[發明專利]一種基于經驗模態分解動態優化的催化劑混合反應控制裝置

有效

• 申請號: 201711116210.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107703899B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 劉興高;劉平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 邱啟旺<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于經驗模態分解動態優化的催化劑混合反應控制裝置，所述裝置由管式反應器、混合比率傳感器、模數轉換器、現場總線網絡、分散控制系統(DCS)、主控室混合比率與產品濃度狀態顯示、混合比率控制閥門端的數模轉換器、混合比率控制閥門構成。在管式反應器中，DCS通過執行內部經驗模態分解動態優化算法得到最佳催化劑混合比率控制策略，并轉換為混合比率控制閥門的開度指令，通過現場總線網絡發送給數模轉換器，使混合比率控制閥門作出相應動作，混合比率傳感器實時采集反應器內物料成分濃度并回送給DCS，使控制室工程師隨時掌握生產過程。本發明能夠最大化目標產品的濃度，實現生產過程的經濟化。

技術領域

本發明涉及管式反應器生產控制領域，主要是一種基于經驗模態分解動態優化的催化劑混合反應控制裝置。能夠對管式反應器內的催化劑混合比率進行自動控制，以提高目標產品的濃度。

背景技術

催化劑混合反應系統廣泛應用于石油化工、精細化工、農藥等工業生產中。對于管長固定的管式反應器，當原料配額比、濃度等物料參數確定以后，在充分攪拌的條件下，影響產品產量的關鍵因素就是催化劑混合比率。由于不同產品的生產工藝要求不同，所以按生產工藝要求對管式反應器內的催化劑混合比率自動地進行最優控制是催化劑混合反應系統挖潛增效的關鍵。

當前國內管式反應器的控制方法中很少采用動態優化理論及對應方法，控制器中的參數往往憑已有經驗設定。采用動態優化方法后的管式反應器裝置的產品濃度可以進一步提高，實現挖潛增效。

發明內容

為了提高催化劑混合反應器目標產品的濃度，本發明提供了一種基于經驗模態分解動態優化的催化劑混合反應控制裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于經驗模態分解動態優化的催化劑混合反應控制裝置，能夠對管式反應器內催化劑混合比率自動控制，以提高目標產品的生產濃度。由管式反應器、混合比率傳感器、模數轉換器、現場總線網絡、分散控制系統(DCS)、主控室混合比率與產品濃度狀態顯示、混合比率控制閥門端的數模轉換器、混合比率控制閥門構成。所述控制裝置的運行過程包括：

步驟1)：控制室工程師指定管式反應器的長度、催化劑混合比率限制、反應器反應物的初始濃度狀態、催化劑的初始混合比率信息，設定需要提高濃度的目標產品；

步驟2)：DCS執行內部經驗模態分解動態優化算法，獲得使目標產品濃度最大的催化劑混合比率控制策略；

步驟3)：DCS將得到的催化劑混合比率控制策略轉換為混合比率控制閥門的開度指令，通過現場總線網絡發送給混合比率控制閥門端的數模轉換器，混合比率控制閥門根據收到的開度指令執行相應動作；

步驟4)：混合比率傳感器實時采集反應器反應物濃度，經過模數轉換器后用現場總線網絡回送給DCS，并在主控室內顯示，使控制室工程師隨時掌握生產過程。

所述的DCS，包括信息采集模塊、初始化模塊、動態優化求解模塊、動態優化收斂性判斷模塊、經驗模態分解模塊、參數更新模塊、控制指令輸出模塊。其中信息采集模塊包括管式反應器管長采集、初始濃度和混合比率限制采集、目標產品參數采集三個子模塊；動態優化求解模塊包括微分代數方程組(Ordinary differential equations，簡稱ODE)求解模塊、梯度求解模塊、非線性規劃(Nonlinear programming，簡稱NLP)問題求解模塊三個子模塊；NLP問題求解模塊包括尋優方向求解、尋優步長求解、尋優校正、NLP收斂性判斷四個子模塊。

該管式反應器中目標產品的生產過程可以描述為：

其中t表示管長；u(t)表示催化劑的混合比率；x(t)是表示管式反應器中隨管長變化的產品濃度，是其一階導數；F[u(t),x(t),t]是根據濃度守恒、能量守恒關系建立的微分方程組；G[u(t),x(t),t]是根據熱力學平衡關系建立的代數方程組。