專利名稱：面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法及其 應(yīng)用，屬于面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法及其應(yīng)用的創(chuàng) 新技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，流程工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境苛刻，生產(chǎn)過程包含復(fù)雜的物理、化
學(xué)過程，也包含各種突變和不確定因素，因此，流程工業(yè)中MES的決 策具有混雜性，不僅包括連續(xù)過程變量，而且包含離散過程變量。為 了對生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，必須建立反映連續(xù)過程主要物 理、化學(xué)變化過程模擬模型，并將過程模型與優(yōu)化模型結(jié)合起來。特 別是對能耗大、自動化程度低的關(guān)鍵工藝過程，必須進(jìn)行面向節(jié)能降 耗的數(shù)學(xué)模型的建立，通過基于網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù) 實時釆集平臺，對生產(chǎn)過程的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、處理、統(tǒng)計、 查詢和分析，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，使設(shè)備 運(yùn)行在最低能耗，使工藝過程達(dá)到最優(yōu)，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種使設(shè)備運(yùn)行在最低 能耗，使工藝過程達(dá)到最優(yōu)的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制 方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種面向節(jié)能降耗的工藝過程效能 優(yōu)化控制方法的應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法，其包括有
如下步驟
1) 通過分析流程工業(yè)的生產(chǎn)工藝機(jī)理，針對能源消耗和影響產(chǎn)
品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行面向節(jié)能降耗的模型建立；
2) 實時數(shù)據(jù)庫記錄工業(yè)流程，并實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝
參數(shù)；
3) 通過數(shù)據(jù)訪問接口從生產(chǎn)工藝過程中獲取實時數(shù)據(jù)，并經(jīng)模 型庫存儲的生產(chǎn)工藝過程模型由模型辨識工具包進(jìn)行能效優(yōu)化運(yùn)算
得到最優(yōu)控制輸出；
4) 最優(yōu)控制輸出通過控制器輸出，以對生產(chǎn)過程進(jìn)行流程和工
藝控制，達(dá)到節(jié)能降耗和能效的優(yōu)化控制。
上述數(shù)據(jù)訪問接口用于讀取生產(chǎn)過程實時過程數(shù)據(jù)。
上述模型庫存儲的是由模型辨識工具包建立的針對各種流程工 業(yè)的生產(chǎn)工藝過程模型。
上述模型辨識工具包通過數(shù)據(jù)訪問接口獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并進(jìn) 行各種流程工業(yè)生產(chǎn)過程模型的參數(shù)辨識。
上述參數(shù)辨識對Smith預(yù)估器的模型參數(shù)進(jìn)行動態(tài)修正。 上述Smith預(yù)估器預(yù)估用于對未來一段時域的過程值進(jìn)行預(yù)測； 預(yù)估校正對預(yù)測的過程值進(jìn)行校正交由系統(tǒng)求取最優(yōu)工藝參數(shù)。
本發(fā)明面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法的應(yīng)用，其應(yīng) 用于熱風(fēng)對流式紙漿模塑烘干線，根據(jù)濕毛坯的干燥特性建立數(shù)學(xué)模 型，PID控制器獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)輸入，并求出最優(yōu)運(yùn)行工藝參數(shù)對
執(zhí)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制輸出。本發(fā)明面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法的應(yīng)用，其應(yīng) 用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)，根據(jù)碳化塔的碳化工藝過程建立 數(shù)學(xué)模型，PID控制器獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)輸入，并求出最優(yōu)運(yùn)行工藝 參數(shù)對執(zhí)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制輸出。
本發(fā)明通過分析流程工業(yè)的生產(chǎn)工藝機(jī)理，針對能源消耗和影響 產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行面向節(jié)能降耗的模型建立，通過數(shù)據(jù)訪 問接口從生產(chǎn)工藝過程中獲取實時數(shù)據(jù)并進(jìn)行能效優(yōu)化運(yùn)算得到最 優(yōu)控制輸出，并通過控制器輸出對生產(chǎn)過程進(jìn)行流程和工藝控制，達(dá) 到降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果，實現(xiàn)最好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖i是本控制系統(tǒng)的原理圖2是本控制系統(tǒng)應(yīng)用于紙漿模塑烘干線的系統(tǒng)框圖3是本控制系統(tǒng)應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)的系統(tǒng)
框圖4是本控制系統(tǒng)應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)的運(yùn)行界面。
具體實施例方式
實施例
本發(fā)明的控制原理圖如圖1所示，本發(fā)明面向節(jié)能降耗的工藝
過程效能優(yōu)化控制方法，其包括有如下步驟
1) 通過分析流程工業(yè)的生產(chǎn)工藝機(jī)理，針對能源消耗和影響產(chǎn)
品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行面向節(jié)能降耗的模型建立；
2) 實時數(shù)據(jù)庫記錄工業(yè)流程，并實時釆集生產(chǎn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝
參數(shù)；
63) 通過數(shù)據(jù)訪問接口從生產(chǎn)工藝過程中獲取實時數(shù)據(jù)，并經(jīng)模 型庫存儲的生產(chǎn)工藝過程模型由模型辨識工具包進(jìn)行能效優(yōu)化運(yùn)算 得到最優(yōu)控制輸出；
4) 最優(yōu)控制輸出通過控制器輸出，以對生產(chǎn)過程進(jìn)行流程和工 藝控制，達(dá)到節(jié)能降耗和能效的優(yōu)化控制。
上述數(shù)據(jù)訪問接口用于讀取生產(chǎn)過程實時過程數(shù)據(jù)。
上述模型庫存儲的是由模型辨識工具包建立的針對各種流程工 業(yè)的生產(chǎn)工藝過程模型。
上述模型辨識工具包通過數(shù)據(jù)訪問接口獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并進(jìn) 行各種流程工業(yè)生產(chǎn)過程模型的參數(shù)辨識。
本實施例中，上述參數(shù)辨識對Smith預(yù)估器的模型參數(shù)進(jìn)行動 態(tài)修正。
上述Smith預(yù)估器預(yù)估用于對未來一段時域的過程值進(jìn)行預(yù)測； 預(yù)估校正對預(yù)測的過程值進(jìn)行校正交由系統(tǒng)求取最優(yōu)工藝參數(shù)。
本發(fā)明控制系統(tǒng)模型庫內(nèi)部存儲的是用辨識工具包建立的各種流 程工業(yè)的工藝過程模型。經(jīng)過對各種工藝過程模型的合理計算，確定 優(yōu)化參數(shù)；同時，由數(shù)據(jù)訪問接口獲取生產(chǎn)過程中的實際運(yùn)行參數(shù)， 利用Smith預(yù)估器預(yù)測下一個時刻釆樣點(diǎn)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(dāng)前以及未來一定時域控制器的最優(yōu)工 藝參數(shù)值，控制器輸出控制量，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)定值，動態(tài)調(diào)節(jié)生 產(chǎn)過程的工藝參數(shù)。每次計算后，僅輸出當(dāng)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，釆 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)。 實時數(shù)據(jù)庫記錄工業(yè)流程實時釆集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝參數(shù)，系統(tǒng) 模型對其進(jìn)行分析計算，求取目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值(能效最優(yōu))，并對工藝過程的設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)控，達(dá)到能效的優(yōu)化控制。
圖2是本發(fā)明應(yīng)用于紙漿模塑烘干線時的控制系統(tǒng)框圖，其根據(jù)
濕毛坯的干燥特性建立數(shù)學(xué)模型，PID控制器獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)輸入，
根據(jù)建立的面向節(jié)能降耗的模型求出最優(yōu)運(yùn)行工藝參數(shù)，對執(zhí)行風(fēng)機(jī) 進(jìn)行控制輸出，控制烘道內(nèi)的濕度，溫度及熱風(fēng)風(fēng)速按工藝要求的曲 線運(yùn)行在最佳值，達(dá)到能效的優(yōu)化控制和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。
本發(fā)明面向節(jié)能降耗的流程工業(yè)關(guān)鍵工藝過程效能優(yōu)化控制系統(tǒng) 應(yīng)用于紙漿模塑熱風(fēng)對流式烘干過程時，通過分析紙漿制品的干燥機(jī) 理和生產(chǎn)工藝后，進(jìn)行面向節(jié)能降耗模型建立，效能優(yōu)化控制系統(tǒng)控 制紙漿制品在干燥過程中處于最佳的工藝條件下，降低能耗，提高產(chǎn)
品合格率。紙漿模塑制品在成型后含有較高的水分(70%左右)，需要經(jīng) 過烘干工序除去，干燥后成品的含水量約在10%-15%。水在濕態(tài)紙纖維 中存在形式有三種結(jié)合水，吸附水和游離水，而紙漿模塑制品的干燥
目的就是要除去其中的結(jié)合水和吸附水。紙漿模塑產(chǎn)品屬于含濕多孔 介質(zhì)，其干燥特性比較復(fù)雜，總的干燥過程可以分為三個階段預(yù)熱 干燥，恒速干燥，降速干燥。通常預(yù)熱干燥階段維持時間比較短，可 以忽略。而在恒速干燥階段，濕紙坯從干燥介質(zhì)(熱空氣)吸收熱量， 使內(nèi)部水份在壓力梯度下向外擴(kuò)散，而表面水分就蒸發(fā)成水蒸氣，由 干燥介質(zhì)帶走.這時濕紙坯的含水量還是比較多，濕紙坯表面蒸發(fā)了多 少水分，內(nèi)部就補(bǔ)充多少水分，干燥速率相等于水在自由表面的蒸發(fā) 速度，基本上干燥速率是一常數(shù)，從濕紙坯抽走的水分與時間成線性 關(guān)系，當(dāng)蒸發(fā)過程慢慢深入到物料內(nèi)部，濕紙坯內(nèi)部水分?jǐn)U散速度開 始小于表面擴(kuò)散速度，進(jìn)入降速干燥階段，物料表面開始有干斑出現(xiàn)， 干躁過程在物料內(nèi)部進(jìn)行，整個物料可分為干區(qū)，蒸發(fā)區(qū)，和濕區(qū)三 部分。這時，物料內(nèi)部水分向外移動速度遠(yuǎn)少于表面水分向外蒸發(fā)速度，紙漿模塑制品的干燥速率不在是一常數(shù),其干燥速率取決于物料內(nèi) 部性質(zhì)，其干燥曲線的斜率隨著時間的遞增而逐漸減少。在一般條件
下，紙漿模塑制品厚度都在2mm-4ram,相比于長和寬( 一般大于10cm), 可視為無限大平板。根據(jù)無限大平板在系數(shù)Soret =0時的數(shù)學(xué)解，得 到恒速干燥階段的干燥速率表達(dá)式
及降速干燥階段的速率表達(dá)式
■ 3義
t 一々o
(1-1)
(1-2)
式中M為濕含量；r為時間；"為對流換熱系數(shù)；p為汽化潛
熱，kJ/kg; ^為物料的重度，kg/m3; A為物料厚度，m; ^為物料平
均溫度，。C; ^為介質(zhì)平均溫度，。C;義為物料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(m 'h '。C); ^為相變系數(shù)；
根據(jù)以上分析，推導(dǎo)干燥過程的數(shù)據(jù)模型如下。
恒速干燥階段速率vl
p/f(Xo-i) (1隱3)
式中，^為恒速干燥階段的干燥速率，kg/(m2'h); p為被干燥 物料表觀密度，kg/m3; ^為恒速干燥階段時間，h; //為料層高度，m 恒速干燥階段時間八
^ 二 (xo — x" (i_4)
3.6i^(r_ r『
式中，x。為物料濕含量，kg/kg; ^為物料臨界濕含量，kg/kg; ^ 為濕球溫度時水的汽化潛熱，kJ/kg; ^為體積總傳熱系數(shù)，W/(m3 -K);
97;為料層頂部熱空氣溫度，°C;乙為空氣濕球溫度，°C,
其中，體積總傳熱系數(shù)
(1-5)
4 =戶《
式中，"為物料比表面積，mVkg;《。為總傳熱系數(shù)，W/(m2.K) 總傳熱系數(shù)&可由下式求得
^ 二U75(G)037
(1-6)
式中，G為空氣的質(zhì)量速度,kg/(m2'h)。
把式(l-6)代入式(1-5)得，
〖F = 175(G)
把式(l-7)代入(1-4)得
' (X。 - & Vw
'i
4.23,037(7;-2;
(1-7)
(1-8)
『
(1-9)
恒速干燥階段輸送帶長度A
式中，丄,為恒速干燥階段輸送帶長度，m; ^為被干燥物料投料量， kg/h; w為輸送帶有效寬度，m。其他符號意義同前。 把式(l-8)代入式(l-9)得
丄=_(、 -&) v^_ (1_10)
1 4.23諸///^037(7;-；、
降速干燥階段時間^
G =-^"ln
^ P 一 、 式中，^為降速干燥階段干燥時間，h;、為恒速干燥階段的干燥
速率，kg/(m2'h); x為濕紙坯濕含量，kg/kg; ^為濕紙坯臨界濕含 量，kg/kg; 為濕紙坯的最終濕含量，kg/kg;
把式(1-3)及(l-8)代入式(H 1)得
,_(、 -)t^w - )& (^ct _ 、) 2 — 4.23"G。37(x。—欲- ；)n "、)
降速干燥階段輸送帶長度A
丄=^氣
(1-12)
把式(1-12)代入式(1-13)得
丄= L附s (x。 _ ^ - ) ln (，-、 2 — 4.23諸解。3700 —艱-r『)n (x-xj
對烘干線作總體熱量恒算得，
仏 一《2 ""廣《4 )
(1-13)
(1-14)
(1-15)
式中，A為物料帶入熱量，kJ/h; ^為物料帶出熱量，kJ/h; ^熱 空氣帶出熱量，kJ/h; ^為熱空氣帶入熱量，kJ/h; s為熱量無用功損 耗百分比，％。
其中
仏=附l+4.187x^7] (i-i6) & =^(^+4.187x2)r2 (i-i7)
《3 =4.187[0.24mgir3 +(595 + 0.46r3)_y2J (1_18)《4 ".187[0.24 r4 +(595 + 0.46r4);;,J (1_19)
式中，^為被干燥物料投料量，kg/h;q為物料定壓比熱容， kJ/(kg'K); ^i為物料進(jìn)干燥箱前溫度，°C; 72為物料出干燥箱后
溫度，°C;『3為尾氣溫度，°C; A為干燥箱內(nèi)工藝溫度，'C; ^為 物料進(jìn)干燥箱前濕含量，kg/kg; X2為物料出干燥箱后濕含量，kg/kg;
wgi為循環(huán)風(fēng)機(jī)流量，kg/h;少i為進(jìn)循環(huán)風(fēng)機(jī)前熱空氣中水量，kg/h;
少2干燥箱內(nèi)熱空氣中水量，kg/h;
三相交流異步電機(jī)為風(fēng)機(jī)的動力源，其同步轉(zhuǎn)速"為
"=60/ (i-20)
式中，W為電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，r/min; /為電機(jī)供電頻率，Hz; ^ 為極對數(shù)。
電動機(jī)轉(zhuǎn)速"與風(fēng)機(jī)流量Q有以下關(guān)系
(1-21)
因此，式(1-17)的附§1為
附gi 60,
= ~(1 - 22)
仏
60肌
=- (1-23)
肌
式中，2 為循環(huán)風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量，kg/h; " 為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min;
y;為循環(huán)風(fēng)機(jī)供電頻率，Hz。
輸送鏈帶電動機(jī)運(yùn)行速率n與物料在烘箱內(nèi)輸送速率的關(guān)系為"A^ = ~~^ (1 - 24)
拜7/
式中，A^為輸送鏈帶減速箱的減速比。
把式(l-20)代入式(1-24)得輸送鏈帶電動機(jī)供電頻率/2與物料 在烘箱內(nèi)輸送速率的關(guān)系為
~=- (1-25)
/7 ，//
式中，《為輸送鏈電機(jī)的供電頻率，Hz。 假設(shè)熱風(fēng)管溫度足夠高，則
式中，/3為循環(huán)風(fēng)機(jī)供電頻篳，Hz; 為風(fēng)門開度比例系數(shù)。 同理，參考式(1-23)得，
式中，附g2為抽濕風(fēng)機(jī)風(fēng)量，kg/h;厶為抽濕風(fēng)機(jī)供電頻率，Hz; 仏為抽濕風(fēng)機(jī)額定流量，kg/h; 為抽濕風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min。
本發(fā)明還可應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)，其應(yīng)用于純堿 生產(chǎn)的碳化工藝時，通過分析碳化塔的各層溫度，碳化液位，氣流量 對碳化過程及出堿率的影響后，進(jìn)行面向節(jié)能降耗模型建立，效能優(yōu) 化控制系統(tǒng)求取目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值(能效最優(yōu))，針對碳化的復(fù)雜非線 性問題，尋找最佳工藝參數(shù)值以獲得最高的出堿效率和能源節(jié)約效果。
在純堿的生產(chǎn)過程中，炭化單元是純堿生產(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。炭化過程既有 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(jìn)行著吸收、傳熱、反應(yīng)和結(jié)晶過程。炭化塔分"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(yán)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(yán)重非線形、時變性，既連續(xù)又間歇的 分布參數(shù)受控對象。
整個碳化過程優(yōu)化的最終目標(biāo)是提高出堿的轉(zhuǎn)化率，而轉(zhuǎn)化率指 標(biāo)是無法直接測量的，只能靠其他關(guān)鍵參數(shù)，如塔內(nèi)溫度分布、進(jìn)料 量、進(jìn)氣量、出堿量等的穩(wěn)定性能間接反映轉(zhuǎn)化率的大小，因此，其 關(guān)鍵參數(shù)的穩(wěn)定性能是我們控制的直接指標(biāo)。具體如下
1) 碳化過程整個反應(yīng)為一放熱反應(yīng)，因此，從化學(xué)反應(yīng)的角度， 控制塔內(nèi)溫度分布的穩(wěn)定是保證碳化穩(wěn)定反應(yīng)的首要條件。
2) 碳化塔液位大小也是反映過程穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。只有保
證足夠的碳化液，才能使該液在碳化塔內(nèi)有足夠的停留時間，保證化 學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶都能達(dá)到良好的狀態(tài)，提高鹽的轉(zhuǎn)化率，使產(chǎn)量、質(zhì)量、
消耗最佳；但碳化液過高，會導(dǎo)致塔底壓力增大，從而使進(jìn)地氣量減
少，出堿量增大，結(jié)晶質(zhì)量下降。碳化液位大小的變化與中和水流量 及出堿流量密切相關(guān)，而且直接反映在塔壓的變化上
根據(jù)以上分析推導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，分析碳化塔運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，
其中通過分析1塔12圈溫度r" 17圈溫度7>7, 23圈溫度r"在中段 氣量&，下段氣量fc作用下的變化情況，依據(jù)工程作圖法建立其變化的線性一階模型:
^ 0.001993^ 0.003112 八
T" =---+--込
48.8833s + l 48.8833s + l
t 0.003872^ 0.006045 〃
=--2, +--込
17 47.5667s + l1 47.5667s + l 2
a—28)
(1—29)
t 0.003606^ 0.005629^ , 、
石2=----込 1-30)
29.6667s + l29.6667s + l
從模型上看，當(dāng)中段氣量C下段氣量"任何一個動作時，都 會引起溫度的變化，因此優(yōu)化控制首先要考慮其相互影響。 (1)線性關(guān)聯(lián)模型的建立
提取某個時段相對較體現(xiàn)模型特性的數(shù)據(jù)，分別通過回歸分析和
最小二乘方法，建立穩(wěn)定工況下7!2、 ri7、 ^3隨Gi、 22變化的
線性關(guān)聯(lián)模型，模型結(jié)構(gòu)以一階線性模型即可，即為
6 (1-31)
模型具有在線修正參數(shù)的能力，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工況及工人經(jīng)驗， 確立修正參數(shù)的間隔時間。
(2) PID控制器參數(shù)及整定
依據(jù)關(guān)聯(lián)模型，設(shè)計PID控制器，以込控制723為例，如圖3所示，
并通過仿真整定其控制參數(shù)。
雖然仿真過程能表達(dá)實際過程的特性，但并不等于實際過程，在 實際調(diào)試過程中還需對PID參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行工程整定。
込控制7V的過程同上。
控制器的設(shè)計過程注意考慮各參數(shù)的最佳穩(wěn)定范圍。通過對2007 年8月-11月數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為各參數(shù)的給定值及控制范圍為以下較 佳
15r12:62 °C (61~62. 5°C) r17:65. 5 °C (64 - 66. 5°C) r23 :56 °C (52~ 57. 5°C)
6000 Nm3/h (5800 — 6200 Nm3/h) 込4000 Nm3/h (3800— 4200 Nm3/h) (3)下段氣込控制補(bǔ)償器的設(shè)計
補(bǔ)償器的設(shè)計主要考慮兩個方面
① 考慮込對&影響的耦合特性，這是保證整個控制穩(wěn)定的 關(guān)鍵。通過建立7^與込之間的線性關(guān)聯(lián)模型，并整定PID參數(shù)；將此 參數(shù)與込—4控制系統(tǒng)中PID參數(shù)做比較，在保證過程穩(wěn)定運(yùn)行的條
件下，按參數(shù)對込—7;7控制作用較大，而對込—^影響較小為標(biāo)準(zhǔn)折
中選取，從而減小込對^影響耦合性的影響。
② 控制設(shè)計時釆用込控制7;7,未加入4,因此需保證^< r17,如果某時刻出現(xiàn)7;2 >62.5°C,或r""4。c,應(yīng)適當(dāng)加大込，以保
證7^2、 717恢復(fù)正常水平。
圖4是本系統(tǒng)應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程的碳化塔控制系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行
界面。通過對碳化塔的各層溫度，碳化液位，氣流量等生產(chǎn)過程的關(guān) 鍵工藝參數(shù)的釆集及分析運(yùn)算，求取目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值(能效最優(yōu))， 針對碳化的復(fù)雜非線性問題，尋找最佳工藝參數(shù)值以獲得最高的出堿 效率和能源節(jié)約效果。
本發(fā)明使用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工 業(yè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工藝參數(shù)及關(guān)鍵的能耗環(huán)節(jié)進(jìn)行過程的辨識與系統(tǒng) 建模。以過程數(shù)據(jù)模型為核心，連接實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對生 產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)視，控制和診斷，進(jìn)而完成單元整合，過程模擬和 參數(shù)優(yōu)化，并實現(xiàn)離線與在線模擬與優(yōu)化等。
權(quán)利要求
1、一種面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法，其特征在于包括有如下步驟1)通過分析流程工業(yè)的生產(chǎn)工藝機(jī)理，針對能源消耗和影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行面向節(jié)能降耗的模型建立；2)實時數(shù)據(jù)庫記錄工業(yè)流程，并實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝參數(shù)；3)通過數(shù)據(jù)訪問接口從生產(chǎn)工藝過程中獲取實時數(shù)據(jù)，并經(jīng)模型庫存儲的生產(chǎn)工藝過程模型由模型辨識工具包進(jìn)行能效優(yōu)化運(yùn)算得到最優(yōu)控制輸出；4)最優(yōu)控制輸出通過控制器輸出，以對生產(chǎn)過程進(jìn)行流程和工藝控制，達(dá)到節(jié)能降耗和能效的優(yōu)化控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法，其特征在于上述數(shù)據(jù)訪問接口用于讀取生產(chǎn)過程實時過程數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法，其特征在于上述模型庫存儲的是由模型辨識工具包建立的針對各種流程工業(yè) 的生產(chǎn)工藝過程模型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法，其特征在于上述模型辨識工具包通過數(shù)據(jù)訪問接口獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并進(jìn)行 各種流程工業(yè)生產(chǎn)過程模型的參數(shù)辨識。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法， 其特征在于上述參數(shù)辨識是對Smith預(yù)估器的模型參數(shù)進(jìn)行動態(tài)修正。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法， 其特征在于上述Smith預(yù)估器預(yù)估用于對未來一段時域的過程值進(jìn)行預(yù)測；預(yù)估校正對預(yù)測的過程值進(jìn)行校正交由系統(tǒng)求取最優(yōu)工藝參數(shù)。
7、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法 的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用于熱風(fēng)對流式紙漿模塑烘干線，根據(jù)濕毛坯的干燥特 性建立數(shù)學(xué)模型，PID控制器獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)輸入，并求出最優(yōu)運(yùn)行工藝參 數(shù)對執(zhí)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制輸出。
8、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法 的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)，根據(jù)碳化塔的碳化工藝過程建立數(shù)學(xué)模型，PID控制器獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)輸入，并求出最優(yōu)運(yùn)行工藝參數(shù)對執(zhí)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制輸出。
全文摘要
本發(fā)明是一種面向節(jié)能降耗的工藝過程效能優(yōu)化控制方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的控制方法包括有如下步驟1)通過分析流程工業(yè)的生產(chǎn)工藝機(jī)理，針對能源消耗和影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行面向節(jié)能降耗的模型建立；2)實時數(shù)據(jù)庫記錄工業(yè)流程，并實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝參數(shù)；3)通過數(shù)據(jù)訪問接口從生產(chǎn)工藝過程中獲取實時數(shù)據(jù)，并經(jīng)模型庫存儲的生產(chǎn)工藝過程模型由模型辨識工具包進(jìn)行能效優(yōu)化運(yùn)算得到最優(yōu)控制輸出；4)最優(yōu)控制輸出通過控制器輸出，以對生產(chǎn)過程進(jìn)行流程和工藝控制，達(dá)到節(jié)能降耗和能效的優(yōu)化控制。本發(fā)明可應(yīng)用于熱風(fēng)對流式紙漿模塑烘干線及應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程碳化塔控制系統(tǒng)。本發(fā)明的控制方法使設(shè)備運(yùn)行在最低能耗，使工藝過程達(dá)到最優(yōu)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
文檔編號G05B19/418GK101477367SQ200910036959
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者劉洪濤, 瑩 曾, 程良倫, 亮 許, 謝曉松, 黎大鵬 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)