[發明專利]一種針對產品濃度曲線的內部熱耦合空分塔在線觀測器

有效

• 申請號: 201711117068.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107885081B
• 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

本發明公開了一種針對產品濃度曲線的內部熱耦合空分塔在線觀測器，包括與內部熱耦合空分塔直接連接的智能儀表和DCS系統。所述DCS系統包括上位機觀測器、控制站、存儲裝置、現場總線和數據接口，存儲裝置、控制站及上位機觀測器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。所述上位機觀測器實現在線觀測功能，預測未來時刻內部熱耦合空分塔的狀態，包括濃度曲線靜態描述模塊、濃度曲線動態描述模塊、未來時刻內部熱耦合空分塔狀態預測模塊。本發明提供的在線觀測器能夠很好地處理內部熱耦合空分塔的強非線性特性，在線運算速度快，同時針對產品濃度曲線特性，減少中間塔板累積誤差，從而達到高效而準確的動態觀測效果。

技術領域

本發明涉及工業節能控制的動態建模領域，特別地，涉及內部熱耦合空分過程的在線觀測器設計。

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，傳統的機理模型雖然具有較高的預測精度，但是在線運算效率太低，較難應用于現今較流行的先進控制方案，而目前商業使用的基于數據的線性辨識模型，不能有效描述內部熱耦合空分過程的復雜動態特性，往往具有較低的預測精度，導致基于數據模型的各種先控方案對于該過程的生產控制效果的改善非常有限，使得該過程生產控制成為國際上的一個難點。事實表明建立內部熱耦合空分過程的高效率、高精度非線性模型，實現內部熱耦合空分過程的組分濃度的準確預測，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。在此基礎上，可以很方便地得到高品質的生產控制方案，顯著改善生產控制品質。

發明內容

為了克服已有內部熱耦合空分過程的觀測系統不能有效跟蹤空分過程的復雜非線性動態特征、在線運行效率低下、精確度低的不足，本發明提供一種能夠有效跟蹤內部熱耦合空分過程的復雜非線性動態特征、在線運行效率高、精確度高的、針對產品濃度曲線特性的內部熱耦合空分在線觀測器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種針對產品濃度曲線的內部熱耦合空分塔在線觀測器，包括與內部熱耦合空分塔直接連接的智能儀表和DCS系統。所述DCS系統包括上位機觀測器、控制站、存儲裝置、現場總線和數據接口，存儲裝置、控制站及上位機觀測器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。所述上位機觀測器實現在線觀測功能，用以預測內部熱耦合空分塔未來時刻的濃度分布，由濃度曲線靜態描述模塊、濃度曲線動態描述模塊、未來時刻內部熱耦合空分塔狀態預測模塊等功能模塊構成。其中：

1)濃度曲線靜態描述模塊，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：