CN105527837A

CN105527837A - 化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置

Info

Publication number: CN105527837A
Application number: CN201510974542.3A
Authority: CN
Inventors: 苏岳龙; 孙玉鹏; 陈强
Original assignee: Lan-Star (beijing) Technology Center Co Ltd
Current assignee: Lan-Star (beijing) Technology Center Co Ltd
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-04-27

Abstract

本发明提供了一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置，该方法包括：根据化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态，如果是，则获取关键控制回路；判断关键控制回路是否处于自动控制状态，如果否，则确定该关键控制回路的被控对象类型；根据被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间，并计算数据镜像结果；根据数据镜像结果得到比例参数、积分参数和微分参数。本发明可避免参数设置不合理造成关键被控对象超调后破坏生产稳定的问题。

Description

化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置

技术领域

本发明涉及化工领域，特别是涉及一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置。

背景技术

随着现代化工业的快速发展，自动化程度的不断提高，新工艺新技术的不断创新应用，自动化设备越来越先进，生产装置不断扩大，对化工生产过程中自动化控制系统有了更高的要求。化工自动化是指在其生产线上安装一些自动化仪表检测装置，依据采取的数据进行科学生产，这些自动化装置代替传统的手工操作模式，称作化工生产自动化。化工生产过程中产生大量的伤害人体的化学物质，因此生产过程基本上都是在密闭的容器和设备中产生，为维持化工生产正常高效的顺利生产，必须把生产工艺中的参数维持在某一最佳数值范围内，方可确保化工产品的质量和生产的安全。而实现化工生产过程的自动化，最基本的要求是生产装置的控制回路需要运行在自动状态。

虽然化工生产自动化程度不断提高、仪器仪表在化工产业中应用范围和规模不断扩大，且仪表与现代计算机有力结合的分布式控制系统(DCS)可完成复杂的控制功能，但在实际化工生产企业，仍旧有不少控制回路运行在人工操作状态，仅仅“视DCS为远程操作现场设备的一种手段”的现象和认识屡见不鲜，真正意义上的化工生产过程自动控制无从谈起。

发明内容

本发明的目的是提供一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置，以避免参数设置不合理就将控制回路投入自动造成关键被控对象超调后破坏生产稳定的化工行业共性难题，最大限度地降低了持续性地进行实际测试对化工生产装置造成的潜在风险，提高生产率和产品质量，同时大幅降低能耗、改善劳动条件、保障生产安全。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法，包括：步骤1，根据所述化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态；步骤2，如果处于正常开车状态，则获取所述化工生产装置的关键控制回路；步骤3，判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；步骤4，如果未处于自动控制状态，则确定该关键控制回路的被控对象类型；步骤5，根据所述被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T；步骤6，根据阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T计算数据镜像结果；步骤7，根据所述数据镜像结果得到用于所述关键控制回路整定所需的比例参数、积分参数和微分参数。

优选地，当所述被控对象类型为流量、压力、或温度时，所述步骤5获取的是阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T。

优选地，当所述被控对象类型为液位时，所述步骤5获取的是阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T。

优选地，所述数据镜像结果包括以下三个参数：k_p、t_au和λ，其中：

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*(maxt_d，t_au)。

k_{p} = \frac{Δ P V / Δ T}{Δ O P}

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

优选地，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：

当所述被控对象类型为流量或压力时，P＝t_au/K_p*(λ+t_d)、I＝t_au、D＝0；

当所述被控对象类型为温度时，P＝t_au/K_p*(λ+t_d)、I＝t_au、D＝0.125t_au。

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。

优选地，所述λ为液位在当前物料加入速度和装置容积下，装满该容器时所需要的时间。

本发明还提供了一种化工生产装置控制回路参数整定测试装置，包括：开车状态判断模块，用于根据所述化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态；关键控制回路获取模块，用于在处于正常开车状态时获取所述化工生产装置的关键控制回路；自动控制状态判断模块，用于判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；被控对象类型确定模块，用于在未处于自动控制状态时确定该关键控制回路的被控对象类型；参数获取模块，用于根据所述被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间；数据镜像计算模块，用于根据阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T计算数据镜像结果；参数整定模块，用于根据所述数据镜像结果得到用于所述关键控制回路整定所需的比例参数、积分参数和微分参数。

优选地，当所述被控对象类型为流量、压力、或温度时，所述数据镜像计算模块获取的是阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T。

优选地，当所述被控对象类型为液位时，所述数据镜像计算模块获取的是阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T。

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*max(t_d，t_au)。

k_{p} = \frac{Δ P V / Δ T}{Δ O P}

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

优选地，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：当所述被控对象类型为流量或压力时，P＝t_au/K_p*(λ+t_d)、I＝t_au、D＝0；当所述被控对象类型为温度时，P＝t_au/K_p*(λ+t_d)、I＝t_au、D＝0.125t_au。

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。

本发明可以对化工生产装置中的控制回路在投入自动状态时所需要的关键控制参数进行计算，能够避免参数设置不合理就将控制回路投入自动造成关键被控对象超调后破坏生产稳定的化工行业共性难题；同时基于数据镜像的方法，最大限度地降低了持续性地进行实际测试对化工生产装置造成的潜在风险。将计算结果在化工生产装置的实际控制系统中进行固化并将控制回路成功投入自控后，能够提高生产率和产品质量，同时大幅降低能耗、改善劳动条件、保障生产安全。

附图说明

图1示意性示出了现有技术中整定化工生产装置控制回路参数时测试方法的实施示意图；

图2示意性示出了本发明的基于数据镜像的化工生产装置控制回路参数整定测试方法的总体示意图；

图3示意性示出了本发明的基于数据镜像的化工生产装置控制回路参数整定测试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

要使控制回路运行在自动状态，必须解决其关键参数的设置问题。图1示出了现有技术中化工生产装置控制回路投入自动时所需完成的测试，如果参数设置不合理可能会造成被控对象的超调反而破坏生产，且对于化工生产装置进行持续性地、无方向性地测试也不被生产管理人员所允许。

基于上述原因，需要提供一种计算化工生产装置中的控制回路在投入自动状态时所需要的关键控制参数的方法，能够避免参数设置不合理就将控制回路投入自动造成关键被控对象超调后破坏生产稳定的化工行业共性难题；同时基于数据镜像的方法，最大限度地降低了持续性地进行实际测试对化工生产装置造成的潜在风险。最终将计算结果在化工生产装置的实际控制系统中进行固化并将控制回路成功投入自控后，能够提高生产率和产品质量，同时大幅降低能耗、改善劳动条件、保障生产安全。

请参考图2，本发明的一个方面，提供了一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法，包括：

步骤1，根据所述化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态；

步骤2，如果处于正常开车状态，则获取所述化工生产装置的关键控制回路；

步骤3，判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；

步骤4，如果未处于自动控制状态，则确定该关键控制回路的被控对象类型；

步骤5，根据所述被控对象类型，优选地，还需要根据预先设定的数据取样周期，获取控制阀的阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T；

步骤6，根据阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T计算数据镜像结果；

步骤7，根据所述数据镜像结果得到用于所述关键控制回路整定所需的比例参数、积分参数和微分参数。

优选地，还包括步骤8，输出所述比例参数、积分参数和微分参数。

下面对本发明的上述方法进行详细说明：

在确定该某一关键控制回路未投入自动后，设定数据取样周期为1小时；获取并实施存储控制阀的阀位变化百分比ΔOP、控制阀阀位变化后被控对象开始变化的时间t_d、对应阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象开始变化到其稳定不变所经历的时间T；然后，计算得到数据镜像结果，再完成最终用于控制回路整定所需参数比例P、积分I和微分D的计算；最后，完成最终用于控制回路整定所需参数比例P、积分I和微分D的计算，然后输出该回路控制器参数的计算结果。

由于采用了上述技术方案，本发明可在实时数据库系统中通过其与DCS控制单元的接口实现装置开停车判断标志和当前取样周期内控制阀的阀位变化百分比、控制阀阀位变化后被控对象开始变化的时间、对应阀位变化百分比的被控对象变化百分比、被控对象开始变化到其稳定不变所经历的时间或被控对象开始变化到其变化被控对象变化百分比时所经历的时间的数据获取与存储，生成镜像数据；通过实时数据库系统基于所生成的镜像数据实现用于整定控制回路参数的计算；最终完成计算结果的输出。进一步地，还可在实时数据库系统中实现初始值设定，当取样周期根据生产实际情况、被控对象特性发生变化后，或针对不同装置容积的不同液位控制回路，可在实时数据库系统中基于新值做出相一致的设定。

实现化工生产过程的自动化，最基本的要求是生产装置的控制回路需要运行在自动状态。本发明可以对化工生产装置中的控制回路在投入自动状态时所需要的关键控制参数进行计算，能够避免参数设置不合理就将控制回路投入自动造成关键被控对象超调后破坏生产稳定的化工行业共性难题；同时基于数据镜像的方法，最大限度地降低了持续性地进行实际测试对化工生产装置造成的潜在风险。将计算结果在化工生产装置的实际控制系统中进行固化并将控制回路成功投入自控后，能够提高生产率和产品质量，同时大幅降低能耗、改善劳动条件、保障生产安全。

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*max(t_d，t_au)。

优选地，所述数据镜像结果包括以下三个参数：kp、t_au和λ，其中：

k_{p} = \frac{Δ P V / Δ T}{Δ O P}

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。

下面，以流量控制回路为例，对本发明进行详细说明：

在确定该流量控制回路未投入自动后，设定数据取样周期为1小时；获取并实施存储控制阀的阀位变化百分比ΔOP＝5％、控制阀阀位变化后被控对象开始变化的时间t_d＝0.5s、对应阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV＝5％、被控对象开始变化到其稳定不变所经历的时间T＝12s；然后，计算得到数据镜像结果k_p＝1、t_au＝3s和λ＝9s；，再完成最终用于控制回路整定所需参数比例P、积分I和微分D的计算，得到P＝0.32，I＝3，D＝0；最后，输出该回路控制器参数的计算结果。

请参考图3，本发明还提供了一种化工生产装置控制回路参数整定测试装置，其用于实现上述的方法，因此，与上述方法重复之处，在此不再赘述。

在一个实施例中，该装置包括：开车状态判断模块，用于根据所述化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态；关键控制回路获取模块，用于在处于正常开车状态时获取所述化工生产装置的关键控制回路；自动控制状态判断模块，用于判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；被控对象类型确定模块，用于在未处于自动控制状态时确定该关键控制回路的被控对象类型；参数获取模块，用于根据所述被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间；数据镜像计算模块，用于根据阀位变化百分比ΔOP、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间t_d、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比ΔPV、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间T或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间T计算数据镜像结果；参数整定模块，用于根据所述数据镜像结果得到用于所述关键控制回路整定所需的比例参数、积分参数和微分参数。

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*max(t_d，t_au)。

k_{p} = \frac{Δ P V / Δ T}{Δ O P}

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种化工生产装置控制回路参数整定测试方法，其特征在于，包括：

步骤3，判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；

步骤5，根据所述被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间(T)或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间(T)；

步骤6，根据阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间(T)或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间(T)计算数据镜像结果；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述被控对象类型为流量、压力、或温度时，所述步骤5获取的是阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间(T)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述被控对象类型为液位时，所述步骤5获取的是阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间(T)。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据镜像结果包括以下三个参数：k_p、t_au和λ，其中：

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*max(t_d，t_au)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据镜像结果包括以下三个参数：k_p、t_au和λ，其中：

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述λ为液位在当前物料加入速度和装置容积下，装满该容器时所需要的时间。

9.一种化工生产装置控制回路参数整定测试装置，其特征在于，包括：

开车状态判断模块，用于根据所述化工生产装置的实时运行状态信息判断其是否处于正常开车状态；

关键控制回路获取模块，用于在处于正常开车状态时获取所述化工生产装置的关键控制回路；

自动控制状态判断模块，用于判断所述关键控制回路是否处于自动控制状态；

被控对象类型确定模块，用于在未处于自动控制状态时确定该关键控制回路的被控对象类型；

参数获取模块，用于根据所述被控对象类型获取控制阀的阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间；

数据镜像计算模块，用于根据阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间(T)或被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间(T)计算数据镜像结果；

参数整定模块，用于根据所述数据镜像结果得到用于所述关键控制回路整定所需的比例参数、积分参数和微分参数。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，当所述被控对象类型为流量、压力、或温度时，所述数据镜像计算模块获取的是阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到稳定不变所经历的时间(T)。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，当所述被控对象类型为液位时，所述数据镜像计算模块获取的是阀位变化百分比(ΔOP)、被控对象在控制阀阀位变化后开始变化的时间(t_d)、对应于阀位变化百分比的被控对象变化百分比(ΔPV)、被控对象从开始变化到变化所述被控对象变化百分比时所经历的时间(T)。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据镜像结果包括以下三个参数：k_p、t_au和λ，其中：

k_p＝ΔPV/ΔOP

t_au＝T/4

λ＝3*max(t_d，t_au)。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述数据镜像结果包括以下三个参数：k_p、t_au和λ，其中：

t_au＝2*λ+t_d

λ为设定值。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述比例参数P、积分参数I和微分参数D分别采用下式计算得到：

P＝t_au/K_p*(λ+t_d)²

I＝t_au

D＝0。