化工過程控制目標和集中分散控制系統(tǒng)解析

王 戰(zhàn)

（荊楚理工學院，湖北當陽 444100）

化工過程控制目標和集中分散控制系統(tǒng)解析

王 戰(zhàn)

（荊楚理工學院，湖北當陽 444100）

為了解決化工生產(chǎn)的安全問題，采取構(gòu)建過程塊分散控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)多變量系統(tǒng)的集中控制，降低化工生產(chǎn)的安全隱患，使得化工生產(chǎn)的安全性得以保證。針對化工生產(chǎn)集中分散控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與功能實現(xiàn)，做了簡單的論述。

化工生產(chǎn)；過程控制目標；集中分散控制；解析

化工過程控制主要運用計算機技術(shù)，在化工過程管理系統(tǒng)中引入控制系統(tǒng)，建成集中分散控制系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)的效率與安全性。化工過程控制中，若能夠?qū)崿F(xiàn)集中分散控制系統(tǒng)，則能夠確保控制系統(tǒng)運行的安全性，而建立集中分散系統(tǒng)無疑是最佳選擇。

1 化工過程控制目標概述

化工過程控制目標是實現(xiàn)集中控制計算機，確保各項操作與監(jiān)視功能得以保證，集中分散控制系統(tǒng)，則是運用控制系統(tǒng)優(yōu)勢，以及模擬儀表優(yōu)勢等，使得控制系統(tǒng)運行的安全性得以保證。集中控制主要是利用操作變量，來控制被控變量，具有較強的控制性能，能夠有效的解決多變量系統(tǒng)控制問題。集中控制設(shè)計具有難度，而且不容易維護。集中分散控制系統(tǒng)，則將多變量系統(tǒng)進行分解處理，轉(zhuǎn)化為多個子系統(tǒng)，設(shè)計PID控制器，設(shè)計與調(diào)試較為簡單，但是系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性較差，難以實現(xiàn)集中控制目標。目前多使用過程塊分散控制系統(tǒng)，集成集中控制與分散控制系統(tǒng)優(yōu)勢，以達到集中控制目標。

2 化工集中分散控制系統(tǒng)中應用的技術(shù)

化工分散控制系統(tǒng)中，主要應用以下關(guān)鍵技術(shù)：

1）分散型集中控制技術(shù)。該技術(shù)主要是利用4級分布式設(shè)計結(jié)構(gòu)，使用分級階梯結(jié)構(gòu)，按照化工生產(chǎn)裝置布局情況，劃分功能單元。集中控制是通過構(gòu)建完善的系統(tǒng)整體，基于通信網(wǎng)絡，集成各功能模塊，利用過程控制網(wǎng)絡，則能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用操作站，則可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、操作與報警功能等。

2）工業(yè)自動化控制技術(shù)。過程塊分散控制系統(tǒng)，基于反饋控制原理，遵循PID控制規(guī)律，對系統(tǒng)獲取的輸出量，以及設(shè)定量誤差等，進行比例處理與微積分處理等，再將處理結(jié)果作為系統(tǒng)控制量，完成電路轉(zhuǎn)換工作，或者將其作為控制信號執(zhí)行控制，修正控制誤差，進而實現(xiàn)集中控制目標。

3）圖形化組態(tài)。過程塊分散控制系統(tǒng)中，使用的圖形化編程語言主要是C語言，在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)語言開發(fā)，使用圖標、術(shù)語、文本替換等，不僅能夠提高工作效率，還能夠確保程序可視化的實現(xiàn)。基于系統(tǒng)設(shè)計要求，借助系統(tǒng)軟件與硬件的支持，采用系統(tǒng)組態(tài)，運用計算、繪圖等功能，預先組織硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。利用集散控制系統(tǒng)的操作界面以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)化工過程集中控制，以及數(shù)據(jù)通信與集中顯示。

3 化工分散控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1 明確集中控制目標函數(shù)與運行條件

化工控制過程塊分散控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，要確定系統(tǒng)過程控制目標函數(shù)，明確操作限制條件。在制定標準控制結(jié)構(gòu)之前，則需要確定操作目標，以及產(chǎn)品質(zhì)量與安全因素等。化工生產(chǎn)較為復雜，需要控制的對象較多，在進行系統(tǒng)設(shè)計時，則就可以將目標函數(shù)定義成為本函數(shù)，記為J，在某時期內(nèi)要持續(xù)穩(wěn)定，但是J是不固定的，其受到市場環(huán)境以及產(chǎn)品價格等因素的影響，將會發(fā)生極大的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)操作限制條件，則主要是為了確保化工產(chǎn)品質(zhì)量以及化工生產(chǎn)的安全性的基礎(chǔ)控制目標，限制條件受到設(shè)計強度因素，以及尺寸大小因素等的影響，因此在設(shè)計的過程中要重點考慮。

3.2 自由度分析

化工過程控制設(shè)計主要是考慮化工生產(chǎn)的整體，為構(gòu)建系統(tǒng)操作單元，提供操作策略與建議，化工過程控制設(shè)計，需要進行自由度分析，在過程中，設(shè)計人員需要進行可自由操作個數(shù)統(tǒng)計，極易獨立操縱變量統(tǒng)計，最后提出操縱變量，舉例來講若緩沖罐液位穩(wěn)態(tài)效應低，則需要進行調(diào)控，因此會消耗一定的穩(wěn)態(tài)自由度。分析自由度的過程中，還需要測定條件中的維度，以便能夠快捷選擇被控變量。被控變量作為系統(tǒng)分層梯階控制結(jié)構(gòu)內(nèi)被控變量，是設(shè)計過程中需要重點考慮的需要設(shè)定點的變量。使用被控變量，則需要分化被控變量，將其分為自主優(yōu)化被控變量部分以及積極約束相關(guān)變量部分。需要注意的是除了分析自由度，還需要進行變量配對，合理選擇是否使用MPC控制方式，在配對的過程中，設(shè)計人員可以按照VI-EID配對準則，借助相關(guān)分散控制結(jié)構(gòu)法，來選擇配對方案。

3.3 建立控制回路

確定系統(tǒng)控制回路以及二級控制變量時，設(shè)計人員可以根據(jù)直觀測量的特性，以及化工生產(chǎn)工藝過程特性等，來確定控制回路。通常系統(tǒng)常規(guī)控制層，其主要功能是簡化并且監(jiān)督系統(tǒng)控制層的控制任務，同時控制系統(tǒng)底層的擾動，系統(tǒng)常規(guī)控制層與底層之間主要是通過串級的控制方式，來實現(xiàn)系統(tǒng)交互。化工過程控制系統(tǒng)中，常規(guī)控制回路是不可或缺的手段，對于規(guī)模相對較小的控制過程，則可以將常規(guī)控制以及監(jiān)督控制相互結(jié)合，以確保控制回路的功能得以實現(xiàn)。基于設(shè)計的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，來決定是否使用RTO優(yōu)化層，因為部分系統(tǒng)不使用RTO優(yōu)化層，也能夠?qū)崿F(xiàn)自主優(yōu)化，但是部分系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)差異，則必須要設(shè)置RTO優(yōu)化層，以確保系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)能夠進行自主優(yōu)化。

4 結(jié)束語

化工過程控制較為復雜，基于BRG引入了相對增益來選擇塊分散控制系統(tǒng)，能夠確保化工過程分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及科學性。目前化工過程多采用塊分散系統(tǒng)，利用PID控制器等，使得化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。

[1] 袁未未，許鋒，羅雄麟.過程塊分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].計算機與應用化學，2016，（10）：1096-1102.

[2] 劉雨波，羅雄麟，許鋒.分布式預測控制全局協(xié)調(diào)及穩(wěn)定性分析[J].化工學報，2013，（4）：1318-1331.

Analysis of Chemical Process Control Objectives and Concentrated Decentralized Control System

Wang Zhan

In order to solve the safety problem of chemical production，we adopt the decentralized control system of the construction process to realize the centralized control of the multivariable system and reduce the security risk of the chemical production，so that the safety of the chemical production can be ensured.Aiming at the key technology and function realization of decentralized control system of chemical production.

chemical production；process control objectives；centralized decentralized control；analysis

TP273

A

1003-6490（2017）01-0120-02