CN102830727B - 一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法，该系统包括通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，该方法包括具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法、基于流程模拟建立的多组控制通道、针对仪表信号情况的多路表决技术、控制目标的自寻优策略；本申请提供的合成氨氢氮比控制系统及方法具有较好的动静态性能，可以实现氢氮比的精确稳定控制，同时控制方案的在线率高，容错性与鲁棒性较强，能够较好地适应和解决合成氨氢氮比控制这种多环节、强干扰、非线性、强时变的大滞后复杂积分对象的控制难点。

Description

一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法

技术领域

本申请涉及自动控制优化与化工技术领域，特别是涉及一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法。

背景技术

目前工业中普遍采用“循环法”合成工业氨，合成的工艺流程主要包括造气、脱硫、变换、脱碳、合成氨这几个步骤。工业氨的合成主要用氢气和氮气反应合成氨产品，反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，需要将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，然后将分离出氨产品后的剩余气体与新鲜的氮气和氢气混合重新参与合成反应。工艺过程中，氮气的配入量与氢气的配入量的比例直接影响到合成氨的质量和产量，因此合成氨过程中对于氢氮比的稳定精确控制至关重要。

目前工业合成氨控制系统对氢氮比的控制常用的方式是恒氢调氮，即按照流程中设备的流量和要求的氢氮比计算出相应的循环氢含量，以上述计算出的值作为工艺过程中循环氢含量的预设值。根据工艺过程中检测到的实时的循环氢气含量，及时调整氮气的配入量使循环氢含量跟踪上述循环氢含量的预设值，从而实现氢氮比的稳定线性控制。

在实现本申请的过程中，通过对现有技术的研究，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：上述系统中，参照对象为循环氢含量，是在合成工段进行的控制，而被控对象为氮气含量，是在造气工段或者是单独的配氮工段进行的控制，参照对象与被控对象的工段相距较远，参照对象与被控对象的中间环节多，各种如气体含量波动，压缩机的增减，流量波动等的非线性强干扰也较多，导致系统大滞后，系统模型强时变，合成氨环节的积分特性也使控制难度加大，给建模工作带来很大难度，无法对合成氨过程中的氮气配入量进行精确的控制，严重影响到合成氨产品的质量和产量。

总之，现有的氢氮比控制系统在多环节、强干扰的工业氨合成环境中存在大滞后、非线性和强时变的问题，无法对被控对象进行精确控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法，以解决现有的系统和方法中由于各种不确定性因素导致无法对被控对象进行精确控制的问题。

为了解决上述问题，本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统如下：

一种合成氨氢氮比优化控制系统，包括：

通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中：

所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；

所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值；

所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

优选地，所述主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，所述副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。

优选地，所述通道装置包括：

第一控制通道组和/或第二控制通道组，其中：

所述第一控制通道组具体包括：

第一串级控制通道：配氮量—脱硫氢—新鲜氢—循环氢，所述第一串级控制通道中设置有第一主控制环和第一副控制环，且所述第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第二串级控制通道：配氮量—变换氢—新鲜氢—循环氢，所述第二串级控制通道中设置有第二主控制环和第二副控制环，且所述第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第二副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第三单回路控制通道：配氮量—新鲜氢—循环氢，所述第三单回路控制通道为配氮量—新鲜氢单回路控制通道；

所述第二控制通道组具体包括：

第四串级控制通道：配氮量—脱硫氢—循环氢，所述第四串级控制通道中设置有第四主控制环和第四副控制环，且所述第四主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第四副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第五串级控制通道：配氮量—变换氢—循环氢，所述第五串级控制通道中设置有第五主控制环和第五副控制环，且所述第五主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第五副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第六单回路控制通道：配氮量—循环氢，所述第六单回路控制通道为配氮量—循环氢差分量单回路控制通道。

优选地，所述多路表决装置包括：

可用控制通道判别单元和动态组合分配单元，其中：

所述可用控制通道判别单元用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道；

所述动态组合分配单元用于根据所述主跟踪目标的设定值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

优选地，所述目标寻优装置包括：

比例积分PI控制寻优单元和/或积分I控制寻优单元，其中：

所述比例积分PI控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

所述积分I控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

优选地，所述动态矩阵DMC控制装置包括：

判断单元、等待跟随DMC控制单元和跟随DMC控制单元，其中：

所述判断单元用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值；

所述等待跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的主控制环中，用于在所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值大于预设的阈值时，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出；

所述跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的副控制环和单回路控制通道中，用于根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

为了解决上述问题，本申请还提供一种合成氨氢氮比优化控制方法如下：

一种合成氨氢氮比优化控制方法，包括：

实时检测主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测副跟踪目标的信号和实际值；

根据所述主跟踪目标的信号在通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

判断所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

优选地，所述根据所述主跟踪目标的信号在通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配，具体包括：

S1：汇总主跟踪目标的信号与副跟踪目标的信号，确认所述主跟踪目标的信号与所述副跟踪目标的信号中的可用信号；

S2：判断所述可用信号中是否含有循环氢信号，若没有，锁定所述可用信号，发出报警信息，跳转到步骤S6；

S3：判断所述可用信号中是否含有新鲜氢信号，若没有，启用第二控制通道组且所述第二控制通道组中的第六单回路控制通道可用，跳转到步骤S5；否则，启用第一控制通道组，且所述第一控制通道组中的第三单回路控制通道可用；所述新鲜氢为所述第一控制通道组的主跟踪目标，所述第二控制通道组的主跟踪目标为循环氢差分量；

S4：判断所述可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第一串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第二串级控制通道可用；跳转到S6；所述脱硫氢为所述第一串级控制通道的副跟踪目标，所述变换氢为所述第二串级控制通道的副跟踪目标；

S5：判断所述可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第四串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第五串级控制通道可用；所述脱硫氢为所述第四串级控制通道的副跟踪目标，所述变换氢为所述第五串级控制通道的副跟踪目标；

S6：汇总可用控制通道；

S7：根据判断出的主跟踪目标的预设值对判断出的可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

优选地，所述根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整，包括：

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

或

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

优选地，所述判断所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内，包括：

判断所述第一控制通道组的所述副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据所述第一控制通道组的所述主跟踪目标的预设值为所述第一控制通道组的所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述第一控制通道组的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内；

或

判断所述第二控制通道组的所述副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据所述第二控制通道组的所述主跟踪目标的预设值为所述第二控制通道组的所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述第二控制通道组的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

从上述的技术方案可以看出，与现有技术相比，本申请提供的合成氨氢氮比优化控制系统及方法采用了一种等待跟随特性的动态矩阵控制DMC算法，以此算法为核心的DMC控制器具有预测输出准确且超调小的控制特性，可以实现预测准确与抑制超调，同时基于流程模拟建立多路控制通道，并根据仪表信号及人工操作情况进行多路表决，动态调整各路控制通道及输出的权重，计算统一控制量（配氮量），可以增强对现场复杂多变情况的适应能力，增强系统的鲁棒性与容错性，提高在线率，同时应用控制目标自寻优策略，根据循环氢跟踪情况及其变化趋势动态调整目标值，针对未来情况提前动作，适应积分对象的对称调整，可以实现主跟踪目标的实时在线优化。

因此，本申请提供的合成氨氢氮比控制系统及方法具有较好的动静态性能，可以实现氢氮比的精确稳定控制，同时控制方案的在线率高，容错性与鲁棒性较强，能够较好地适应和解决合成氨氢氮比控制这种多环节、强干扰、非线性、强时变的大滞后复杂积分对象的控制难点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统示意图；

图2为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的通道装置示意图；

图3为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的多路表决装置示意图；

图4为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的目标寻优装置示意图；

图5为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的动态矩阵DMC控制装置示意图；

图6为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制方法流程图；

图7为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制方法中的多路表决方法流程图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，对于本文中使用的技术名词、简写或缩写总结解释如下：

DMC：Dynamic Matrix Control，即动态矩阵控制，是一种基于计算机控制的增量算法，并基于系统的单位阶跃响应，适用于稳定的线性系统。系统的动态特性中具有纯滞后不影响该算法的直接应用。

I控制：具有积分特性的控制。

PI控制：具有比例和积分特性的控制。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统示意图。

参照图1所示，本申请实施例提供了一种合成氨氢氮比优化控制系统，在该控制系统中设置有：通道装置1、与通道装置1相连的检测装置2、与通道装置1和检测装置2分别相连的多路表决装置3、与多路表决装置相连的目标寻优装置4、与通道装置1和目标寻优装置相连的动态矩阵DMC控制装置5，其中：

通道装置1中包括至少一个控制通道组，每个控制通道组中包括多个控制通道，且每个控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；

检测装置2用于实时检测通道装置1中的控制通道组输出的主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测控制通道组中的控制通道输出的副跟踪目标的信号和实际值；

多路表决装置3用于根据检测装置2检测到的主跟踪目标的信号在通道装置1中判断参与输出的可用控制通道组，并根据检测装置2检测到的副跟踪目标的信号在可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据主跟踪目标的预设值对各可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

目标寻优装置4用于根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算主跟踪目标的预设值，并根据检测装置2实时检测到的副跟踪目标的实际值、和副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值，对主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

动态矩阵DMC控制装置5用于判断检测装置2检测到的副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据主跟踪目标的预设值为主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制检测装置2检测到的通道装置1中的控制通道组输出的主跟踪目标的实际值处于预设范围内。

在本申请实施例中，不直接以循环氢为主跟踪目标，而是以去除积分效应的直接相关的间接变量作为控制器的主跟踪目标，经对实际工艺及操作经验的总结发现选择新鲜氢或循环氢的差分量（循环氢去趋势）为主跟踪目标较好，因此，本申请实施例中的主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。

在本申请实施例中，通道装置1中包括多个控制通道组，且每个控制通道组中包括基于流程模拟的多路控制通道，对于干扰造成的系统时变问题，多通道能较好地弱化这种来自某一通道的时变影响。

同时，在本申请实施例中，通道装置1结合多路表决装置3，采用针对仪表信号与手动操作情况的多路表决技术，对于仪表信号问题，只要循环氢信号可用，其他任何一路信号出现问题，系统都会动态调整剩余通道的输出的权重，保证系统依然稳定运行，对于人为的误操作导致的某一通道不可用的情况，依然可以通过多路表决实现故障通道的屏蔽，这样就可以大大提高系统的容错性与鲁棒性。

另外，本申请实施例中的目标寻优装置4采用主跟踪目标自动寻优策略，根据积分对象的特点，由于循环氢控制一旦有超调就需要同等面积的反向对称超调来克服，才能实现循环氢目标的定值跟踪，因此针对循环氢的跟踪情况，用于实际跟踪的主跟踪目标设定值不能为绝对定值，需随循环氢跟踪情况实时调整，根据检测装置2实时检测到的副跟踪目标的实际值、和副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值，对主跟踪目标的预设值进行实时动态调整和动态寻优，这样能够实现循环氢长期内的无偏跟踪。

此外，鉴于整个系统对稳定性的要求，本申请提供的动态矩阵DMC控制装置5在采用动态矩阵DMC控制算法的基础上还设计了一种等待跟随策略，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，是在基本DMC算法基础上进行改进，加入等待跟随机制，“等待”是指作为外环控制器时，采用真实值预测，由于实际值受干扰因素影响较大，可能会出现预测输出波动较大的情况，必须兼顾内环的跟踪效果，因此加入了等待区域的处理，内环偏差加大时，进入等待区域，强制将外环控制输出清零，待内环跟踪偏差较小时，退出等待区域，外环的控制输出恢复正常，整个过程体现“等待”效应；“跟随”是指为预测输出规划出一条随时间逼近设定值的渐进带，成漏斗状的渐进带是以设定值为中心线的等腰三角形区域，该处理能很好地识别预测输出逼近设定值的渐进状态，一旦预测输出进入漏斗区域就认为预测输出能够较好“跟随”设定值，此时无需大幅控制动作，从而避免超调现象的出现，使控制器的稳定性大大提高。

在本申请实施例中，动态矩阵DMC控制装置5采用具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，这种动态矩阵DMC控制装置5利用内环副跟踪目标的实际值进行预测输出，可使预测误差更小，输出更加准确，但实际值可能变化较大，因此加入等待区间，即内环副跟踪目标的跟踪效果较差，进入等待区间时，将主环主跟踪目标的增量输出强制清零，当内环副跟踪目标的跟踪效果较好，离开等待区间时，恢复主环主跟踪目标的增量输出，等待区域的设置能够充分兼顾到内环副跟踪目标的跟踪情况，从而避免由于利用副跟踪目标的实际值进行预测带来的控制装置输出的波动。

同时，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法在参考轨迹环节加入放大处理，比如漏斗式放大处理，对主跟踪目标的预设值进行漏斗式区域扩大，即将主跟踪目标的预设值由定值变为以该定值为中心线的等腰三角形区域范围，使得主跟踪目标的预设范围相对于预设值进行形如漏斗式的放大，该方法有利于对趋近于主跟踪目标预设值的过渡过程的识别，能够有效抑制超调现象，改善DMC用于串级控制时的稳态特性。

图2为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的通道装置示意图。

参照图2所示，在本申请实施例中，通道装置1具体包括：第一控制通道组11和/或第二控制通道组12，其中：

第一控制通道组11具体包括：

第一串级控制通道111：配氮量—脱硫氢—新鲜氢—循环氢，第一串级控制通道111中设置有第一主控制环和第一副控制环，且第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第二串级控制通道112：配氮量—变换氢—新鲜氢—循环氢，第二串级控制通道112中设置有第二主控制环和第二副控制环，且第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，第二副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第三单回路控制通道113：配氮量—新鲜氢—循环氢，第三单回路控制通道113为配氮量—新鲜氢单回路控制通道；

第二控制通道组12具体包括：

第四串级控制通道121：配氮量—脱硫氢—循环氢，第四串级控制通道121中设置有第四主控制环和第四副控制环，且第四主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，第四副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第五串级控制通道122：配氮量—变换氢—循环氢，第五串级控制通道122中设置有第五主控制环和第五副控制环，且第五主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，第五副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第六单回路控制通道123：配氮量—循环氢，第六单回路控制通道123为配氮量—循环氢差分量单回路控制通道。

本申请实施例提供了基于流程模拟得到的6路控制通道，对于其中的串级控制主环采用等待跟随DMC控制器，副环采用跟随DMC控制器，单回路控制采用跟随DMC控制器，6路通道中，通道111~113为第一组，主跟踪目标均为新鲜氢，是优选控制组；通道121~123为第二组，主跟踪目标为循环氢差分量，是新鲜氢不可用情况下的备选控制组。

实际生产中的典型合成氨工艺为：造气—脱硫—变换—脱碳—合成，被控制点循环氢在合成工段，控制点配氮量在造气工段，针对这种多环节的工艺特点，本申请实施例中基于流程模拟建立多路控制通道，其中通道111~113为第一组，它们的主跟踪目标为新鲜氢，通道111、112为串级控制，通道113为单回路控制；通道121~123为第二组，它们的主跟踪目标为循环氢差分量（循环氢信号去趋势处理），通道121、122为串级控制，通道123为单回路控制。两组通道根据多路表决技术，在线规划参与控制的可用通道，并动态分配可用通道的输出的权重，只要循环氢信号可信，其他任何一路信号出现问题，对控制系统的在线稳定运行均不产生影响。

在本申请实施例中，通道装置1中的多组控制通道组和多组控制通道都是以具有等待跟随特性的DMC为控制器，基于工艺造气流程（配氮量）—脱硫氢—变换氢—新鲜氢—循环氢，配合不同的信号情况模拟建立的。

在本申请实施例中，通道装置1中包括多个控制通道组，且每个控制通道组中包括基于流程模拟的多路控制通道，对于干扰造成的系统时变问题，多通道能较好地弱化这种来自某一通道的时变影响。

图3为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的多路表决装置示意图。

参照图3所示，在本申请实施中，多路表决装置3具体包括：可用控制通道判别单元31和动态组合分配单元32，其中：

可用控制通道判别单元31用于根据检测装置2检测到的主跟踪目标的信号在通道装置1中判断参与输出的可用控制通道组，并根据检测装置2检测到的副跟踪目标的信号在可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道；

动态组合分配单元32用于根据主跟踪目标的设定值对各可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

由多路表决装置3可知，通道装置1中的第一组控制通道组11与第二组控制通道组12不能同时作用，因此控制周期最多有三个通道同时运行，他们之间的搭配方式可以根据不同的现场情况做有针对性的选择。

在本申请实施例中，多路表决装置3采用针对仪表信号与手动操作情况的多路表决技术，对于仪表信号问题，只要循环氢信号可用，其他任何一路信号出现问题，系统都会动态调整剩余通道的输出的权重，保证系统依然稳定运行，对于人为的误操作导致的某一通道不可用的情况，依然可以通过多路表决实现故障通道的屏蔽，这样就可以大大提高系统的容错性与鲁棒性。

图4为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的目标寻优装置示意图。

参照图4所示，在本申请实施例中，目标寻优装置4具体包括：比例积分PI控制寻优单元41和/或积分I控制寻优单元42，其中：

比例积分PI控制寻优单元41用于根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据检测装置2实时检测到的第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

积分I控制寻优单元42用于根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据检测装置2实时检测到的第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

在本申请实施例中，目标寻优装置4在完成循环氢设定值向控制器主跟踪目标的转化过程中采用主跟踪目标自动寻优策略，根据积分对象的特点，任何控制器都不可避免的会有超调现象，但对循环氢而言，一旦出现超调就必须用反向同等面积的超调来克服循环氢一侧偏差累计，由于循环氢控制一旦有超调就需要同等面积的反向对称超调来克服，才能实现循环氢目标的长周期内的无偏跟踪，因此要实现这种对称超调，就需要针对循环氢的跟踪情况，对主跟踪目标的预设值根据循环氢跟踪的偏差情况实时动态调整，同时调整幅度不可过大，因此用于实际跟踪的主跟踪目标设定值不能为绝对定值，需由定值控制变成伪定值控制，根据检测装置2实时检测到的副跟踪目标的实际值、和副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值，对主跟踪目标的预设值进行实时动态调整和动态寻优，这样能够实现循环氢长期内的无偏跟踪。

因此，在本申请实施例中，对于新鲜氢跟踪目标采用PI控制器寻优，对于循环氢差分量跟踪目标采用I控制器寻优。

图5为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统的动态矩阵DMC控制装置示意图。

参照图5所示，在本申请实施例中，动态矩阵DMC控制装置5具体包括：判断单元51、等待跟随DMC控制单元52和跟随DMC控制单元53，其中：

判断单元51用于判断检测装置2检测到的副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值；

等待跟随DMC控制单元52应用于串级控制通道的主控制环中，用于在检测装置2检测到的副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值大于预设的阈值时，对控制通道组输出的主跟踪目标的增量输出进行强制清零，等待偏差值不大于预设的阈值时，恢复控制通道组输出的主跟踪目标的增量输出；

跟随DMC控制单元53应用于串级控制通道的副控制环和单回路控制通道中，用于根据主跟踪目标的预设值为主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制检测装置2检测到的通道装置1中的控制通道组输出的主跟踪目标的实际值处于预设范围内。

鉴于整个系统对稳定性的要求，本申请提供的动态矩阵DMC控制装置5在采用动态矩阵DMC控制算法的基础上还设计了一种等待跟随策略，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，是在基本DMC算法基础上进行改进，加入等待跟随机制，“等待”是指作为外环控制器时，采用真实值预测，由于实际值受干扰因素影响较大，可能会出现预测输出波动较大的情况，必须兼顾内环的跟踪效果，因此加入了等待区域的处理，内环偏差加大时，进入等待区域，强制将外环控制输出清零，待内环跟踪偏差较小时，退出等待区域，外环的控制输出恢复正常，整个过程体现“等待”效应；“跟随”是指为预测输出规划出一条随时间逼近设定值的渐进带，成漏斗状的渐进带是以设定值为中心线的等腰三角形区域，该处理能很好地识别预测输出逼近设定值的渐进状态，一旦预测输出进入漏斗区域就认为预测输出能够较好“跟随”设定值，此时无需大幅控制动作，从而避免超调现象的出现，使控制器的稳定性大大提高。

在本申请实施例中，动态矩阵DMC控制装置5采用具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，这种动态矩阵DMC控制装置5利用内环副跟踪目标的实际值进行预测输出，可使预测误差更小，输出更加准确，但实际值可能变化较大，因此加入等待区间，即内环副跟踪目标的跟踪效果较差，进入等待区间时，将主环主跟踪目标的增量输出强制清零，当内环副跟踪目标的跟踪效果较好，离开等待区间时，恢复主环主跟踪目标的增量输出，等待区域的设置能够充分兼顾到内环副跟踪目标的跟踪情况，从而避免由于利用副跟踪目标的实际值进行预测带来的控制装置输出的波动。

同时，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法在参考轨迹环节加入放大处理，比如漏斗式放大处理，对主跟踪目标的预设值进行漏斗式区域扩大，即将主跟踪目标的预设值由定值变为以该定值为中心线的等腰三角形区域范围，使得主跟踪目标的预设范围相对于预设值进行形如漏斗式的放大，该方法有利于对趋近于主跟踪目标预设值的过渡过程的识别，能够有效抑制超调现象，改善DMC用于串级控制时的稳态特性。

图6为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制方法流程图。

参照图6所示，本申请还提供一种合成氨氢氮比优化控制方法，在本申请实施例中，该方法具体包括：

步骤S100：实时检测主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测副跟踪目标的信号和实际值；

步骤S200：根据主跟踪目标的信号在通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据副跟踪目标的信号在可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据主跟踪目标的预设值对各可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

步骤S300：根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算主跟踪目标的预设值，并根据副跟踪目标的实际值、和副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值，对主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

步骤S400：判断副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对主跟踪目标的增量输出进行强制清零，等待偏差值不大于预设的阈值后，恢复主跟踪目标的增量输出，且根据主跟踪目标的预设值为主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制主跟踪目标的实际值处于预设范围内。

在本申请实施例中，不直接以循环氢为主跟踪目标，而是以去除积分效应的直接相关的间接变量作为控制器的主跟踪目标，经对实际工艺及操作经验的总结发现选择新鲜氢或循环氢的差分量（循环氢去趋势）为主跟踪目标较好，因此，本申请实施例中的主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。

在本申请实施例中，步骤S200中的通道装置中包括多个控制通道组，且每个控制通道组中包括基于流程模拟的多路控制通道，对于干扰造成的系统时变问题，多通道能较好地弱化这种来自某一通道的时变影响。

同时，在本申请实施例中，通道装置结合步骤S200中的多路表决方法，采用针对仪表信号与手动操作情况的多路表决技术，对于仪表信号问题，只要循环氢信号可用，其他任何一路信号出现问题，系统都会动态调整剩余通道的输出的权重，保证系统依然稳定运行，对于人为的误操作导致的某一通道不可用的情况，依然可以通过多路表决实现故障通道的屏蔽，这样就可以大大提高系统的容错性与鲁棒性。

另外，本申请实施例中的步骤S300为目标寻优方法，采用主跟踪目标自动寻优策略，根据积分对象的特点，由于循环氢控制一旦有超调就需要同等面积的反向对称超调来克服，才能实现循环氢目标的定值跟踪，因此针对循环氢的跟踪情况，用于实际跟踪的主跟踪目标设定值不能为绝对定值，需随循环氢跟踪情况实时调整，根据实时检测到的副跟踪目标的实际值、和副跟踪目标的实际值与副跟踪目标的预设值的偏差值，对主跟踪目标的预设值进行实时动态调整和动态寻优，这样能够实现循环氢长期内的无偏跟踪。

此外，鉴于整个系统对稳定性的要求，本申请的步骤S400为动态矩阵DMC控制方法，此方法在采用动态矩阵DMC控制算法的基础上还设计了一种等待跟随策略，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，是在基本DMC算法基础上进行改进，加入等待跟随机制，“等待”是指作为外环控制器时，采用真实值预测，由于实际值受干扰因素影响较大，可能会出现预测输出波动较大的情况，必须兼顾内环的跟踪效果，因此加入了等待区域的处理，内环偏差加大时，进入等待区域，强制将外环控制输出清零，待内环跟踪偏差较小时，退出等待区域，外环的控制输出恢复正常，整个过程体现“等待”效应；“跟随”是指为预测输出规划出一条随时间逼近设定值的渐进带，成漏斗状的渐进带是以设定值为中心线的等腰三角形区域，该处理能很好地识别预测输出逼近设定值的渐进状态，一旦预测输出进入漏斗区域就认为预测输出能够较好“跟随”设定值，此时无需大幅控制动作，从而避免超调现象的出现，使控制器的稳定性大大提高。

在本申请实施例中，步骤S400的动态矩阵DMC控制方法采用具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法，这种动态矩阵DMC控制方法利用内环副跟踪目标的实际值进行预测输出，可使预测误差更小，输出更加准确，但实际值可能变化较大，因此加入等待区间，即内环副跟踪目标的跟踪效果较差，进入等待区间时，将主环主跟踪目标的增量输出强制清零，当内环副跟踪目标的跟踪效果较好，离开等待区间时，恢复主环主跟踪目标的增量输出，等待区域的设置能够充分兼顾到内环副跟踪目标的跟踪情况，从而避免由于利用副跟踪目标的实际值进行预测带来的控制输出的波动。

同时，这种具有等待跟随特性的动态矩阵DMC控制算法在参考轨迹环节加入放大处理，比如漏斗式放大处理，对主跟踪目标的预设值进行漏斗式区域扩大，即将主跟踪目标的预设值由定值变为以该定值为中心线的等腰三角形区域范围，使得主跟踪目标的预设范围相对于预设值进行形如漏斗式的放大，该方法有利于对趋近于主跟踪目标预设值的过渡过程的识别，能够有效抑制超调现象，改善DMC用于串级控制时的稳态特性。

图7为本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制方法中的多路表决方法流程图。

参照图7所示，在本申请实施例中，步骤S200具体包括：

S201：汇总主跟踪目标的信号与副跟踪目标的信号，确认主跟踪目标的信号与副跟踪目标的信号中的可用信号；

S202：判断可用信号中是否含有循环氢信号，若没有，锁定可用信号，发出报警信息，跳转到步骤S206；

S203：判断可用信号中是否含有新鲜氢信号，若没有，启用第二控制通道组且第二控制通道组中的第六单回路控制通道可用，跳转到步骤S205；否则，启用第一控制通道组，且第一控制通道组中的第三单回路控制通道可用；新鲜氢为第一控制通道组的主跟踪目标，第二控制通道组的主跟踪目标为循环氢差分量；

S204：判断可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第一串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第二串级控制通道可用；跳转到S206；脱硫氢为第一串级控制通道的副跟踪目标，变换氢为第二串级控制通道的副跟踪目标；

S205：判断可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第四串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第五串级控制通道可用；脱硫氢为第四串级控制通道的副跟踪目标，变换氢为第五串级控制通道的副跟踪目标；

S206：汇总可用控制通道；

S207：根据判断出的主跟踪目标的预设值对判断出的可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

在本申请实施例中，步骤S200中的多路表决方法涉及两个部分，一是可用通道判别，二是可用通道动态组合，其中，可用通道判别随算法实时进行，实时汇总可用的控制通道，而可用通道动态组合主要有两种方法，由上述实施例中的通道判别过程可知，第一组控制通道与第二组控制通道不能同时作用，因此控制周期最多有三个通道同时运行，他们之间的搭配方式可以根据不同的现场情况做有针对性的选择，这里提供两种动态组合方法，一种是组合法，一种是优先级方法，对于克服系统时变来说，优选组合法。

组合法就是在每个控制组中，根据各个控制通道控制特性的高低，为每个通道分配控制输出的权重，通道可用时根据自身权重比例参与统一控制。例如，第一控制通道权重0.6，第二控制通道权重0.3，第三控制通道权重0.1，如果第一控制通道不可用，则可用通道根据自身权重比例参与统一控制，此时第二控制通道权重调整为0.75，第三控制通道权重0.25。

优先级法就是在每个控制组中，根据各个控制通道控制特性的高低，进行由高到低的排队，保证控制性能最高的通道被优先选择参与控制，此种方法简单方便，但相应的鲁棒性较组合法略差。

此外，由于第一控制通道组与第二控制通道组不能同时参与控制，所以在对控制通道组的跟踪目标自动寻优过程中，步骤S300具体包括：

根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

或

根据合成氨氢氮比的循环氢预设值计算第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

在本申请实施例中，目标寻优方法中的主跟踪目标可以设置为新鲜氢或循环氢差分量两种：

循环氢差分量的设定方法如下：

循环氢差分量的获取：当前时刻循环氢差分量为当前时刻循环氢量与前一时刻循环氢量之差，即h₁(k)-h₁(k-1)。

总体思想是，在循环氢变化率为零的情况下向循环氢设定值慢慢回调，则调节基值为循环氢差分量设定自寻优公式为：

$S\_h_1^e\left(k\right)=S\_h_1^e+k_{1\_I}(S\_h_1\left(k\right)-h_1\left(k\right))$

由于循环氢偏差S_h₁(k)-h₁(k)具有积分特性，因此整个调整近似I控制器寻优。

新鲜氢的设定方法如下：

总体思想是，当新鲜氢设定值处于最佳位置时，循环氢偏差S_h₁(k)-h₁(k)与循环氢差分量均为零，因此就以二者为修正项。

首先需要给定一个近似满足最佳位置的经验值作为寻优的基值S_h₂，由于以上循环氢偏差S_h₁(k)-h₁(k)近似于积分项，循环氢差分量又可看似比例项，因此整个调整近似PI控制器寻优，新鲜氢设定自寻优公式为：

$S\_h_2\left(k\right)=S\_h_2+k_{2\_P}{h}_1^e\left(k\right)+k_{2\_I}(S\_h_1\left(k\right)-h_1\left(k\right))$

同时，由于第一控制通道组与第二控制通道组不能同时参与控制，，所以在对控制通道组的跟踪目标进行动态矩阵DMC控制过程中，步骤S400具体包括：

判断第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出进行强制清零，等待偏差值不大于预设的阈值后，恢复第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据第一控制通道组的主跟踪目标的预设值为第一控制通道组的主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制第一控制通道组的主跟踪目标的实际值处于预设范围内；

或

判断第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出进行强制清零，等待偏差值不大于预设的阈值后，恢复第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据第二控制通道组的主跟踪目标的预设值为第二控制通道组的主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制第二控制通道组的主跟踪目标的实际值处于预设范围内。

在本申请实施例中，具有等待跟随特性的动态矩阵控制算法主要有两点改进：“等待”策略与“跟随”策略：

“等待”策略：DMC作为控制器可能处于主环或者副环，当处于主环时，为使模型预测输出更加准确采用真实值作为输入进行预测，即用副环被控制量实值进行预测。有前面的讨论可知，此时必须兼顾副环的跟踪情况，则主环的控制量输出做动态切换，具体方式如下：

${\mathrm{MV}}_{\mathrm{master}}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \left|e_{\mathrm{slave}}\left(k\right)\right|\≥E\\ {\mathrm{mv}}_{\mathrm{master}}\left(k\right),& \mathrm{others}\end{array}\right.$

其中e_slave(t)表示内环跟踪变差，E表示可设定的偏差区域宽度。

“跟随”策略：可知在基本DMC控制算法中，经过反馈矫正得到的系统综合输出为：

$\left[\begin{array}{c}{y}_p(k+1)\\ y_p(k+2)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y_p(k+P)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{y}_m(k+1)\\ y_m(k+2)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y_m(k+P)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{h}_1\\ h_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ h_p\end{array}\right](y\left(k\right)-y_m\left(k\right))$

漏斗半径初值为R，漏斗半径随时间变化过程为

第K+1时刻漏斗半径

$r(k+1)=\frac{P-1}{P}R$

第K+2时刻漏斗半径

$r(k+2)=\frac{P-2}{P}R$

易知，第i时刻漏斗半径

$r(k+i)=\frac{P-i}{P}R$

此时设定值为ω，系统综合输出跟踪偏差为

$\left[\begin{array}{c}{e}_p(k+1)\\ e_p(k+2)\\ \·\\ \·\\ \·\\ e_p(k+P)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ω}\\ \mathrm{\ω}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\ω}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{y}_p(k+1)\\ y_p(k+2)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y_p(k+P)\end{array}\right]$

经过漏斗放大约束处理后的系统综合输出跟踪偏差为

$E_p(k+i)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \left|e_p(k+i)\right|<r(k+i)\\ \mathrm{sign}\left(e(k+i)\right)*|e_p(k+i)-r(k+i)|,& \mathrm{others}\end{array}\right.$

从上述的技术方案可以看出，与现有技术相比，本申请提供的合成氨氢氮比优化控制系统及方法采用了一种等待跟随特性的动态矩阵控制DMC算法，以此算法为核心的DMC控制器具有预测输出准确且超调小的控制特性，可以实现预测准确与抑制超调，同时基于流程模拟建立多路控制通道，并根据仪表信号及人工操作情况进行多路表决，动态调整各路控制通道及输出的权重，计算统一控制量（配氮量），可以增强对现场复杂多变情况的适应能力，增强系统的鲁棒性与容错性，提高在线率，同时应用控制目标自寻优策略，根据循环氢跟踪情况及其变化趋势动态调整目标值，针对未来情况提前动作，适应积分对象的对称调整，可以实现主跟踪目标的实时在线优化。

因此，本申请提供的合成氨氢氮比控制系统及方法具有较好的动静态性能，可以实现氢氮比的精确稳定控制，同时控制方案的在线率高，容错性与鲁棒性较强，能够较好地适应和解决合成氨氢氮比控制这种多环节、强干扰、非线性、强时变的大滞后复杂积分对象的控制难点。

以上对本申请所提供的一种工业合成氨氢氮比优化控制系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“大于”或“超过”或“高于”或“小于”或“低于”等之类的关系描述，均可以理解为“大于且不等于”或“小于且不等于”，也可以理解为“大于等于”或“小于等于”，而不一定要求或者暗示必须为限定的或固有的一种情况。

另外，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，以上所述仅仅是本申请技术方案的一部分优选具体实施方式，使本领域技术人员能够充分理解或实现本申请，而不是全部的实施例，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，基于以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理，不做出创造性劳动前提下，还可以做出多种显而易见的修改和润饰，通过这些修改和润饰所获得的所有其他实施例，都可以应用于本申请技术方案，这些都不影响本申请的实现，都应当属于本申请的保护范围。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种合成氨氢氮比优化控制系统，其特征在于，包括：

通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中：

所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；

所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值；

所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内；

其中，所述主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，所述副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢；

其中，所述通道装置包括：

第一控制通道组和/或第二控制通道组，其中：

所述第一控制通道组具体包括：

第一串级控制通道：配氮量—脱硫氢—新鲜氢—循环氢，所述第一串级控制通道中设置有第一主控制环和第一副控制环，且所述第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第二串级控制通道：配氮量—变换氢—新鲜氢—循环氢，所述第二串级控制通道中设置有第二主控制环和第二副控制环，且所述第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第二副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第三单回路控制通道：配氮量—新鲜氢—循环氢，所述第三单回路控制通道为配氮量—新鲜氢单回路控制通道；

所述第二控制通道组具体包括：

第四串级控制通道：配氮量—脱硫氢—循环氢，所述第四串级控制通道中设置有第四主控制环和第四副控制环，且所述第四主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第四副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第五串级控制通道：配氮量—变换氢—循环氢，所述第五串级控制通道中设置有第五主控制环和第五副控制环，且所述第五主控制环的主跟踪目标为循环氢差分量，所述第五副控制环的副跟踪目标为变换氢；

第六单回路控制通道：配氮量—循环氢，所述第六单回路控制通道为配氮量—循环氢差分量单回路控制通道。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述多路表决装置包括：

可用控制通道判别单元和动态组合分配单元，其中：

所述可用控制通道判别单元用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道；

所述动态组合分配单元用于根据所述主跟踪目标的设定值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述目标寻优装置包括：

比例积分PI控制寻优单元和/或积分I控制寻优单元，其中：

所述比例积分PI控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

所述积分I控制寻优单元用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述动态矩阵DMC控制装置包括：

判断单元、等待跟随DMC控制单元和跟随DMC控制单元，其中：

所述判断单元用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值；

所述等待跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的主控制环中，用于在所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值大于预设的阈值时，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出；

所述跟随DMC控制单元应用于串级控制通道的副控制环和单回路控制通道中，用于根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

5.一种根据权利要求1所述的一种合成氨氢氮比优化控制系统的合成氨氢氮比优化控制方法，其特征在于，包括：

实时检测主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测副跟踪目标的信号和实际值；

根据所述主跟踪目标的信号在通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

判断所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内；

其中，所述根据所述主跟踪目标的信号在通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配，具体包括：

S1：汇总主跟踪目标的信号与副跟踪目标的信号，确认所述主跟踪目标的信号与所述副跟踪目标的信号中的可用信号；

S2：判断所述可用信号中是否含有循环氢信号，若没有，锁定所述可用信号，发出报警信息，跳转到步骤S6；

S3：判断所述可用信号中是否含有新鲜氢信号，若没有，启用第二控制通道组且所述第二控制通道组中的第六单回路控制通道可用，跳转到步骤S5；否则，启用第一控制通道组，且所述第一控制通道组中的第三单回路控制通道可用；所述新鲜氢为所述第一控制通道组的主跟踪目标，所述第二控制通道组的主跟踪目标为循环氢差分量；

S4：判断所述可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第一串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第二串级控制通道可用；跳转到S6；所述脱硫氢为所述第一串级控制通道的副跟踪目标，所述变换氢为所述第二串级控制通道的副跟踪目标；

S5：判断所述可用信号中是否含有脱硫氢信号或变换氢信号，若含有脱硫氢信号，则第四串级控制通道可用；若含有变换氢信号，则第五串级控制通道可用；所述脱硫氢为所述第四串级控制通道的副跟踪目标，所述变换氢为所述第五串级控制通道的副跟踪目标；

S6：汇总可用控制通道；

S7：根据判断出的主跟踪目标的预设值对判断出的可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整，包括：

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第一控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

或

根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值，并根据所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值、和所述第二控制通道组的副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的预设值进行实时动态调整。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述判断所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内，包括：

判断所述第一控制通道组的所述副跟踪目标的实际值与所述第一控制通道组的所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述第一控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据所述第一控制通道组的所述主跟踪目标的预设值为所述第一控制通道组的所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述第一控制通道组的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内；

或

判断所述第二控制通道组的所述副跟踪目标的实际值与所述第二控制通道组的所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述第二控制通道组的主跟踪目标的增量输出，且根据所述第二控制通道组的所述主跟踪目标的预设值为所述第二控制通道组的所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述第二控制通道组的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。