[发明专利]空分塔的一般模型控制系统及方法

摘要

一种空分塔的一般模型控制系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表、用于存放历史数据的数据存储装置及上位机，智能仪表、数据存储装置及上位机依次相连，所述的上位机为一般模型控制器，所述的一般模型控制器包括组分推断控制部分和一般模型控制部分，所述的组分推断控制部分包括检测仪表模块、I/O元件模块以及组分推断模块，一般模型控制部分包括I/O元件模块、二次曲线拟和模块、一般模型控制运算模块以及控制输出模块。以及提供了一种用该空分塔的一般模型控制系统实现的控制方法。本发明能够适应空分操作的动态特性、强烈的非线性、和回路之间的耦合性，能够得到良好的控制效果。

主权项

1、一种空分塔的一般模型控制系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表、用于存放历史数据的数据存储装置及上位机，智能仪表、数据存储装置及上位机依次相连，其特征在于：所述的上位机为一般模型控制器，所述的一般模型控制器包括组分推断控制部分和一般模型控制部分，所述的组分推断控制部分包括：检测仪表模块，包括温度检测元件和压力检测元件，用于检测空分塔的上塔的温度和压力；I/O元件模块，用于电信号、和数据信号在控制器内部以及控制器与DCS之间的传输，组分推断模块，用于依据检测得到的温度与压强数据推断组分，其算式为(1)、(2)：$Y_1=\frac{\alpha }{\alpha -1}-\frac{{10}^{(a-\frac{b}{T_1+c})}}{(\alpha -1)P}---\left(1\right)$ $\mathrm{Xn}=\frac{\mathrm{P\alpha }}{{10}^{(a-\frac{T_n+c}{b})}(\alpha -1)}-\frac{1}{\alpha -1}---\left(2\right)$ 其中，Y1为空分塔中氮气产品中氮的组分，Xn为液氧产品中氮的组分，P为上塔压强，T1、Tn分别为上塔塔顶和塔底温度，α为相对挥发度，a、b、c为安托尼常数；所述的一般模型控制部分包括：I/O元件模块，用于一般模型控制器的内部及控制器与DCS之间的电信号、数据信号的传输；二次曲线拟和模块，用于对数据存储装置中得到的历史数据进行二次曲线拟和，得到产品氮气中的氮组分Y1关于下塔液氮液氧至上塔的回流量R的二次方程：Y1(k)＝a1×R(k)2，以及产品液氧中的氮组分Xn关于液氧产品的输出流量L的二次方程：Xn(k)＝a2×L(k)2；一般模型控制运算模块，用于通过组分推断部分得到的Y1与Xn值，计算出当前控制变量下塔液氮液空的回流量R以及上塔液氧产品的输出流量L的值，其算式为(3)、(4)、(5)：$\mathrm{\Delta R}\left(k\right)=\frac{1}{2\sqrt{a_1}}\times \frac{(1-T\times K_1)\times \stackrel{•}{Y_1}\left(k\right)+K_2\times T\times (Y_{1\mathrm{set}}-Y_1\left(k\right))}{\sqrt{Y_1\left(k\right)+T\left(K_1\right(Y_{1\mathrm{set}}-Y_1\left(k\right))+K_2\Sigma (Y_{1\mathrm{set}}-Y_1(k\left)\right)}}---\left(3\right)$ $\mathrm{\Delta L}\left(k\right)=\frac{1}{2\sqrt{a_2}}\times \frac{(1-T\times K_1)\times \stackrel{•}{X_n}\left(k\right)+K_2\times T\times (X_{\mathrm{nset}}-X_n\left(k\right))}{\sqrt{X_n\left(k\right)+T\left(K_1\right(X_{\mathrm{nest}}-X_n\left(k\right))+K_2\Sigma (X_{\mathrm{nest}}-X_n(k\left)\right)}}---\left(4\right)$ R(k)＝R(k-1)+ΔR(k)L(k)＝L(k-1)+ΔL(k) (5)其中，T为采样周期，K1、K2为控制器可调参数，Y1set、Xnset分别为Y1与Xn的设定值；控制输出模块，用于将计算得到的R(k)，L(k)的数据信号输出到空分塔。