[發(fā)明專利]一種基于控制變量參數(shù)化方法的間歇反應釜控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310232266.4
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103309371A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉興高;胡云卿;周赤平;張海波;孫優(yōu)賢
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G05B19/418;B01J19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反應器控制領(lǐng)域，主要是一種基于控制變量參數(shù)化方法的間歇反應釜控制系統(tǒng)。能夠?qū)Ψ磻M行溫度自動控制，以提高目標產(chǎn)品的濃度。

背景技術(shù)

間歇反應釜又稱間歇釜式反應器，廣泛應用于石油化工、精細化工、農(nóng)藥等工業(yè)生產(chǎn)中。

對于容積固定的間歇反應釜，當原料配額比、濃度等物料參數(shù)確定以后，在充分攪拌的條件下，影響產(chǎn)品產(chǎn)量的關(guān)鍵因素就是反應溫度。由于不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求不同，所以按生產(chǎn)工藝要求對間歇反應器自動地進行溫度最優(yōu)控制具有重要意義。

當前國內(nèi)間歇反應釜的控制方法中很少采用最優(yōu)控制理論及對應方法，控制器中的參數(shù)往往憑已有經(jīng)驗設(shè)定。采用最優(yōu)控制方法后的間歇反應釜產(chǎn)品濃度可以進一步提高，實現(xiàn)挖潛增效。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高間歇反應釜產(chǎn)品的濃度，本發(fā)明提供了一種基于最優(yōu)控制方法——控制變量參數(shù)化（Control?variable?parameterization，簡稱CVP）方法的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助DCS作為CVP方法的實現(xiàn)載體。

間歇反應釜中產(chǎn)物的生產(chǎn)過程可以描述為：

x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

其中t表示時間；T(t)表示反應釜的加熱溫度；x(t)是表示反應釜中隨時間變化的產(chǎn)品濃度，是其一階導數(shù)；F是根據(jù)濃度守恒、能量守恒關(guān)系建立的微分方程組；G是根據(jù)熱力學平衡關(guān)系建立的代數(shù)方程組。從該描述可以看出，間歇反應釜中產(chǎn)物的生產(chǎn)過程從數(shù)學上來說是一組微分代數(shù)混合方程（Differential-Algebraic?Equations，簡稱DAE）。

要使歇反應釜中某種產(chǎn)物的濃度最好，等價于：當生產(chǎn)過程完成后，使該產(chǎn)物的產(chǎn)品濃度最高。以x₁(t)代表該產(chǎn)物隨時間變化的濃度，則該問題的最終表達式為：

max?J[T(t)]=x₁(t_f)

s.t.??x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

x(t₀)=x₀

其中t₀表示生產(chǎn)過程的開始時間，t_f表示生產(chǎn)過程的結(jié)束時間，J[T(t)]表示控制目標，由T(t)決定。該問題本質(zhì)上是最優(yōu)控制問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在DCS中集成了當前主流的最優(yōu)控制方法——CVP方法，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了一套控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括間歇反應釜本體、間歇反應釜端的溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、DCS、主控室溫度及產(chǎn)品濃度狀態(tài)顯示、溫度控制閥門端的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、溫度控制閥門。

所述系統(tǒng)的運行過程如下：

步驟A1：控制室工程師指定生產(chǎn)過程的持續(xù)時間、反應釜中物料的初始濃度狀態(tài)、需要提高濃度的目標產(chǎn)品；

步驟A2：DCS執(zhí)行內(nèi)部的CVP方法，計算出使目標產(chǎn)物濃度最大的溫度控制策略；