向OPC Server傳送數據,優化控制服務器的先進控制平臺再通過OPC Server實現與DCS集散控制系統數據的進行采集、傳輸,執行操作指令。

圖1 系統網絡組成

2 優化系統的原理

我廠采用浙大中控的APC-Adcon多變量預測控制系統,其先進控制技術的核心是預測控制器。使用此系統目的就是期望操作平穩、生產穩定,改善產品的質量,在工藝設備允許的前提下,確保碳化的穩定和高產。

APC-A dcon能充分考慮實際控制系統中的各種要求,保證了系統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能;局部優化裝置的控制手段,有效地提高產品的質量;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節,達到預期的性能指標。如圖2。

2.1 碳化塔制堿過程優化控制

根據碳化塔的特點,建立制堿過程優化控制器,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,又有一定的內在聯系。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、冷凍水和循環水流量的合理調節,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,并保證碳化轉化率處于較高水平,能夠自動平衡各塔的運行工況,實現各塔運行負荷的動態分配。

圖2 碳化期望優化控制

2.2 碳化塔清洗過程優化控制

根據清洗塔特點,建立清洗過程優化控制器,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。制堿過程優化控制器和清洗過程優化控制器中的各控制器之間各自獨立,但也具有一定的內在聯系,它們是一個有機整體。

2.3 優化控制與DCS操作界面控制切換

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

我廠自2007年碳化工序優化控制系統投運以來,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、監視,實現操作自動化功能,而且有自動平衡生產過程,穩定了碳化塔的中部溫度和出堿的流量,降低了生產成本,增加了效益。

TP 273;TQ 114.16

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1005-8370(2011)03-38-03

2010-12-7