專利名稱：一種碳化工序優(yōu)化控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種碳化工序優(yōu)化控制器主要應(yīng)用于純堿行業(yè)的關(guān)鍵工序 -碳化工藝過程。
背景技術(shù)：
在純堿的生產(chǎn)過程中，碳化單元是純堿生產(chǎn)裝置的核心部分，該單元的操
作好壞對純堿產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。碳化過程既有化學(xué)反應(yīng)過程，也 有物理過程，有氣、液、固三相物系在碳化塔內(nèi)，同時進行著吸收、傳熱、反 應(yīng)和結(jié)晶過程。碳化塔分"制堿"和"清洗"兩種狀態(tài)。在制堿和清洗狀態(tài)下，
氣、液兩相連續(xù)流動，屬連續(xù)工況；但在"倒塔"過程中，氣、液兩相的物流 均需更迭，又屬間歇工況。不僅如此，各塔物料在流量關(guān)系上互相藕合，內(nèi)外 干擾嚴重，靜態(tài)、動態(tài)特性不穩(wěn)，控制參數(shù)隨時問的推移而變化。因此，碳化 塔不能被看作為集中參數(shù)的全混流型反應(yīng)器，而是一個多物相、多變量、多干 擾、多不確定因素，具有嚴重非線形、時變性，既連續(xù)又間歇的分布參數(shù)受控
綜上，碳化塔的優(yōu)化控制是一個及其復(fù)雜的問題，要考慮不同的生產(chǎn)狀態(tài)， 不同生產(chǎn)過程，對生產(chǎn)負荷，如中段氣流量、下段氣流量等作出調(diào)整。由于碳 化過程是多塔并聯(lián)運行，各塔所處的制堿過程的階段不同，生產(chǎn)狀況和能力也 不同，因此，如何合理分配各塔負荷，提供塔組總產(chǎn)量，也是一個需要考慮的 問題。而碳化生產(chǎn)過程本身包含連續(xù)過程控制、間歇過程控制、過程優(yōu)化和調(diào) 度等許多控制問題，僅采用單一的控制策略無法解決這些問題，因此，以常規(guī) 控制為基礎(chǔ)，采用先進控制技術(shù)，以提高碳化生產(chǎn)能力、延長制堿周期、改善 工藝指標、穩(wěn)定運行工況為目標，設(shè)計和開發(fā)碳化工序優(yōu)化控制器，具有非好的推廣和應(yīng)用價值。 發(fā)明內(nèi)容
為解決上述任務(wù)，本實用新型提供一種碳化工序優(yōu)化控制器，包括控制器l，
模型庫2，模型辨識工具包3,數(shù)據(jù)訪問接口 4,參數(shù)辨識5， Smith預(yù)估器6 和預(yù)估校正7。控制器1是由PID (比例-微分-積分調(diào)節(jié)器)組成，其參數(shù)經(jīng)過 優(yōu)化；模型庫存儲的是由模型辨識工具包建立的非線性過程模型，用于控制器 l參數(shù)優(yōu)化計算；數(shù)據(jù)訪問接口提供OPC和DDE接口，讀取實時過程數(shù)據(jù)；參 數(shù)辨識是對Smith預(yù)估器的模型參數(shù)進行動態(tài)修正；Smith預(yù)估器預(yù)測未來一 段時域的過程值，預(yù)估校正對預(yù)測的過程值進行校正；辨識工具包通過數(shù)據(jù)訪 問接口獲取過程數(shù)據(jù)，然后建立非線性過程模型并存儲到模型庫；根據(jù)模型庫 中的過程模型，經(jīng)優(yōu)化計算確定控制器1優(yōu)化參數(shù)，獲取測量值，釆用Smith 預(yù)估器給出未來一定時域內(nèi)采樣點的過程輸出，并用基于設(shè)定值與預(yù)測值的預(yù) 估校正計算當前以及未來一定時域控制器1的控制量，控制器1依據(jù)當前時刻 的控制量，通過數(shù)據(jù)訪問接口，輸出優(yōu)化控制量；另外，參數(shù)辨識獲取測量數(shù) 據(jù)，在線更新Smith預(yù)估器的參數(shù)。Smith預(yù)估器預(yù)測未來一段時域的過程值；
預(yù)估校正對預(yù)測的過程值進行校正，并把校正的過程值傳遞給控制器。模型辨 識工具包3由數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型辨識、仿真器和模型編輯修改組成；數(shù)據(jù)預(yù)處 理獲取實際生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并進行處理，把處理后的結(jié)果傳遞給模型辨識；模 型辨識獲取處理后的數(shù)據(jù)，建立非線性過程模型；同時，仿真器利用獲取的數(shù) 據(jù)，對模型辨識建立的模型進行有效性驗證；模型編輯修改依據(jù)仿真結(jié)果，對 模型辨識建立的非線性數(shù)學(xué)模型進行修正。該工具包通過數(shù)據(jù)訪問接口獲取過 程數(shù)據(jù)，然后建立非線性過程模型并存儲到模型庫，用于控制器的參數(shù)優(yōu)化。
本實用新型提供的碳化工序優(yōu)化控制器可以對碳化工序的核心單元-碳化 塔進行優(yōu)化控制，提高單元的自動化水平，穩(wěn)定生產(chǎn)工況，增加生產(chǎn)過程納轉(zhuǎn) 換率，降低消耗。本實用新型提供的碳化工序優(yōu)化控制器優(yōu)點是智能建模，動態(tài)優(yōu)化，分級控
制，可以實現(xiàn)對碳化塔溫度和壓力控制，不僅能夠穩(wěn)定碳化塔的運行工況，而 且能提高碳化塔的轉(zhuǎn)換率，有著很好的推廣和利用價值。


圖l:本實用新型的碳化工序優(yōu)化控制器結(jié)構(gòu)圖。 圖2:本實用新型的碳化工序優(yōu)化控制器的模型辨識工具包結(jié)構(gòu)圖。 其中l(wèi).控制器，2.模型庫，3.模型辨識工具包，4.數(shù)據(jù)訪問接口， 5.參數(shù)辨 識，6.Smith預(yù)估器，7.預(yù)估校正，8.數(shù)據(jù)預(yù)處理，9.模型辨識，10.仿 真器，U.模型編輯修改。
具體實施方式

本實用新型提供的一種碳化工序優(yōu)化控制器解決問題所采用的技術(shù)方案是 通過對碳化塔機理動態(tài)模型的分析，并應(yīng)用ANFIS (自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)) 方法，從熱平衡方程出發(fā)，建立碳化塔特征(溫度分布)的非線性過程數(shù)學(xué)模 型。依據(jù)建立的過程模型，計算最佳的優(yōu)化溫度曲線或壓力曲線，以此為基礎(chǔ)， 設(shè)計控制器的PID (比例-微分-積分調(diào)節(jié)器)參數(shù)。同時，利用帶參數(shù)辨識的 Smith預(yù)估器對獲取的測量值預(yù)測，并對預(yù)測值進行預(yù)估校正，然后給出一定 時域的控制量，控制執(zhí)行機構(gòu)動作，實現(xiàn)優(yōu)化控制。
圖1為本實用新型的碳化工序優(yōu)化控制器結(jié)構(gòu)圖，模型庫內(nèi)部存儲的是用辨
識工具包建立的非線性過程模型。經(jīng)過對非線性過程模型的合理計算，確定合 理的碳化塔中部控制溫度以及控制器的PID (比例-微分-積分調(diào)節(jié)器)優(yōu)化參 數(shù)；同時，由數(shù)據(jù)訪問接口獲取實際運行參數(shù)(中段氣流量、下段氣流量、出 堿流量、塔中部溫度等)，利用Smith預(yù)估器預(yù)測下一個時刻采樣點的過程輸出 值，并用基于設(shè)定值與預(yù)測值的預(yù)估校正計算當前以及未來一定時域控制器的 控制量，控制器依據(jù)當前時刻的控制量，通過數(shù)據(jù)訪問接口 DDE和0PC,輸出控制量，作為執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)定值，動態(tài)調(diào)節(jié)中段氣流量、下段氣流量。每次計 算后，僅輸出當前的控制量并施加給實際過程。至下一個時刻，根據(jù)新的測量 數(shù)據(jù)重新計算控制量。另外，采用遞推最小二乘法，在一定時間域，實時更新
Smith預(yù)估器模型參數(shù)。
圖2為模型辨識工具包結(jié)構(gòu)圖。辨識工具包主要用于非線性過程模型的建 立、仿真和校正。數(shù)據(jù)預(yù)處理獲取與中段氣流量、下段氣流量、出堿流量、塔 中部溫度等指標有關(guān)的實測數(shù)據(jù)，剔出異常數(shù)據(jù)，按照1: 1比例把辨識數(shù)據(jù)和 測驗數(shù)據(jù)分組；基于辨識數(shù)據(jù)，運用ANFIS方法建立非線性過程模型；基于測 驗數(shù)據(jù)，利用仿真器對辨識的過程模型進行仿真；模型編輯修改功能利用仿真 的結(jié)果對模型進行修正。
權(quán)利要求1. 一種碳化工序優(yōu)化控制器，其特征在于，由控制器(1)，模型庫(2)，模型辨識工具包(3)，數(shù)據(jù)訪問接口(4)，參數(shù)辨識(5)，Smith預(yù)估器(6)和預(yù)估校正(7)組成；模型庫(2)存儲的是由模型辨識工具包(3)建立的非線性過程模型，模型辨識工具包(3)實現(xiàn)非線性過程模型的辨識；數(shù)據(jù)訪問接口(4)提供OPC和DDE接口，讀取實時過程數(shù)據(jù)；參數(shù)辨識(5)是對Smith預(yù)估器(6)的模型參數(shù)進行動態(tài)修正；Smith預(yù)估器(6)預(yù)測未來一段時域的過程值，預(yù)估校正(7)對預(yù)測的過程值進行校正；辨識工具包(3)通過數(shù)據(jù)訪問接口(4)獲取過程數(shù)據(jù)，然后建立非線性過程模型并存儲到模型庫(2)；根據(jù)模型庫(2)中的過程模型，經(jīng)優(yōu)化計算確定控制器(1)優(yōu)化參數(shù)，獲取測量值，采用Smith預(yù)估器(6)給出未來一定時域內(nèi)采樣點的過程輸出，并用基于設(shè)定值與預(yù)測值的預(yù)估校正(7)計算當前以及未來一定時域控制器(1)的控制量，控制器(1)依據(jù)當前時刻的控制量，通過數(shù)據(jù)訪問接口(4)，輸出優(yōu)化控制量；另外，參數(shù)辨識(5)獲取測量數(shù)據(jù)，在線更新Smith預(yù)估器(6)的參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化工序優(yōu)化控制器，其特征在于，上述控制器 (1)是由優(yōu)化參數(shù)的PID即比例-微分-積分調(diào)節(jié)器組成。
專利摘要本實用新型公開了一種碳化工序優(yōu)化控制器，包括控制器，模型庫，模型辨識工具包，數(shù)據(jù)訪問接口，參數(shù)辨識，Smith預(yù)估器和預(yù)估校正；主要應(yīng)用于純堿行業(yè)關(guān)鍵工序-碳化塔的優(yōu)化控制，可以提高單元的自動化水平，穩(wěn)定生產(chǎn)工況，增加生產(chǎn)過程納轉(zhuǎn)換率，降低消耗；本實用新型設(shè)計帶在線參數(shù)辨識能力的Smith預(yù)估器，作為優(yōu)化控制器的預(yù)測控制器。通過對模型庫中動態(tài)過程模型的計算，優(yōu)化控制器的PID參數(shù)；具有在線更新模型參數(shù)能力的Smith預(yù)估器完成預(yù)測，而預(yù)測的過程值和實際測量值的偏差，作為一定時域的控制量；該優(yōu)化控制器，具有非線性建模、局部動態(tài)優(yōu)化、預(yù)測校正、穩(wěn)定運行工況等特點，在純堿的關(guān)鍵工序-碳化塔的優(yōu)化控制有著推廣和應(yīng)用價值。
文檔編號G05B13/04GK201307225SQ20082005108
公開日2009年9月9日 申請日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者瑩 曾, 朱燕飛, 程良倫, 亮 許 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)