化工過程關鍵控制回路的容錯控制技術的研究

周揚

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

關鍵詞：關鍵控制回路；容錯控制技術；時間序列分析

引言：隨著近年來，我國工業事業的高速發展，化工、冶金、機械制造、電力等產業呈現出智能化、多元化、大型化、復雜化發展趨勢。在此背景下，生產安全性、可靠性成為人們關注的重點。從過程控制系統出發，提升系統容錯性，成為強化控制系統可靠性研究的重要課題。容錯控制技術在控制系統的應用有許多中，其中過程關鍵控制回路系統容錯控制是多數化工企業采用的手段之一，在不加大硬件成本投入的基礎上，對提升控制系統可靠性具有良好效果。本文以某化工企業“司芳烴廠酸性水汽提裝置”為例，對過程關鍵控制回路的容錯控制技術進行了簡要分析。

1相關概述

所謂容錯控制技術主要是指，在實際生產過程中，當控制系統某部分或某些結構發生故障時，系統能過及時發現并分辨故障部位，采取有效措施，維持控制系統規定功能，或開既定范圍內，保證系統運行的穩定性與可靠性[1]。據有關資顯示，容錯技術的研究，起源于生物體本質屬性中“容錯特性”的模仿，隨著研究的不斷深入，容錯技術在計算機系統中得到有效應用，并發揮著重要作用，成為信息化時代背景下，各領域各行業關注的重點。

在我國工業現代化建設與發展過程中，工業生產安全與穩定運行問題日漸凸顯，提升工業行業各產業生產過程中控制系統的可靠性、穩定性、有效性至關重要。在此背景下，容錯控制技術在過程控制領域中的滲透與有效應用成為相關機構與工作人員研究的重點。

以化工產業為例，實現化工產業過程控制系統容錯控制的形式有許多，包括控制系統傳感器、執行器亢余技術的增加（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的穩定性與可靠性，但是也在一定程度上加大了成本投資，在中小企業中得不到廣泛推廣與應用。對此，相關工作人員可依據控制系統生產過程中數據信息特性，運用軟測量技術，豐富過程控制系統中容錯控制研究內容，提升對控制系統故障診斷、容錯控制模型、機理等方面研究，從而在實踐設計與應用中強化系統的容錯控制。例如，劉偉在《基于專家系統的容錯控制及在合成反應過程中的應用》中，通過構建數據庫、生產過程故障模式體系、控制性能仿真分析程序、基礎控制器體系等，將容錯控制技術，具體應用于流化床“醋酸和乙炔合成醋酸乙烯”生產過程中，根據工藝系統故障狀態的診斷，實現控制系統重組操作，取得良好效果[2]。此外，在某化工企業，通過利用軟測量技術，結合儀表檢測手段，建立容錯控制模型的綜合運用，實現了芳烴廠酸性水汽提裝置生產過程中關鍵控制回路的容錯控制，有效提升了過程控制系統可靠性，加大了經濟效益與競爭優勢。

2化工過程關鍵控制回路中容錯控制模型建立

過程控制系統容錯，主要是指構成控制系統中儀表控制裝置出現故障后，系統采用一定措施，如相關算法計算、其他正常儀表替換等，保證系統過規定性能穩定與可靠運行的能力。目前，回路系統以及網絡系統的容錯控制研究有待相關研究有待進一步的深化與完善。本文研究的過程關鍵回路容錯控制技術，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、溫度相關的多組數據信息，以時間為序列進行計算并分別建模，得出AR模型：

y（k）=A1·y（k-1）+A2·y（k-2）+（1-A1-A2）·yj

依據模型參數A1、A2對脫酸塔進行數值預測通過與實際數值進行對比探尋故障原因，可得到準確結果。

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、溫度相關的多組數據信息，以時間為序列進行多元回歸建模計算，在計算出剔除無關因素，得出準確參數回歸模型，在與實踐對比中，還原實際工作情況，探尋主要故障因素。

3容錯控制應用與注意事項

經實踐應用與分析發現，將過程控制系統的容錯模型預算數值與實踐檢測結果進行融合，可運用以三取二表決算法構建三取二表決系統，從而提升故障診斷準確率，提升判斷可信性。當基本檢測器體系發生故障時，預測值取代體系測量值，實現容錯控制，并給予故障警告，發揮系統容錯控制作用。與此同時，在過程關鍵回路控制系統中，增設軟件編程，通過對預測值與測量值的反復比較，可對檢測器運行情況進行精準檢測，并及時發現故障問題，進行預警與補償控制處理，用以保障系統規定功能穩定運行，為儀表修復提供便利。

在此過程中，為保證模型計算的準確性，需保證在裝置正常運行狀態下獲取儀表實際運行數據信息，盡量避免模型預算值計算錯誤的產生。與此同時，在實踐應用過程中，應結合相關資料與工藝正常參數范圍，確立預測值與測量值之間比較的“闌值”，并依據實際情況進行科學調整；避免預測值輸出突變問題的常勝，采用有效措施解決誤報問題，提升生產裝置運行可靠性[4]。

4過程控制中容錯控制技術發展方向

隨著科學技術與自動化儀表控制裝置的創新發展，系統容錯控制將實現對信息變化系統的操作與控制。在未來研究與發展中，在化工、機械、電力等工業生產過程中國，應結合智能模擬原理與智慧方法，進行技術創新，實現過程控制裝置控制系統容錯創新設計；對單參數檢測儀表、多參數組合檢測儀表，采用不同容錯策略進行科學設計，實現過程控制系統容錯；對執行器、控制器等進行一體化設計，從結構出發，進行硬件功能冗余處理，滿足生產需求；加強儀表控制裝置的容錯控制系統集成化研究，形成迎合時代發展的全新容錯控制理論，并保證生產安全性、經濟性[5]。

結論：總而言之，系統的容錯控制是一項綜合性、復雜性工程，在化工過程關鍵回路控制系統中，容錯技術的應用與系統容錯功能的實現，需明確掌握各項知識要點，包括計算機學科知識、人工智能知識、機械自動知識等等。對化工過程關鍵回路的容錯控制技術研究，有利于推動化工儀表、自動化裝置技術的創新發展，為過程控制系統容錯的強化提供理論支持。

參考文獻：

[1]楊浩，姜斌，周東華.互聯系統容錯控制的研究回顧與展望[J].自動化學報，2017，01：9-19.

[2]王戰.化工過程控制目標和集中分散控制系統解析[J].化工設計通訊，2017，01：120+133.

[3]楊積慧.淺談DCS、SIS、PLC三大控制系統的特點、差異及發展[J].中國儀器儀表，2016，01：67-72.

[4]劉懷，黃建新.一類分布式控制系統中帶有優先約束的周期性任務容錯調度方法[J].小型微型計算機系統，2016，04：830-834.

[5]生寧，王宏.運行控制系統集中式容錯控制方法[J].控制理論與應用，2016，05：569-578.