[發明專利]一種連續生產過程的實時優化器

有效

• 申請號: 201010289504.1
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101957597A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 袁璞;于佐軍
• 申請（專利權）人: 袁璞
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

1.一種連續生產過程的實時優化器，其特征在于：由生產過程監測器(1)，優化目標實時計算器(2)，智能尋優控制器(3)，調優控制器(4)，運行操作監視與設定器(5)五部分組成，實時優化器通過已有的數據輸入輸出接口(6)實時地取得生產過程(7)的運行數據，并將調優作用送給生產過程(7)進行調優；

(1)生產過程監測器：具有以下功能：

1).數據處理與故障診斷：基于動態數學模型計算結果和實測變量之差，實時判斷運行工況和實測信息是否正常；

2).約束預報：根據動態模型對變量未來變化進行預估，實現變量達上下限的預報，預報超限時即停止超限方向的調優，對變量的預估有以下有“簡化”和“完整”兩種方式：

簡化方式：Y(t+p/t)＝Y(t)+A[Y(t)-Y(t-1)]????(1)

t＝當前時刻，p＝預估時域，A＝可設置的預報系數

Y(t+p/t)＝當前時刻對未來t+p時刻的變量預估值

Y(t)，Y(t-1)＝當前時刻和前一時刻變量的實測值

完整方式：基于離散時間狀態空間模型，

模型：X(k+1)＝F[X(k-τ_X)，U(k-τ_U)]????(2A)

Y(k)＝G[X(k)，U(k)]????????????????????(2B)

Y＝需要預估未來的變量????X＝狀態變量????U＝輸入變量

k＝t/T_d＝離散時間周期數??t＝時間??T_d＝離散時間周期

τ_X＝狀態變量之間互相影響的滯后時間相應的離散時間周期數

τ_U＝輸入變量對狀態變量影響的滯后時間的離散時間周期數

經在線實時修正的預報：

Y_C(k+p/k)＝Y(k+p/k)+[Y(k)-Y(k/k-p)]????(3)

Y_C(k+p/k)＝修正后的[在未來(k+p)T_d時刻]預報值

p為設定的預報時間所相應的離散時間周期數

Y(k+p/k)＝由模型計算的未來(k+p)T_d時刻的預估值

Y(k/k-p)＝由模型計算的當前時刻(kT_d)的預估值

Y(k)＝當前時刻k的實測值，

Y(k)-Y(k/k-p)＝在線實時(對模型預估的)修正值。

以修正后的預報值Y_C(k+p/k)判斷變量是否超限；

3).工況變化檢測：在生產過程運行正常，無變量受約束，無故障的情況下，由于不可實測變量的變化，使生產過程運行偏離優化狀況時，為尋優的自起動提供信息；

工況變化檢測內容包括：①比較基于狀態空間模型[式(2A)(2B)]計算的各變量與實際運行時各變量實測值的大小與方向是否有明顯變化；②基于動態數學模型在線實時計算的工藝參數有明顯變化，如傳質與傳熱系數，組分濃度；③優化目標值有明顯變化；④運行工況有明顯變化，包括自動控制器或人為的操作變量有明顯變化，生產方案變化，原料組成與流量變化，變量約束狀況變化，生產設備變化；

(2).優化目標實時計算器：對于不可實測的優化目標，依據生產過程機理，實測變量，動態模型[式(2A)(2B)]和存在的時間滯后，在線實時計算給出不可實測的優化目標，包括化學反應器的轉化率或反應產物中的產品分布為優化目標時，可由其下游產品分離設備分離出來的各產品的實測流量和分離設備的動態數學模型計算分離設備入口各產品的流量，從而計算得到相應的優化目標，計算時，對實測變量和計算結果都要進行濾波處理，以抑制噪聲；

當用于計算的任一個實測變量有故障或非正常時，給出故障信息，使尋優暫停；

(3).智能尋優器：實現尋優的暫停與自起動，對每次調優后目標值的變化量進行動態補償，在滿足一定條件或工況不允許時停止調優；

1)智能尋優器“自起動”尋優：在無約束和具備足夠時間長度的尋優數據后，操作員給出調優命令，或工況判斷需要調優，或約束解除，或設定的上次調優后的調優暫停時間已到，尋優器將自動起動尋優，根據調優變量和優化目標的變化方向，確定調優變量的調整方向和大小，進行調優；第一次調優時，若調優變量或優化目標無變化，根據設定的條件和當前工況確定調優方向；每次調優后，經設定的調優周期時間后，開始第二次及以后各次調優；

2)智能尋優器對每個調優周期內優化目標值的變化具有動態補償，防止錯誤的調優，縮短調優進程；動態補償利用動態模型[可選用(1)式或(3)式給出的方法]，計算在調優量不變時，在一個調優周期內第1，2，直到第N個計算時刻優化目標的變化，稱為優化目標的零響應；用調優后實際表現出來的優化目標值與零響應之差，作為判斷調優方向的依據；

3)及時停止調優：可設置多種暫停標準，使調優進程停止，包括朝一個方向連續調優次數達到設定值，兩次調優方向相反，調優后優化目標無明顯變化，調優受到約束，所用實測信息或在線實時計算有故障，生產過程出現非正常狀況，不具備足夠長度的判斷調優數據；

(4).調優控制器：智能優化器給出的調優作用通過調優控制器對生產過程實施調優。

(5).運行操作，監視與設定器：對實時優化器的操作只有一個運行開關；監視調優的運行狀況，對實時優化器的功能和運行參數進行在線調整。