化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種化學機械漿工藝的優(yōu)化控制方案及系統(tǒng)，屬于制漿造紙工業(yè)過程控制【技術領域】。其特征在于它是由常規(guī)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制單元、在線測量儀表、執(zhí)行器、以及化機漿工藝過程被控對象組成。被控對象以若干關鍵過程變量為表征，構成復雜系統(tǒng)。在化學機械漿生產(chǎn)工藝過程中，該系統(tǒng)將工藝過程中與能耗、污染及紙漿性能相關的關鍵過程變量作為操縱變量、被控變量和干擾變量，納入多變量模型預測控制。以生產(chǎn)成本為目標建立優(yōu)化模型，該系統(tǒng)解決多個關鍵過程變量之間的互相擾動問題，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高自動化程度，接近約束條件運行，起到節(jié)能減排降低成本、產(chǎn)出性能均勻的紙漿產(chǎn)品，使紙漿性能整體提升，按照需求的指標自動控制生產(chǎn)。
【專利說明】化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)
[0001]

【技術領域】： 本發(fā)明涉及造紙工業(yè)中化學機械漿生產(chǎn)工藝的過程控制【技術領域】。具體是一種優(yōu)化化 學機械漿生產(chǎn)工藝的過程控制系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 在造紙工業(yè)中，制漿工藝就是把植物纖維原料中的木素和少量其他無用組分分離 出來，獲得主要由纖維和水構成的混合液體的紙漿的過程。也可以將混合液體的紙漿干燥 成粉狀或漿板，用于儲存或銷售。
[0003] 隨著以盤磨加工紙漿為核心的幾種工藝(如，機械漿，熱磨機械漿，半化學漿等）的 演化，化學機械漿工藝在制漿領域逐漸成為其中的最現(xiàn)代的、最重要的工藝技術之一。這是 造紙工業(yè)由于資源、環(huán)境、效益等方面的壓力，相比較化學法制漿，化學機械漿工藝是滿足 上述要求的高得率、少污染、能耗較低、效率高的制漿方法。典型的化學機械漿工藝的功能 框圖見附圖1。
[0004] 化學預處理及機械磨漿是化學機械法制漿的兩個最重要的工藝過程?；瘜W預處理 過程，包括預蒸、擠碾、浸漬、反應，其作用是，通過預蒸汽排除木片中的空氣，增加木片的含 水量軟化木片，便于木片的壓縮和浸漬。擠碾壓榨將木片中的空氣、水分和部分樹脂等擠 出，木片擠碾成木絲團。松軟的木絲團有利于最大面積地接觸和吸收藥液，化學反應階段起 到漂白、潤脹和軟化纖維、部分溶出小分子木素、溶出短鏈半纖維素和抽提物的作用。研究 表明，在這個過程中蒸汽溫度、木片停留時間、化學藥品用量的多少、擠碾的力度等，對最終 制漿的性能都會呈現(xiàn)出非線性的影響關系，并且有著互擾的特點；盤磨磨漿過程，纖維原料 由喂料器輸入盤磨機的進料口，通過高速旋轉(zhuǎn)的齒盤，在這期間原料經(jīng)過了破碎區(qū)后，逐步 被磨成針狀木絲，在相互摩擦及齒盤作用下，被離解成纖維束和部分單根纖維。進入精磨區(qū) 后，被進一步離解和一定程度的纖維細化，磨解成漿后，經(jīng)離心力作用由漿料出口輸出。研 究表明，在磨漿過程中，木片的品種規(guī)格，盤齒形態(tài)及磨損程度、磨盤間隙、磨漿濃度、喂料 速度、轉(zhuǎn)速、蒸汽溫度壓力等，對最終的紙漿性能和盤磨功率消耗也呈現(xiàn)出非線性的影響關 系，之間也呈現(xiàn)互擾的特點。
[0005] 研究顯示，化學預處理階段的化學品使用量及總的處理效果，對后一階段機械磨 漿所消耗的磨漿功率及最終的紙漿性能都會產(chǎn)生明顯的影響。同樣也不是線性關系。
[0006] 隨著現(xiàn)代造紙業(yè)的快速發(fā)展，對產(chǎn)品性能的要求越來越高，使得紙張抄造車間希 望原料紙漿能夠保證生產(chǎn)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)及效果優(yōu)異，這樣就要求紙漿性能的均勻及精確符合要 求；市場競爭狀況，造成工廠希望降低成本，一個方面就是能量消耗成本；環(huán)保標準，需要 工廠降低污染物排放量。
[0007] 目前，化學機械漿工藝，普遍已經(jīng)應用了常規(guī)控制系統(tǒng)，常規(guī)控制系統(tǒng)是指DCS (集 散控制系統(tǒng)）或PLC (可編程控制器系統(tǒng)）控制系統(tǒng)，所有的測量與控制，都屬于單回路調(diào) 節(jié)。部分工廠采用了紙漿性能在線測量分析儀。在實際生產(chǎn)過程中技術人員，能夠通過收 集各個測量值的數(shù)值表，進行分析來調(diào)整和優(yōu)化工藝生產(chǎn)過程，以改善產(chǎn)品性能。一方面， 這樣的分析調(diào)整缺乏精確性，以及摸索的周期很長。另一方面，如在上面對工藝過程的描述 中的介紹，研究顯示，化學機械漿工藝過程中，本質(zhì)上，要求的指標與調(diào)節(jié)量之間，調(diào)節(jié)量與 調(diào)節(jié)量之間是高度互擾的，所構成的系統(tǒng)是一個多變量互擾的復雜系統(tǒng)。輸出的帶寬范圍 也非常大。單一地調(diào)節(jié)某一回路，就會引起其他回路的變化。雖然單回路已經(jīng)實現(xiàn)自動控 制，但對其他回路會產(chǎn)生的影響。就是說，在為了某一指標進行調(diào)整時，無法保持其他指標 以及其他回路的不變和穩(wěn)定。這對人為調(diào)整和優(yōu)化工藝生產(chǎn)過程，構成了極大的挑戰(zhàn)，甚至 幾乎是不可能完成。例如，由于磨片磨損所帶來的非穩(wěn)態(tài)過程特征，使盤磨磨漿過程變得非 常復雜。另外，比如，當我們?nèi)藶檎{(diào)整化學品用量，來使紙漿白度的降低時，同時改變了預浸 的效果，使磨漿后的紙漿的強度也發(fā)生了變化。
[0008] 在現(xiàn)在通常使用的常規(guī)控制系統(tǒng)中，使用的都是單回路調(diào)節(jié)，即PID (比例-積 分-微分控制器)或手操器(單一設定值-單一輸出控制)控制，生產(chǎn)工藝中的各個過程變量 都是由單回路控制器調(diào)節(jié)的，控制器與控制器之間處于并列關系，或者是由他們所組成的 單回路對單回路的串級控制。PID控制器僅能處理一個單一的輸入變量和一個單一的輸出 變量，在不考慮對其它回路產(chǎn)生影響的情況下，對于控制調(diào)節(jié)液位和壓力等過程變量單回 路，是能夠滿足的。但這些單回路控制器是無法解決多變量復雜系統(tǒng)的互擾的動態(tài)特性問 題，g卩，一個單回路的調(diào)節(jié)動作，會影響到其它回路變量的變化，產(chǎn)生干擾，造成工藝過程產(chǎn) 生非預期的波動。如上所述，化學機械漿工藝過程是一個多回路間相互干擾的復雜系統(tǒng)，紙 漿白度和紙漿纖維游離度，有多個變量(化學品用量，磨漿濃度，盤磨間隙，駐留時間等）交 叉影響他們的變化，就不可能使用單回路控制器PID去分別完成調(diào)節(jié)和控制。那么，就需要 一個能調(diào)節(jié)和控制多輸入多輸出變量的控制器，統(tǒng)籌處理他們之間的關系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于【背景技術】中提到的問題，及目前造紙工業(yè)的發(fā)展需求，本發(fā)明旨在解決多個 單回路控制器無法解決復雜系統(tǒng)過程中多變量互相干擾的控制問題，并使化學機械漿工 藝生產(chǎn)得到優(yōu)化。
[0010] 本發(fā)明提供一種化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其包括常規(guī)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控 制單元、在線測量儀表、執(zhí)行器、以及化學機械漿工藝過程被控對象； 所述常規(guī)控制系統(tǒng)與在線測量儀表及執(zhí)行器之間，采用信號電纜直接連接，或采用通 訊方式連接，用于接收在線測量儀表測得的化學機械漿工藝過程被控對象的物理量，接收 執(zhí)行器反饋的狀態(tài)信息信號； 所述執(zhí)行器把從常規(guī)控制系統(tǒng)接收到的控制信號轉(zhuǎn)化為控制動作施加于化學機械漿 工藝過程被控對象，同時把執(zhí)行器的狀態(tài)信息作為反饋信號傳遞給常規(guī)控制系統(tǒng)； 所說的優(yōu)化控制單元與常規(guī)控制系統(tǒng)建立工業(yè)標準的實時通訊，實現(xiàn)控制信號和反饋 信號的傳遞； 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，作為優(yōu)選方式，其中所說的優(yōu)化 控制單元，至少由一臺獨立的計算機構成，其至少包含有一個多變量模型預測控制模塊和 一個優(yōu)化算法模塊； 所說的多變量模型預測控制模塊，其特征在于，利用過程變量的脈沖響應或階越響應 曲線，把采樣時刻的一系列數(shù)值作為被控對象的動態(tài)特征信息，構成預測模型，使用預測模 型來預測未來時刻被控對象的多個操縱變量輸出（MV)變化，和預測多個被控變量（CV)與 給定值的偏差，作為依據(jù)產(chǎn)生控制動作，使過程中多個輸入輸出變量分別構成的多個單回 路，由多變量模型預測控制模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制； 所說的優(yōu)化算法模塊，其特征在于，優(yōu)化算法是通過某一性能指標的最優(yōu)來確定未來 的控制作用的；目標函數(shù)為Min f(x)，約束條件滿足gi(x)；^0，hi(x)=0,決策變量由預測 模型中的操縱變量給出，其中目標函數(shù)的最優(yōu)值區(qū)間決定了操縱變量的最優(yōu)區(qū)間，從而決 定了過程控制按照效果最優(yōu)的方向進行，實行動態(tài)優(yōu)化。
[0011] 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，作為優(yōu)選方式，其中，所述 多變量模型預測控制模塊中的操縱變量MV值輸出給常規(guī)控制系統(tǒng)，作為某一過程變量的 PID串級控制目標值；同時，常規(guī)控制系統(tǒng)還向多變量模型預測控制模塊提供被控變量CV 和各干擾變量DV的測量值。
[0012] 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，作為優(yōu)選方式，其中所說的 常規(guī)控制系統(tǒng)，是DCS (集散控制系統(tǒng))，其至少由一個上位機、一個過程控制器以及一塊1/ 〇輸入輸出模塊構成；或者，所述的常規(guī)控制系統(tǒng)是PLC (可編成邏輯控制器）系統(tǒng)，其至少 由一個過程控制器以及一塊I/O輸入輸出模塊構成；或者，所述的常規(guī)控制系統(tǒng)是IPC工業(yè) 控制計算機系統(tǒng)，其至少由一上位機、一軟控制器和至少一塊I/O輸入輸出模塊構成，其中 軟控制器置于上位機當中。常規(guī)控制系統(tǒng)同時具有人機界面，監(jiān)視過程變量的變化和報警， 切換回路的控制狀態(tài)。模型預測控制中的操縱變量MV值輸出給常規(guī)控制系統(tǒng)，作為某一過 程變量的PID串級控制目標值。同時，常規(guī)控制系統(tǒng)還向模型預測控制模塊提供被控變量 CV和干擾DV的測量值。
[0013] 本發(fā)明所說的在線測量儀表，是指用于測量過程變量的由傳感器和變送器組成 的；所述在線測量儀表將被控對象的過程變量物理量值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供給I/O輸入輸出 模塊，并轉(zhuǎn)換成帶有工程單位的測量值，即操縱變量MV值的反饋值、被控變量CV和干擾變 量DV的測量值。
[0014] 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，還包括在線分析儀，用于分 析紙漿的主要的性能參數(shù)和過程變量值；所述在線分析儀與所述常規(guī)控制系統(tǒng)之間，采用 信號電纜直接連接或采用通訊方式連接；所述在線分析儀將被控對象的過程變量物理量 值進行分析處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供給I/O輸入輸出模塊，并轉(zhuǎn)換成帶有工程單位的測量 值，即被控變量CV的測量值。
[0015] 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其中，所說的執(zhí)行器，是指用 于執(zhí)行控制動作的調(diào)節(jié)閥或變頻器，它們接收標準的輸出信號，把來自常規(guī)控制系統(tǒng)中PID 回路的輸出轉(zhuǎn)化為閥門的動作，或變頻器的輸出，以調(diào)節(jié)過程被控對象。
[0016] 本發(fā)明所述的化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其中，所說的化學機械漿工 藝過程被控對象，是以過程變量為表征的，在化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)中，至少包括 一個化學品流量、一個預處理溫度、一個預處理時間、一個盤磨喂料螺旋轉(zhuǎn)速、一個盤磨稀 釋水流量、一個盤磨間隙、一個盤磨負荷、一個紙漿游離度、一個紙漿纖維平均長度，一個紙 漿白度。
[0017] 本發(fā)明通過在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中增加優(yōu)化控制單元，能夠使被控變量(輸出變量） 在改變目標預期值時，與之相關聯(lián)的多個操縱變量(輸入變量）自動地同時做出相應地調(diào) 整，實現(xiàn)控制目標。同時，保持其它被控變量穩(wěn)定運行?；蛘撸谙到y(tǒng)中某被控變量受到擾 動時，與之相關的多個操縱變量(輸入變量）自動地同時做出相應地調(diào)整，保證原被控變量 目標不變。在此基礎上采用優(yōu)化算法以效益為目標優(yōu)化各變量的經(jīng)濟性的合理值。
[0018] 具體而言，本發(fā)明所述的多變量模型預測控制模塊，利用過程變量的脈沖響應或 階越響應曲線，把它在采樣時刻的一系列數(shù)值作為描述對象的動態(tài)特征信息，構成預測模 型。這些動態(tài)特征信息(關聯(lián)系數(shù))，反映了每個輸入變量對應于每個輸出變量的影響關系。 將多個輸入變量，多個輸出變量，置于這個控制器中，控制器中的數(shù)學模型，能夠預測出每 個輸入變量(操縱變量）對應于每個輸出變量(被控變量）的關聯(lián)系數(shù)，在使用者給出未來期 望的被控變量目標值時，能夠準確決定多個輸入變量中每個輸入變量(操縱變量)，按照系 數(shù)關系給出對應的變化動作。這樣就解決了多個輸入變量、多個輸出變量分別用單回路控 制器（PID)去控制時，各個變量之間互相干擾的問題。
[0019] 本發(fā)明能夠使化學機械漿制漿工藝更平穩(wěn)地運行增強自動化應用水平、卡邊操作 使設備能力最大化，經(jīng)過優(yōu)化后，使化學機械漿制漿工藝節(jié)省能耗、減少化學品使用量所帶 來的環(huán)保效果、使紙漿產(chǎn)品的性能得到提高并且更加均勻。降低紙漿生產(chǎn)成本，實現(xiàn)人工優(yōu) 化無法企及的作用。平穩(wěn)運行，本身就減小了波動范圍，能夠使消耗和性能的控制效果平移 至一個更好的基準線附近。本發(fā)明采用多變量模型預測控制模塊的最大亮點就是可以降低 控制系統(tǒng)的方差，可將控制系統(tǒng)推近至最有價值的約束邊界附近，從而達到增加經(jīng)濟效益 的目的。所以最適宜的場合就是有潛利可挖的生產(chǎn)過程。再加上針對經(jīng)濟性的優(yōu)化算法， 同時滿足了更直接的商業(yè)目的。
[0020] 應說明的是，多變量模型預測控制模塊已經(jīng)在流程工業(yè)過程控制領域。市場上已 經(jīng)有幾家這樣的軟件產(chǎn)品可選擇，并且與常規(guī)控制系統(tǒng)的集成也已經(jīng)沒有任何問題。如 AspenTech 公司的 DMCplus。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1現(xiàn)有化學機械漿工藝示例簡圖。
[0022] 圖2現(xiàn)有化學機械漿工藝過程變量互擾關系示例。
[0023] 圖3本發(fā)明所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)結構示意圖。
[0024] 圖4本發(fā)明所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)的模型預測控制機理示意圖。
[0025] 圖5本發(fā)明所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制單元與常規(guī)控制 系統(tǒng)數(shù)據(jù)關系圖。
[0026] 圖6本發(fā)明所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)的一個實施例。
[0027]

【具體實施方式】
[0028] 圖1所示的工藝過程是典型的化學機械漿工藝，以該過程為被控對象，集成本發(fā) 明所述的化學機械漿工藝優(yōu)化控制系統(tǒng)，如圖3和圖6。
[0029] 本發(fā)明所述化學機械漿制漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，適用于化學機械漿工藝生產(chǎn)過 程，該優(yōu)化控制系統(tǒng)包括常規(guī)控制系統(tǒng)、數(shù)個在線測量儀表、在線分析儀、數(shù)個執(zhí)行器(執(zhí)行 機構)、化學機械漿工藝過程被控對象以及優(yōu)化控制單元。常規(guī)控制系統(tǒng)包括上位機、過程 控制器和I/O輸入輸出模塊。其中，優(yōu)化控制單元與常規(guī)控制系統(tǒng)建立工業(yè)標準的實時通 訊，實現(xiàn)控制信號和反饋信號的傳遞，用于整體多變量統(tǒng)籌控制以及動態(tài)優(yōu)化；同時，常規(guī) 控制系統(tǒng)與在線測量儀表、在線分析儀及執(zhí)行器之間，采用信號電纜直接連接，或采用通訊 方式連接，化學機械漿工藝過程被控對象的物理量通過在線測量儀表、在線分析儀，傳遞給 常規(guī)控制系統(tǒng)。執(zhí)行器把從常規(guī)控制系統(tǒng)接收到的控制信號轉(zhuǎn)化為控制動作施加于化學機 械漿工藝過程被控對象，同時把執(zhí)行器的狀態(tài)信息作為反饋信號傳遞給常規(guī)控制系統(tǒng)。
[0030] 其中優(yōu)化控制單元，參見圖5,由兩臺計算機構成，其中一臺作為優(yōu)化控制單元的 服務器，選用戴爾PowerEdge T320塔式服務器，以Windows 2008為操作系統(tǒng)。在服務器 上面運行多變量模型預測控制模塊和一個優(yōu)化算法模塊。另外一臺作為優(yōu)化控制單元的操 作站。選用戴爾Precision T3600臺式工作站，以Windows 7 Professional為操作系統(tǒng)。 在該計算機上具有操作界面，能夠進行約束條件的調(diào)整以及進行被控變量CV的目標設定， 以及監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況和報警。
[0031] 多變量模型預測控制模塊，利用過程變量的脈沖響應或階越響應曲線，把采樣時 刻的一系列數(shù)值作為被控對象的動態(tài)特征信息，構成預測模型，使用預測模型來預測未來 時刻被控對象輸出（MV)變化及被控變量（CV)與給定值的偏差，作為產(chǎn)生控制動作的依據(jù)， 使之適應動態(tài)系統(tǒng)所具有的特征，使過程中多個輸入輸出變量分別構成的多個單回路，由 多變量模型預測控制模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。多變量模型預測控制模塊具有模型辨識、滾動更 新、和反饋校正的功能。多變量模型的形式： 設過程具有m個輸入和p個輸出，表示為差分方程 y{k)+ Ajy{k~l)+ · · · + An^{k~n)=B(p{k)+ Bju{k~ 1)+ · · · + Bjj (k~n) 式中，為，· · ·，4的維數(shù)為x 7，盡· · · +兄的維數(shù)為7 x 都是常數(shù)矩陣。 則可簡化為， 乂 (<7)_7 ⑷=5 (<7) ? 0) 其中dfe)和都是多項式矩陣： A {q) =/ + Ajq^+ · · · + Anq^ B(q)=B0+ Β^+ · · · + Bnq^ 多變量模型的通用矩陣分式形式為： y(k)= A{q)^B{q)u{k) MV是模型預測控制的操縱變量，CV預測模型控制的被控變量，DV是預測模型控制的干 擾變量。_7(幻為若干CV的集合，《(幻為若干MV的集合。其中，在該實例中，選用預處理溫 度、化學品用量、預處理螺旋轉(zhuǎn)速、一段盤磨喂料螺旋轉(zhuǎn)速、二段盤磨喂料螺旋轉(zhuǎn)速、一段盤 磨間隙、二段盤磨間隙、一段盤磨稀釋水流量、二段盤磨稀釋水流量作為操縱變量MV。選擇 盤磨負荷、紙漿游離度、紙漿白度作為被控變量CV。
[0032] 優(yōu)化算法模塊，優(yōu)化算法是通過某一性能指標的最優(yōu)來確定末來的控制作用的。 目標函數(shù)為Min f(x)，約束條件滿足gi(x)；^0，hi(x)=0,決策變量由預測模型中的操縱 變量給出。實行動態(tài)優(yōu)化。目標函數(shù)的最優(yōu)值區(qū)間決定了操縱變量的最優(yōu)區(qū)間，從而決定 了過程控制按照效果最優(yōu)的方向進行。
[0033] 參見圖4,圖中給出了本發(fā)明所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)的模型預測 控制機理。系統(tǒng)將當前被控變量集合_7(幻反饋給參考軌跡算子，得到與目標設定值的偏 差，給出參考軌跡輸出I認+i)。被控變量集合同時反饋給在線校正算子，得到與預測模型 預測輸出的的偏差，給出在線校正輸出_Fe(^+i)。兩輸出疊加后，經(jīng)過優(yōu)化更新算 子，得到新的操縱變量值集合《 (幻，作為過程的新的輸入，作用于工藝過程，將得到一個更 逼近期望目標的新的過程輸出（被控變量集合MA+i)。反復循環(huán)進行，最終達到控制目標。
[0034] 參見圖3、圖6,其中所述常規(guī)控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，采用800xA系統(tǒng)，軟件使用 800xA 5.1系統(tǒng)軟件。常規(guī)控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)上位機、過程控制器、I/O模塊。上位機中包 括服務器和操作站，分別使用戴爾PowerEdge T320塔式服務器，以Windows 2008為操作 系統(tǒng)。和戴爾Precision T3600臺式工作站，以Windows 7 Professional為操作系統(tǒng)。過 程控制器為PM866, I/O模塊由數(shù)字量輸入模塊DI810、數(shù)字量輸出模塊D0810、模擬量輸入 模塊AI810、模擬量輸出模塊A0810組成。其中上位機與過程控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊連 接，過程控制器與I/O模塊通過Profibus-DP總線連接通訊。由通訊模塊CI854A和通訊模 塊CI801負責數(shù)據(jù)的收發(fā)任務。
[0035] 在線測量儀表、在線分析儀使用標準4-20mA信號與1/0模塊連接。執(zhí)行機構接收 1/0模塊輸出的4-20mA信號，執(zhí)行調(diào)節(jié)任務。過程控制器中，MV變量所涉及的PID控制器 要設計成具有串級控制功能，以接收來自優(yōu)化控制單元的MV值得指導。常規(guī)控制系統(tǒng)在上 位機層至少有一臺服務器和一臺操作員站，操作員站在監(jiān)控過程變量的上下限報警及趨勢 的同時，還要負責MV變量所涉及的PID控制器的串級控制狀態(tài)切換工作。在線分析儀用于 分析紙漿的主要的性能參數(shù)。
[0036] 優(yōu)化控制單元與常規(guī)控制系統(tǒng)通過另一局域網(wǎng)絡，由通訊服務器管理它們之間的 通訊（0PC通訊)。上層網(wǎng)絡的通訊設備選用Μ0ΧΑ EDS-308-M-SC工業(yè)交換機導軌安裝，安 裝在控制柜中。安裝在控制柜中的設備還有過程控制器PM866、通訊模塊CI854A、通訊模塊 CI801、數(shù)字量輸入模塊DI810、數(shù)字量輸出模塊D0810、模擬量輸入模塊AI810、模擬量輸出 模塊A0810?？刂瓢惭b在中心控制室內(nèi)。優(yōu)化控制單元的服務器、操作站、常規(guī)控制系統(tǒng)的 上位機均安置于常規(guī)的電腦臺上，并處于帶有空調(diào)設備的中心操作室的房間內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，該化控制系統(tǒng)包括常規(guī)控制系 統(tǒng)、優(yōu)化控制單元、在線測量儀表、執(zhí)行器、以及化學機械漿工藝過程被控對象； 所述常規(guī)控制系統(tǒng)與在線測量儀表及執(zhí)行器之間，采用信號電纜直接連接，或采用通 訊方式連接，用于接收在線測量儀表測得的化學機械漿工藝過程被控對象的物理量，接收 執(zhí)行器反饋的狀態(tài)信息信號； 所述執(zhí)行器把從常規(guī)控制系統(tǒng)接收到的控制信號轉(zhuǎn)化為控制動作施加于化學機械漿 工藝過程被控對象，同時把執(zhí)行器的狀態(tài)信息作為反饋信號傳遞給常規(guī)控制系統(tǒng)； 所說的優(yōu)化控制單元與常規(guī)控制系統(tǒng)建立工業(yè)標準的實時通訊，實現(xiàn)控制信號和反饋 信號的傳遞。
2. 根據(jù)權利要求1所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所說的優(yōu)化 控制單元，至少由一臺獨立的計算機構成，其至少包含有一個多變量模型預測控制模塊和 一個優(yōu)化算法模塊； 所說的多變量模型預測控制模塊，利用過程變量的脈沖響應或階越響應曲線，把采樣 時刻的一系列數(shù)值作為被控對象的動態(tài)特征信息，構成預測模型，使用預測模型來預測未 來時刻被控對象的多個操縱變量輸出（MV)變化，和預測多個被控變量（CV)與給定值的偏 差，作為依據(jù)產(chǎn)生控制動作，使過程中多個輸入輸出變量分別構成的多個單回路，由多變量 模型預測控制模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制； 所說的優(yōu)化算法模塊，優(yōu)化算法是通過某一性能指標的最優(yōu)來確定未來的控制作用 的；目標函數(shù)為Min f(x)，約束條件滿足gi(x)<0, hi(x)=0,決策變量由預測模型中的 操縱變量給出，其中通過目標函數(shù)的最優(yōu)值區(qū)間決定操縱變量的最優(yōu)區(qū)間，進而決定過程 控制按照效果最優(yōu)的方向進行，實行動態(tài)優(yōu)化。
3. 根據(jù)權利要求2所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多變量 模型預測控制模塊中的操縱變量MV值輸出給常規(guī)控制系統(tǒng)，作為某一過程變量的PID串級 控制目標值；同時，常規(guī)控制系統(tǒng)還向多變量模型預測控制模塊提供被控變量CV和個干擾 變量DV的測量值。
4. 根據(jù)權利要求1-3其中任一項所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所說的常規(guī)控制系統(tǒng)，是DCS (集散控制系統(tǒng))，其至少由一個上位機、一個過程控制器以 及一塊I/O輸入輸出模塊構成；或者，所述的常規(guī)控制系統(tǒng)是PLC (可編成邏輯控制器）系 統(tǒng)，其至少由一個過程控制器以及一塊I/O輸入輸出模塊構成；或者，所述的常規(guī)控制系統(tǒng) 是IPC工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其至少由一上位機、一軟控制器和至少一塊I/O輸入輸出模塊 構成，其中軟控制器置于上位機當中。
5. 根據(jù)權利要求4所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所說的在線 測量儀表，是指用于測量過程變量的由傳感器和變送器組成的；所述在線測量儀表將被控 對象的過程變量物理量值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供給I/O輸入輸出模塊，并轉(zhuǎn)換成帶有工程單位 的測量值，即操縱變量MV值的反饋值、被控變量CV和干擾變量DV的測量值。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化 控制系統(tǒng)還包括在線分析儀，用于分析紙漿的主要的性能參數(shù)和過程變量值；所述在線分 析儀與所述常規(guī)控制系統(tǒng)之間，采用信號電纜直接連接或采用通訊方式連接；所述在線分 析儀將被控對象的過程變量物理量值進行分析處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供給I/O輸入輸出 模塊，并轉(zhuǎn)換成帶有工程單位的測量值，即被控變量CV的測量值。
7. 根據(jù)權利要求1-3其中任一項所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所說的執(zhí)行器，是指用于執(zhí)行控制動作的調(diào)節(jié)閥和變頻器，它們接收標準的輸出信號， 把來自常規(guī)控制系統(tǒng)中PID回路的輸出轉(zhuǎn)化為閥門的動作，或變頻器的輸出，以調(diào)節(jié)過程 被控對象。
8. 根據(jù)權利要求1-3其中任一項所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所說的化學機械漿工藝過程被控對象，是以關鍵過程變量為表征的，在化學機械漿工藝 的優(yōu)化控制系統(tǒng)中，至少包括一個化學品流量、一個預處理溫度、一個預處理時間、一個盤 磨喂料螺旋轉(zhuǎn)速、一個盤磨稀釋水流量、一個盤磨間隙、一個盤磨負荷、一個紙漿游離度、一 個紙漿纖維平均長度，一個紙漿白度。
9. 根據(jù)權利要求2或3所述的化學機械漿工藝的優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多變 量模型預測控制模塊具有模型辨識、滾動更新、和反饋校正的功能。
【文檔編號】G05B19/418GK104155958SQ201410421568
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】關健華 申請人:理程自動化技術（天津）有限公司