[發明專利]一種基于濃度曲線特性的內部熱耦合空分塔控制裝置

有效

• 申請號: 201711117067.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107885080B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 劉興高;王之宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 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濃度曲線特性的內部熱耦合空分塔控制裝置，包括與內部熱耦合空分塔連接的智能儀表、控制器和DCS系統。所述DCS系統包括上位機、控制站、存儲裝置、現場總線、數據接口、存儲裝置。所述智能儀表通過溫度檢測元件、壓力檢測元件、流量檢測元件測量相關參數。上位機用以實現控制參數的求解，并將求解的控制參數通過現場總線傳遞給控制站。控制站根據得到的控制參數通過與現場總線相連的數據接口，對控制器進行調整。控制器實現對內部熱耦合空分塔的直接控制調整。本發明提供的控制裝置能夠很好地處理內部熱耦合空分塔的強非線性特征，具有高效的在線運算速度，并具有非常好的伺服跟蹤控制效果、干擾抑制效果。

技術領域

本發明涉及工業節能控制的非線性控制領域，特別地，涉及內部熱耦合空分過程的控制裝置設計。

背景技術

空分裝置是對空氣進行分離，并得到氧、氮、氬等高純工業氣體的裝置，它被廣泛應用于石油、化工、冶金、電子、能源、航空航天、食品飲料、醫療保健等各種工業領域。所得到的氧、氮和氬產品在一個國家國民經濟中的應用十分廣泛。自從上世紀70年代的兩次“石油危機”以來，能源危機加深，強烈地要求許多領域能源的有效利用。在能耗很大的空氣分離工業中，能源成本占了空氣產品價格的75％。于是出現這樣的情況，一方面，由于現代工業的發展，一些大型工業項目如鋼鐵工業、化學工業、石油開采等都需要由大型空分裝置提供空氣制品，需求量也越來越大。另一方面，能耗成本也隨著能源危機，變得越來越大。因此在這樣的形勢下，提高空氣分離技術的能量效率顯得刻不容緩。

內部熱耦合空分技術比常規空分技術節能40％以上，節能效果顯著。然而，由于內部熱耦合空分過程具有強耦合、強病態、強不對稱性、強反向響應等復雜的非線性動態特性，該塔的控制策略設計顯得尤為困難。傳統的PID、內模控制方案等已經不能滿足要求，在內部熱耦合空分塔的過程控制當中，這些方案已經很難使空分過程穩定。而基于線性辨識模型的控制方案只能工作在穩態工作點附近，稍微增大干擾幅度，或者設定值階躍變化，系統控制質量則出現明顯下降。準確把握內部熱耦合空分塔的非線性特性，并在此基礎上實現內部熱耦合空分塔高效節能過程有效的的非線性控制方案，是提高該過程的生產控制品質的前提，已經成為一項關鍵的空分節能技術，具有十分重要的意義。

發明內容

為了克服目前內部熱耦合空分塔的控制裝置抑制干擾能力差、控制效果差、難以實現精確設定值跟蹤的不足，本發明的目的在于提供一種抑制干擾能力良好、控制效果好、可以實現精確迅速的設定值跟蹤的內部熱耦合空分塔的非線性控制裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于濃度曲線特性的內部熱耦合空分塔控制裝置，包括與內部熱耦合空分塔直接連接的智能儀表、控制器和DCS系統。所述DCS系統包括上位機、控制站、存儲裝置、現場總線和數據接口，存儲裝置、控制站及上位機通過現場總線與數據接口相連接。所述智能儀表通過溫度檢測元件、壓力檢測元件、流量檢測元件測量相關參數，并與數據接口連接。所述上位機用以實現控制參數的求解，包括濃度曲線描述模塊、設定值轉換模塊、控制參數求解模塊，并將求解的控制參數通過現場總線傳遞給控制站。所述控制站根據得到的控制參數通過與現場總線相連的數據接口，對控制器進行調整。所述控制器實現對內部熱耦合空分塔的直接控制調整。所述上位機包括：

1)濃度曲線描述模塊，通過智能儀表中的溫度檢測元件采集溫度信息以及壓力檢測元件采集壓強數據，采集到的數據通過數據接口進行電信號轉換，并通過現場總線將檢測信號輸送到所述模塊，用以推斷出各塔板濃度分布曲線的靜態描述函數如下：